姚勇，李智

(裝備指揮技術學院a.研究生管理大隊;b.重點實驗室，北京 101416)

0 引言

1997年，美國海軍首次提出了網絡中心戰(zhàn)(network centric warfare，NCW)概念，標志著美軍從“平臺中心戰(zhàn)”向“網絡中心戰(zhàn)”的轉型，表明了美軍“爭取信息優(yōu)勢，獲取決策優(yōu)勢”的目標。隨后，網絡中心戰(zhàn)迅速成為全球軍事理論界的研究熱點，許多國家的軍隊陸續(xù)加入從“以平臺為中心”向“以網絡為中心”的轉型大潮中。然而10余年過去了，一些網絡中心戰(zhàn)的基本問題，例如“如何構建面向網絡中心戰(zhàn)的數字化部隊”、“全球信息柵格如何服務于網絡中心戰(zhàn)”、“信息優(yōu)勢的度量標準及其實現”等仍然懸而未決，甚至還存在“網絡中心戰(zhàn)就是利用信息技術提高傳統(tǒng)機械化作戰(zhàn)效率”的模糊認識，嚴重制約了網絡中心戰(zhàn)思想的應用進程。

由美國導彈防御局的前任主管Ronald T.Kadish提出的 C2BMC(command and control，battle management，communications)系統(tǒng)，是美軍彈道導彈防御系統(tǒng)(ballistic missile defense system，BMDS)網絡化作戰(zhàn)的核心，也是美軍導彈防御計劃的重要組成部分之一，是應用網絡中心戰(zhàn)思想較為成功的案例［1－2］。及時、高效、準確的信息是導彈防御作戰(zhàn)決策過程的基本需求，也是獲得信息優(yōu)勢和決策優(yōu)勢的關鍵所在。本文著眼這一目標，旨在通過對C2BMC系統(tǒng)中信息分發(fā)模型的研究，探索網絡中心戰(zhàn)在信息分發(fā)方面的規(guī)律，為獲取和利用信息優(yōu)勢提供基礎。

1 C2BMC系統(tǒng)介紹

C2BMC的概念源于2002年。后來，這一思想發(fā)展為一種需要，即:連接宙斯盾、地基中段防御系統(tǒng)、前沿部署X波段雷達之類的反導武器系統(tǒng)形成一個彈道導彈防御網絡。C2BMC系統(tǒng)是全球分布、實時、軟件增強的管理系統(tǒng)，展示了高度可預測性的系統(tǒng)軟件行為，系統(tǒng)接收來自地面、海上、空中和天基的傳感器信息，協(xié)調地面、海上、空中和天基的武器對確定目標射擊。C2BMC系統(tǒng)的主要任務是連接不同的單個傳感器—攔截彈—通信分系統(tǒng)進入一個統(tǒng)一的大系統(tǒng)，利用每個作戰(zhàn)分系統(tǒng)最佳的進攻/防御特點，為防御所有射程和處于所有飛行階段的導彈提供最優(yōu)、分層的導彈防御行動，其結果是一個防御傳感器、射手、作戰(zhàn)管理和情報設備的擴展網絡［3］。

作為BMDS系統(tǒng)的“中間件”，C2BMC系統(tǒng)活動可以通過研究一個想象的作戰(zhàn)行動序列來說明，如圖 1 所示［4］。

圖1說明了想象的行動序列(按時間先后順序)。圖的時間軸沿著橫軸，提供序列所需的結構。交戰(zhàn)前活動包括系統(tǒng)的日常運轉，主要指規(guī)劃更新、訓練、維護、設備管理以及情報在內的后勤和數據庫更新，而且這些更新在最大程度上應該是自動進行的。

圖1 C2BMC系統(tǒng)行動序列圖Fig.1 C2BMC capability employment chronology

C2BMC系統(tǒng)將把傳統(tǒng)的導彈防御指揮控制轉變?yōu)檎嬲木W絡中心戰(zhàn)實踐，將促進共享態(tài)勢感知、人工智能技術的發(fā)展，在需要的時限內提供必要產品。從一定程度上講，這一BMDS的“中間件”將是信息時代致力于指揮控制概念革命的探路者。研究發(fā)現，C2BMC系統(tǒng)既不是傳感器，也不是武器，而是位于指揮中心的軟件系統(tǒng)。它不但能夠整合彈道導彈防御系統(tǒng)，而且是BMDS的大腦和神經系統(tǒng)，其體系結構如圖2所示［5］。

