摘要：為解決傳統(tǒng)效能評估系統(tǒng)操作響應不及時和網絡安全防護能力較差的問題，設計一種網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息鏈效能評估系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件設計部分重點對信息儲存模塊與操作指揮模塊進行設計，采用型號為89C51單片機和74HC573鎖存器，實現(xiàn)控制信息源的持續(xù)輸入與同步存儲。軟件部分采用最小二乘法對網絡環(huán)境中的非顯著性數(shù)據(jù)進行挖掘，篩選可用性評估指標，將其作為訓練樣本，采用距離加權臨近回歸的方法搜尋得到指標的評估值，降低數(shù)據(jù)樣本中孤立噪聲點的影響，完成對效能評估系統(tǒng)的設計。實驗結果表明，所設計系統(tǒng)響應時間較短，并且網絡安全防護性能較好，說明該系統(tǒng)具有較強的應用性。

關鍵詞：網絡化;作戰(zhàn)調度;信息鏈;效能評估;74HC573鎖存器;響應時間

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）01-0046-03

網絡化作戰(zhàn)是協(xié)同作戰(zhàn)的最高效形式，作戰(zhàn)調度指揮的網絡化是指網絡互聯(lián)互通能力在作戰(zhàn)調度指揮中的應用[1-2]。目前，對于作戰(zhàn)調度指揮系統(tǒng)的網絡化能力沒有具體與明確的界定，通常認為是通過網絡信息的實時協(xié)同實現(xiàn)對作戰(zhàn)信息的調度以及保持指揮能力的問題。信息鏈是作戰(zhàn)調度指揮成功的基礎[3-4]，網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息鏈是指按照規(guī)定的流程，通過網絡載體獲取、采集以及處理作戰(zhàn)信息，從而實現(xiàn)信息的有效傳達，因此，評估信息鏈的應用效能具有一定的現(xiàn)實意義。

目前，已有大量研究者提出了不同的評估方法，形成了比較成熟的效能評估模型，并研究得到了多種效能評估算法[5]。其中，文獻[6]設計了基于SD的指揮信息系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估模型，通過分析指揮信息系統(tǒng)信息和反饋關系，實現(xiàn)對指揮信息系統(tǒng)作戰(zhàn)效能評估SD模型邊界的確定。實驗結果表明，該模型可以為指揮信息系統(tǒng)的各要素靈敏度進行有效分析，但是存在響應時間較長的問題。文獻[7]設計了基于云模型的指揮控制系統(tǒng)效能評估系統(tǒng)，構建了評估指標體系，并采用排隊理論求解指標權重，通過權重計算結果評價各指標的相似度，從而得出最終的評估結果。實驗驗證了該方法的可行性，但是由于噪聲點的干擾，易導致效能評估的指標數(shù)量過少。文獻[8]提出混合擴頻測控系統(tǒng)抗干擾效能評估與優(yōu)化模型，從多視角出發(fā)，構建了抗干擾效能評估指標體系，并根據(jù)不同的評估需求，構建基于層次分析法（AHP）的綜合抗干擾效能評估模型，實現(xiàn)效能評估。實驗結果表明，該模型具有一定的可行性和有效性，但是評估過程持續(xù)性不佳，影響其應用效果。

基于上述問題，針對網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息特有的數(shù)據(jù)量大、易遭受網絡攻擊以及數(shù)據(jù)具有非顯著性的特點，設計網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息鏈效能評估系統(tǒng)，實現(xiàn)信息鏈效能的準確評估。

1 網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息鏈總體架構

網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息鏈的主要功能是完成網絡化作戰(zhàn)指揮控制，實現(xiàn)對作戰(zhàn)信息情報信息的采集與存儲處理，輔助作戰(zhàn)指揮決策。圖1為網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息鏈的總體架構。

在圖1所示的總體架構下，進行系統(tǒng)的軟硬件設計，完成對效能評估系統(tǒng)的設計。

2 系統(tǒng)硬件設計

為了實現(xiàn)對網絡作戰(zhàn)系統(tǒng)中，調度信息的互聯(lián)互通，重點對信息儲存模塊與操作指揮模塊進行設計，利用信息儲存模塊中的轉換器模擬控制信息鏈的數(shù)據(jù)量，并實現(xiàn)信息的同步存儲，以此來實現(xiàn)對網絡中海量信息的預處理[9]，為系統(tǒng)硬件設計提供前提條件。利用操作指揮模塊構建指令下達通道，實現(xiàn)信息的順暢傳達。

2.1 作戰(zhàn)調度指揮信息儲存模塊

針對網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息數(shù)據(jù)量大的特點，以實現(xiàn)控制數(shù)據(jù)量與數(shù)據(jù)實時存儲為目標，選用型號為89C51單片機、74HC573鎖存器、儲存器以及時鐘芯片組建作戰(zhàn)調度指揮信息儲存模塊[10]，該模塊的電路圖如圖2所示。

