网络信息体系运作机理与关键技术*

2019-06-13梁维泰黄松华

火力与指挥控制 2019年5期

梁维泰，黄松华，朱涛，2

（1.中国电科第二十八研究所信息系统工程重点实验室，南京 210007；2.驻中国电科二十八研究所军事代表室，南京 210007）

0 引言

信息时代的战争突破了以往的单一化作战模式，表现为信息主导的体系对抗，各种作战资源需要围绕使命任务，通过知识驱动和信息流通达到统筹联动、同步协调和能力聚合[1]。网络信息体系以广域分布的网络与服务为基础，链接陆、海、空、天、电、网多维战场空间的各类作战单元，在作战保障装备支撑下，基于网络中心思想将探测与感知、指挥与控制、打击与毁伤等体系核心节点按OODA逻辑构建感知环路、协同环路、打击环路等复杂作战体系，是中国版的网络中心化C4KISR系统[2-3]。网络信息体系建设的根本目标就是要围绕体系作战能力生成的总体发展要求，制定作战体系建设顶层规划，明确体系能力需求和体系结构，建立统一架构、技术体制和标准规范，采用网络中心、信息主导的理念对作战要素进行改装和研制，通过组网运用最大化发挥作战资源效能，渐进式发展、逐步形成体系作战能力。作为信息化时代体系作战能力的催化剂和融合剂，网络信息体系正改变着信息化作战形态和战斗力生成模式[4-5]。

美军没有使用网络信息体系这一术语，但实际上通过60多年信息化建设的探索与实践，经历了“烟囱林立”、综合集成以及一体化建设等不断探索实践、不断迭代优化的发展过程，通过提出“网络中心战”概念，建设“全球信息栅格”（GIG）、“联合信息环境”（JIE）等网络中心化系统，已逐步构建起较为完备的网络信息体系[6]。

本文在提出网络信息体系总体架构的基础上，分析了网络信息体系运作机理、关键技术和发展趋势，为网络信息体系顶层规划和建设提供参考。

1 网络信息体系总体架构

结合云计算、大数据、物联网等新兴技术发展，综合考虑态势感知、指挥决策、力量控制等各领域全要素，提出终端泛在互联、资源云端聚合、能力按需组合的网络信息体系总体架构。

1.1 设计理念

网络信息体系总体架构按照“网-云-端”理念设计，其中无处不在的虚拟化网络为随时获取、随时释放信息、资源、服务等提供基础，“云”可通过向“端”提供各类资源及服务，实现对应用端的赋能，“端”在从“云”中获取能力的同时可向云提供经验、知识等，以丰富云中的资源和服务。

“网”代表有序的网络空间基础环境，具有支持快速、灵活、智能调配任意功能及其载体的开放架构，网络资源池中包含通信、数据链、计算存储等资源，可提供计算存储及通信网络服务。

“云”是根据业务需动态聚合各类作战资源形成的具有紧密耦合关系的能力集合，通过将服务分布在网上，依托传感器、武器、电子设备等硬件实体资源，构建可按需共享的资源池，为应用端提供通用泛在的信息服务、知识服务、功能服务，甚至武器（硬件）共享服务。

“端”是既从云中获取相应能力、又向云提供资源及信息的物理实体，根据任务需要从云中获取相应的探测感知、指挥决策和武器控制等能力。

1.2 总体架构

裴忠民等曾基于综合电子信息系统建设思路，提出了基于基础设施、服务和作战应用的网络信息体系三层框架[7]。本文结合“网-云-端”的理念，将网络信息体系总体架构划分为网设施、云环境、端系统3个层次，可按任务灵活组合资源和服务，按需构建“端”系统，遂行联合态势感知、联合指挥决策、联合力量控制、联合支援保障等各项作战任务，如下页图1所示。

网设施提供网络化的信息收集、处理、传送、共享、分发、管理等功能，支持武器系统、传感器能力融入与共享，为战场资源一体化管理、控制与协同提供基础，为实现全域机动、全维防护等联合作战能力提供保障。

云环境构建融合多维多源的信息资源池，为应用系统实现提供服务化的共享功能模块和知识积累，支撑实现一体化体系作战中联合态势感知、联合智能规划、联合力量控制、联合火力打击和联合支援保障等。

端系统按照云上应用柔性化的理念，按需选取各类“资源”和“服务”，各类作战应用通过网络动态集成、组合，形成具有不同功能的应用系统，为各级指挥所、保障机构开展业务活动，以及作战部队实施火力打击、信息对抗等作战行动提供支撑。