圖2 C2BMC系統(tǒng)體系結構Fig.2 C2BMC system architecture framework

C2BMC系統(tǒng)可提供網絡中心戰(zhàn)能力，執(zhí)行作戰(zhàn)任務規(guī)劃和監(jiān)控導彈防御的任務。它利用各分系統(tǒng)所有可用的傳感器跟蹤彈道導彈威脅，并引導武器系統(tǒng)與威脅目標交戰(zhàn)。從宙斯盾武器系統(tǒng)先進的作戰(zhàn)管理分系統(tǒng)到末段高空區(qū)域防御的精確火控系統(tǒng)，C2BMC技術將實現對BMDS各戰(zhàn)略和戰(zhàn)術系統(tǒng)的管理。理論上，實時態(tài)勢感知、可靠火控和精確瞄準能力越強，探測和攔截的機會就越多，則消除威脅的成功率就越高。

2 信息流分析

在C2BMC系統(tǒng)、預警系統(tǒng)和武器系統(tǒng)之間，需要交換和傳輸類型、體制、格式、優(yōu)先級、時效性各不相同的多種信息。因此，信息在導彈防御系統(tǒng)中具有十分重要的地位，系統(tǒng)的各種活動都依賴于信息的合理、順暢傳遞而進行。

在導彈防御系統(tǒng)中，信息流是指各裝備實體獲取、傳輸、處理、分發(fā)信息的流程，根據信息內容及功能作用不同，可以分成態(tài)勢流、狀態(tài)流和指控流3類，如圖3所示。

態(tài)勢信息流是指由戰(zhàn)場上的態(tài)勢信息構成的信息流，主要通過傳感器感知、數據融合中心處理而形成。態(tài)勢流由目標信息和自然環(huán)境信息組成，前者包括對敵方目標、我方目標、友方目標探測的數據信息，如速度、位置、加速度、數量、狀態(tài)信息、威脅程度等;后者包括陸、海、空、天、電磁環(huán)境信息及其綜合復雜環(huán)境信息，具體包括氣象信息和測繪信息等［6］。

狀態(tài)信息流是指防御系統(tǒng)內部各作戰(zhàn)節(jié)點向指控中心報告的關于自身狀態(tài)的信息，包括各節(jié)點的狀態(tài)信息、武器裝備狀態(tài)信息、完成攔截任務情況信息等。

圖3 信息流分類Fig.3 Information flow types

指控信息流是指在態(tài)勢流信息、狀態(tài)流信息的基礎上，對各作戰(zhàn)節(jié)點進行指揮控制的信息。指控信息是指揮控制系統(tǒng)的主要承載對象，包括任務指令信息、作戰(zhàn)方案信息和作戰(zhàn)效果評估信息等。

信息流分析的目的是根據武器指揮體系、戰(zhàn)斗編成明確指控系統(tǒng)的信息來源和對信息所進行的處理，進而明確信息源與用戶之間傳輸數據的最佳方式，確立信息傳輸格式。

3 信息分發(fā)模型研究

如何在恰當的時間以恰當的形式、通過恰當的路徑，將用戶所需要的信息傳送給恰當的用戶，是信息分發(fā)的最高目標，而實現這一目標的關鍵點是用戶需求的管理和滿足用戶需求的能力。在導彈防御作戰(zhàn)中，信息分發(fā)具有種類繁多、關系復雜、體制信道多樣、實時性強、數據量大等特點，對信息分發(fā)提出了非常高的要求，也增加了信息分發(fā)系統(tǒng)的設計與研制難度。

根據對網絡中心戰(zhàn)思想的理解，提出了導彈防御作戰(zhàn)信息分發(fā)系統(tǒng)(missile defense operation information distribution system，MDOIDS)的概念，然后建立了概念級、指揮結構級和描述級的C2BMC系統(tǒng)信息分發(fā)模型，對C2BMC系統(tǒng)的信息分發(fā)能力與規(guī)律進行探索研究。

3.1 概念級模型

網絡中心戰(zhàn)并不局限于硬件和裝備的網絡化，而且更為關注人員、組織和過程的網絡化。David Alberts等人提出的網絡中心戰(zhàn)概念框架，突出了網絡中心戰(zhàn)跨越物理域、信息域、認知域和社會域的特點，如圖4 所示［7］。

