基于“四域”的卫星通信系统效能评估指标体系

许相莉 胡晓峰 秦永刚

1.国防大学信息作战与指挥训练教研部,北京100091

近年来随着信息化战争的不断发展演化,网络空间(Cyberspace)的战略地位日益凸显[1],卫星移动通信系统作为Cyber体系的重要组成部分,具有快速组网、灵活接入、机动性强、区域／全球覆盖、生存能力强等特点[2],在作战通信保障方面发挥着越来越重要的作用,已经成为信息化时代通信领域必不可少的战略关键基础设施.由于通信卫星本身及其发射、维护的成本极其昂贵,因此如何对卫星通信系统的效能进行评估,从而支持其设计方案的优化,成为该领域研究的重中之重.指标体系建设是进行效能评估的基础和依据,针对卫星通信领域不同应用需求所关注的通信功能和性能,相关学者进行了一些针对性的研究,并取得了显著进展.陈根忠等[3]针对地基卫星通信对抗的军事应用提出了由下行侦察能力、上行干扰能力、指挥控制能力构成的指标体系;尹江丽[4]、刘旭光[5]等分别根据卫星通信系统承担的通信任务提出了由覆盖能力、传输能力、信息处理能力、安全防护能力构成的指标体系;张昭等[6]针对卫星通信网络性能提出了由覆盖特性、通信容量、通信质量、组网能力构成的指标体系;胡谷雨等[7]在卫星通信网本体的基础上构建了平面化的指标体系;鲁娜等[8]针对卫星通信系统的抗干扰性能评估提出了由抗电磁干扰性能和抗摧毁威胁性能构成的指标体系.这些指标体系的构建多是针对通信系统的功能结构和性能需求进行设计的,然而随着Cyber领域理论研究的不断深入,相应的效能评估指标体系设计理念也应该在更深层的框架下进行拓展.

本文借鉴网络中心战理论中的“四域”理念,针对作战领域应用中的卫星通信系统,提出了一种“四域”范畴下的指标体系构建理念,结合卫星通信系统的结构、功能和性能,对卫星通信系统效能评估指标体系进行了域结构划分,并构建了具体的指标体系用以支持卫星通信系统的效能评估.

1 “四域”范畴下的指标体系构建理念

美军在21世纪初由“平台中心”作战理论向“网络中心”作战理论转型的过程中,提出了战争空间是由物理域(Physical Domain)、信息域(Information Domain)、认知域 (Cognitive Domain)、社会域(Social Domain)交叠构成的具有跨域特性的“四域”理念[10].随后,该思想在各作战领域中得到了广泛贯彻和应用,并成为当前作战领域中最先进的思想理念之一.“四域”的基本内涵如下:

物理域:是陆、海、空、天4个维度上进行的机动、交战和保障行动所发生的地理空间域;

信息域:是产生、操纵、处理和共享信息的信息流通域;

认知域:是个体、群体的侦察、感知、理解、决策、决心和评估过程中的思维认识域;

社会域:是群体内部和群体之间相互影响、信息交换、感知、理解和交互决策的社会活动域.

“四域”理念认为任何与作战相关的活动都发生在该四域范畴内,并且进行跨域交互,各域之间的关系[10]如图1所示.

图1 物理域、信息域、认知域、社会域之间的关系

卫星通信系统是联合作战过程中的重要保障力量,通信系统的全部活动也都是在上述“四域”范畴内进行的,卫星通信系统设施、行为、功能和产生的作用也跨越了物理域、信息域、认知域和社会域,因此,“四域”理念为卫星通信系统效能评估的指标体系设计提供了一个全新的和更为完整的框架结构参考,在此范畴下进行卫星通信系统效能评估指标体系的设计将具有更深层次的作战价值.本文在此理念下进行卫星通信系统效能评估指标体系构建研究,力求使其具有更合理的指标体系结构,为卫星通信系统效能评估提供更为完备的评估参考.

2 卫星通信系统效能评估指标体系的域结构划分

一般的卫星通信系统主要由空间段和地面段两大部分组成,如图2所示.空间段以空中的通信卫星为主体,还包括用于卫星控制和检测的地面设施,即卫星控制中心及其跟踪、遥测和指令站,以及能源装置.地面段包括所有地球站,将发射的信号传送到卫星,再从卫星接收信号.系统效能是指系统在一定环境条件下执行规定任务所能达到预期可能目标的程度,卫星通信系统主要执行信息通信任务,因此,其效能是支持和完成信息通信任务的有效程度[5].我们针对卫星通信系统的结构、功能和性能,在“四域”范畴下对卫星通信系统效能评估指标体系进行域结构划分.

在物理域,卫星通信系统的相关活动所产生的效能主要指其物理结构所直接产生的实体和空间层面的效果,包括卫星的覆盖能力、容量;在信息域,其效能主要体现在对信息的处理和共享能力,包括信息传输能力、信息处理能力;在认知域,其效能主要体现在对信息质量的改善和通信性能的提高,从而增强人对信息的感知、理解和共享效果,具体包括信息的防护能力、业务服务能力等;由于社会域主要进行人之间的协作、交互、决策制定等活动,因此,卫星通信系统在社会域的效能主要体现在自适应能力和互操作能力等方面.

图2 卫星通信系统组成

3 卫星通信系统效能评估指标体系构建

卫星通信系统的效能指标体系构建应遵循系统性、层次性、适应性等原则,我们在已划分的指标体系域结构的基础上,针对卫星通信系统在各域上的能力需求,进一步对其具体指标进行了分析、选取和构建,构建的指标体系如表1所示.

4 指标体系示例

在上述指标体系下,我们以“铱星”系统和“全球星”系统为例,对指标进行了具体实例构建,实例化的指标体系如表2所示.

由表2可以看出,在本文提出的域结构划分下,各域指标具有定量和定性的明显界限,物理域和信息域指标均为精确量化的具有明确含义的数值,而认知域和社会域指标则为对定性指标进行经验打分量化的结果,各域范畴下的指标均具有明显的域特征,结构更为规范合理,能够较好地涵盖卫星通信系统的功能和性能评价,是对该领域研究的一种有益尝试.

表1 “四域”范畴下的卫星通信系统效能评估指标体系

表2 “四域”范畴下的卫星通信系统指标体系实例

续表

5 结论

本文借鉴网络中心战理论中的“四域”理念,针对卫星通信领域应用提出了一种“四域”范畴下的指标体系构建理念,对卫星通信系统效能评估指标体系进行了物理域、信息域、认知域和社会域的域结构划分,进而在此框架下构建了具体的能够支持卫星通信系统效能评估的指标体系,以期使其具有更合理的指标体系结构,为卫星通信系统效能评估提供更为完备的评估依据.本文提出的指标体系以作战领域为主要应用领域,并具有一定的通用性,针对其他不同的专业性领域的通信服务需求,卫星通信系统的功能和性能侧重点也不尽相同,还需要对各域内的具体指标进行更有针对性的选取和构建.