基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能評(píng)估*

哈軍賢,王勁松

(信息工程大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院,河南鄭州　450001)

基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能評(píng)估*

哈軍賢,王勁松

(信息工程大學(xué)指揮軍官基礎(chǔ)教育學(xué)院,河南鄭州450001)

摘要:針對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能評(píng)估問題,運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行了研究。通過層次熵分法對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能評(píng)估指標(biāo)體系進(jìn)行了指標(biāo)權(quán)重賦值,依托系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法建立了指揮效能評(píng)估模型并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),分析了不同條件下指標(biāo)對(duì)指揮效能的影響情況,為研究如何提高網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能提供決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞:網(wǎng)絡(luò)空間;指揮效能;評(píng)估;系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

對(duì)指揮效能進(jìn)行評(píng)估,是反思指揮系統(tǒng)不足、做好針對(duì)性改進(jìn)的常用方法。網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)屬于新領(lǐng)域作戰(zhàn),其指揮控制的復(fù)雜程度遠(yuǎn)勝于陸、海、空等自然物理領(lǐng)域作戰(zhàn)。評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能,并準(zhǔn)確提出其發(fā)展方向與重點(diǎn),傳統(tǒng)的半定性、半定量評(píng)估方法由于不能清晰地描述各影響因素間的相互作用關(guān)系,難以處理各要素之間的傳遞效應(yīng),很難達(dá)到預(yù)期的效果。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是專門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學(xué)科,1956年由美國麻省理工學(xué)院福瑞斯特教授首創(chuàng),是定性與定量結(jié)合分析的有力工具[1]。其對(duì)深入分析網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與反饋機(jī)制,探索相應(yīng)的指揮規(guī)律,尋求改善指揮效能的對(duì)策辦法,具有很好的適用性。運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能展開預(yù)測(cè)性評(píng)估,是查找指揮系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)、抓好針對(duì)性建設(shè)的重要途徑[2]。通過構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)功能涌現(xiàn)過程進(jìn)行建構(gòu)與再解構(gòu),對(duì)指揮系統(tǒng)在作戰(zhàn)中的作用發(fā)揮情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn),能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)空間指揮系統(tǒng)建設(shè)提供具有參考價(jià)值的決策建議。

1基于層次分析法和熵值法的指標(biāo)權(quán)重賦值

運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行指揮效能評(píng)估,要對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行賦值[3-4]。為有效降低指標(biāo)賦權(quán)過程中的人為主觀性,引入層次熵分法。熵是系統(tǒng)無序程度的度量,可用于度量已知數(shù)據(jù)所包含的有效信息量和確定權(quán)重。當(dāng)各評(píng)價(jià)對(duì)象的某項(xiàng)指標(biāo)值相差較大時(shí),熵值較小,說明該指標(biāo)提供的有效信息量較大,其權(quán)重也應(yīng)較大,反之則其權(quán)重較小。通過熵值法與層次分析法的結(jié)合,能提高指標(biāo)權(quán)重賦值的客觀性[5-6](網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能的主要影響因素指標(biāo)如圖1所示)。

1.1層次分析法指標(biāo)權(quán)重賦值

1)通過專家咨詢并采用9標(biāo)度法構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣A

2)計(jì)算判斷矩陣各行元素乘積的n次方根

3)對(duì)向量M歸一化

4)計(jì)算判斷矩陣的最大特征值

5)計(jì)算一致性指標(biāo)

6)判斷矩陣A的一致性

矩陣階數(shù)345678910111213R.I0.580.901.121.241.321.411.451.491.511.541.56

當(dāng)C.R<0.1時(shí),認(rèn)為判斷矩陣A具有滿意一致性;反之,認(rèn)為判斷矩陣A不具有滿意一致性,需要進(jìn)行修正。

圖1　網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能影響因素

1.2熵值法指標(biāo)權(quán)重修正

1)將判斷矩陣A的列向量歸一化

2)計(jì)算指標(biāo)熵值

3)計(jì)算指標(biāo)的偏差度gj=1-ej；

4)計(jì)算指標(biāo)的信息權(quán)重μj

5)計(jì)算修正后的指標(biāo)權(quán)重qj

1.3指標(biāo)權(quán)重

按照以上公式計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，結(jié)果如表1所示。

2網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能評(píng)估系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

2.1網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮信息鏈

明確網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮信息鏈,是準(zhǔn)確描述網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)因果關(guān)系的基礎(chǔ),更是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮的主要活動(dòng)有戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知、情況判斷,決策計(jì)劃、協(xié)調(diào)控制部隊(duì)行動(dòng)等,指揮信息從產(chǎn)生、傳遞、處理、共享到施效、再生,構(gòu)成回路并作用于指揮活動(dòng),形成網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮信息鏈[7-8]。具體如圖2所示。

圖2　網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮信息鏈

2.2因果關(guān)系圖

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮主要活動(dòng)與指揮信息流轉(zhuǎn)回路,描述網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮因果關(guān)系如圖3所示。