圖4 網絡中心戰(zhàn)概念框架Fig.4 NCW conceptual level model

其中，物理域包括無線電、衛(wèi)星、有線等接收裝置以及作戰(zhàn)所需要的其他軟硬件設施，具有部隊各個組成部分可以實現安全、無縫鏈接和互操作的特征;信息域是指揮控制系統(tǒng)的主體內容，主要包括相關信息實體的位置、狀態(tài)和行為等，突出了個體和機構擁有或有權使用的數據、信息和知識之間的區(qū)別，這些數據、信息和知識來源于個體和機構的感知和他們控制的信息源，以及通過網絡接收的信息，具有信息共享、訪問、保護的能力和協(xié)同作戰(zhàn)的特征;認知域指的是指揮人員和作戰(zhàn)人員所思考的內容，包括理解、分析、決策等，具有共享高質量態(tài)勢感知、確立共享理解和自同步行動能力的特征;社會域是指存在于個體與群體之中以及他們之間的聯系，主要指決策的同步程度。

網絡中心戰(zhàn)概念框架的發(fā)展，使得靈活性成為網絡中心戰(zhàn)的一項重要衡量指標，包括魯棒性、多變性、響應性、創(chuàng)新性、恢復性以及適應性等。因為靈活性表達了轉型的本質，突出了指揮控制的靈活性以及部隊的靈活性。

3.2 指揮結構級模型

結合美軍現有的導彈防御指揮控制結構模型［8］，借鑒網絡中心戰(zhàn)的相關思想，論文建立了基于網絡的扁平指揮控制結構模型，如圖5所示。

圖5 指揮結構級模型Fig.5 Command and control level model

該模型由國家軍事指揮中心、美國戰(zhàn)略司令部、戰(zhàn)區(qū)指揮控制中心、聯合部隊指揮官或聯合部隊防空指揮官和若干導彈防御部隊組成。在此結構中，通過減少指揮層次，減少信息傳遞環(huán)節(jié)，提高導彈防御部隊的作戰(zhàn)效率和殺傷能力。

在此扁平指揮結構內，敵方信息將充當戰(zhàn)區(qū)指揮官向其責任區(qū)內部隊發(fā)送作戰(zhàn)指令的橋梁，而這些統(tǒng)一發(fā)布的敵方信息將使國家領導人及時了解作戰(zhàn)進程。同時，該結構還為國家領導人和作戰(zhàn)指揮官提供了一個緩沖地帶，當他們掌握的其他信息或情報還未到達戰(zhàn)略司令部時，可以提前發(fā)布與之相關的命令，進一步縮短反應時間，增加成功攔截來襲導彈的概率。

在此結構下，信息流快速而有效，為后續(xù)攔截彈的發(fā)射提供有利條件。當傳感器探測到一枚來襲導彈之后，它將被加入到BMDS傳感器網絡和C2BMC網絡。戰(zhàn)略司令部將根據導彈類型預判和彈道預推的結果，將攔截任務分配給處于最佳攔截位置的作戰(zhàn)單元，分配最佳的攔截彈以最快的速度、最小可能的附帶損傷對來襲目標進行攔截。發(fā)射命令將從戰(zhàn)略司令部指揮中心直接發(fā)送到發(fā)射單元，從而節(jié)約時間，加強對后續(xù)來襲導彈的防御。

當然，這是最簡化的扁平化指揮控制信息分發(fā)模型。為了滿足實際作戰(zhàn)需要，應當允許導彈防御系統(tǒng)所有子系統(tǒng)的組成單元之間也實現這種扁平化，從而提高各個子系統(tǒng)的反應速度，更大限度地增加攔截窗口。因此，需要更為深入、細致的研究，讓扁平化結構的優(yōu)勢在導彈防御作戰(zhàn)中得到更好的應用。

3.3 描述級模型

3.3.1 描述模型

信息分發(fā)的描述級模型(information dissemination description model，IDDM)可以表示為一個七元數組:

其中，I表示信息狀態(tài)，如歷史信息、當前信息、未來信息等;T表示信息種類，包括作戰(zhàn)指令、文本信息、音頻信息、視頻信息等;C表示信息分發(fā)策略，包括主動式、被動式;D表示分發(fā)模式，包括信息推送、信息拉取;{R∶A}表示{角色:動作}，即{Role∶Action}，代表不同角色在不同的分發(fā)模式下采取的動作;Y表示對接收信息的處理情況，包括自動回復、編輯、理解、執(zhí)行、拒止等信息;E表示其他需要說明的信息［9］。這些參數的具體取值如下:

T用NA表示不指定，即支持所有信息種類;

Role={Rprovider，Rmanager，Ruser，Rrelay}，目前暫設定4種角色，分別是信息提供者(provider)、信息管理中心(management)、信息使用者(user)和信息中繼傳送者(relay);

Actions={A1，A2，…，A3}，表示某個角色采取的行為，例如，SendInfo，EditInfo，ReceiveInfo，UnderIofo等。

E的初值為NULL，可根據需要隨時賦值。

3.3.2 分發(fā)模式模型

根據上述信息分發(fā)描述模型，結合導彈防御作戰(zhàn)的信息分發(fā)需求，提出如下5種信息分發(fā)模式。

(1)應用層組播

為使各級作戰(zhàn)人員能夠更好地共享作戰(zhàn)數據，針對導彈防御戰(zhàn)場環(huán)境，應用層組播作為一種一對多的信息分發(fā)模式，為預警探測數據、指令數據、狀態(tài)數據的實時、高效分發(fā)提供了一種有效途徑。其功能是將一組相同的內容從一個數據源傳送到一組用戶，傳播路由通過一個組播樹來完成，樹的每個節(jié)點復制從父節(jié)點接收的數據包，并把數據包發(fā)送給所有子節(jié)點。其結構如圖6所示［10］。

圖6 應用層組播結構示意圖Fig.6 Application layer multicast structure figure

為了保證傳輸的可靠性，在每個結點設置一個備份緩存，輸入緩存的數據包先存儲到備份緩存中，而后由備份緩存采用“先進先出”隊列模式將數據包發(fā)到輸出緩存。影響信息分發(fā)可靠性的因素包括組播樹的拓撲結構、路徑連接可靠性、緩存溢出等，在此不進行深入討論。

(2)強制推送

強制推送模式是指信息需要發(fā)送的單元由信息分發(fā)管理人員決定的模式，該模式適合指控信息、實時態(tài)勢信息或者因作戰(zhàn)任務需要臨時推送信息的分發(fā)，可以描述為

IDDMCp= ＜H/C/F，NA，R，PUSH，Y，{R∶A}，E ＞，其中，{R∶A}={Rprovider∶PubInfo，SendInfo}，{Rmanager∶InfoMan}，{Ruser∶NULL}。

在此模式下，信息提供者完成信息發(fā)布、信息發(fā)送操作，分發(fā)管理中心負責信息管理，其分發(fā)流程如圖7a所示。其中，①為信息提供者發(fā)布自己能提供的信息;②為分發(fā)管理中心確定強制推送關系，并通知信息提供者;③為信息提供者將信息發(fā)送給信息使用者。

(3)智能推送

智能推送是信息分發(fā)的最高級模式，信息使用者在不參考信息產品列表的情況下，根據自身信息需求，利用編輯工具填寫信息需求描述文件并提交給分發(fā)管理中心，并由后者根據當前信息情況組織具體的信息產品，再通知信息提供者將相關信息發(fā)送給信息使用者。該模式可以針對歷史、當前和未來產生的信息，可以表示為

IDDMSp= ＜H/C/F，NA，P，PUSH，Y，{R∶A}，E ＞，其中，{R∶A}={Rprovider∶PubInfo，AccessDB，SendInfo}，{Rmanager∶ProfileParse}，{Ruser∶EditProfile，Send-Profile}。

在此模式下，信息提供者需要完成發(fā)布信息、訪問歷史信息、發(fā)送信息等操作，分發(fā)管理中心負責需求文件的解析，判別該需求由哪些信息提供者提供，信息用戶需要編輯并發(fā)送其需求文件，其分發(fā)流程如圖7b所示。其中，①為信息提供者發(fā)布自己能提供的信息;②為信息使用者編輯需求文件并發(fā)送給分發(fā)管理中心;③為分發(fā)管理中心解析信息需求文件，確定并通知相關的信息提供者;④為信息提供者將信息發(fā)送給信息使用者。

(4)發(fā)布/訂閱

該分發(fā)模式以發(fā)布/訂閱形式進行信息分發(fā)，是指信息提供者發(fā)布信息產品，信息使用者基于產品目錄列表進行信息訂閱，分發(fā)管理中心完成信息匹配，并通知信息提供者。當信息產生后，信息提供者就發(fā)送給信息使用者。這種模式可看作是由信息用戶主動“拉取”信息的過程，比較適合未來產生信息的分發(fā)，包括實時情報信息、偵察信息、作戰(zhàn)效能評估信息等，可以表示為

