基于Petri网的网络空间作战指挥机构运行流程分析

王南星， 王劲松, 季雨林

(1. 66389部队 河南 郑州 450001； 2. 信息工程大学指挥军官基础教育学院 河南 郑州 450001)

基于Petri网的网络空间作战指挥机构运行流程分析

王南星1， 王劲松2, 季雨林1

(1.66389部队 河南 郑州450001；2. 信息工程大学指挥军官基础教育学院 河南 郑州450001)

应用Petri网理论对网络空间作战指挥机构运行流程进行建模仿真分析，研究网络空间作战指挥机构的运行流程，通过定义相关库所，引入变迁发生规则，运用可达标识法分析网络空间作战指挥机构运行流程的合理性，为优先网络空间作战指挥流程提供借鉴。

网络空间； 作战指挥； 运行流程；Petri网

网络空间作战指挥机构运行流程是指运用网络空间作战指挥机构实施指挥行为的步骤和顺序。目前，美军网络空间作战指挥机构的建设和运转较为常规化和系统化，在网络空间作战行动中发挥了重要作用，保证了美军实施网络空间作战攻防行动的顺利开展。相对而言，我军网络空间作战指挥机构的建设仍处于探索阶段，对于网络空间作战指挥机构的建设和运行尚未形成系统的理论指导。Petri网作为一种有效的描述和分析具有并发、异构(或同步)和冲突等特性的离散事件系统的建模工具，除了具有类似流程图、框图和网络图的可视化描述功能外，还可通过标记的流动来模拟系统的动态行为[1-2]。网络空间作战指挥机构运行流程是由不同的离散事件驱动的，其异构、同步和并发等特点尤为显著，利用Petri网对其进行建模仿真，可真实地反映网络空间作战指挥流程的运行情况，从模型的角度观察网络空间作战指挥机构运行流程的合理性。因此，笔者基于Petri网对网络空间作战指挥机构运行流程进行建模分析，研究网络空间作战指挥机构的运行流程，探索网络空间作战指挥机构运行流程的合理性，为网络空间作战指挥机构的建设提供参考。

1 网络空间作战指挥机构

网络空间作战指挥机构是指挥网络空间作战行动的核心枢纽，是负责指挥的主体和网络空间作战指挥体系的核心。其内部编组的合理程度制约着作战信息的传达与反馈，直接影响网络空间作战指挥效能的发挥。根据网络空间作战力量的分布并结合网络空间作战指挥体系的构建原则，网络空间作战指挥机构应包括情报信息中心、网络攻击中心、网络防御中心、综合保障中心和外部协调中心，具体的内部编组如图1所示[3]。

图1 网络空间作战指挥机构内部编组

2 运行流程分析

网络空间作战指挥机构运行是网络空间作战指挥实施的具体化体现，其核心任务是对网络空间作战行动进行指挥控制。主要分为情况分析、决策计划、指挥控制和作战评估4个阶段，具体如图2所示。

图2 网络空间作战指挥机构运行流程

2.1情况分析阶段

情况分析阶段的首要任务是面对网络空间复杂的作战环境，分析战场情况。主要是利用网络空间作战指挥机构中的情报研判系统、态势感知系统等信息情报来源，对上级下达的任务、网络空间的异常和作战行动信息反馈等进行分析，判断网络空间作战需求，下达具体作战任务和目标，并根据情况分析结果实施防御作战或进攻作战准备。

2.2决策计划阶段

决策计划阶段的主要任务是在判断是否进行防御作战或进攻作战准备的基础上，对进攻和防御任务分别进行研究和决策，并判断具体的作战目标和指挥对象。当进行防御作战决策时，主要利用网络空间环境防护系统和实体防护系统判断作战任务是否涵盖实体防御和环境防御，并根据作战任务确定是否需要协调地方网络空间作战力量参与行动，并分别根据预设方案制定环境防御和实体防御作战计划，做好地方网络作战力量的准备和部署；当进行进攻作战决策时，主要根据上级下达的作战任务，确定作战目标、作战力量和指挥手段，并制定作战行动实施方案，如需地方网络空间作战力量参与进攻行动，应同时做好准备和部署等协调工作。

2.3指挥控制阶段

指挥控制阶段分为防御和进攻2种情况：1)防御作战指挥可分为实体防御指挥、环境防御指挥和军地联合防御作战指挥。其中：实体防御指挥主要针对己方网络空间基础设施和网络节点可能受到的物理破坏而进行的防御作战指挥，具体控制在实体空间展开对抗，指挥相关作战部队和武器平台展开有效防御拦截或局部反制；环境防御指挥主要针对木马病毒、信息干扰和DDOS等虚拟空间的进攻行为而进行的防御作战指挥，主要通过清除木马、病毒，处置瘫痪节点和调配备用通道等指挥网络空间环境防御作战行动来进行防御作战；军地联合防御作战指挥主要利用军地网络联合指控系统，针对可能遭受攻击的地方民用互联网、电力网和网络基础设施，调配军地网络空间防御力量，对军地网络空间防御作战行动实施统一指挥控制。2)进攻作战指挥主要分为进攻指挥和军地联合进攻作战指挥。其中：进攻指挥主要利用网络空间攻击指控系统，根据作战目标，指挥网络作战部队和武器平台对对方信息系统、网络节点和网络基础设施进行软件和实体攻击；同时，利用军地网络联合指控系统指挥协调地方网络空间作战力量参与进攻作战，并在舆论战、心理战等战场上对对方开展宣传攻势。

