面向網(wǎng)絡(luò)信息體系的信息優(yōu)勢度量框架*

簡 平,劉德生,龍 杰

(航天工程大學,北京 101416)

1 網(wǎng)絡(luò)信息體系與信息優(yōu)勢

網(wǎng)絡(luò)信息體系是以“網(wǎng)絡(luò)中心、信息主導、體系支撐”為主要特征[1-2],由信息系統(tǒng)鏈接陸、海、空、天、電、網(wǎng)多維戰(zhàn)場空間的各類作戰(zhàn)單元,融合各種信息要素和作戰(zhàn)要素,實現(xiàn)探測感知、指揮決策、作戰(zhàn)控制、綜合保障等各級各類作戰(zhàn)資源的網(wǎng)絡(luò)化連接、服務(wù)化運用、體系化作戰(zhàn)的復(fù)雜巨系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)信息體系是一類特殊的復(fù)雜系統(tǒng),具有開放性、復(fù)雜性、涌現(xiàn)性、滲透性、動態(tài)性、層次性等基本特性。其作用機理主要體現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)聚能、信息賦能、體系釋能”三方面:1)網(wǎng)絡(luò)信息體系以柵格化基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)為支撐,全面融合偵察預(yù)警、戰(zhàn)場通信、導航定位、作戰(zhàn)指揮、武器火力控制、戰(zhàn)場保障等功能系統(tǒng)和業(yè)務(wù)信息系統(tǒng),實現(xiàn)各作戰(zhàn)要素、作戰(zhàn)系統(tǒng)、作戰(zhàn)單元、保障系統(tǒng)等全網(wǎng)資源的信息共享、優(yōu)化調(diào)度、協(xié)同控制和能力聚合,達到“網(wǎng)絡(luò)聚能”效果;2)信息化戰(zhàn)爭的本質(zhì)特征是以信息流為核心的信息環(huán)路影響并主導以任務(wù)為目標的作戰(zhàn)環(huán)路,通過“信息賦能”提升聯(lián)合作戰(zhàn)體系能力;3)“體系釋能”主要體現(xiàn)在:網(wǎng)絡(luò)信息體系是形成體系化作戰(zhàn)能力的中樞和神經(jīng),是融合作戰(zhàn)力量的載體,是實施體系對抗的基礎(chǔ),是釋放作戰(zhàn)效能的平臺,是形成聯(lián)合作戰(zhàn)能力和全域作戰(zhàn)能力的關(guān)鍵。

信息優(yōu)勢一般認為是敵對雙方在對相關(guān)軍事信息的獲取、傳輸、處理和分發(fā)過程中,一方相對于另一方所形成的一種整體有利的信息態(tài)勢[3]。網(wǎng)絡(luò)信息體系的信息優(yōu)勢主要體現(xiàn)在物理域?qū)用娴男畔⒕_采集，信息域?qū)用娴男畔⒂行蛄鲃?，認知域?qū)用娴男畔⒏咝н\用和社會域?qū)用娴男畔f(xié)同對抗等四個方面。在物理域?qū)用?網(wǎng)絡(luò)信息體系網(wǎng)絡(luò)化為形成體系能力提供物理基礎(chǔ),網(wǎng)絡(luò)信息體系的傳感器網(wǎng)利用各種不同功能和地理位置的傳感器及其組網(wǎng),以“網(wǎng)絡(luò)聚能”的方式探測、處理和融合戰(zhàn)場目標信息,形成目標信息探測方面的優(yōu)勢;在信息域?qū)用?通過信息融合處理并進行有序流動形成增值和涌現(xiàn);在認知域?qū)用?由信息活動驅(qū)動OODA環(huán)的高效運行,信息優(yōu)勢支撐決策優(yōu)勢的形成;在社會域(作戰(zhàn)域)層面,體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)信息體系的作戰(zhàn)屬性,通過“體系釋能”大幅提升基于網(wǎng)絡(luò)信息體系的聯(lián)合作戰(zhàn)能力和全域作戰(zhàn)能力。

