网络化作战调度指挥信息链效能评估系统设计

2022-03-11商静

电脑知识与技术 2022年1期

摘要：为解决传统效能评估系统操作响应不及时和网络安全防护能力较差的问题，设计一种网络化作战调度指挥信息链效能评估系统。系统硬件设计部分重点对信息储存模块与操作指挥模块进行设计，采用型號为89C51单片机和74HC573锁存器，实现控制信息源的持续输入与同步存储。软件部分采用最小二乘法对网络环境中的非显著性数据进行挖掘，筛选可用性评估指标，将其作为训练样本，采用距离加权临近回归的方法搜寻得到指标的评估值，降低数据样本中孤立噪声点的影响，完成对效能评估系统的设计。实验结果表明，所设计系统响应时间较短，并且网络安全防护性能较好，说明该系统具有较强的应用性。

关键词：网络化;作战调度;信息链;效能评估;74HC573锁存器;响应时间

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）01-0046-03

网络化作战是协同作战的最高效形式，作战调度指挥的网络化是指网络互联互通能力在作战调度指挥中的应用[1-2]。目前，对于作战调度指挥系统的网络化能力没有具体与明确的界定，通常认为是通过网络信息的实时协同实现对作战信息的调度以及保持指挥能力的问题。信息链是作战调度指挥成功的基础[3-4]，网络化作战调度指挥信息链是指按照规定的流程，通过网络载体获取、采集以及处理作战信息，从而实现信息的有效传达，因此，评估信息链的应用效能具有一定的现实意义。

目前，已有大量研究者提出了不同的评估方法，形成了比较成熟的效能评估模型，并研究得到了多种效能评估算法[5]。其中，文献[6]设计了基于SD的指挥信息系统作战效能评估模型，通过分析指挥信息系统信息和反馈关系，实现对指挥信息系统作战效能评估SD模型边界的确定。实验结果表明，该模型可以为指挥信息系统的各要素灵敏度进行有效分析，但是存在响应时间较长的问题。文献[7]设计了基于云模型的指挥控制系统效能评估系统，构建了评估指标体系，并采用排队理论求解指标权重，通过权重计算结果评价各指标的相似度，从而得出最终的评估结果。实验验证了该方法的可行性，但是由于噪声点的干扰，易导致效能评估的指标数量过少。文献[8]提出混合扩频测控系统抗干扰效能评估与优化模型，从多视角出发，构建了抗干扰效能评估指标体系，并根据不同的评估需求，构建基于层次分析法（AHP）的综合抗干扰效能评估模型，实现效能评估。实验结果表明，该模型具有一定的可行性和有效性，但是评估过程持续性不佳，影响其应用效果。

基于上述问题，针对网络化作战调度指挥信息特有的数据量大、易遭受网络攻击以及数据具有非显著性的特点，设计网络化作战调度指挥信息链效能评估系统，实现信息链效能的准确评估。

1 网络化作战调度指挥信息链总体架构

网络化作战调度指挥信息链的主要功能是完成网络化作战指挥控制，实现对作战信息情报信息的采集与存储处理，辅助作战指挥决策。图1为网络化作战调度指挥信息链的总体架构。

在图1所示的总体架构下，进行系统的软硬件设计，完成对效能评估系统的设计。

2 系统硬件设计

为了实现对网络作战系统中，调度信息的互联互通，重点对信息储存模块与操作指挥模块进行设计，利用信息储存模块中的转换器模拟控制信息链的数据量，并实现信息的同步存储，以此来实现对网络中海量信息的预处理[9]，为系统硬件设计提供前提条件。利用操作指挥模块构建指令下达通道，实现信息的顺畅传达。

2.1 作战调度指挥信息储存模块

针对网络化作战调度指挥信息数据量大的特点，以实现控制数据量与数据实时存储为目标，选用型号为89C51单片机、74HC573锁存器、储存器以及时钟芯片组建作战调度指挥信息储存模块[10]，该模块的电路图如图2所示。

由图2所示的硬件电路图可知，受到单片机引脚数量的限制，单片机外部采用数据线与地址线总线相连的方式，实现调度地址与调度指令数据的双重传递。锁存器与地址总线并联，设置锁存器的时钟周期为5.0s，保证调度信息在不同位置的有效性，锁存器允许控制输出端接地，保证锁存器始终保持输出状态，控制系统对效能评估信息源的持续输入，控制信息链的数据量[11]。

使用单片机内部的8位数据线与储存器的数据线相连，来维持不同位置地质线的有效位置，使用一个反相器与储存器的CS端相连，以储存器CS端接收到的信号作为信号源，控制单片机为高电平状态，保证储存器的正常储存过程[12]。利用一个型号为TLC0834的8-bitA/D转换器，转换器模拟控制电路信息链的数据量，将信息链的数据量处理为8位并行数据，储存至储存器中。为了实现对作战调度指挥信息数据量的控制，将单片机的P20端口连接至储存器的RXD端口，并行处理信息链的位置信号为8-bit信号，将数据同步传输至储存器中。

2.2 操作指挥模块

建立操作指挥模块的目的是实现对作战信息的提取与传达，构建一个连接信息发送者与接收者的通道。根据任务需求获取战斗值班信息、当前任务状态信息以及网络安全状态信息等内容，设计作战计划，并对作战计划进行核准，最后将其发送至相应的执行部门与个人。图3为操作指挥模块运行流程图。

分析图3可知，操作指挥模块是通过采集作战信息，并将作战计划、作战态势等信息传输至信息接收者，从而实现信息的互联互通[13]。在此过程中，为了保证能够顺利传达作战任务，需要查找出作战调度指挥信息链上的“拥堵点”，从而实现调度信息之间的顺畅流转，提升调度指挥信息链的效能。

