基于网络中心战的C2BMC信息分发模型研究*

姚勇，李智

(装备指挥技术学院a.研究生管理大队;b.重点实验室，北京 101416)

0 引言

1997年，美国海军首次提出了网络中心战(network centric warfare，NCW)概念，标志着美军从“平台中心战”向“网络中心战”的转型，表明了美军“争取信息优势，获取决策优势”的目标。随后，网络中心战迅速成为全球军事理论界的研究热点，许多国家的军队陆续加入从“以平台为中心”向“以网络为中心”的转型大潮中。然而10余年过去了，一些网络中心战的基本问题，例如“如何构建面向网络中心战的数字化部队”、“全球信息栅格如何服务于网络中心战”、“信息优势的度量标准及其实现”等仍然悬而未决，甚至还存在“网络中心战就是利用信息技术提高传统机械化作战效率”的模糊认识，严重制约了网络中心战思想的应用进程。

由美国导弹防御局的前任主管Ronald T.Kadish提出的 C2BMC(command and control，battle management，communications)系统，是美军弹道导弹防御系统(ballistic missile defense system，BMDS)网络化作战的核心，也是美军导弹防御计划的重要组成部分之一，是应用网络中心战思想较为成功的案例［1－2］。及时、高效、准确的信息是导弹防御作战决策过程的基本需求，也是获得信息优势和决策优势的关键所在。本文着眼这一目标，旨在通过对C2BMC系统中信息分发模型的研究，探索网络中心战在信息分发方面的规律，为获取和利用信息优势提供基础。

1 C2BMC系统介绍

C2BMC的概念源于2002年。后来，这一思想发展为一种需要，即:连接宙斯盾、地基中段防御系统、前沿部署X波段雷达之类的反导武器系统形成一个弹道导弹防御网络。C2BMC系统是全球分布、实时、软件增强的管理系统，展示了高度可预测性的系统软件行为，系统接收来自地面、海上、空中和天基的传感器信息，协调地面、海上、空中和天基的武器对确定目标射击。C2BMC系统的主要任务是连接不同的单个传感器—拦截弹—通信分系统进入一个统一的大系统，利用每个作战分系统最佳的进攻/防御特点，为防御所有射程和处于所有飞行阶段的导弹提供最优、分层的导弹防御行动，其结果是一个防御传感器、射手、作战管理和情报设备的扩展网络［3］。

作为BMDS系统的“中间件”，C2BMC系统活动可以通过研究一个想象的作战行动序列来说明，如图 1 所示［4］。

图1说明了想象的行动序列(按时间先后顺序)。图的时间轴沿着横轴，提供序列所需的结构。交战前活动包括系统的日常运转，主要指规划更新、训练、维护、设备管理以及情报在内的后勤和数据库更新，而且这些更新在最大程度上应该是自动进行的。

图1 C2BMC系统行动序列图Fig.1 C2BMC capability employment chronology

C2BMC系统将把传统的导弹防御指挥控制转变为真正的网络中心战实践，将促进共享态势感知、人工智能技术的发展，在需要的时限内提供必要产品。从一定程度上讲，这一BMDS的“中间件”将是信息时代致力于指挥控制概念革命的探路者。研究发现，C2BMC系统既不是传感器，也不是武器，而是位于指挥中心的软件系统。它不但能够整合弹道导弹防御系统，而且是BMDS的大脑和神经系统，其体系结构如图2所示［5］。

图2 C2BMC系统体系结构Fig.2 C2BMC system architecture framework

C2BMC系统可提供网络中心战能力，执行作战任务规划和监控导弹防御的任务。它利用各分系统所有可用的传感器跟踪弹道导弹威胁，并引导武器系统与威胁目标交战。从宙斯盾武器系统先进的作战管理分系统到末段高空区域防御的精确火控系统，C2BMC技术将实现对BMDS各战略和战术系统的管理。理论上，实时态势感知、可靠火控和精确瞄准能力越强，探测和拦截的机会就越多，则消除威胁的成功率就越高。

2 信息流分析

在C2BMC系统、预警系统和武器系统之间，需要交换和传输类型、体制、格式、优先级、时效性各不相同的多种信息。因此，信息在导弹防御系统中具有十分重要的地位，系统的各种活动都依赖于信息的合理、顺畅传递而进行。

在导弹防御系统中，信息流是指各装备实体获取、传输、处理、分发信息的流程，根据信息内容及功能作用不同，可以分成态势流、状态流和指控流3类，如图3所示。

态势信息流是指由战场上的态势信息构成的信息流，主要通过传感器感知、数据融合中心处理而形成。态势流由目标信息和自然环境信息组成，前者包括对敌方目标、我方目标、友方目标探测的数据信息，如速度、位置、加速度、数量、状态信息、威胁程度等;后者包括陆、海、空、天、电磁环境信息及其综合复杂环境信息，具体包括气象信息和测绘信息等［6］。