2 信息優(yōu)勢概念內(nèi)涵

信息優(yōu)勢的概念最早源于美軍,美軍認為信息優(yōu)勢是指搜集、處理和分發(fā)連續(xù)不斷的信息流,同時利用或阻止敵人采取這種行動的能力[4-7]。我國學者認為信息優(yōu)勢的內(nèi)涵主要體現(xiàn)在軍事信息的內(nèi)容質(zhì)量更高、軍事信息的流動效率更高、軍事信息的利用效能更高等方面,并從信息的準確性、時效性和完備性等信息質(zhì)量方面度量信息優(yōu)勢[8-9]。在網(wǎng)絡(luò)信息體系架構(gòu)下,信息優(yōu)勢與信息能力、信息價值、信息效能、制信息權(quán)和作戰(zhàn)效能等相關(guān)概念既有區(qū)別又有聯(lián)系,如圖1所示。信息能力是網(wǎng)絡(luò)信息體系的客觀屬性,是信息的內(nèi)在價值;信息優(yōu)勢是敵我雙方信息能力綜合比較形成在整體上的優(yōu)勢;信息能力和面向用戶需求的信息使用價值是信息價值的兩個方面;獲取信息優(yōu)勢和提升信息價值是奪取制信息權(quán)的兩個關(guān)鍵,其目標是增強網(wǎng)絡(luò)信息體系在特定作戰(zhàn)條件下信息效能,提高對聯(lián)合作戰(zhàn)效能的體系貢獻率。

圖1 信息優(yōu)勢相關(guān)概念之間的關(guān)系圖

按照網(wǎng)絡(luò)信息體系理念及其構(gòu)成,網(wǎng)絡(luò)信息體系涉及戰(zhàn)場探測、指揮決策、行動控制、支援保障等作戰(zhàn)活動和要素,根據(jù)這些作戰(zhàn)活動和要素的內(nèi)在邏輯關(guān)系,可將面向網(wǎng)絡(luò)信息體系的信息優(yōu)勢的存在空間和范疇劃分成物理域、信息域、認知域、社會域(作戰(zhàn)域)等四個層次,并體現(xiàn)為由網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)帶來的信息、決策和行動等多方面優(yōu)勢,如圖2所示。

圖2 信息優(yōu)勢概念框架

物理域是陸海空天網(wǎng)電戰(zhàn)場環(huán)境及戰(zhàn)場目標存在的領(lǐng)域[10-11],主要包括戰(zhàn)場各方兵力配置、武器裝備、戰(zhàn)場設(shè)施、物理環(huán)境等客觀信息的描述。信息域是由信息活動過程產(chǎn)生的各類信息流的領(lǐng)域,是對戰(zhàn)場目標和環(huán)境數(shù)據(jù)的探測、處理、融合和協(xié)同共享等信息流的描述,包含信息資源與信息活動主體。按照信息“探測產(chǎn)生—融合處理—共享利用”的一般生命周期和不同的信息活動和功能層次,可將信息域作進一步細分為傳感器子域、融合子域和信息協(xié)同子域3個子域。其中,傳感器子域主要完成戰(zhàn)場環(huán)境和目標數(shù)據(jù)的探測獲取、本級的數(shù)據(jù)信息處理和數(shù)據(jù)信息的傳輸?shù)然顒?形成有關(guān)戰(zhàn)場目標的初步時空信息;融合子域根據(jù)信息融合架構(gòu)主要完成對多源傳感器信息的高效融合,形成更為精確的戰(zhàn)場目標位置信息、速度信息和屬性信息,最終融合成戰(zhàn)場態(tài)勢信息,為認知域和社會域(作戰(zhàn)域)的態(tài)勢認知、指揮決策、行動控制和火力控制提供基礎(chǔ);協(xié)同子域主要完成戰(zhàn)場數(shù)據(jù)、信息、態(tài)勢的協(xié)同和共享等活動,為戰(zhàn)場目標信息的充分共享、態(tài)勢的共同認知和作戰(zhàn)的整體聯(lián)動提供支撐。認知域?qū)儆谥笓]員指揮控制范疇,是各級指揮員基于獲得的戰(zhàn)場態(tài)勢信息進行態(tài)勢理解認知、指揮決策的過程。社會域(作戰(zhàn)域)是在認知域的基礎(chǔ)之上、在相應(yīng)的指揮體制之下各類作戰(zhàn)實體相互作用、進行協(xié)作完成既定作戰(zhàn)任務(wù)之處,體現(xiàn)為基于網(wǎng)絡(luò)信息體系作戰(zhàn)的行動控制、火力控制、作戰(zhàn)協(xié)同。

