面向任务的指挥控制系统能力适配分析研究

2021-09-08齐光景

火力与指挥控制 2021年8期

魏涛，齐光景，刘婷，张宾

（1.北方自动控制技术研究所，太原 030006；2.陆军装备部驻北京地区军事代表局驻太原地区第二军事代表室，太原 030006）

0 引言

针对复杂多变的战场环境和多样化的作战使命任务，具备灵活性、抗毁性、自适应性等特点的面向任务指挥控制（Command and Control，C2）系统逐渐成为国内外军事指挥控制领域专家研究和关注的重点。2012 年，美国The MITRE Corporation 的Harvey Reed 等人提出了敏捷与自适应IT 生态系统（AAE）概念，美海军空间与海战系统太平洋中心（Space and Naval Warfare Systems Center Pacific）提出了可适用于单兵灵活作战的轻便应用小程序（Widgets）设计［1］，而后美军又陆续提出构建适应多样化作战任务的指挥控制系统的方案，其主要研究重点在面向任务的指挥控制系统概念与建模的理论研究、面向任务的指挥控制系统体系架构研究等，并初步形成了一些基于面向任务的指挥控制系统概念的原型验证系统。在国内，国防科技大学、南京信息系统工程重点实验室等科研机构在面向任务的指挥控制系统架构研究方面也取得了一些成果，研究重点主要集中在系统构建原理和构建方法的研究，鲜见针对面向任务的指挥控制系统适配任务需求的分析研究［2］。

面向任务的指挥控制系统通常是指为了完成一个或多个作战任务，而将现有的相关指挥控制系统互联互通形成网络，各种信息可以在网络中传输和共享的动态构建的指挥控制系统［3］。要适应现代战争复杂多变的战场环境，克服传统指挥控制系统结构功能固化、处理临机任务能力弱等不足，构建可满足多样化作战任务的新型指挥控制系统，真正形成“按需适配、灵活构建”的系统能力，首先要形成面向作战任务需求的系统功能适配分析方法。通过研究面向任务的指挥控制系统在特定任务下的能力需求分析方法，一方面，为面向任务指挥控制系统的灵活构建提供依据；另一方面，为系统综合能力评价提供手段，同时也可以为联合作战体系构建的决策者提供科学合理的建议。

1 典型作战任务建模

面向任务的指挥控制系统以面向作战任务灵活构建为主要特征，通过规范化的作战任务建模，让面向任务的指挥控制系统对作战任务形成一致的理解，是需求适配性分析的重要前提。

1.1 作战任务的规范化描述

作战任务的描述是传统指挥控制系统进行辅助决策、行动监控的基础，更是构建面向任务的指挥控制系统、提取系统能力需求的前提。指挥控制系统对作战任务认知的基础是建立特定战场的概念模型，但面对复杂多变的战场活动，目前对作战任务的描述仍存在概念认识不准确、描述模型不健全、表达方式不一致等问题。因此，从规范化建模入手，综合考虑作战任务的应用场景、属性要素、关联关系等建立统一且规范的描述方式。

以陆战场战术级联合作战为特定应用场景建立作战任务描述的概念模型。概念模型是对抽象的概念类，或现实世界中对象的可视化表示。又称领域模型、领域对象模型、分析对象模型。概念模型是针对陆战场联合作战背景下的作战使命和任务执行过程的具体情况等关键信息而建立的。概念模型应以特定作战单元为主体，反应陆战场联合作战这个特定空间，和时间约束下所要达成的作战目的或担负的责任。为了支持作战任务的逐层分解，最终的作战任务描述表现为一系列相关联作战行动的有序集合。基本作战任务要素如下：

1）实体：可定义为完成作战任务的主体、作用对象、环境因素和辅助实施单位等。例如，我部队、敌部队、友邻部队、打击目标等。

2）目的：通常是完成情况和预期状态的一种函数关系判断。

3）行动：由任务分解而来。可区分为一般行动和元行动，其中元行动是一定条件下不可分或不必要再分的基本战斗行为，是作战任务抽象出来最基本、最底层的要素。

4）关系：主要包含总的作战任务与行动间的关系，一般行动与元行动之间的关系等。

5）不确定性：主要是指在作战中的不确定因素。例如，作战过程中态势、气象、突发情况等不确定要素。

依据作战任务属性，可用一个九元组规范化描述：

Task=＜Name，Role，Target，Opration，Relationship，Time，Surrongdings，Rule，Uncertainty>

其中，各参数分别表示为：作战任务=＜任务名称，角色，指标，作战行动，关系，时间，环境，军事规则，不确定性>。

各任务属性规范化描述如下页表1 所示。

表1 作战任务属性表

由上可知，作战任务描述的九元组基本包含了作战任务的相关要素，由此，任意一个作战任务都可以通过这样的形式进行描述。考虑到实际应用情况，上述九元组的要素存在可缺失的情况，在实现过程中可根据实际情况按需分类。

