基于CGN的戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)模擬訓(xùn)練研究

范春杰，李洪梁，楊 磊

（解放軍95927部隊，河北 滄州 061037）

建立適應(yīng)國情特色的新軍事變革需求的訓(xùn)練模擬系統(tǒng)建模理論與方法創(chuàng)新的關(guān)鍵點在于：首先，必須準確分析軍事需求，才能做到有的放矢；其次，必須引入現(xiàn)代科學技術(shù)，從技術(shù)層面科學地提出適應(yīng)此種需求的理論與方法實現(xiàn)，才能有效地解決系統(tǒng)實現(xiàn)中出現(xiàn)的問題[1]。根據(jù)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)訓(xùn)練對組網(wǎng)環(huán)境的需求，借鑒計算機生成兵力（Computer Generated Forces，CGF）思想，本文提出了CGN的概念，設(shè)計了CGN的原理框圖；并給出了一種基于CGN的組網(wǎng)模擬器實現(xiàn)思路，探索了基于CGN進行戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)模擬訓(xùn)練的全要素虛擬、部分要素虛擬和全實裝三種模擬訓(xùn)練模式，為實施逼真的組網(wǎng)環(huán)境下戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)訓(xùn)練提供了新思路。

1 戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)模擬訓(xùn)練

1.1 戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)及其訓(xùn)練

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)由通信裝備及其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，是未來戰(zhàn)場戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)層次通信的主要手段，也是數(shù)字化部隊信息化建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施。組織戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)相關(guān)部門和部分隊進行訓(xùn)練，使相關(guān)人員熟悉和掌握戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能，以及各種通信裝備及組織運用方法。這是有效運用戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)組織實施戰(zhàn)役（戰(zhàn)斗）通信聯(lián)絡(luò)，使戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)裝備迅速形成戰(zhàn)斗力的主要手段。

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)訓(xùn)練包括操作技能訓(xùn)練、分隊戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練和綜合網(wǎng)絡(luò)管理訓(xùn)練。操作技能訓(xùn)練主要指單通信設(shè)備或通信車的連接與操作、天線架設(shè)、交換機配置等。其目的是提高受訓(xùn)者的操作能力。操作技能訓(xùn)練是戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)訓(xùn)練的基礎(chǔ)。分隊戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練主要指按照作戰(zhàn)要求建立和開通戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)和通信要素，以及根據(jù)戰(zhàn)場、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行調(diào)整和轉(zhuǎn)移，培養(yǎng)受訓(xùn)者的協(xié)調(diào)配合能力和應(yīng)變能力；分隊戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練是戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)訓(xùn)練的中間層次。綜合網(wǎng)絡(luò)管理訓(xùn)練主要指根據(jù)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)作戰(zhàn)需求分析在網(wǎng)絡(luò)開通前實施網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、在網(wǎng)絡(luò)運行過程中進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控以及必要的通信部分隊指揮。其目的是鍛煉受訓(xùn)者的綜合調(diào)控能力和組織指揮能力。綜合網(wǎng)絡(luò)管理訓(xùn)練是戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)訓(xùn)練的最高層次。

1.2 戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)訓(xùn)練對組網(wǎng)環(huán)境的需求

文獻[2]指出：軍事訓(xùn)練工作的基本內(nèi)容包括兩個方面：一方面是創(chuàng)造一個帶有戰(zhàn)爭規(guī)律的某種程度上近似實戰(zhàn)的訓(xùn)練條件、物質(zhì)環(huán)境；另一方面是對受訓(xùn)人員的組織和指導(dǎo)?？梢姟皠?chuàng)造更近似實戰(zhàn)的訓(xùn)練環(huán)境”是實施訓(xùn)練的中心工作之一。具體就戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)訓(xùn)練而言，即如何為操作技能訓(xùn)練、分隊戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練和綜合網(wǎng)絡(luò)管理訓(xùn)練創(chuàng)建近似實戰(zhàn)的操作環(huán)境、電磁環(huán)境、組網(wǎng)環(huán)境、氣象環(huán)境、地理環(huán)境和人文環(huán)境等，特別是其中的電磁環(huán)境和組網(wǎng)環(huán)境就成為組織戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)訓(xùn)練的中心工作。