2 网络信息体系运作机理

网络信息体系运作机理，是指基于网络的信息共享环境支撑下，体系中作战单元、作战要素和作战系统之间，在形成和发展形成体系作战能力的过程中相互影响、相互作用的原理和运行规律。

图1 网络信息体系系统架构

网络信息体系运作过程包括体系单元聚合、作战链路生成、作战方案优化、体系效能发挥等4个部分，相应的作用机理包括面向敏捷和韧性的网络中心运作机理、面向OODA环自适应生成的信息主导运作机理、面向优化和自主的知识驱动运作机理、面向任务高效完成的体系赋能运作机理，如图2所示。其中，信息按需组织、相互驱动、闭环流转，支持打击链的快速构建[8]；体系则围绕作战使命和任务需求，优化运用全网信息与情报、指控、火力等资源，在恰当的时间、地点释放能量，达成作战目的，完成任务。

2.1 网络中心运作机理

网络中心运作机理指体系中的各类作战单元和系统资源围绕作战任务动态聚合，面向突发事件提供体系的灵活适应能力和抗毁生存能力[9]。其中：

作战任务是网络信息体系为完成作战使命而实施的系列作战行动，这些作战行动一般由网络信息体系中某一个或多个作战单元协同完成。

作战单元是各种军事能力的载体，为执行作战任务提供火力打击能力、侦察监视能力、信息处理能力以及指挥决策能力等，作战单元一般包括探测单元、火力单元、决策单元等。

2.2 信息主导运作机理

信息主导运作机理，是网络信息体系的能力特征，表现为在网络信息体系的运用过程中，信息流起着调节和支配作用，信息力是机动力、火力和防护力组织运用的主导因素[10]。信息主导战场能量释放，决定着部队的作战行动部署和时机、火力运用方式和效果、防护活动组织和恢复。信息主导战场联合行动，联合作战体系内部所有作战要素、所有作战力量之间的联动关系，都靠信息的传递来实施。信息主导作战力量协同，为联合作战的同步决策、动态调整、实时协同提供充分的条件和有效的支撑，使得联合作战体系的运行呈现一种“自同步”的实时互动状态。

图2 网络信息体系运作机理

信息主导运作机理体现在以下3个方面：一是信息活动环驱动作战活动环，起“驱动轴”的作用；二是信息活动的速度和精度超过了作战活动环，而信息活动速度与精度赶上并超过作战活动的首要原因是有了信息网络系统；三是信息活动支撑了体系的敏捷适变，从而成为提升体系适应能力和提升效能的动力。

2.3 知识驱动运作机理

知识驱动为作战任务合理分配、体系自主优化调整和平台精细化控制提供模型与方法支撑。知识驱动运作机理通过数据挖掘技术和大规模并行算法，将多维信息融合形成知识，准确预测对手的思维规律和作战行动，实时感知国家安全和战场态势的发展变化，精确测算评估己方战略能力，迅速为指挥员提供优化行动方案，为各类作战平台赋予智能。“知识驱动”的武器装备体系将在战场上实现高度智能化和自主化的统一，能够实时主动感知敌情威胁，高度自主地确定作战目标和行动方案。以知识驱动为基础的智能化进程正在促进国家安全和军事战略决策方式的变革。

知识驱动运作机理具有其特殊性。一是知识驱动主要基于自学习能力，不仅支持从外部输入新的知识，同时系统本身也可以通过任务推理和知识转换生成或更新知识；二是知识驱动的本质是为了根据特定的任务需要，有效发现并组合相关的知识资源，通过知识推理来实现对指挥人员或者无人系统智能活动的支持。

2.4 体系赋能运作机理

体系赋能通过灵敏战场感知、智能指挥决策和精准行动控制等能力，实现作战能力的高度融合、作战效能最大化和作战进程最优化。体系赋能运作机理是指在体系提供泛在服务的基础上，快速集成各类感知、决策、打击等资源，并向应用端交付作战能力，实现面向任务定制的能力柔性组合和武器赋能共享，并在恰当的时间、地点释放能量，达成作战目的。其中，泛在服务是态势感知、指挥决策、支援保障、力量控制等功能系统服务化，通过网络相互连接形成云，用户通过网络接入云获取服务资源，实现按需提供作战服务。

综上，网络信息体系以信息系统为核心支撑，以精确灵活协同为主要作战手段，运用网络化扁平式的指挥方式，将作战体系中不同类型、分散在陆、海、空、天和网络空间中的作战要素凝聚成一个完整可控的体系，实施统一管理，使各作战要素能够依据作战需求、作战性能和运用特点进行相互影响、相互关联，并进行科学组合、整体联动，最终保证体系作战能力的整体涌现。

