基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)構(gòu)建模型研究

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)理論是人們對(duì)歷史上信息和戰(zhàn)爭(zhēng)之間不解之緣深化認(rèn)識(shí)的具體體現(xiàn)。眾所周知，空間和時(shí)間是軍事行動(dòng)中兩個(gè)非常重要的要素，而網(wǎng)絡(luò)可以很好地聯(lián)系這兩個(gè)要素，因此隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)構(gòu)建模型逐漸興起。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)是一種基于全新概念的戰(zhàn)爭(zhēng)，與過(guò)去的消耗型戰(zhàn)爭(zhēng)有著本質(zhì)上的不同，它可以促進(jìn)作戰(zhàn)部隊(duì)和作戰(zhàn)環(huán)境之間的良好結(jié)合與互動(dòng)，指揮行動(dòng)的快速性和部隊(duì)間的自同步使之成為快速有效的戰(zhàn)爭(zhēng)模型。

1 傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和應(yīng)用

1.1傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

傳感器網(wǎng)絡(luò)(sensor network)是由一定數(shù)量部署在作用區(qū)域內(nèi)，具有感應(yīng)、通信和計(jì)算能力的傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)自組織方式構(gòu)成的，能根據(jù)環(huán)境自主完成指定任務(wù)的分布式智能化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該節(jié)點(diǎn)由感知部件、嵌入式處理器、存儲(chǔ)器、通信部件、軟件和電源這幾部分構(gòu)成。傳感器網(wǎng)絡(luò)主要有如下特點(diǎn)：

　　(1)因具有成本低，功耗小，功能多，隱蔽性好的特點(diǎn)，所以它可以大范圍地散布設(shè)置在一定區(qū)域，即使是人類(lèi)無(wú)法到達(dá)的區(qū)域，也能正常工作。

　　(2)具有通信能力和計(jì)算能力。

　　(3)具有傳感器數(shù)量多，分布范圍廣，感知數(shù)據(jù)流大的特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)密集，數(shù)量巨大，可分布在很廣泛的地理區(qū)域，傳感器通常都產(chǎn)生較大的流式數(shù)據(jù)，并具有實(shí)時(shí)性。

　　(4)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性強(qiáng)。網(wǎng)絡(luò)中的傳感器、感知對(duì)象和觀察者這三要素都可能具有移動(dòng)性，并且經(jīng)常有新結(jié)點(diǎn)加入或已有節(jié)點(diǎn)失效。

　　(5)大規(guī)模分布式觸發(fā)器。很多傳感器網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)感知對(duì)象進(jìn)行控制，如溫度、聲音控制等，這樣很多傳感器都具有回控裝置和控制軟件。這里稱(chēng)回控裝置和控制軟件為觸發(fā)器。

1.2傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在通信、節(jié)能和網(wǎng)絡(luò)控制3個(gè)方面。目前，這3方面已經(jīng)有了比較成熟的解決方法，為傳感器網(wǎng)絡(luò)投入實(shí)際應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

目前的傳感器網(wǎng)絡(luò)常應(yīng)用于軍事國(guó)防、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療健康、空間探測(cè)、政府管制及工商農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

(1)軍事應(yīng)用。傳感器網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生正是源于網(wǎng)絡(luò)在軍事應(yīng)用上的需求，在軍事上的應(yīng)用非常貼近傳感器網(wǎng)絡(luò)本身的概念。由于它具有數(shù)量多，隱蔽性高，動(dòng)態(tài)性強(qiáng)等特點(diǎn)，故在戰(zhàn)場(chǎng)上的應(yīng)用主要是信息收集、跟蹤敵人、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視和目標(biāo)分類(lèi)等。和平年代傳感器網(wǎng)絡(luò)可以用于國(guó)土安全保護(hù)、邊境監(jiān)視等。

目前，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的需求開(kāi)發(fā)的傳感器網(wǎng)絡(luò)，主要思想是在戰(zhàn)場(chǎng)上布設(shè)大量的傳感器，以收集和中繼信息，并對(duì)相關(guān)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，然后再把重要的信息傳送到各數(shù)據(jù)融合中心，從而將大量的信息集成為一幅實(shí)時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)全景圖，使參戰(zhàn)單元(人員)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的感知能力大大提高。

