网络信息体系概念与制胜机理研究

罗爱民 刘俊先 曹 江 罗雪山

信息化战争是体系与体系的对抗,构建支持体系对抗的作战体系是取得战争胜利的基本保障.现有的指挥信息系统大多按照系统工程的方法,无法构建有效的作战体系来满足体系作战的要求,必须要按照体系工程的方法,建设网络信息体系,提高体系对抗能力.

1 概念内涵

体系被称之为系统中的系统(System of Systems,SoS)是目前大多数达规模集成体(包括系统、组织、自然环境、生态系统等),普遍存在的现象[1].对于体系的概念也存在多种定义.如体系是系统的综合,系统综合以系统的演化发展、协同优化为目的,最终达到提高整体效能的宗旨[2].体系不是单纯的系统集成,它具备组成系统独立运行、组成系统独立维护、组成系统区域分布、具备涌现行为、体系是不断演化发展的等5种特征[3].美国国防部关于体系的定义为“互相依赖的系统组合链接,提供的能力远大于这些系统能力之和”[4].

网络信息体系是我军提出的、未来军事领域的复杂体系,具有体系的基本特征.相对于一般的复杂军事信息系统,网络信息体系具有以下特点[6]:

1)组成系统行为的自主性与管理独立性;

2)组成系统异构性;

3)体系整体演化性;

4)体系的地域分布性;

5)体系能够产生涌现;

6)体系具有对不确定性的适应能力等.

网络信息体系是信息化战争作战体系的基本形态,是我军面向未来的战略思维方式,是设计战争的方法论,是组织信息化条件下作战的原则和指南.

网络信息体系的组成要素包括军事力量、作战思想、法规制度和人才资源.军事力量是用于遂行作战任务的各种军队组织、武器装备、战场设施和保障物资.作战思想是对信息化战争规律的理性认识.法规制度是组织、指挥、管理、维持和发展军事力量的机制.人才资源是熟知信息化作战的指挥、管理操作和技术群体.

网络信息体系是为应对军事领域“体系现象”提出的战略性、纲领性和统揽性概念.它是以“网络中心、信息主导、体系支撑”为主要特征,涵盖物理域、信息域、认知域、社会域的复杂巨系统,是按照统一的体系架构、统一的技术体制和标准规范构建,以联合作战任务规划和信息资源共享利用为重点,以全军共用信息基础设施为支撑,集成指挥控制、预警探测、情报侦察、信息对抗、战场环境等功能系统,以及政治工作、后勤保障、装备管理等各级各类信息系统的有机整体.

网络信息体系是信息化时代体系作战能力的催化剂和融合剂,它正在改变着信息化战争的形态以及战斗力生成的模式.从作战思想和理论看,网络信息体系正引起作战思维从传统的“直线、平面和封闭”式向“非线性、开放和立体”式转变,体系作战和一体化作战成为未来主要的作战样式.从战斗力构成要素看,网络信息体系提高了“人”的能力,使装备构成一个整体,并且改变了“人”与装备的联接方式,整个体系从层级式向网络化转变,极大地拓展了战斗力要素的内涵,使战斗力空前倍增.从作战能力看,网络信息促进了作战指挥由“树状”、粗放向“扁平”、精细过渡,作战方式由火力主导向信息主导转变,作战手段从以“硬”为主向“软硬”并举发展,作战进程由“时杀”向“秒杀”递进,从而把作战能力从物理域向信息域拓展.从作战效果看,网络信息体系改变了作战的力量结构、指挥流程和作战方式,从而引起作战制胜机理的变化,带来巨大优势.

2 网络信息体系的基本特征

2.1 组成要素网络化

网络信息体系在物理域中典型的表现为组成要素网络化.地域分布的体系组成要素可以通过各种网络连成一个整体.体系要素的连接提高了体系要素之间交互融合,是体系能力提升或出现能力涌现的基础和保障.通过体系要素的网络化,使体系具有网络使能.

网络化具体体现在:一是组成要素网络化,通过网络使体系要素从物理上能够连通起来;二是信息资源网络化,使信息资源分布在网络上不同的组成要素上;三是功能和业务的网络化,类似美军网络中心战的传感网、指控网和火力网,通过业务的网络化提升作战活动效能,通过功能的网络化(以服务化技术实现的)提升体系要素的业务效率.

2.2 信息有序流动、直接运用

网络信息体系在信息域层面典型的表现为信息有序流动,各系统直接运用.通过信息有序流动、用户直接运用形成信息优势.

体系网络化为形成体系能力提供基础和物理基础,真正发挥网络化体系效能,还需要信息的综合利用.只有信息在网络化体系中合理流动,才能使信息价值增值.信息通过有序流动、直接运用产生形成信息赋能.信息赋能是指通过体系要素之间信息的流动互通、互操作,使信息价值增加,使各作战活动执行得更好,体系能力得到有效发挥.