3 关键技术

3.1 面向演化重构的体系设计与验证技术

网络信息体系作为一种体系，决定了其具有动态不确定性、演化性和分布性等特点，需要一套适应的方法和手段，实现对体系演化机制的建模分析，实现对体系内资源、性能和风险的最佳平衡，从而寻求系统间集成的最优解决方案，为现有系统集成、新系统规划及体系构建提供技术支撑。

3.2 联合信息环境支撑技术

联合信息环境将情报侦察、作战指挥和武器控制等功能集成为一体，根据作战人员、决策人员和保障人员的要求来安全地处理、存储、分发和管理信息，从而支撑战场态势实时透明、作战力量动态组合和武器装备精确打击，有效提高基于信息系统的体系作战能力。联合信息环境支撑技术主要包括通信网络技术、高性能计算技术、海量存储技术、服务技术与安全可信技术[11]。

3.3 全域全谱信息融合技术

网络中心条件下，网络化情报处理技术朝着实时性、高速性、精准性、并行性等方向发展，因此，只有依赖网络将各个传感器和各种技侦手段联结起来形成一个有机整体，才能实施全维、全时、全空间侦察，获取可靠的信息，实现对特定目标或对象的情报侦察[12]。而在全域作战环境下，随着各种传感器形式的不断增多，获取的各种信息容量的不断增大，视频、图像、文本等各种非结构化信息的涌现，情报处理问题自然也将变得越来越复杂，只有具备信息融合、数据挖掘和大数据处理功能的情报处理系统，才能完成高技术条件下的艰巨任务。

3.4 智能任务规划及目标分配技术

网络中心环境下的陆海空天战场态势复杂、信息瞬息万变，武器种类繁多，使命空间中任务种类繁多、分布广泛、动态耦合，战场约束更加复杂，任务分配与优化调整尤为困难，指挥人员只有很短的时间来进行观察、定位、决策和采取行动，因此，需要智能任务规划与目标分配技术，实现在极短时间内对目标合理分配武器平台，形成最佳作战方案。

3.5 智能火力协同决策与控制技术

未来战场目标越呈现多样化、隐身化以及高超速特点，如各种类型导弹、飞机以及高超速武器采用多方向、多波次、大饱和度的方式发起攻击，威胁度极高[13]。因此，需要快速高效组织各类作战武器对各类目标进行协同打击，即根据目标的战斗运动要素、作战意图要素、作战空域等，结合各类武器部署位置、射击诸元、交战空域以及环境约束条件，建立动态环境下的多变量、多元函数优化的目标-武器协同交战规划决策模型，利用智能体协同机制和方法，对武器进行快速决策和分布式控制，达到协同打击效能的最大化。

4 发展趋势

4.1 网络能力由作战应用基础支撑型向全体系能力汇聚型转变

基于广域覆盖、可随遇接入、动态组网的通信网络，网络信息体系将完成陆海空天电多维战场空间中各类作战资源能力的体系化汇聚，面向作战任务，以网络为中心，动态汇聚感知、决策、控制、保障等作战力量，适应各种体制机制变化，打破逐级响应的串联行动模式，构造多个要素并行响应、整体联动的协同作战体系，实现网络支撑向网络聚能的转变，达到以网聚能、以网释能的目的。

4.2 信息能力由融合共享服务型向体系高效运转与自主适变驱动型转变

网络信息体系将通过知识驱动，形成优化“获取-挖掘-凝练-分发”的信息链路，并使信息链路充分融入“OODA”作战链路，两条链路相互带动，构建网络信息体系的知识化信息使用模式，实现信息的深度共享和体系运用，创新信息能到作战能的转化方式，实现信息力到战斗力的转换，催生信息主导的知识化新质体系作战能力的动态生成与自主适变。

4.3 体系能力从分领域升级完善向跨领域融合发展

面向未来战场复杂严酷的体系对抗条件，网络信息体系将基于体系能力最大化原则开展功能域之间的横向跨域融合，优化作战活动与信息流程，推导功能要求和能力需求，在个性需求中凝练共性需求，形成战略、战役、战术不同层次的“感知-决策-控制-保障”的体系化融合。

4.4 指挥控制等应用业务能力从中心向边缘拓展

为应对未来高动态、强对抗、分布式的战场环境，满足远洋远海、前出作战等远离本土军事任务的作战要求，提高任务驱动下的前沿战场作战能力，网络信息体系将使云中心的部分应用服务迁移到网络边缘设备，依托智能边缘的应用业务能力，将态势感知、信息处理、方案筹划等能力延伸至战场前沿，为战术边缘的指挥和作战人员提供实时、高效的辅助决策支持，实现不依赖云中心的面向战术前沿的智能化作战能力[14-16]。