圖3中負(fù)反饋如藍(lán)實(shí)線所示,即:敵方網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能、指揮環(huán)境影響等對(duì)我方網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能各項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成消極影響,敵指揮效能發(fā)揮得越好、電磁與自然環(huán)境越復(fù)雜、我指揮體制與指揮機(jī)構(gòu)越不適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)需要,我方指揮效能就越低。圖中其他反饋均為正反饋,對(duì)我方網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能起積極作用。

網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)效能評(píng)估SD模型方程如表2所示，仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表3所示。

表1　網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能評(píng)估指標(biāo)權(quán)重表

圖3　網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮因果關(guān)系圖

1.網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能=效能變化量+T0時(shí)刻效能2.我網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能變化量=((聯(lián)合情報(bào)保障效能*權(quán)重+并行決策計(jì)劃效能*權(quán)重+實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制效能*權(quán)重+復(fù)雜環(huán)境管理保障效能*權(quán)重)*影響系數(shù)3)/指揮周期;(“影響系數(shù)3”為“指揮對(duì)象狀態(tài)”的線性正比表函數(shù))3.敵網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能變化量=(敵網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能*權(quán)重-我網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能*權(quán)重)*影響系數(shù)7(“影響系數(shù)7”為“我指揮周期”的線性正比表函數(shù))4.聯(lián)合情報(bào)保障效能=(聯(lián)合情報(bào)效能增長率-聯(lián)合情報(bào)效能減少率)+T0時(shí)刻聯(lián)合情報(bào)保障效能5.聯(lián)合情報(bào)效能增長率=((情報(bào)傳輸能力權(quán)重*比重+情報(bào)共享能力權(quán)重*比重+情報(bào)處理能力權(quán)重*比重+情報(bào)獲取能力權(quán)重*比重)*影響系數(shù)1)/t1;(“比重”取整數(shù)且與權(quán)重成正比,“t1”為聯(lián)合情報(bào)保障一個(gè)周期,“影響系數(shù)1”為“復(fù)雜環(huán)境管理保障效能*權(quán)重”的線性正比表函數(shù))6.聯(lián)合情報(bào)效能減少率=線性正比表函數(shù)((敵我網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能權(quán)重*比重+指揮環(huán)境影響權(quán)重*比重)/t1)同理,可得其他效能相關(guān)方程7.指揮周期=t1+t3+t2+影響系數(shù)5(“影響系數(shù)5”為“敵我網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能*權(quán)重+指揮環(huán)境影響*權(quán)重”的線性正比表函數(shù)值)

表3　網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能評(píng)估SD仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

2.3存量流量圖

網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能評(píng)估SD模型如圖4所示。

圖4　網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能評(píng)估SD模型

3模型仿真實(shí)驗(yàn)

取代表性模型仿真實(shí)驗(yàn)5次,實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c參數(shù)設(shè)置如表3所示。實(shí)驗(yàn)?zāi)M時(shí)間T=10,仿真步長為0.5,單位為時(shí)。

1)實(shí)驗(yàn)a

結(jié)果驗(yàn)證:① 實(shí)驗(yàn)開始后,網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)行動(dòng)由敵方發(fā)起。從圖中曲線可以看出:敵、我雙方網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能呈現(xiàn)明顯的對(duì)抗趨勢(shì)。隨著時(shí)間推移,我方各項(xiàng)指標(biāo)增長、指揮周期縮短;當(dāng)我掌握指揮主動(dòng)權(quán)后,敵指揮效能逐漸減弱且我指揮效能逐漸增強(qiáng)。② 指揮效能的最終增長依賴于指揮各環(huán)節(jié)與保障作用的整體發(fā)揮。從實(shí)驗(yàn)曲線可以看出,我方網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能與聯(lián)合情報(bào)保障效能、并行決策計(jì)劃效能、實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制效能、復(fù)雜環(huán)境管理保障效能等呈現(xiàn)一體化增長趨勢(shì)。

2)實(shí)驗(yàn)b

結(jié)果驗(yàn)證:網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)過程具有瞬時(shí)性,敵我指揮效能此消彼長,指揮主動(dòng)權(quán)反復(fù)爭(zhēng)奪。當(dāng)我方網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能各因素?zé)o作為時(shí),敵網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能受我影響不大且逐漸增強(qiáng),敵我指揮對(duì)抗呈完全一邊倒趨勢(shì)。

3)實(shí)驗(yàn)c

結(jié)果驗(yàn)證:在高度互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)空間戰(zhàn)場(chǎng),情報(bào)信息保障是作戰(zhàn)指揮決策的基礎(chǔ)。當(dāng)聯(lián)合情報(bào)保障效能維持在較高水準(zhǔn)時(shí),并行決策計(jì)劃效能、實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制效能等與最終網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能隨之升高。

4)實(shí)驗(yàn)d

結(jié)果驗(yàn)證:網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮具有高技術(shù)性,指揮控制對(duì)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫、信息流轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)、信息系統(tǒng)等運(yùn)維保障要求極高。從實(shí)驗(yàn)曲線可以看出,由于復(fù)雜環(huán)境管理保障效能初值下降,導(dǎo)致實(shí)時(shí)協(xié)調(diào)控制效能下降。復(fù)雜環(huán)境管理保障效能對(duì)其他指揮要素效能實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似。