从信息处理过程来看,信息的处理加工构成信息活动环.信息活动环可以抽象为信号、符号、知识等形态的转换过程.信息活动环的转换过程支撑由观察、判断、指挥决策和打击等作战活动构成的作战活动环.一方面,信息活动环驱动作战活动环,信息活动得到的结果为作战活动环提供支持,信息活动环起“驱动轴”的作用.另一方面,作战活动环对信息活动环提出需求,体系通过信息活动来促使信息有序流动,提升信息的应用价值,实现体系能力.信息活动环的速度和精度决定着作战活动的节奏和精确度.

2.3 互理解与互遵循

网络信息体系在认知域层面典型的表现为体系各组成要素对战场态势、作战命令等的互理解,在社会域层面典型的表现为体系各组成要素对规则、规范等的互遵循.这里的组成要素包括系统、人员等.互理解是网络信息体系中的人员、系统对战场态势、作战任务和命令等信息和知识形成一致性的理解,达成共识.互遵循是利益相关者遵守相同的流程、规则和制度[7].在相同的制度和规范约束和指导下,网络信息体系中的人员、系统对构建规则、作战执行规则、运行规范等自觉遵循.

互理解和互遵循是实现作战协同、同步的基础.通过互理解、互遵循最终将信息优势和决策优势转换为行动优势.

网络信息体系是实现网络中心战的基础,它在各域上的典型特征可以概括为互联、互通、互操作、互理解和互遵循,如图1所示.

3 体系制胜机理

网络信息体系通过能力涌现形成体系能力,提升网络信息体系作战能力,达到体系制胜的目的.网络信息体系的结构机制和运行机理是形成体系能力的关键.

设网络信息体系的作战能力为MOFE,MOFE应该是组成要素能力、体系结构、体系运作等的函数,简单表示如下式

其中,C表示体系的能力集合,SRt表示体系中各组成要素间的结构关系,Pt表示体系运用能力.对于网络信息体系来说,SRt和Pt是时间t的函数,体系面临的任务和态势不同,SRt和Pt会存在差异,也就是不同时间t,SRt和Pt可能不同.

网络信息体系的能力集C在不断演化中得到提高,从而使网络信息体系的能力不断增强,C越强,则MOFE越强.此外,对于网络信息体系来说,通过结构的敏捷适应、信息增值以及作战应用的敏捷适应能够达到提升体系能力的目的.

图1 网络信息体系在各域内的特征

3.1 结构敏捷适应

从体系运用的角度来说,体系组成要素之间的连接关系、信息交换能力影响作战筹划、计划以及作战实施,体系的物理结构是影响体系能力的重要因素.

SRt表示时间t网络信息体系的结构,显然SRt的好坏直接影响体系的MOFE.SRt是任务Task,态势Situation的函数,即

从作战需求的角度来说,不同的作战任务和态势,要求的SRt不同.因此,SRt必须能够随着任务、态势等的变化而发生变化.以往系统主要是针对确定任务建设,由于任务固定,则其结构也相对固定.当新的不确定任务、态势出现时,这类系统的结构关系难以改变以适应新要求.网络信息体系的设计与建设充分考虑不确定环境的背景,强调标准化、规范化以及规则等建设,使得网络信息体系的结构具有动态可重构性,能够根据任务和态势的变化,敏捷构建出满足要求的结构关系,以适应不确定需求的变化.当不确定事件发生时,在事件E(t)的触发下,体系中的结构由SRt0变为SRt1,即

SRt1在网络化支持下,在统一的规则、规范以及标准体系约束下,体系能够根据新需求迅速从SRt0变为SRt1,同时SRt1构建优化的结构,适用新的任务、态势的作战需求,而且这种结构重构是快速的,体系中的结构由SRt0变为SRt1所需要的时间很短,能够以最快的速度适应作战的需求.

体系的作战能力与OODA环密切相关.网络信息体系结构敏捷适应最典型的表现是OODA环的敏捷适应.体系中各组成要素网络化后,各组成要素之间能够根据需要灵活建立连接,使得体系中可以构建的OODA环增加,OODA环的组成和结构灵活变化,适应不确定作战环境和任务.

OODA环形成的组成和结构的灵活性增加的优势体现在

1)提供更多的OODA环,使得作战方案上存在更多的选择;

2)在对抗环境下,当某个OODA环出现断裂时,可以通过重构OODA环,完成作战任务;

3)当体系面临不确定任务时,体系可根据任务需求,敏捷构建新的OODA环,满足需求适应任务变化.

如图2所示,图2(a)和2(b)包含的组成要素相同,要素之间的连接关系不同.图2(a)中是支持相对固定任务的基本结构;在网络化的基础上,图2(b)中根据作战需要,增加和调整要素之间的连接关系,敏捷适应作战要求.图2(b)中可以形成的OODA环的数量增多,而且OODA环结构可以根据需要调整.

图2 网络信息体系结构敏捷适应原理示意图

3.2 信息增值

网络信息体系中通过合理利用信息资源,实现信息增值,达到提高体系能力的目的.