1.2 作战任务分解

通过建立作战任务的概念模型，初步实现了对抽象而复杂的作战任务的规范化表达，但顶层的作战任务往往是宏观而内涵丰富的意图描述，要实现指挥信息系统对作战任务的可理解、可执行，需要对顶层作战任务或总任务进行逐层分解，直至不能再被分解。总任务通常是由联合指挥机构或战术指挥中心首长定下的作战决心，是对总的作战意图的概括性表达。通过按作战要素、作战行动规则等内在逻辑关系，可将总任务分解为多个子任务，子任务逐层分解直到不能再分解而形成元任务，元任务是作战任务分解的末端，是可以由特定作战单元执行的最小任务单位。作战任务分解越精细，信息系统可对作战任务实施有效控制的能力就越强，构建面向任务的指控系统所体现的能力需求适配性也就越高。

作战任务分解过程由若干层级和不同作战节点的子任务、元任务组成，是一种严格的递阶分解关系［4］，如图1 所示。

图1 作战任务分解图

设作战总任务为T，第i 个子任务记为Ti，该子任务的第j 个元任务记为Tj，则作战任务空间TS可表示为：

式中，Ψ：Tij→TS为底层任务向上的递阶聚合函数，m为子任务数量，n 为第i 个子任务可分解的元任务数量。

一般而言，作战任务空间TS 呈树状结构，按照“总任务→子任务→元任务”的逻辑顺序逐级细化分解，多级节点共同组成任务树。

作战元任务是构成任务空间的基本单元，根据目的要求及主导信息类型的不同，元任务Tij通常可分为情报类任务TI-ij、指控类任务TC-ij、交战类任务TF-ij，其中，Tij=TI-ij∪TC-ij∪TF-ij。

以信息流程为主线，根据元任务、作战节点之间的信息交互关系，形成作战任务的分解流程如图2 所示。

图2 作战任务分解流程

步骤1：收集情报信息、敌我力量对比、环境因素等，综合研判战场态势，定下作战决心。

步骤2：明确总任务并划出作战阶段。

步骤3：将总任务逐级分解，生成子任务集合并确定子任务内容。

步骤4：根据作战编成，将子任务依次逐层分解，生成特定作战单元可明确执行的元任务集合并确定其目的、方法、时机等。

步骤5：依据总体任务、子任务、元任务的逐层分解情况，确定层次和关联关系，生成任务清单，最终形成作战任务空间。

1.3 模型规范性自检查方法

建立作战任务模型后，为了保证对相应概念描述的一致性表达和准确理解，需完成对模型语义表达的规范性检查、模型要素的完整性检查，以及模型的一致性检查。

模型语义的规范性在UML 语言表达规范性基础上，结合标准作战任务和军事规则与战场经验等数据，建立完备的元素集（事物、关系和可扩展性），形成专用的模型规范性检查模块。模型完备性检查模块是在UML 语义基础上，结合作战任务描述要素，定义作战任务图形模型的完备性准则，以保证图形模型的完备性。模型数据一致性检查，主要有4个方面：功能一致性、结构一致性、行为一致性、标识一致性。

2 任务需求综合分析

要实现作战任务需求与系统能力适配性之间的映射关系，除对作战任务的规范化描述方法进行研究外，还需要对面向任务的指挥控制系统本身的能力特性进行建模，由于面向任务的指挥控制系统尚未形成标准的体系架构和明确的特性能力要素，因此，本文选取一种基于资源服务化架构的面向任务的指控系统进行描述，并阐述其能力特征与作战任务需求之间的关系。

2.1 面向任务的指挥控制系统能力模型

传统军用指挥控制系统通常具备通信组网与网络管理能力、定位跟踪能力、信息安全防护能力，以及态势感知、指挥决策、行动控制、综合保障等指挥业务能力，可为特定级别用户提供作战指挥控制功能。新一代网络信息体系下面向任务的指挥控制系统以作战任务为牵引，弹性构建、灵活重组。除了具备传统指挥控制系统的上述能力外，以计算存储、通信网络等系统资源虚拟化为基础，还具备系统资源调度和管理的能力，使用UML 建模工具［5-6］，建立面向任务的指挥控制系统能力模型，如图3 所示。