3 信息優(yōu)勢度量研究意義

1)有利于創(chuàng)新度量信息優(yōu)勢的新思路和新方法。信息優(yōu)勢來源于物理域、形成于信息域、作用于認知域和社會域,通過分析各域信息優(yōu)勢表現(xiàn)形式和影響信息優(yōu)勢的各類因素,描述信息優(yōu)勢的產(chǎn)生、形成和作用過程,深刻揭示信息優(yōu)勢作用機理,基于集合距離、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和集對分析理論等理論和方法研究信息優(yōu)勢度量指標的構(gòu)建和量化度量方法,以及整體優(yōu)勢度量模型和方法,為信息優(yōu)勢度量分析提供一套行之有效的思路和方法。

2)有利于完善信息優(yōu)勢度量模型和方法?，F(xiàn)有的信息優(yōu)勢度量研究通常是基于系統(tǒng)能力的比較,沒有具體研究系統(tǒng)如何獲取所感知的信息數(shù)據(jù)和信息的有效協(xié)同,基于網(wǎng)絡(luò)信息體系邏輯結(jié)構(gòu)將信息域細化為傳感器子域、融合子域、協(xié)同子域三個子域,重點從目標探測與信息融合、信息協(xié)同等方面研究信息優(yōu)勢量度量問題,有利于完善信息優(yōu)勢度量框架和度量模型方法。

3)有利于指導面向網(wǎng)絡(luò)信息體系的各類信息系統(tǒng)的建設(shè)與運用。網(wǎng)絡(luò)信息體系及各類信息系統(tǒng)的建設(shè)周期長,消耗資源多,而且存在多種不同的資源配置方案,因此需要在開展建設(shè)前對建設(shè)方案進行設(shè)計。在確定系統(tǒng)建設(shè)方案、修正系統(tǒng)發(fā)展路線和探索系統(tǒng)作戰(zhàn)應(yīng)用模式等方面,需要根據(jù)實際情況對建設(shè)方案進行修正,通過信息優(yōu)勢度量方法模型,分析影響信息優(yōu)勢的關(guān)鍵指標和具體參數(shù),在基本的信息系統(tǒng)裝備性能上指導系統(tǒng)建設(shè)和運用。

4 信息優(yōu)勢度量框架

1)度量框架

按照信息優(yōu)勢概念框架,面向網(wǎng)絡(luò)信息體系的信息優(yōu)勢度量包括物理域的作戰(zhàn)實體屬性描述、信息域的信息優(yōu)勢度量和認知域及社會域(作戰(zhàn)域)的效能評估和體系貢獻率評估等三個方面,本文重點開展信息域的信息優(yōu)勢度量方法框架研究(如圖3所示),基于信息優(yōu)勢的形成過程,按照“先子域、再整體”的思路,提出面向傳感器子域—融合子域和協(xié)同子域的信息優(yōu)勢度量方法和面向信息域整體優(yōu)勢的度量方法。

圖3 信息優(yōu)勢度量框架

2)物理域度量

物理域度量主要是對戰(zhàn)場目標、環(huán)境等客觀信息的描述,包括目標的位置信息、速度信息和其他屬性信息。將物理域客觀信息用公式表示為M=[m1,m2,…mn],其中mi=[m1(t),m2(t),…mm(t)]表示某時刻戰(zhàn)場客觀信息的定量化表示,且m(t)中包含位置信息、速度信息和其他屬性信息的度量表示[5-6]。

3)信息域子域優(yōu)勢度量

基于網(wǎng)絡(luò)信息體系邏輯結(jié)構(gòu)和信息域傳感器子域、融合子域、協(xié)同子域三個子域劃分,從目標探測與信息融合、信息協(xié)同等方面開展信息優(yōu)勢度量問題。

① 傳感器子域和融合子域度量

傳感器子域由戰(zhàn)場內(nèi)多源傳感器組網(wǎng)而成,完成對戰(zhàn)場目標的全方位信息探測。系統(tǒng)基于自身的任務(wù)需求,利用各種不同的傳感器及其組網(wǎng)來對戰(zhàn)場目標進行探測,并得到目標的各種信息,包括目標的發(fā)現(xiàn)概率、識別程度、定位精度等。傳感器子域輸出的是一組目標信息的特征向量。這些信息來源于戰(zhàn)場事實,主要受傳感器子域的性能的影響。傳感器子域的目的主要是探測到更貼合戰(zhàn)場事實的信息,其優(yōu)勢表現(xiàn)為所探測到的信息更完備、更準確和更及時。因此,度量傳感器子域的優(yōu)勢就是從完備性、準確性和時效性三個方面來衡量傳感器子域所探測到、并經(jīng)過融合子域進行融合后得到的目標信息與戰(zhàn)場真實信息的差距大小。如圖4所示,假設(shè)整個戰(zhàn)場的真實信息集合為S0,雙方對此戰(zhàn)場進行偵察探測,紅方獲得的信息集合為S1,藍方獲得的信息集合為S2。以D表示感知信息集合與客觀真實信息集合間的差距,差距從信息的完備性、準確性和時效性三個方面來度量,即所感知的信息在目標數(shù)量、目標特征和時間方面與客觀事實的吻合程度,D越小,則說明系統(tǒng)感知的信息與客觀信息差距越小,系統(tǒng)掌握的信息與客觀事實更相符。D1表示系統(tǒng)紅方系統(tǒng)感知信息與客觀信息之間的差距,D2表示藍方系統(tǒng)感知信息與客觀信息之間的差距,比較D1、D2的大小,較小的一方具有信息優(yōu)勢。