IDDMPs= ＜F，NA，P，PULL，Y，{R∶A}，E ＞，

其中，{R∶A}={Rprovider∶PubInfo，SendInfo}，{Rmanager∶SendCat，MatchInfo}，{Ruser∶SubInfo}。

其分發(fā)流程如圖7c所示。其中，①為信息提供者發(fā)布信息;②為分發(fā)管理中心將信息產品目錄發(fā)送給信息使用者，供訂閱使用;③為信息使用者訂閱信息;④為分發(fā)管理中心進行信息匹配，并通知能提供產品的信息提供者;⑤為信息提供者將信息發(fā)送給信息使用者。

(5)信息檢索

信息檢索是指信息使用者以檢索方式進行信息獲取，檢索主要針對信息產品的歷史信息，如數據庫信息、歷史文件信息、歷史影音資料等，是一種由信息使用者發(fā)起的信息“拉取”方式，可以表示為

IDDMIr= ＜H，NA，R，PULL，Y，{R∶A}，E ＞ ，

其中，{R∶A}={Rprovider∶PubInfo，Access DB，SendInfo}，{Rmanager∶SendCat，MatchInfo}，{Ruser∶ReceiveInfo}。

從{角色∶動作}集合可以看出，這種模式和信息發(fā)布/訂閱模式基本類似，不同之處在于信息提供者需要進行歷史信息訪問操作，信息用戶將信息訂閱操作改為信息檢索操作，其分發(fā)流程如圖7d所示。其中，①～⑥表示分發(fā)活動各步驟的先后順序。

4 結束語

及時、高效、準確的信息分發(fā)是軍事決策的必要信息需求之一，也是導彈防御作戰(zhàn)中奪取信息優(yōu)勢的關鍵。本文借鑒網絡中心戰(zhàn)思想，提出了導彈防御作戰(zhàn)信息分發(fā)系統(tǒng)概念，然后建立了美軍C2BMC系統(tǒng)的概念級、指揮結構級和描述級信息分發(fā)模型，對于C2BMC仿真系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)性能分析等研究具有較大的參考價值，其研究成果對于網絡中心戰(zhàn)思想應用研究和信息分發(fā)技術本身也具有一定的理論價值。網格技術的興起代表了下一代中間件平臺技術的主流，本文所建立的信息分發(fā)模型經過適當調整，即可建立基于網格架構的分布式內容分發(fā)服務模型，體現了一定的前瞻性。

圖7 信息分發(fā)流程示意圖Fig.7 Information dissemination flow figure

［1］ Henry S Kenyon.Missile Defense Command System on Target［J］.Military Aerospace，2007，61(5):17－22.

［2］ 施榮.美國BMDS網絡化作戰(zhàn)核心系統(tǒng)C2BMC的發(fā)展［J］.航天電子對抗，2007，3(1):1－4.

［3］ U.S.Missile Defense Agency Staff.Integrating Missile Defenses［J］.Military Space ＆ Missile Forum，2008，3(2):13－19.

［4］ Booz，Allen，Hamilton.A Statement of Operational Needs on the Operational Concept and Capabilities of the Ballistic Missile Defense System，Command and Control， Battle Management， and Communications(C2BMC)Element［R］.U.S.Strategic Command，JFCC-IMD，2006，6:1－29.

［5］ MICHAEL J B，SHING M T，MIKLASKI M H，et al.Modeling and Simulation of System-of-Systems Timing Constraints with UML-RT and OMNeT++［C］∥IEEE International Workshop on Rapid System Prototyping Conference，2004:1－8.

［6］ BU Guang-zhi.Study on Information Flow and Its Evaluation in Armaments Systems［J］.Systems Engineering and Electronics，2007，29(8):1309－1313.

［7］ David Alberts，John Garstka.網絡中心行動的基本原理及其度量［M］.蘭科研究中心，譯.北京:國防工業(yè)出版社，2007.

［8］ David B Weller.Command Structure of the Ballistic Missile Defense System［D］.Monterey:Naval Postgraduate School.2004.

［9］ 王珩，聶敏，劉若奇，等.信息分發(fā)模型研究［J］.艦船電子工程，2008，28(6):6－9.

［10］ 劉震，鄧蘇，羅雪山.面向戰(zhàn)場信息分發(fā)的應用層可靠組播策略［J］.火力與指揮控制，2008，33(5):18－21.