5)實(shí)驗(yàn)e

結(jié)果驗(yàn)證:網(wǎng)絡(luò)空間戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境、指揮機(jī)制、指揮對(duì)象響應(yīng)狀態(tài)等都對(duì)指揮效能的最終發(fā)揮構(gòu)成影響。從實(shí)驗(yàn)曲線可以看出,當(dāng)指揮環(huán)境對(duì)我負(fù)面影響值明顯下降時(shí),我方網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能隨之升高。對(duì)“指揮對(duì)象狀態(tài)”進(jìn)行相同實(shí)驗(yàn),當(dāng)指揮對(duì)象的響應(yīng)狀態(tài)越好時(shí)我指揮效能也越高。

4決策建議

綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)論,對(duì)如何提高網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能,可得以下決策建議:

1)空間戰(zhàn)場(chǎng)透明程度高、作戰(zhàn)指揮對(duì)抗激烈,作戰(zhàn)指揮優(yōu)勢(shì)與主動(dòng)權(quán)的爭(zhēng)奪此消彼長,對(duì)指揮人員、指揮系統(tǒng)整體能力等提出了很高的要求[9-10]。因此,網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮要瞄準(zhǔn)體系對(duì)抗的需要,優(yōu)化指揮體制與指揮機(jī)構(gòu)設(shè)置,將作戰(zhàn)指揮的各種要素有機(jī)結(jié)合,建構(gòu)一體化作戰(zhàn)指揮機(jī)構(gòu),建立一體化情報(bào)活動(dòng)體系,運(yùn)用一體化作戰(zhàn)指揮手段,力避態(tài)勢(shì)感知、決策計(jì)劃、協(xié)調(diào)控制等指揮活動(dòng)中的“短板”效應(yīng),最大限度地提高作戰(zhàn)指揮的整體效能。

2)網(wǎng)絡(luò)空間高度互聯(lián)、信息傳播速度極快,要提高作戰(zhàn)指揮效能,就必須與強(qiáng)敵在時(shí)間上展開較量。要

不斷提高指揮技戰(zhàn)水平,通過并行、分布多任務(wù)運(yùn)行等方法縮短指揮流程、壓縮指揮時(shí)間,贏得取勝先機(jī)。

3)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮對(duì)情報(bào)信息的依賴明顯。指揮系統(tǒng)要重點(diǎn)加強(qiáng)情報(bào)信息保障部位的建設(shè),形成高效的情報(bào)信息獲取、傳遞、處理、共享回路,為信息優(yōu)勢(shì)向決策、行動(dòng)優(yōu)勢(shì)的轉(zhuǎn)化提供有力支撐。

4)網(wǎng)絡(luò)空間信號(hào)密集、頻域交叉、環(huán)境復(fù)雜,要充分發(fā)揮作戰(zhàn)指揮的效能,就必須高度重視戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境、自然環(huán)境等對(duì)指揮活動(dòng)的影響,做好針對(duì)性的預(yù)防與管控。在此基礎(chǔ)上,要充分做好指揮通聯(lián)、信息系統(tǒng)運(yùn)維管理與指揮信息、指揮機(jī)構(gòu)等的偽裝防護(hù)和指揮人員的心理防護(hù),保證作戰(zhàn)指揮的穩(wěn)定不間斷。

5結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能評(píng)估是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法,立足于理想實(shí)驗(yàn)環(huán)境,對(duì)如何提高網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能進(jìn)行了研究探索,實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一定的可參考性。未來相關(guān)研究還需隨著對(duì)網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮問題研究的不斷深入而持續(xù)深化,為有效提升網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能提供更好的決策建議。

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Cyberspace Operation Command Efficiency Based on System Dynamics

HA Jun-xian， WANG Jin-song

(Information Engineering University, Institute of Command Education, Zhengzhou 450001, China)

Abstract:Aimming to solve cyberspace operation command efficiency evaluation effectively, at first, use Layer-Shang analysis to give the value of valuation index, then establish a imitate model by system dynamics for an experiment, analyze the dissimilarity of index signs influence to command efficiency under different conditions, provide a decision basis for exaltation of cyberspace operations command efficiency.

Key words:cyberspace； operation command efficiency； valuation； system dynamics

文章編號(hào)：1673-3819(2016)03-0070-06

收稿日期：2015-12-15

*基金項(xiàng)目：全軍軍事類研究生資助課題(2104JY168)

作者簡(jiǎn)介：哈軍賢(1985-),男,寧夏固原人,碩士研究生,研究方向?yàn)樾畔⒆鲬?zhàn)指揮理論與應(yīng)用。 王勁松(1965-),男,教授,碩士生導(dǎo)師。

中圖分類號(hào):E835

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1673-3819.2016.03.013

修回日期： 2016-01-20