圖4 感知信息與客觀信息比較圖

② 協(xié)同子域度量

網(wǎng)絡(luò)信息體系理念下,網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)將信息獲取、信息傳遞、信息處理以及信息利用等作戰(zhàn)過程和廣域分散分布的各作戰(zhàn)單元構(gòu)成一個具有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò),信息協(xié)同與共享大大提高了戰(zhàn)場態(tài)勢探測感知能力、指揮決策能力和火力打擊能力,從而保證整個體系可以在各作戰(zhàn)單元自主運行的基礎(chǔ)上通過信息共享形成體系作戰(zhàn)能力。協(xié)同子域的數(shù)據(jù)傳輸與共享、信息傳輸與共享、態(tài)勢傳輸與共享以及指令傳輸?shù)仁峭ㄟ^網(wǎng)絡(luò)信息體系中各個體之間的相互關(guān)聯(lián)作用而反映出來的一種拓撲結(jié)構(gòu),因此,采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論來分析協(xié)同子域的信息優(yōu)勢度量是可行的。

協(xié)同子域承載各類信息的傳輸和分發(fā),具備加權(quán)網(wǎng)絡(luò)的基本特征。在加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)果統(tǒng)計特性的基礎(chǔ)上,結(jié)合作戰(zhàn)過程中信息協(xié)同共享影響的實際情況,采用平均路徑長度、加權(quán)聚集系數(shù)、打擊鏈數(shù)量和協(xié)同共享能力等指標衡量協(xié)同子域信息優(yōu)勢。

4)信息域整體優(yōu)勢度量

基于信息優(yōu)勢概念內(nèi)涵分析,綜合信息域傳感器子域、融合子域、協(xié)同子域的信息優(yōu)勢度量指標、指標間的關(guān)系,考慮度量指標值和指標權(quán)重獲取的不確定性因素,并將信息域下不同系統(tǒng)方案的整體優(yōu)勢度量看作基于不確定權(quán)重的多屬性決策問題,引入集對分析理論聯(lián)系度思想,結(jié)合層次分析方法(AHP)研究提出信息域整體優(yōu)勢度量方法,為不同結(jié)構(gòu)、不同配置的信息系統(tǒng)整體信息優(yōu)勢度量比較提供支撐。

根據(jù)以上思路,將信息域各子域的度量指標值和各指標權(quán)重的不確定性因素用區(qū)間數(shù)表示,基于集對分析聯(lián)系度思想建立各系統(tǒng)方案的信息優(yōu)勢度量模型(方案決策模型),通過分析不確定系數(shù)的取值下度量結(jié)果,得出各系統(tǒng)方案的優(yōu)劣排序,為信息系統(tǒng)方案優(yōu)選提供參考,具體過程如圖5所示。

圖5 信息域整體優(yōu)勢度量過程圖

5 結(jié)束語

本文針對網(wǎng)絡(luò)信息體系背景下,信息優(yōu)勢框架和機理不清晰、度量指標不統(tǒng)一、度量方法欠缺等問題,研究信息優(yōu)勢內(nèi)涵機理,構(gòu)建信息優(yōu)勢概念框架,研究信息優(yōu)勢度量指標的構(gòu)建和量化度量方法,能夠為信息優(yōu)勢定量化分析、決策優(yōu)勢和行動優(yōu)勢的研究提供基礎(chǔ)支持和技術(shù)參考,后續(xù)將進一步對信息優(yōu)勢度量指標量化方法和度量評估方法進行深化研究,以期為網(wǎng)絡(luò)信息體系頂層設(shè)計與驗證提供定量化支撐。