3 系统软件设计

通过系统硬件设计中作战调度指挥信息储存模块实现了对调度信息的互联互通与信息链数据量的有效控制，同时，通过操作指挥模块实现了对作战信息的提取与传达。根据系统硬件设计实现了对作战信息的处理，以数据处理结果为基础，为实现对网络化作战调度指挥信息链效能的有效评估，需要进一步建立评价指标体系，运用评价指标与相应的评估算法实现效能评估。

3.1 数据过滤

虽然通过作战调度指挥信息储存模块实现了信息链上数据量的有效控制，但是在效能评估之前，还要考虑到网络信息具有非显著性的特性，因此，采用最小二乘法对非显著性数据进行挖掘，获得作战数据的输入量为：

[E=p=1nk=1lspk-hpk] （1）

式中，[l]表示网络化作战调度指挥信息链中数据被非显著特征干扰的幅度;[sp]表示非显著性数据总数;[hp]表示作战信息终止传达频率;[k]表述初始数据。要想对非显著性数据进行过滤，必须获得该数据的最优分类面，可以表示为：

[Hs=η（fm+fs）-Eφ+θ] （2）

式中，[fm]表示非显著性数据减少的趋势函数;[η]表示数据分类所用时间;[fs]表示数据载频;[φ]表示非显著性数据出现频率;[θ]表示数据间隔距离。

如果作战调度指揮网络中非显著性特征数据分量处于[T]区域中，则最优类面满足以下条件：

[A≤minT2k2] （3）

对上述公式结果进行归一化处理，获取非显著性数据特征序列，经过量化后的不含非显著性特点的作战调度信息集表示为：

[As=as1，as2，...，asn] （4）

归一化之后获取的作战调度信息即为不含非显著性特点的信息。

3.2 筛选可用性评估指标

基于数据过滤结果，选取网络化作战调度指挥信息链效能评估指标，从网络化角度出发，评估指标可从以下几方面着手：

1）接入作战指挥网是作战调度指挥信息链发挥效能的基础，因此，入网能力具体包括是否能够实现与各个作战节点的互联以及是否影响其他作战节点的正常工作;

2）联网状态下作战调度指挥信息链的指挥能力：在接入作战网之后，要考虑信息链能否实现与其他作战网络之间的协同操作;

3）网络安全防护能力：网络中的安全威胁因素会对作战指挥信息产生干扰，因此，在进行效能评估时，能否抵御网络攻击是一项重要的评估指标;

传统环型、树型拓扑结构无法适应网络化作战的实时动态作战需求。因此，此次设计的网络化作战调度指挥信息链的节点拓扑结构通过集中式的形式进行设计。

4 效能评估算法

作战调度指挥信息链是由各项操作信息构成的信息链[14]。效能是指系统在一定条件下达到规定使用目标的能力，效能评估是根据影响装备效能的主要因素，运用一般系统分析的方法，在收集信息的基础上，确定分析目标，建立综合反映装备达到规定目标的能力测度算法，最终给出衡量装备效能的测度与评估[15]。

在设计效能评估算法时，以上述筛选得到的可用性评估指标为训练样本，采用距离加权临近回归方法搜寻得到指标的评估值，减少数据样本中孤立噪声点的影响，此时，信息链评估指标中存在着不同的相似度属性[16]。在构建效能评估算法时，效能评估结果会受到不相关指标属性的支配，为了排除属性的干扰，引入一个二次型距离用于计算指标间的相似性度量，二次型距离可表示为：

[d（xi，xj）=（xi，xj）mW（xi，xj）] （5）

式中，[W]表示权值矩阵。加权处理不同评估指标属性，计算得到不同属性的加权距离：

[D（xi，xj）=r=1nar（xir-xjr）2] （6）

式中，[r]表示评价指标的属性数量;[xir]和[xjr]均表示属性取值对该类别的影响程度;[a]表示加权参数。排除属性误差带来的干扰后，为了减少评估过程产生的计算量[17]，采用一个k-d树结构划分不同的属性空间，控制每个节点代表一个信息链属性，将结构每一层的维度作为分辨器，分辨器承载着不同属性加权距离的计算[18]。

网络化作战调度指挥过程中，信息链不可避免地会出现部分偶然误差，计算该部分偶然误差，误差计算可表示为：

[ME=D（xi，xj）-1ni=1nei] （7）

式中，[ME]表示偶然误差;[ei]表示效能评估的数据量。为了进一步减少该部分偶然误差，在k-d树结构中设定一个标准分割规则[19]，以评价指标数据集中的最大维为作用对象，将该维中点作为分割点，生成一个高度为[log2n]的结构。不断重复上述分割规则，汇总并去除超过高度[log2n]的树结构，消除偶然误差对效能评估过程的干扰[20]。

在上述操作的基础上，获取网络化作战综合能力：

[Qs=ε（Qn+Qm+Qj）] （8）

式中，[Qn]表示入网能力;[Qm]表示联网状态下作战调度指挥信息链的指挥能力;[Qj]表示网络安全防护能力。

结合系统硬件设计结果与软件设计结果最终实现网络化作战调度指挥信息链效能评估系统的设计。

5 结束语

效能评估是军事辅助决策过程重要组成部分，随着网络计算在军事作战调度上不断地应用，作战指挥信息链存在着多项影响要素，效能评估过程也受到诸多的主观影响因素。设计网络化作战调度指挥信息链效能评估系统，降低了信息链在实际应用过程中可能受到的外部干扰，改善了传统效能评估系统可评估的效能指标数量较少的不足，控制了评估过程中产生的偶然误差，具有一定的实用性。但该种效能评估系统缺乏对数据更新的功能，系统的性能存在空缺，需要不断研究改进。

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