(2)民用及科研應(yīng)用。環(huán)境監(jiān)測(cè)所涉及的范圍非常廣，傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠很好地完成這項(xiàng)依靠傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)方法已經(jīng)無(wú)法正常進(jìn)行的工作。醫(yī)療領(lǐng)域可以用于檢測(cè)人體的生理數(shù)據(jù)和健康狀況，對(duì)醫(yī)院藥品進(jìn)行管理以及用于遠(yuǎn)程醫(yī)療等。工業(yè)領(lǐng)域可以用于生產(chǎn)監(jiān)控、建筑物狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。在太空探索方面它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)星球表面長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)。其他應(yīng)用在此不再逐一列出。

2網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)及其構(gòu)建模型研究

2.1網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的實(shí)質(zhì)

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)(network centric waRFare，NCW)是通過(guò)戰(zhàn)場(chǎng)各個(gè)作戰(zhàn)單元的網(wǎng)絡(luò)化，把信息優(yōu)勢(shì)變?yōu)樽鲬?zhàn)優(yōu)勢(shì)，使各分散配置的部隊(duì)共同感知戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，協(xié)調(diào)行動(dòng)，從而發(fā)揮最大作戰(zhàn)效能的作戰(zhàn)樣式。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)對(duì)處于各地的部隊(duì)或士兵實(shí)施一體化指揮和控制，將分布在廣闊區(qū)域內(nèi)的各種傳感器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和火力打擊系統(tǒng)，通過(guò)高速、抗干擾的數(shù)據(jù)鏈路聯(lián)網(wǎng)并融合在一起，向處于該網(wǎng)絡(luò)中的人員提供一套完整的戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢(shì)圖像。它的核心是利用網(wǎng)絡(luò)讓所有作戰(zhàn)力量實(shí)現(xiàn)信息共享，實(shí)時(shí)掌握戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，縮短決策時(shí)間，提高打擊速度與精度。目的在于改進(jìn)信息和指揮控制能力，以增強(qiáng)聯(lián)合火力和對(duì)付目標(biāo)所需要的能力。網(wǎng)絡(luò)與信息技術(shù)使部隊(duì)從戰(zhàn)場(chǎng)有形的地理位置中解脫出來(lái)，提高了作戰(zhàn)的機(jī)動(dòng)性。基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)，使地理上分散配置的部隊(duì)可以清楚地掌握和了解戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，作戰(zhàn)單元能隨時(shí)集中火力而不再是集中兵力來(lái)打擊敵人，火力機(jī)動(dòng)將替代傳統(tǒng)的兵力機(jī)動(dòng)。

2.2不同層次的信息需求

信息基礎(chǔ)設(shè)施是網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的重要環(huán)節(jié)，這些設(shè)施為作戰(zhàn)行動(dòng)的所有單元提供高質(zhì)量的信息服務(wù)。這些單元包括部署的部隊(duì)、支援部隊(duì)以及聯(lián)盟伙伴等。如圖1所示，對(duì)高質(zhì)量信息的需求隨著每一個(gè)單元任務(wù)的要求不同而不同。行動(dòng)領(lǐng)域的高端是聯(lián)合感知和火力打擊，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要高速的數(shù)據(jù)傳輸速率和快速反應(yīng)的信息傳輸能力，使用具有協(xié)同作戰(zhàn)能力的復(fù)合跟蹤網(wǎng)絡(luò)(傳感器網(wǎng))。中間層次是不同類(lèi)型的指揮控制行動(dòng)，這些行動(dòng)可以允許信息延遲數(shù)秒，主要由戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈(主要運(yùn)用LINKl6/10)支持。其他類(lèi)型的指揮控制以及后勤保障行動(dòng)，對(duì)時(shí)間的要求并不十分緊迫，應(yīng)用全球指揮控制系統(tǒng)(global command and control system，GCCS)等聯(lián)合規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的構(gòu)建模型

