蘇 抗，董喬忠

（中國航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京210007）

0 引言

隨著戰(zhàn)場電子信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)展，以及目標(biāo)認(rèn)知／自適應(yīng)能力的提升，單一平臺的信息探測、攻擊、防御能力受到越來越多的限制，網(wǎng)絡(luò)化逐步成為必不可少的信息對抗手段。近年來，新提出的網(wǎng)電空間與網(wǎng)電對抗概念，更是進(jìn)一步加速了戰(zhàn)場信息對抗系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程。出于系統(tǒng)應(yīng)用靈活性的考慮，新型網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)的組成單元通常采用功能可重構(gòu)設(shè)計。具備功能重構(gòu)能力的網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)，能夠顯著擴展戰(zhàn)場信息攻防的領(lǐng)域和層次，同時，也對軟硬件資源的管理提出了更高要求：合理的規(guī)劃與調(diào)度，不僅能夠大幅提升信息對抗資源的使用效率，而且能顯著增強系統(tǒng)的探測、攻擊、防御性能，在資源配置一定的情況下，資源管理技術(shù)將直接決定著系統(tǒng)的戰(zhàn)場應(yīng)用效能。

網(wǎng)絡(luò)化特征和功能重構(gòu)能力的引入，使得現(xiàn)有資源管理技術(shù)無法有效應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)。針對網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)的應(yīng)用需求，本文重點開展資源管理建模與快速規(guī)劃方法研究，同時，給出了一種基于邏輯硬件和功能互操作的管理實現(xiàn)方案。

1 網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)組成

網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)主要組成包括傳感器單元、攻防實施單元、信號／信息處理單元、用戶指控單元以及連接各個單元的協(xié)同鏈路，此外，戰(zhàn)場部署的其它武器系統(tǒng)也可通過聯(lián)合作戰(zhàn)單元的形式，成為系統(tǒng)的構(gòu)成節(jié)點之一，如圖1所示。

圖1 網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)構(gòu)成

傳感器單元、攻防實施單元分別用于目標(biāo)輻射源信號的接收、攻擊與防御信號的發(fā)送；信號／信息處理單元獲取傳感器單元輸出，生成戰(zhàn)場態(tài)勢，同時，依據(jù)用戶制定的攻防策略，計算出對抗所需的信號樣式，提交攻防實施單元執(zhí)行；用戶通過指控單元進(jìn)行系統(tǒng)功能與資源管理、攻防任務(wù)管理；協(xié)同鏈路提供組成單元之間的時空同步與信息交互，進(jìn)而構(gòu)建信息對抗系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化能力。

在網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)中，組成單元通常采用統(tǒng)一的模塊化設(shè)計，最終，通過資源配置的不同，實現(xiàn)不同類型的組成單元。圖2給出了基于模塊化設(shè)計的組成單元架構(gòu)。

圖2 網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)組成單元架構(gòu)

收發(fā)天線、射頻通道、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換及高速存儲構(gòu)成的收發(fā)模塊，提供信息對抗基礎(chǔ)的射頻收發(fā)與存儲能力。

信息處理模塊是網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)組成單元的核心，一方面，在信號處理模塊輸出結(jié)果的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)多層次信息感知與融合，評估戰(zhàn)場信息態(tài)勢，支撐用戶決策，并以此為依據(jù)，生成對抗實施所需的信號／信息序列；另一方面，綜合信息協(xié)同模塊、時間同步／空間同步模塊的信息，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的信息共享、融合，實現(xiàn)分布平臺的組網(wǎng)協(xié)同任務(wù)。

此外，信息處理模塊生成圖形化任務(wù)管理界面，通過應(yīng)用交互模塊完成用戶交互，實現(xiàn)任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)與參數(shù)配置的管理。

單元功能管理模塊、互操作管理模塊分別提供本地、異地軟硬件資源的規(guī)劃、調(diào)度能力，運行狀態(tài)監(jiān)控模塊提供系統(tǒng)組成單元運行狀態(tài)的監(jiān)視與控制能力。

2 資源管理需求與約束

網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)的資源管理，與基于單一平臺的系統(tǒng)相比，存在巨大差異。網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)資源管理的優(yōu)劣，直接關(guān)系到信息對抗系統(tǒng)的應(yīng)用范圍以及探測、攻擊與防御性能，最終，影響戰(zhàn)場部署信息對抗資源的綜合應(yīng)用能力。

網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)的資源管理需求，涵蓋組成單元與網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)2個層次：

1）單元層次的資源管理

針對一對一／一對多的對抗任務(wù)需求，在確保任務(wù)有效執(zhí)行的基礎(chǔ)上（功能、性能、實時性），通過軟硬件資源選擇、匹配、調(diào)度的優(yōu)化，使用最少的資源代價，實現(xiàn)對目標(biāo)的探測、攻擊、防御，提升配置資源的使用效率。