事實上，由于戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)裝備種類眾多，技術(shù)復(fù)雜，加之系統(tǒng)本身的使用壽命限制和訓(xùn)練條件約束，不可能在實裝上對參訓(xùn)人員進行長期的、反復(fù)的操作技能訓(xùn)練，更加無法實施近實戰(zhàn)的組網(wǎng)環(huán)境下裝備受擾調(diào)整、遭火力毀損情況下的裝備替換保通等訓(xùn)練。在分隊戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練方面，則由于訓(xùn)練條件限制，較難實施復(fù)雜電磁環(huán)境下通信節(jié)點選擇、火力壓制或其他條件下的機動、電磁輻射源附近的天線架設(shè)調(diào)準等分隊戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。對于綜合管理訓(xùn)練而言，一般情況下又很難將所有單通信設(shè)備、通信車等硬件裝備和綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等軟件裝備融合在一起，實施組網(wǎng)環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)受損、網(wǎng)絡(luò)性能下降及網(wǎng)絡(luò)部分設(shè)備轉(zhuǎn)移情況下的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整訓(xùn)練，以及作戰(zhàn)態(tài)勢變化時的網(wǎng)絡(luò)重組訓(xùn)練。

因此，采用相關(guān)技術(shù)研制戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，特別是為操作技能訓(xùn)練、分隊戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練和綜合管理訓(xùn)練提供組網(wǎng)環(huán)境，使其既可作為以上各種訓(xùn)練的受動者，同時又可能動地改變網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為受訓(xùn)者提供近實戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢，使受訓(xùn)者在較為真實的組網(wǎng)環(huán)境下進行訓(xùn)練，具有重要的現(xiàn)實意義。

2 CGF基本思想和CGN

2.1 CGF基本思想

CGF是目前作戰(zhàn)模擬領(lǐng)域研究的熱點問題[3]，其可以通過計算機生成戰(zhàn)場兵力實體，減少作戰(zhàn)模擬或訓(xùn)練模擬中真實作戰(zhàn)人員和武器裝備的參與，從而節(jié)省大量的人力、物力和資金，故廣泛應(yīng)用于訓(xùn)練演習、國防規(guī)劃、軍事運籌和武器研制等領(lǐng)域[4-6]。

CGF的基本思想即在分布交互式仿真構(gòu)成的分布式虛擬環(huán)境中產(chǎn)生具有一定智能行為的仿真實體。這些實體能與具有真實交互設(shè)備的武器平臺仿真實體、虛擬的武器平臺仿真實體和其他計算機生成的兵力實體發(fā)生交互作用。CGF的目的在于增加虛擬環(huán)境中仿真實體的數(shù)量，為“人在回路”的仿真實體提供作戰(zhàn)對手或友軍支援，提高虛擬戰(zhàn)場環(huán)境的復(fù)雜度和真實性，增強用戶（參訓(xùn)人員）的沉浸感，并為戰(zhàn)場想定開發(fā)者設(shè)計演示系統(tǒng)時提供依據(jù)。

2.2 CGN的概念和原理

CGN借鑒了CGF的基本思想，通過計算機模擬的方法生成組成網(wǎng)絡(luò)的裝設(shè)備、通信車等網(wǎng)元的映像實體，各映像實體通過運行不同層次協(xié)議模型組合而成的節(jié)點模型，完成一定規(guī)則下的組網(wǎng)動作或戰(zhàn)術(shù)行為，從而形成虛擬組網(wǎng)環(huán)境。其中部分映像實體作為實體模型與受訓(xùn)者所操控的對象一一映射，使CGN節(jié)點接收外界操控，從而對所形成的組網(wǎng)態(tài)勢產(chǎn)生影響，反之，整個組網(wǎng)態(tài)勢作為外部操作網(wǎng)元節(jié)點或網(wǎng)元節(jié)點模型的依據(jù)，從而形成較為真實的組網(wǎng)環(huán)境，為訓(xùn)練提供支撐，也可為作戰(zhàn)模擬，特別是通信兵作戰(zhàn)模擬提供虛擬組網(wǎng)環(huán)境。