2.4作战评估阶段

作战评估阶段是在实施防御作战行动后，由网络空间感知系统实时监控己方网络空间情况，并及时对作战效果进行分析处理。对于防御作战，进行防御评估确定是否完成防御作战任务：若完成，则结束防御作战；若未完成，则将信息反馈至情报信息中心并继续进行情况分析。对于进攻作战，则利用网络空间攻击评估系统，对网络空间作战行动进行实时检查反馈，评估作战效果，判断是否完成进攻作战任务：若完成，则结束进攻作战行动；若未完成，则将信息反馈至情报信息中心并继续进行情况分析，研究下一步作战行动开展。

总体来看，网络空间作战指挥机构运行流程是由“情况分析—决策计划—指挥控制—作战评估”4个阶段周而复始形成的闭合回路。其中：作战评估既是指挥活动的终点，也可能是新一轮指挥活动的起点。

3 运行流程Petri网模型

3.1Petri网模型的定义

Petri网是一个库所容量为无穷的、库所/变迁(P/T)的、6元组(∑=(P,T,F,K,W,M))系统。当且仅当：1)P∪T≠φ;2)P∩T=φ;3)F∈(P×T)∪(T×P);4)dom(F)∪cod(F)=P∪T;5)K∶P→Z+∪{∞};6)W∶F→Z+;7)M∶P→Z,满足∀P∈P∶M(P)≤K(P)。其中：P为库所；T为变迁；F为流关系；K为库所容量函数；W为弧权函数；M为标识。因此，Petri网是由库所、变迁和它们之间的流关系所构成的动态网络，通过引入变迁发生规则，可使标记在网中流动，并不断更新标识的描述，从而描述系统的动态过程[4-6]。

3.2运行流程Petri网描述

应用Petri网描述网络空间作战指挥机构运行流程时，每个库所代表1种指挥状态，每个变迁代表指挥状态的转变，每个库所和变迁均与图2所示的指挥流程和顺序相关联，且表述了实际指挥流程中各阶段的指挥需求和运转情况，Petri网描述网络空间作战指挥机构运行流程的库所、变迁说明如表1、2所示。由此建立网络空间作战指挥机构运行流程的Petri网模型，如图3所示。

表1 Petri网描述网络空间作战指挥机构运行流程的库所说明

表2 Petri网描述网络空间作战指挥机构运行流程的变迁说明

图3 网络空间作战指挥机构运行流程Petri网模型

通过Petri网模型对网络空间作战指挥机构进行建模，可清晰地观察指挥机构中各部门在各个阶段的运行状态和运行关系。同时，可采用可达标识法对Petri网模型进行仿真实验。如：以网络空间作战指挥机构Petri网模型为仿真运行对象[7]，设其初始状态为M0=(1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0)，为方便标识，简化为M0=(1,13,14)，表示该时刻所有有标识的库所。网络空间作战指挥机构Petri网模型可达标识图如图4所示,可以看出其一个是贯通的、不断流转的整体。

图4 网络空间作战指挥机构Petri网模型可达标识图

4 结论

网络空间作战指挥机构运行流程是网络空间作战指挥活动的具体表现，是指挥机构发挥指挥功能的根本体现。通过Petri网理论对网络空间作战指挥机构运行流程进行建模仿真，可清晰地反映出指挥信息流转的情况，为分析指挥机构建设的合理性提供了参考依据。但是笔者尚未涉及运行流程如何改进优化问题，下一步将重点开展此方面的研究，为指挥机构建设提供更加具体的建设意见。

[1] 朱延累,罗小明,何榕.基于Petri网的空间信息支援反导作战指挥控制系统概念建模与分析[J].装甲兵工程学院学报,2015，29(1)：75-80.

[2] 刘治学,朱寿雷,许诚.智能反舰导弹攻防作战的Petri网模型描述[J]海军航空工程学院学报，2010，25(2)：215-219.

[3] 王劲松,王南星,哈军贤.网络空间作战指挥体系研究[J].装甲兵工程学院学报,2016，30(5)：1-4.

[4] 罗杰,段建民,陈建新.MAS行为协进化Petri网模型构建[J]北京工业大学学报，2008，34(7)：688-695.

[5] 吴金平,董汉权.基于Petri网理论的潜艇作战行为建模[J]潜艇学术研究，2013，(2)：47-50

[6] QUINTANILLA F G, CARDIN O, L′ANTON A. et al.A Petri net-based methodology to increase flexibility in service-oriented colonic manufacturing systems[J]Computers in industry，2016，76：53-68.

[7] 王鼎,张志瑞,郑刚.Petri网在某型舰炮防御过程中的应用[J].四川兵工学报，2013,34(6)：5-7

(责任编辑: 王生凤)

AnalysisofWorkingProcessofCyberspaceOperationalCommandingInstitutionBasedonPetriNet

WANG Nan-xing1， WANG Jin-song2， JI Yu-lin1

(1. Troop No.66389of PLA, Zhengzhou450001, China；2. Institute of Command Officer Basic Education, Information Engineering University of PLA, Zhengzhou450001, China)

Cyberspace operational commanding institution working process based on Petri net is modeled and analyzed to study the working process of cyberspace operational command institution. Through defining the related library, introducing transition rules, the rationality of cyberspace operational commanding institution working process is analyzed using the reachable marking method, which provides the reference for improving the operational commanding process.

cyberspace; operational command; working process; Petri net

1672-1497(2017)04-0010-04

2016-12-13

王南星(1988-)，男，硕士研究生。

E072

：ADOI：10.3969/j.issn.1672-1497.2017.04.003