图3 面向任务的指控系统能力模型

资源调度能力是面向任务的指挥控制系统能够实现面向任务灵活构建的基础，也是区别于传统指挥控制系统的重要特征。新一代网络信息体系下的指挥控制系统适应灵活构建要求，采用资源、服务、应用3 层架构，以资源虚拟化为前提，将系统自身资源甚至是作战资源全部用数据的方式进行表达和量化。通过建立一套完整的资源管理、资源监控和资源调度机制来实现指挥控制系统动态的配置［7-8］，如图4 所示。

图4 面向任务的指控系统技术架构图

2.2 作战任务与系统能力需求的映射关系

通过对典型作战任务的规范化表达，总体作战任务被分解为若干元任务，其概念通过一个九元组得到表达。面向作战任务的指挥控制系统能力模型，通过概念模型表示为包含指挥控制业务能力、通信组网和网络管理、信息安全防护能力、定位跟踪能力以及资源调度能力等。作战装备能力是作战任务达成的重要基础，与指战人员的指挥艺术与训练水平、人员士气等因素共同构成作战能力［9］。按类型分，作战装备包括指挥控制系统装备、侦察装备、火力打击装备、信息对抗装备、综合保障装备等，它们从侦察预警、火力打击、信息对抗、综合保障等因素，对作战任务的达成产生影响。因此，假定在侦察情报收集充分准确，火力打击效能发挥与任务要求一致，敌方电磁干扰得到完全压制，弹药、油料等后装保障满足作战需求的前提下，对面向任务的指挥控制系统能力与作战任务需求之间的匹配关系进行研究，如图5 所示。

图5 作战任务与面向任务的指挥控制系统能力关系模型

受作战行动、军事规则、环境、角色、指标等作战任务属性的影响，复杂的作战任务经过分解后形成元任务的集合，指挥控制系统能力参数与作战元任务映射关系可由映射矩阵表达。

以侦察引导任务为例，列举分解后的元任务OMi 与指挥控制系统能力参数间的矩阵关系。如元任务与对应指挥控制能力参数有直接关系，则为1；如无关或影响较小，则为0。每个能力参数均具有相应的内涵、度量方法及量纲。

3 任务需求分析结果评价方法

3.1 系统能力特征评价

元任务与指挥控制系统能力参数的关系矩阵确定后，为了实现以资源负载衡量各能力需求表现的方法，需要选取易于采集和量化的资源参数进行评价。为方便研究，选取计算机CPU、内存值资源使用率和信道占用率作为评价参数，且参数值与负载正线性相关［10］。同时，为了从功能上对元任务匹配性进行分析，根据军事规则制定作战元任务与指挥控制业务功能相关数据表方便对应评价。

表2 系统能力与元任务映射关系表

在此基础上，建立资源评价参数与指挥控制系统能力评价参数关系矩阵。对应构建5×4 的系数矩阵，具体关系如下：

系数矩阵是4 种系统描述项在具体作战任务下指挥控制系统能力参数，与面向任务的指挥控制系统的资源使用率建立联系的桥梁，对于需求分析至关重要。系数矩阵中每个元素的值通过分析完成作战元任务时相应资源使用率得到。例如：指挥节点间按照收发报文的大小和当前通信带宽资源计算得到通信网络资源使用率，在此基础上分析业务服务接口关系是否合理；根据任务重构指挥控制系统时，首先需要对地址、信道、用频等通信网络资源进行调配和管理，此时，监控获取网络规划所消耗的计算资源和网络开通所需要的时间对任务需求满足度进行评估；分解作战任务后，评价态势处理与共享、指挥决策与计划、力量控制、作战评估等业务需求对应的业务服务资源是否得到匹配，实现指挥控制业务功能的评价。

4 任务综合分析实例

选取“侦察引导行动”作为作战任务输入。首先，根据侦察引导类任务与指挥控制系统能力映射关系矩阵，确定有相应元任务及资源参数，由专家知识库方法确定指挥控制业务能力、通信组网和网络管理、信息安全防护能力、定位跟踪能力，以及资源调度能力的特征参数值。根据各系统描述指标的资源需求，资源评价参数与指挥控制系统能力评价参数关系矩阵如下：