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的基本思想就是充分利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，獲取和鞏固己方的信息優(yōu)勢(shì)，并且將這種信息優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為決策優(yōu)勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的強(qiáng)大威力主要來(lái)自其 “品”字形網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模型(如圖2所示)，按功能可以把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為3個(gè)互相聯(lián)接的部分：傳感器網(wǎng)絡(luò)、交戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)，它們都植根于全球信息柵格(global informaTIon grid，GIG)之上。全球信息柵格是由全球互聯(lián)的、端到端連接的一系列信息能力、相關(guān)程序和人員構(gòu)成的，皆在根據(jù)作戰(zhàn)人員、決策人員和支援人員要求來(lái)收集、處理、存儲(chǔ)和管理信息的綜合體。全球信息柵格網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)傳感器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和火力打擊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)設(shè)施，也是各類(lèi)電子信息系統(tǒng)綜合集成的基礎(chǔ)。所有傳感器諸如衛(wèi)星、飛機(jī)、雷達(dá)、潛艇的聲納、偵察部隊(duì)所得到的信息等，由傳感器網(wǎng)絡(luò)通過(guò)數(shù)據(jù)融合技術(shù)。迅速合成整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)空間的態(tài)勢(shì)圖，并實(shí)時(shí)更新，其完整性和精確程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了任何單個(gè)傳感器能達(dá)到的水平。

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)模型的三級(jí)網(wǎng)絡(luò)賦予其極大的威力，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的真實(shí)感知能力、指揮決策的正確性和及時(shí)性、火力打擊的精度和范圍都有很大提高，為未來(lái)作戰(zhàn)提供了快速反應(yīng)能力。交戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)將主戰(zhàn)武器平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化，能夠控制分散在戰(zhàn)場(chǎng)中的各種武器平臺(tái)，甚至戰(zhàn)區(qū)外的遠(yuǎn)程打擊武器，迅速選擇最有效的火力攻擊手段。指揮控制網(wǎng)絡(luò)是將指揮控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化，每個(gè)指揮控制系統(tǒng)成為指揮控制網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，指揮控制網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以與傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)互連，也可與交戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)中的火力打擊節(jié)點(diǎn)互連。高質(zhì)量的信息網(wǎng)絡(luò)為傳感器網(wǎng)絡(luò)和交戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)提供支撐，它是所有這一切的基礎(chǔ)。信息網(wǎng)絡(luò)不僅是動(dòng)態(tài)開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)，也是保密網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)指揮控制程序進(jìn)行管理。

以往作戰(zhàn)行動(dòng)主要是圍繞武器平臺(tái)(如坦克、軍艦、飛機(jī)等)進(jìn)行的，各平臺(tái)自身的機(jī)動(dòng)性有助于實(shí)施靈活的獨(dú)立作戰(zhàn)，但同時(shí)也限制了平臺(tái)問(wèn)信息的交流與共享能力，影響整體作戰(zhàn)效能。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的構(gòu)建模型使平臺(tái)與平臺(tái)之間的信息交流與共享成為可能，從而使戰(zhàn)場(chǎng)傳感器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和火力打擊系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)真正意義上的聯(lián)合作戰(zhàn)，這種以網(wǎng)絡(luò)為核心和紐帶的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)又可稱(chēng)為基于網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)爭(zhēng)。

與傳統(tǒng)作戰(zhàn)模型相比，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)具有3個(gè)重要優(yōu)勢(shì)：一是通過(guò)集結(jié)火力對(duì)共同目標(biāo)同時(shí)交戰(zhàn)；二是通過(guò)資源提高兵力保護(hù)；三是可形成更有效、更迅速的“發(fā)現(xiàn)一控制”交戰(zhàn)順序。它具有4個(gè)關(guān)鍵要素：信息結(jié)構(gòu)(使各傳感器聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng))、作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)感知、實(shí)施協(xié)同作戰(zhàn)、最終效果。

3結(jié)語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)模型具有強(qiáng)大的作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)感知能力和信息共享能力，在作戰(zhàn)中可以實(shí)現(xiàn)部隊(duì)部署的分散化，利用信息流動(dòng)代替物質(zhì)流動(dòng)，提高作戰(zhàn)指揮速度和作戰(zhàn)質(zhì)量，使武器的戰(zhàn)斗力可以得到充分發(fā)揮。它優(yōu)越的數(shù)據(jù)融合能力更提高了部隊(duì)對(duì)作戰(zhàn)空間的把握能力，有力支持了部隊(duì)的協(xié)同作戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的作戰(zhàn)思想將對(duì)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)產(chǎn)生重大的影響。本文對(duì)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)構(gòu)建模型進(jìn)行了研究，隨著技術(shù)的進(jìn)步和需求的擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)理論和模型都將產(chǎn)生新的變化，面臨新的問(wèn)題，這將有賴于人們進(jìn)一步的分析研究。