信息价值是信息被用户使用后带来的效益或效用.信息价值不仅与信息质量密切相关,而且与具体应用(分发、组织等)相关.相同的信息资源,不同的使用方式其价值不同.

影响信息价值的因素包括:

1)信息质量;

2)信息与任务和用户需求相关程度;

3)信息被使用的时机;

4)信息被应用的能力.

同样的信息,用户使用的方式不同其价值也会存在差别.在网络信息体系中,当信息进入体系后,其内部要素或流动受到体系附加的引导作用和制约作用,从而在时间有序、空间有序和逻辑有序等方面进行重新排列组合,改善了各内部要素之间在功能上相互作用的协调性和相干性,提高了有机系统整体的功能效应,使体系得到的信息价值量大于信息进入体系时价值量.

设信息i在用户需求r下的价值为v1,

其中,rc,rt分别表示信息需求r的内容需求和时间需求,ci是ti时刻的体系内信息资源,P表示用户的信息利用能力,可以体现为用户处理能力P1和用户应用水平P0.

显然,v1是rt−ti的减函数,v1随着rt−ti的增加而降低.v1是ci∩rc的增函数,v1随着ci∩rc的增加而增加,v1≥0.v1是P0的递增函数,v1是P1的非单调函数.在处理要求小于用户处理能力P1,v1随着信息量的增加而增加.当处理要求大于用户处理能力P1,v1随着信息量的增加而减少.

在作战体系中,信息i可以通过共享、分发等方式,使得信息i可以被不同节点和不同用户用于不同应用,信息i在不同应用中对需求满足的程度不同,因此,信息i在不同应用中表现的价值不同.信息i的价值等于不同应用中信息应用价值之和.设信息i通过共享和分发后被N个用户在不同时刻使用,信息i的价值为

因此,从应用价值的角度来说,由于在作战体系内共享信息,可以使信息价值升高.信息共享程度越高,信息被应用次数越多,其价值越大.

对于进入到网络信息体系中信息集来说,其价值等于各用户端信息子集的应用价值之和.

设某时刻体系内的信息集合为I1,此刻用户信息需求为rj,0≤k≤M,在体系中,不同需求获得的信息集合为体系的信息价值

的最大值,即

要取最大值,取决于越小,ci∩元素越多信息价值就越大.Pj使用正确的应用方式、用户负载能力可接受则应用价值大.

由于用户处理和负载能力是有限的,因此,

在网络信息体系中,基于网络化的结构,按照相关的规则,信息在体系内有序流动,使得信息得到增值,促进体系能力形成,具体表现在:

1)网络化结构促使信息更大范围的共享,增大M,提高v1;

2)信息能够在体系中进行快速地分发,降低反应时间rt−ti,提高信息应用的时效性,增大;

3)通过信息的有序流动,实现信息按需分发,在提高ci∩同时保持信息量在用户的信息处理范围内满足的P1k要求,达到提高的目的.

3.3 协作敏捷适应

联合作战要求各作战单元之间密切协同,各作战单元的协同能力影响体系能力生成.网络信息体系的网络化,特别是互理解、互遵循为作战自同步、自协作提供支持.

由于现有的系统采取独立建设,系统之间的互联、互通、互操作能力差,按照基本的作战环结构(如图3所示),各系统之间的协同主要集中在行动层面,各作战单元按照作战命令和作战计划,实施行动上的协同.

在网络信息体系中,由于体系要素的网络化,信息资源在体系内实现按需共享,使得作战单元的协同可以扩展到各层次和各环节.网络信息体系的协同必须建立在互理解和互遵循的基础上,在对战场态势形成统一的理解,各作战单元自觉遵循统一的规范和规则的前提下,可以实现除作战计划中计划的协同外的自主同步和协作,使得协同的层次和粒度大大提高,提高协同的效率,更大程度地发挥体系中各组成要素的能力,实现能力涌现,提高体系能力.

按照C2概念模型[5],行动(执行)质量受到个体完成任务、行动同步、执行敏捷性等影响,如图4所示.行为同步、执行敏捷性和协作速度直接影响执行质量,行为同步、协作速度和执行敏捷性受到对态势的共享理解程度、体系内的作战规则约束力和协作机制等的影响,体系内要素之间的互理解、互遵循等促进要素间根据态势进行自协作和自同步,提高协作质量.

图3 网络信息体系要素协同示意图

图4 协作与执行效果的关系示意图

4 结论

本文对网络信息体系的概念和制胜机理进行分析,可以为网络信息体系建设提供支持.网络信息体系作为未来我军建设和发展的重点,其建设是一项复杂的系统工程,一方面要进一步深化研究网络信息体系的内涵、机理以及建设需求,特别是从体系层面分析其特点.另一方面要针对网络信息体系建设的特点,加强网络信息体系的顶层设计,研究适合网络信息体系设计、管理的工程化方法,指导网络信息体系的建设.