状态信息流是指防御系统内部各作战节点向指控中心报告的关于自身状态的信息，包括各节点的状态信息、武器装备状态信息、完成拦截任务情况信息等。

图3 信息流分类Fig.3 Information flow types

指控信息流是指在态势流信息、状态流信息的基础上，对各作战节点进行指挥控制的信息。指控信息是指挥控制系统的主要承载对象，包括任务指令信息、作战方案信息和作战效果评估信息等。

信息流分析的目的是根据武器指挥体系、战斗编成明确指控系统的信息来源和对信息所进行的处理，进而明确信息源与用户之间传输数据的最佳方式，确立信息传输格式。

3 信息分发模型研究

如何在恰当的时间以恰当的形式、通过恰当的路径，将用户所需要的信息传送给恰当的用户，是信息分发的最高目标，而实现这一目标的关键点是用户需求的管理和满足用户需求的能力。在导弹防御作战中，信息分发具有种类繁多、关系复杂、体制信道多样、实时性强、数据量大等特点，对信息分发提出了非常高的要求，也增加了信息分发系统的设计与研制难度。

根据对网络中心战思想的理解，提出了导弹防御作战信息分发系统(missile defense operation information distribution system，MDOIDS)的概念，然后建立了概念级、指挥结构级和描述级的C2BMC系统信息分发模型，对C2BMC系统的信息分发能力与规律进行探索研究。

3.1 概念级模型

网络中心战并不局限于硬件和装备的网络化，而且更为关注人员、组织和过程的网络化。David Alberts等人提出的网络中心战概念框架，突出了网络中心战跨越物理域、信息域、认知域和社会域的特点，如图4 所示［7］。

图4 网络中心战概念框架Fig.4 NCW conceptual level model

其中，物理域包括无线电、卫星、有线等接收装置以及作战所需要的其他软硬件设施，具有部队各个组成部分可以实现安全、无缝链接和互操作的特征;信息域是指挥控制系统的主体内容，主要包括相关信息实体的位置、状态和行为等，突出了个体和机构拥有或有权使用的数据、信息和知识之间的区别，这些数据、信息和知识来源于个体和机构的感知和他们控制的信息源，以及通过网络接收的信息，具有信息共享、访问、保护的能力和协同作战的特征;认知域指的是指挥人员和作战人员所思考的内容，包括理解、分析、决策等，具有共享高质量态势感知、确立共享理解和自同步行动能力的特征;社会域是指存在于个体与群体之中以及他们之间的联系，主要指决策的同步程度。

网络中心战概念框架的发展，使得灵活性成为网络中心战的一项重要衡量指标，包括鲁棒性、多变性、响应性、创新性、恢复性以及适应性等。因为灵活性表达了转型的本质，突出了指挥控制的灵活性以及部队的灵活性。

3.2 指挥结构级模型

结合美军现有的导弹防御指挥控制结构模型［8］，借鉴网络中心战的相关思想，论文建立了基于网络的扁平指挥控制结构模型，如图5所示。

图5 指挥结构级模型Fig.5 Command and control level model

该模型由国家军事指挥中心、美国战略司令部、战区指挥控制中心、联合部队指挥官或联合部队防空指挥官和若干导弹防御部队组成。在此结构中，通过减少指挥层次，减少信息传递环节，提高导弹防御部队的作战效率和杀伤能力。

在此扁平指挥结构内，敌方信息将充当战区指挥官向其责任区内部队发送作战指令的桥梁，而这些统一发布的敌方信息将使国家领导人及时了解作战进程。同时，该结构还为国家领导人和作战指挥官提供了一个缓冲地带，当他们掌握的其他信息或情报还未到达战略司令部时，可以提前发布与之相关的命令，进一步缩短反应时间，增加成功拦截来袭导弹的概率。

在此结构下，信息流快速而有效，为后续拦截弹的发射提供有利条件。当传感器探测到一枚来袭导弹之后，它将被加入到BMDS传感器网络和C2BMC网络。战略司令部将根据导弹类型预判和弹道预推的结果，将拦截任务分配给处于最佳拦截位置的作战单元，分配最佳的拦截弹以最快的速度、最小可能的附带损伤对来袭目标进行拦截。发射命令将从战略司令部指挥中心直接发送到发射单元，从而节约时间，加强对后续来袭导弹的防御。

当然，这是最简化的扁平化指挥控制信息分发模型。为了满足实际作战需要，应当允许导弹防御系统所有子系统的组成单元之间也实现这种扁平化，从而提高各个子系统的反应速度，更大限度地增加拦截窗口。因此，需要更为深入、细致的研究，让扁平化结构的优势在导弹防御作战中得到更好的应用。

3.3 描述级模型

3.3.1 描述模型

信息分发的描述级模型(information dissemination description model，IDDM)可以表示为一个七元数组:

其中，I表示信息状态，如历史信息、当前信息、未来信息等;T表示信息种类，包括作战指令、文本信息、音频信息、视频信息等;C表示信息分发策略，包括主动式、被动式;D表示分发模式，包括信息推送、信息拉取;{R∶A}表示{角色:动作}，即{Role∶Action}，代表不同角色在不同的分发模式下采取的动作;Y表示对接收信息的处理情况，包括自动回复、编辑、理解、执行、拒止等信息;E表示其他需要说明的信息［9］。这些参数的具体取值如下:

T用NA表示不指定，即支持所有信息种类;

Role={Rprovider，Rmanager，Ruser，Rrelay}，目前暂设定4种角色，分别是信息提供者(provider)、信息管理中心(management)、信息使用者(user)和信息中继传送者(relay);

Actions={A1，A2，…，A3}，表示某个角色采取的行为，例如，SendInfo，EditInfo，ReceiveInfo，UnderIofo等。

E的初值为NULL，可根据需要随时赋值。

3.3.2 分发模式模型

根据上述信息分发描述模型，结合导弹防御作战的信息分发需求，提出如下5种信息分发模式。

(1)应用层组播

为使各级作战人员能够更好地共享作战数据，针对导弹防御战场环境，应用层组播作为一种一对多的信息分发模式，为预警探测数据、指令数据、状态数据的实时、高效分发提供了一种有效途径。其功能是将一组相同的内容从一个数据源传送到一组用户，传播路由通过一个组播树来完成，树的每个节点复制从父节点接收的数据包，并把数据包发送给所有子节点。其结构如图6所示［10］。

图6 应用层组播结构示意图Fig.6 Application layer multicast structure figure

为了保证传输的可靠性，在每个结点设置一个备份缓存，输入缓存的数据包先存储到备份缓存中，而后由备份缓存采用“先进先出”队列模式将数据包发到输出缓存。影响信息分发可靠性的因素包括组播树的拓扑结构、路径连接可靠性、缓存溢出等，在此不进行深入讨论。

(2)强制推送

强制推送模式是指信息需要发送的单元由信息分发管理人员决定的模式，该模式适合指控信息、实时态势信息或者因作战任务需要临时推送信息的分发，可以描述为

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发布、信息发送操作，分发管理中心负责信息管理，其分发流程如图7a所示。其中，①为信息提供者发布自己能提供的信息;②为分发管理中心确定强制推送关系，并通知信息提供者;③为信息提供者将信息发送给信息使用者。

(3)智能推送

智能推送是信息分发的最高级模式，信息使用者在不参考信息产品列表的情况下，根据自身信息需求，利用编辑工具填写信息需求描述文件并提交给分发管理中心，并由后者根据当前信息情况组织具体的信息产品，再通知信息提供者将相关信息发送给信息使用者。该模式可以针对历史、当前和未来产生的信息，可以表示为

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发布信息、访问历史信息、发送信息等操作，分发管理中心负责需求文件的解析，判别该需求由哪些信息提供者提供，信息用户需要编辑并发送其需求文件，其分发流程如图7b所示。其中，①为信息提供者发布自己能提供的信息;②为信息使用者编辑需求文件并发送给分发管理中心;③为分发管理中心解析信息需求文件，确定并通知相关的信息提供者;④为信息提供者将信息发送给信息使用者。

(4)发布/订阅

该分发模式以发布/订阅形式进行信息分发，是指信息提供者发布信息产品，信息使用者基于产品目录列表进行信息订阅，分发管理中心完成信息匹配，并通知信息提供者。当信息产生后，信息提供者就发送给信息使用者。这种模式可看作是由信息用户主动“拉取”信息的过程，比较适合未来产生信息的分发，包括实时情报信息、侦察信息、作战效能评估信息等，可以表示为

IDDMPs= ＜F，NA，P，PULL，Y，{R∶A}，E ＞，

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

其分发流程如图7c所示。其中，①为信息提供者发布信息;②为分发管理中心将信息产品目录发送给信息使用者，供订阅使用;③为信息使用者订阅信息;④为分发管理中心进行信息匹配，并通知能提供产品的信息提供者;⑤为信息提供者将信息发送给信息使用者。

(5)信息检索

信息检索是指信息使用者以检索方式进行信息获取，检索主要针对信息产品的历史信息，如数据库信息、历史文件信息、历史影音资料等，是一种由信息使用者发起的信息“拉取”方式，可以表示为

IDDMIr= ＜H，NA，R，PULL，Y，{R∶A}，E ＞ ，

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

从{角色∶动作}集合可以看出，这种模式和信息发布/订阅模式基本类似，不同之处在于信息提供者需要进行历史信息访问操作，信息用户将信息订阅操作改为信息检索操作，其分发流程如图7d所示。其中，①～⑥表示分发活动各步骤的先后顺序。

4 结束语

及时、高效、准确的信息分发是军事决策的必要信息需求之一，也是导弹防御作战中夺取信息优势的关键。本文借鉴网络中心战思想，提出了导弹防御作战信息分发系统概念，然后建立了美军C2BMC系统的概念级、指挥结构级和描述级信息分发模型，对于C2BMC仿真系统开发、系统性能分析等研究具有较大的参考价值，其研究成果对于网络中心战思想应用研究和信息分发技术本身也具有一定的理论价值。网格技术的兴起代表了下一代中间件平台技术的主流，本文所建立的信息分发模型经过适当调整，即可建立基于网格架构的分布式内容分发服务模型，体现了一定的前瞻性。

图7 信息分发流程示意图Fig.7 Information dissemination flow figure

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

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