由圖2所示的硬件電路圖可知，受到單片機引腳數(shù)量的限制，單片機外部采用數(shù)據(jù)線與地址線總線相連的方式，實現(xiàn)調度地址與調度指令數(shù)據(jù)的雙重傳遞。鎖存器與地址總線并聯(lián)，設置鎖存器的時鐘周期為5.0s，保證調度信息在不同位置的有效性，鎖存器允許控制輸出端接地，保證鎖存器始終保持輸出狀態(tài)，控制系統(tǒng)對效能評估信息源的持續(xù)輸入，控制信息鏈的數(shù)據(jù)量[11]。

使用單片機內部的8位數(shù)據(jù)線與儲存器的數(shù)據(jù)線相連，來維持不同位置地質線的有效位置，使用一個反相器與儲存器的CS端相連，以儲存器CS端接收到的信號作為信號源，控制單片機為高電平狀態(tài)，保證儲存器的正常儲存過程[12]。利用一個型號為TLC0834的8-bitA/D轉換器，轉換器模擬控制電路信息鏈的數(shù)據(jù)量，將信息鏈的數(shù)據(jù)量處理為8位并行數(shù)據(jù)，儲存至儲存器中。為了實現(xiàn)對作戰(zhàn)調度指揮信息數(shù)據(jù)量的控制，將單片機的P20端口連接至儲存器的RXD端口，并行處理信息鏈的位置信號為8-bit信號，將數(shù)據(jù)同步傳輸至儲存器中。

2.2 操作指揮模塊

建立操作指揮模塊的目的是實現(xiàn)對作戰(zhàn)信息的提取與傳達，構建一個連接信息發(fā)送者與接收者的通道。根據(jù)任務需求獲取戰(zhàn)斗值班信息、當前任務狀態(tài)信息以及網絡安全狀態(tài)信息等內容，設計作戰(zhàn)計劃，并對作戰(zhàn)計劃進行核準，最后將其發(fā)送至相應的執(zhí)行部門與個人。圖3為操作指揮模塊運行流程圖。

分析圖3可知，操作指揮模塊是通過采集作戰(zhàn)信息，并將作戰(zhàn)計劃、作戰(zhàn)態(tài)勢等信息傳輸至信息接收者，從而實現(xiàn)信息的互聯(lián)互通[13]。在此過程中，為了保證能夠順利傳達作戰(zhàn)任務，需要查找出作戰(zhàn)調度指揮信息鏈上的“擁堵點”，從而實現(xiàn)調度信息之間的順暢流轉，提升調度指揮信息鏈的效能。

3 系統(tǒng)軟件設計

通過系統(tǒng)硬件設計中作戰(zhàn)調度指揮信息儲存模塊實現(xiàn)了對調度信息的互聯(lián)互通與信息鏈數(shù)據(jù)量的有效控制，同時，通過操作指揮模塊實現(xiàn)了對作戰(zhàn)信息的提取與傳達。根據(jù)系統(tǒng)硬件設計實現(xiàn)了對作戰(zhàn)信息的處理，以數(shù)據(jù)處理結果為基礎，為實現(xiàn)對網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息鏈效能的有效評估，需要進一步建立評價指標體系，運用評價指標與相應的評估算法實現(xiàn)效能評估。

3.1 數(shù)據(jù)過濾

雖然通過作戰(zhàn)調度指揮信息儲存模塊實現(xiàn)了信息鏈上數(shù)據(jù)量的有效控制，但是在效能評估之前，還要考慮到網絡信息具有非顯著性的特性，因此，采用最小二乘法對非顯著性數(shù)據(jù)進行挖掘，獲得作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的輸入量為：

[E=p=1nk=1lspk-hpk]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，[l]表示網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息鏈中數(shù)據(jù)被非顯著特征干擾的幅度;[sp]表示非顯著性數(shù)據(jù)總數(shù);[hp]表示作戰(zhàn)信息終止傳達頻率;[k]表述初始數(shù)據(jù)。要想對非顯著性數(shù)據(jù)進行過濾，必須獲得該數(shù)據(jù)的最優(yōu)分類面，可以表示為：

[Hs=η（fm+fs）-Eφ+θ]? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式中，[fm]表示非顯著性數(shù)據(jù)減少的趨勢函數(shù);[η]表示數(shù)據(jù)分類所用時間;[fs]表示數(shù)據(jù)載頻;[φ]表示非顯著性數(shù)據(jù)出現(xiàn)頻率;[θ]表示數(shù)據(jù)間隔距離。

如果作戰(zhàn)調度指揮網絡中非顯著性特征數(shù)據(jù)分量處于[T]區(qū)域中，則最優(yōu)類面滿足以下條件：

[A≤minT2k2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

對上述公式結果進行歸一化處理，獲取非顯著性數(shù)據(jù)特征序列，經過量化后的不含非顯著性特點的作戰(zhàn)調度信息集表示為：

[As=as1，as2，...，asn]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

歸一化之后獲取的作戰(zhàn)調度信息即為不含非顯著性特點的信息。

3.2 篩選可用性評估指標

基于數(shù)據(jù)過濾結果，選取網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息鏈效能評估指標，從網絡化角度出發(fā)，評估指標可從以下幾方面著手：