因為CGN與CGF的基本思想一致，所以可以將其看作CGF在通信網(wǎng)模擬訓(xùn)練領(lǐng)域的拓展；但由于其原理上和實現(xiàn)方面與CGF存在差異，也可說是一種新概念。本文參考CGF的原理框圖[4]，將CGN分為網(wǎng)絡(luò)動態(tài)模型、自治行為產(chǎn)生、CGN控制三大部分，其原理框圖如圖1所示。

圖1 CGN原理框圖

其中，網(wǎng)絡(luò)動態(tài)模型部分主要包括實體節(jié)點模型（訓(xùn)練席位的映像節(jié)點模型）、虛實體節(jié)點模型（無訓(xùn)練席位對應(yīng)的節(jié)點模型）及由兩者構(gòu)成的動態(tài)組網(wǎng)模型，二者共同完成網(wǎng)絡(luò)的瞬態(tài)組網(wǎng)過程和穩(wěn)態(tài)運行過程的網(wǎng)絡(luò)行為動態(tài)模擬；自治行為產(chǎn)生主要是根據(jù)組網(wǎng)態(tài)勢、環(huán)境等數(shù)據(jù)、動作庫（主要為戰(zhàn)術(shù)動作）和規(guī)則庫（包括組網(wǎng)規(guī)則、網(wǎng)絡(luò)裝備組織運用規(guī)則等）實時地做出動作決策并執(zhí)行相應(yīng)動作，給虛實體節(jié)點模型發(fā)出節(jié)點狀態(tài)調(diào)整和控制指令，如節(jié)點機動、裝備開關(guān)機等；CGN控制則用于對整個CGN系統(tǒng)進行管理和控制，如CGN啟動、網(wǎng)絡(luò)初始化等。

2.3 基于CGN的組網(wǎng)模擬器實現(xiàn)框架

根據(jù)CGN原理，并結(jié)合HLA（High Level Architecture）已成為軍用仿真領(lǐng)域普遍遵守的標準的事實，在某型戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中實現(xiàn)的一種CGN框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。在該系統(tǒng)中，將實現(xiàn)CGN的系統(tǒng)稱為組網(wǎng)模擬器，其利用OPNET網(wǎng)絡(luò)仿真工具，完成協(xié)議模型、節(jié)點模型、鏈路模型、業(yè)務(wù)模型等建模，并基于RTI（Run-Time Infrastructure）實現(xiàn)組網(wǎng)模擬器內(nèi)部和與外界交互。

圖2 組網(wǎng)模擬器實現(xiàn)框架

3 基于CGN的戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)模擬訓(xùn)練模式

采用基于CGN的組網(wǎng)模擬器實施戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)模擬訓(xùn)練，可組織全要素虛擬的模擬訓(xùn)練、部分要素虛擬的模擬訓(xùn)練和全實裝模擬訓(xùn)練。

3.1 全要素虛擬的模擬訓(xùn)練模式

全要素虛擬的模擬訓(xùn)練模式如圖3所示。其中，導(dǎo)調(diào)席主要對訓(xùn)練過程、訓(xùn)練內(nèi)容進行組織、監(jiān)視和情況設(shè)置，對各受訓(xùn)者的訓(xùn)練情況進行采集，并進行講評；裝備操作訓(xùn)練席主要用于技能操作訓(xùn)練和分隊戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練，完成戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)主要通信裝備（車）的三維模擬仿真操作訓(xùn)練，并能根據(jù)訓(xùn)練情況對某些級別的受訓(xùn)者進行操作提示；網(wǎng)絡(luò)管理訓(xùn)練席主要用于綜合網(wǎng)絡(luò)管理訓(xùn)練，完成戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和通信指揮等模擬訓(xùn)練；組網(wǎng)模擬器則負責在訓(xùn)練過程中，對戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建立和運行的過程以及環(huán)境變化對網(wǎng)絡(luò)的影響進行仿真模擬，并能接收導(dǎo)調(diào)的情況設(shè)置與訓(xùn)練控制，以支持裝備操作和綜合網(wǎng)絡(luò)管理訓(xùn)練。該模式所采用的系統(tǒng)主要以軟件形式實現(xiàn)，是一種“人在回路”的模擬系統(tǒng)。