單元層次資源管理的約束條件包括：射頻信號收發(fā)與預(yù)處理能力、數(shù)字信號處理能力、信息處理能力、數(shù)字／模擬總線能力。

在單元層次的資源管理中，通過合理的軟硬件粒度劃分，可以有效降低設(shè)計資源規(guī)劃算法的時空復(fù)雜度，同時，削弱約束條件對資源規(guī)劃性能的影響。

2）系統(tǒng)層次的資源管理

針對多對一／多對多的對抗任務(wù)需求，在組成單元資源管理的基礎(chǔ)上，通過參與任務(wù)單元的選擇、協(xié)同、互操作，優(yōu)化分布部署資源的使用，在探測、攻擊、防御任務(wù)中，實現(xiàn)有限資源配置下的最優(yōu)對抗性能。

系統(tǒng)層次資源管理的約束條件包括：單元任務(wù)執(zhí)行能力、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同能力、信息對抗資源部署構(gòu)形。

在系統(tǒng)層次的資源管理中，提升組成單元的功能重構(gòu)能力，可以有效提升網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的信息對抗性能及應(yīng)用靈活性。

3 資源粒度模型

網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)的資源粒度是指：系統(tǒng)硬件模塊或軟件組件中，能夠直接管理的基礎(chǔ)資源單位，或者最小資源規(guī)模。

資源粒度的合理劃分，是網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)高效資源管理的基礎(chǔ)。同時，在資源劃分的過程中，還需充分考慮軟硬件粒度的兼容性。

圖3給出了網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)硬件資源的粒度劃分，類型包括射頻信號處理、模數(shù)／數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理、信息處理、時空同步、信息協(xié)同、模／數(shù)互連、模／數(shù)電源。

圖3 硬件資源粒度類型

射頻信號處理類資源主要組成包括天線、濾波、低噪放、頻綜、變頻、功放，考慮到射頻器件之間高度的關(guān)聯(lián)性，故將上述資源定義為一個粒度進(jìn)行管理；模數(shù)／數(shù)模轉(zhuǎn)換類資源包括AD、DA、存儲3個子類；數(shù)字信號處理類資源包括DSP、FPGA、專用信號處理器3個子類；信息處理類資源由通用處理器（GPP）構(gòu)成；時空同步類資源可進(jìn)一步細(xì)分為時鐘同步、自定位、互定位、時鐘同步與定位、自定位與互定位5個子類；信息同步類資源則可劃分為無線鏈路、有線鏈路2個子類，無線鏈路主要組成包括天線、射頻通道、AD、DA、數(shù)字信號處理器，有線鏈路主要組成包括接口、數(shù)字信號處理器；此外，互連類資源與電源類資源均覆蓋了模擬、數(shù)字2個子類。

依據(jù)粒度劃分的硬件資源，通過類型、性能、接口進(jìn)行描述。例如，基于GPP 的信息處理資源，其描述信息包括粒度類型／子類型、處理器系列、型號、核心數(shù)量、工作主頻、定點運算能力、浮點運算能力、片內(nèi)存儲容量、片外存儲容量、接口類型、接口速率。

軟件粒度劃分與硬件相互對應(yīng)，以便于資源的匹配、使用。網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)軟件資源粒度類型包括基礎(chǔ)處理算法、信息對抗、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、組件測試、應(yīng)用交互、互連、電源7個大類，如圖4所示。系統(tǒng)的軟件組件設(shè)計，與資源粒度劃分保持一致。

圖4 軟件資源粒度類型

信息對抗類資源可分為射頻接收、態(tài)勢感知、信息攻擊、信息防御、射頻發(fā)送5個子類，射頻接收、射頻發(fā)送可進(jìn)一步細(xì)分為射頻信號處理、模數(shù)／數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處理，實現(xiàn)與硬件粒度的匹配；基礎(chǔ)處理算法類資源是信息對抗類資源中通用方法的集合，目的在于提升軟件資源的復(fù)用效率；網(wǎng)絡(luò)協(xié)同類資源依據(jù)硬件粒度劃分，包括時鐘同步、自定位、互定位、同步與定位、自／互定位、無線鏈路、有線鏈路7個子類；組件測試類資源、應(yīng)用交互類資源配合信息對抗類資源，進(jìn)行平臺應(yīng)用的功能／性能評估以及用戶的信息交互；互連類資源、電源類資源提供單元運行的管理、控制能力，支撐網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的有效運行。

不同粒度類型的軟件資源，可劃分為3個大類進(jìn)行描述。功能與軟件密切相關(guān)的粒度類型，如態(tài)勢感知、信息攻擊、信息防御等，可通過表1給出的方式進(jìn)行描述。

表1 功能與軟件密切相關(guān)粒度類型描述

功能與硬件密切相關(guān)的粒度類型，如射頻接收、射頻發(fā)送、互連、電源等，描述重點包括匹配硬件類型、管理控制接口，支撐用戶高效地管理、使用此類資源。

功能與軟件、硬件同時相關(guān)的粒度類型，如時空同步、信息協(xié)同等，需要融合上述描述方式，在描述硬件需求的同時，明確此類資源的算法性能以及管控、數(shù)據(jù)接口形式。