1）接入作戰(zhàn)指揮網是作戰(zhàn)調度指揮信息鏈發(fā)揮效能的基礎，因此，入網能力具體包括是否能夠實現(xiàn)與各個作戰(zhàn)節(jié)點的互聯(lián)以及是否影響其他作戰(zhàn)節(jié)點的正常工作;

2）聯(lián)網狀態(tài)下作戰(zhàn)調度指揮信息鏈的指揮能力：在接入作戰(zhàn)網之后，要考慮信息鏈能否實現(xiàn)與其他作戰(zhàn)網絡之間的協(xié)同操作;

3）網絡安全防護能力：網絡中的安全威脅因素會對作戰(zhàn)指揮信息產生干擾，因此，在進行效能評估時，能否抵御網絡攻擊是一項重要的評估指標;

傳統(tǒng)環(huán)型、樹型拓撲結構無法適應網絡化作戰(zhàn)的實時動態(tài)作戰(zhàn)需求。因此，此次設計的網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息鏈的節(jié)點拓撲結構通過集中式的形式進行設計。

4 效能評估算法

作戰(zhàn)調度指揮信息鏈是由各項操作信息構成的信息鏈[14]。效能是指系統(tǒng)在一定條件下達到規(guī)定使用目標的能力，效能評估是根據(jù)影響裝備效能的主要因素，運用一般系統(tǒng)分析的方法，在收集信息的基礎上，確定分析目標，建立綜合反映裝備達到規(guī)定目標的能力測度算法，最終給出衡量裝備效能的測度與評估[15]。

在設計效能評估算法時，以上述篩選得到的可用性評估指標為訓練樣本，采用距離加權臨近回歸方法搜尋得到指標的評估值，減少數(shù)據(jù)樣本中孤立噪聲點的影響，此時，信息鏈評估指標中存在著不同的相似度屬性[16]。在構建效能評估算法時，效能評估結果會受到不相關指標屬性的支配，為了排除屬性的干擾，引入一個二次型距離用于計算指標間的相似性度量，二次型距離可表示為：

[d（xi，xj）=（xi，xj）mW（xi，xj）]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（5）

式中，[W]表示權值矩陣。加權處理不同評估指標屬性，計算得到不同屬性的加權距離：

[D（xi，xj）=r=1nar（xir-xjr）2]? ? ? ? ? ?（6）

式中，[r]表示評價指標的屬性數(shù)量;[xir]和[xjr]均表示屬性取值對該類別的影響程度;[a]表示加權參數(shù)。排除屬性誤差帶來的干擾后，為了減少評估過程產生的計算量[17]，采用一個k-d樹結構劃分不同的屬性空間，控制每個節(jié)點代表一個信息鏈屬性，將結構每一層的維度作為分辨器，分辨器承載著不同屬性加權距離的計算[18]。

網絡化作戰(zhàn)調度指揮過程中，信息鏈不可避免地會出現(xiàn)部分偶然誤差，計算該部分偶然誤差，誤差計算可表示為：

[ME=D（xi，xj）-1ni=1nei]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

式中，[ME]表示偶然誤差;[ei]表示效能評估的數(shù)據(jù)量。為了進一步減少該部分偶然誤差，在k-d樹結構中設定一個標準分割規(guī)則[19]，以評價指標數(shù)據(jù)集中的最大維為作用對象，將該維中點作為分割點，生成一個高度為[log2n]的結構。不斷重復上述分割規(guī)則，匯總并去除超過高度[log2n]的樹結構，消除偶然誤差對效能評估過程的干擾[20]。

在上述操作的基礎上，獲取網絡化作戰(zhàn)綜合能力：

[Qs=ε（Qn+Qm+Qj）]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

式中，[Qn]表示入網能力;[Qm]表示聯(lián)網狀態(tài)下作戰(zhàn)調度指揮信息鏈的指揮能力;[Qj]表示網絡安全防護能力。

結合系統(tǒng)硬件設計結果與軟件設計結果最終實現(xiàn)網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息鏈效能評估系統(tǒng)的設計。

5 結束語

效能評估是軍事輔助決策過程重要組成部分，隨著網絡計算在軍事作戰(zhàn)調度上不斷地應用，作戰(zhàn)指揮信息鏈存在著多項影響要素，效能評估過程也受到諸多的主觀影響因素。設計網絡化作戰(zhàn)調度指揮信息鏈效能評估系統(tǒng)，降低了信息鏈在實際應用過程中可能受到的外部干擾，改善了傳統(tǒng)效能評估系統(tǒng)可評估的效能指標數(shù)量較少的不足，控制了評估過程中產生的偶然誤差，具有一定的實用性。但該種效能評估系統(tǒng)缺乏對數(shù)據(jù)更新的功能，系統(tǒng)的性能存在空缺，需要不斷研究改進。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】

收稿日期：2021-06-03

作者簡介：商靜（1980—），女，山東聊城人，講師，學士，研究方向為計算機應用。

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