圖3 全要素虛擬的模擬訓(xùn)練模式

3.2 部分要素虛擬的模擬訓(xùn)練模式

部分要素虛擬的模擬訓(xùn)練模式如圖4所示。與全要素虛擬的模擬訓(xùn)練模式相比，不同點是在模擬訓(xùn)練中引進了實際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)管理等軟件裝備，受訓(xùn)者進行綜合網(wǎng)絡(luò)管理訓(xùn)練全部在實際通信車席位上，基于實際網(wǎng)絡(luò)管理軟件進行，形成一種“人在回路”和“實際軟件在回路”的模擬系統(tǒng)。該模式對組網(wǎng)模擬器的要求和全要素虛擬模式基本相同，所提出的更高要求是在仿真系統(tǒng)中實現(xiàn)實際軟件與仿真系統(tǒng)的接口，以將網(wǎng)絡(luò)管理等軟件有機嵌入到模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中。

圖4 部分要素虛擬的模擬訓(xùn)練模式

3.3 全實裝的模擬訓(xùn)練模式

全實裝的模擬訓(xùn)練模式如圖5所示。該模式結(jié)合了“人在回路”、“實際軟件在回路”、“實際裝備在回路”和“實際網(wǎng)絡(luò)在回路”的特點，需要有線和無線收發(fā)設(shè)備連接組網(wǎng)模擬器，使組網(wǎng)模擬器作為戰(zhàn)場環(huán)境下的虛擬網(wǎng)絡(luò)、模擬信源和信宿與實際網(wǎng)絡(luò)互連；需要有電磁環(huán)境仿真器連接導(dǎo)調(diào)席和組網(wǎng)模擬器，以模擬不同干擾源產(chǎn)生不同類型的電磁干擾信號，創(chuàng)建逼真的電磁環(huán)境。該模式對組網(wǎng)模擬器提出了更高的要求，即要求實現(xiàn)組網(wǎng)模擬器具有與實際通信裝備的收發(fā)接口，實現(xiàn)實際通信信號在虛擬網(wǎng)絡(luò)中運行過程的模擬。

圖5 全實裝模擬訓(xùn)練模式

以上三種訓(xùn)練模式，各具優(yōu)缺點。圖3所示的模式不損耗實際裝備，組織便利，不受訓(xùn)練場地、環(huán)境等限制，并且研制花銷較小；但操作環(huán)境相比后兩種模式而言，逼真度相對要差一些。圖4所示的訓(xùn)練模式在一定程度上受到訓(xùn)練條件的制約，并且由于需要對軟件裝備接口進行截獲處理，因此研制該模式的訓(xùn)練系統(tǒng)需要廠家配合；但研制花銷也較小，且操作環(huán)境較為逼真。圖5所示的模式則具備全真實的操作環(huán)境、電磁環(huán)境、氣象環(huán)境、地理環(huán)境和組網(wǎng)環(huán)境等，逼真程度最高，是最貼近實戰(zhàn)的訓(xùn)練模式；但需要電磁環(huán)境仿真器、信號轉(zhuǎn)接器等硬件設(shè)備作支撐，研制周期長，花銷大。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)訓(xùn)練對組網(wǎng)環(huán)境的需求，基于CGF思想，提出了基于計算機生成網(wǎng)絡(luò)（CGN）的概念，用于模擬戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)訓(xùn)練中的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，作為受訓(xùn)者訓(xùn)練操作的受動者，同時作為改變受訓(xùn)者訓(xùn)練所處網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢的能動者，使戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)訓(xùn)練更加真實，訓(xùn)練內(nèi)容更加豐富，有助于戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)盡快形成戰(zhàn)斗力。

目前，基于全要素虛擬訓(xùn)練模式的組網(wǎng)模擬器已初步實現(xiàn)，并應(yīng)用于某型戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。下一步需要不斷完善CGN的體系結(jié)構(gòu)，探索CGN實現(xiàn)的各種技術(shù)途徑。這對于推動通信作戰(zhàn)模擬和訓(xùn)練模擬技術(shù)的發(fā)展也是有促進的作用的。

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