4 資源快速規(guī)劃方法

單元層次的規(guī)劃用于提升資源使用效率，其基本流程如下：根據(jù)任務(wù)的功能與性能需求，選擇軟件組件；根據(jù)任務(wù)實時性需求、組件運行環(huán)境及總線能力約束，選擇硬件模塊，配置單元總線。

系統(tǒng)層次的規(guī)劃用于優(yōu)化系統(tǒng)攻防性能，其基本流程如下：根據(jù)任務(wù)的功能、性能、實時性需求，在單元層次規(guī)劃的基礎(chǔ)上，進(jìn)行協(xié)同能力評估，判定能夠參與任務(wù)的單元；依據(jù)資源部署構(gòu)形對任務(wù)性能的約束，選擇參與任務(wù)單元。

網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)軟硬件資源的快速規(guī)劃方法，其關(guān)鍵技術(shù)包括：

1）約束條件建模技術(shù)。資源規(guī)劃的約束條件涉及系統(tǒng)的單元、鏈路以及任務(wù)的功能、性能、實時性。目前，大量約束條件缺乏可用的模型樣本，如資源部署構(gòu)形對任務(wù)性能的約束；同時，建立模型的優(yōu)劣，將對設(shè)計算法的復(fù)雜度、性能產(chǎn)生顯著影響。

2）軟硬件自主匹配技術(shù)。它是網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)資源快速規(guī)劃的必備基礎(chǔ)，其研究重點在于實現(xiàn)更高層次的資源即插即用能力，動態(tài)完成硬件模塊與軟件組件的識別、匹配。

3）規(guī)劃性能評估技術(shù)。它是網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)資源規(guī)劃的核心內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)，評估內(nèi)容覆蓋系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行性能與資源分配合理性。在確保任務(wù)有效執(zhí)行的基礎(chǔ)上，單元層次資源的集中使用、系統(tǒng)層次資源的均衡調(diào)度，是資源分配合理性評估的基本準(zhǔn)則。

4）快速規(guī)劃與執(zhí)行技術(shù)?？焖僖?guī)劃可以通過設(shè)計復(fù)雜度低、效率高的算法來實現(xiàn)，快速執(zhí)行則與單元的功能管理設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的互操作設(shè)計密切關(guān)聯(lián)。

5 網(wǎng)絡(luò)化資源管理實現(xiàn)

依據(jù)本文提出的資源粒度模型和快速規(guī)劃方法，圖5給出了一種單元層次的實現(xiàn)方案。

圖5 單元層次資源管理方案

操作系統(tǒng)通過板級支持包和驅(qū)動程序，進(jìn)行硬件模塊的抽象，提供標(biāo)準(zhǔn)化接口，實現(xiàn)邏輯硬件的管理以及與軟件組件的匹配；通過功能組件接口定義，提供基于功能的單元管理能力，實現(xiàn)面向用戶的應(yīng)用服務(wù)。在單元層次的資源管理方案中，邏輯硬件接口包括資源查詢接口、功能配置接口、運行管理接口、數(shù)據(jù)傳輸接口，功能組件接口包括服務(wù)查詢接口、運行管理接口、參數(shù)配置接口、數(shù)據(jù)傳輸接口。

系統(tǒng)層次資源管理通過組成單元之間的功能互操作實現(xiàn)。功能互操作實現(xiàn)的核心思想可以描述如下：首先，制定統(tǒng)一的系統(tǒng)層次資源管理規(guī)范；隨后，組成單元配置的互操作管理模塊，將系統(tǒng)層次管理指令翻譯為本地管理指令，提交單元配置的功能管理模塊，實現(xiàn)基于功能的異地資源訪問、調(diào)度。

6 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)資源管理涉及硬件模塊與軟件組件的識別、匹配、評估以及功能的重構(gòu)、互操作等多個方面，目前還是一個全新的技術(shù)領(lǐng)域。本文提出了一種網(wǎng)絡(luò)化信息對抗系統(tǒng)資源粒度模型，以此為基礎(chǔ)，設(shè)計了資源快速規(guī)劃方法以及資源管理實現(xiàn)方案。通過單元、系統(tǒng)2個層次的資源規(guī)劃，顯著提升了網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)的信息對抗性能和資源使用效率，同時，通過軟硬件的粒度劃分，降低了資源規(guī)劃的復(fù)雜度，通過邏輯硬件與功能互操作設(shè)計，增強了網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性。本文重點完成了軟硬件資源的建模，制定了快速規(guī)劃與管理實現(xiàn)的總體方案，除此之外，還有大量技術(shù)有待進(jìn)一步深入研究，如約束條件建模、規(guī)劃性能評估等，這些工作將在日后加以開展?！?/p>

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