面向未來(lái)的無(wú)人機(jī)跨域任務(wù)協(xié)同激勵(lì)機(jī)制研究
——基于通證思想

鄧 鑫 謝圖南 黎賢昶

1.湖南工商大學(xué)財(cái)政金融學(xué)院 湖南 長(zhǎng)沙 410205 2.國(guó)防科技大學(xué)信息系統(tǒng)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖南 長(zhǎng)沙 410073 3.東北財(cái)經(jīng)大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院 遼寧 大連 116025

隨著未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的智能化發(fā)展,任何軍兵種都不具備單獨(dú)在戰(zhàn)場(chǎng)所有空間有效打擊敵人的手段和能力,必須充分聯(lián)合陸、海、空、天、網(wǎng)、電等多個(gè)領(lǐng)域作戰(zhàn)力量形成優(yōu)勢(shì),密切協(xié)同,才能以己方優(yōu)勢(shì)打擊敵方劣勢(shì)贏(yíng)得戰(zhàn)爭(zhēng). 顯然,傳統(tǒng)意義上的“自上而下”的“中心化”指揮與控制（command and control,C2）體系無(wú)法適應(yīng)未來(lái)錯(cuò)綜復(fù)雜的戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài). 未來(lái)的戰(zhàn)場(chǎng)C2 必須全面考慮“無(wú)人化”自主作戰(zhàn)、多域作戰(zhàn)和“弱中心化”或“去中心化”等新要素,才能實(shí)現(xiàn)“全體系對(duì)抗”下的聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù)[1]. 因此,亟須探索一種符合未來(lái)無(wú)人化戰(zhàn)爭(zhēng)特點(diǎn)的新型C2 模式,突出“自下而上”、“任務(wù)導(dǎo)向性”、“C2 扁平化”等特點(diǎn). 如何有效激勵(lì)多個(gè)領(lǐng)域之間展開(kāi)積極的跨域協(xié)作,成為C2領(lǐng)域中的重要課題之一.

目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展主要包括以下幾個(gè)方面：在新型C2 理論與機(jī)制方面,大量文獻(xiàn)指出了傳統(tǒng)C2 模式在復(fù)雜環(huán)境中應(yīng)變能力的不足,由此提出要?jiǎng)?chuàng)新C2 模式. 文獻(xiàn)[2]為解決傳統(tǒng)C2 組織在應(yīng)對(duì)不確定性狀況時(shí)反應(yīng)滯后和難以適應(yīng)的問(wèn)題,提出了一種新的C2 模式,即“邊緣C2”. 與傳統(tǒng)C2相比,這種新模式具有“自任務(wù)、自組織、自行動(dòng)、自評(píng)估”的鮮明特征. 文獻(xiàn)[3]也提到邊緣力量的重要性顯著提升.“邊緣”性質(zhì)的單元過(guò)去曾長(zhǎng)期受到忽視,而現(xiàn)在卻獲得了前所未有的資源、能力和影響力,邊緣作戰(zhàn)和邊緣組織由此應(yīng)運(yùn)而生. 文獻(xiàn)[4]在組織元素、組織關(guān)系和組織流程3 個(gè)要素的基礎(chǔ)上提出了新型C2 組織結(jié)構(gòu)模型. 尤其是在組織流程中通過(guò)評(píng)估與決策反映我方作戰(zhàn)體系在對(duì)抗敵方作戰(zhàn)體系時(shí)的效能,進(jìn)而刻畫(huà)C2 組織結(jié)構(gòu)的靈活性、韌性、敏捷性和適應(yīng)性.

在無(wú)人作戰(zhàn)及UAV 自主協(xié)同方面,涌現(xiàn)出了各類(lèi)新型作戰(zhàn)概念. 所謂“無(wú)人作戰(zhàn)”,是指戰(zhàn)場(chǎng)上凡是能用“智能體”代替“人”的戰(zhàn)位和行動(dòng)的,都盡量由智能體充任和完成,人則“隱身”在幕后,主要擔(dān)任智能體背后的指揮員和C2 決策的參謀人員. 文獻(xiàn)[5-7]闡述了美國(guó)國(guó)防部提出的拓展UAV 自主協(xié)同能力的3 大計(jì)劃,分別是：“體系集成技術(shù)及試驗(yàn)”（system of systems integration technology and experimentation,SoSITE）、“拒止環(huán)境中的無(wú)人協(xié)同作戰(zhàn)”（collaborative operations in denied environments,CODE）和“進(jìn)攻性蜂群戰(zhàn)術(shù)”（offensive swarm-enabled tactics,OFFSET）,這些計(jì)劃都旨在克服城市作戰(zhàn)所面臨的挑戰(zhàn),進(jìn)一步發(fā)展UAV 顛覆性的蜂群能力. 文獻(xiàn)[8]闡述了美軍提出的“馬賽克戰(zhàn)”,是一種強(qiáng)調(diào)動(dòng)態(tài)、協(xié)同、高度自主的作戰(zhàn)體系. 主要通過(guò)對(duì)有人與無(wú)人平臺(tái)的快速、靈活有效集成,對(duì)敵形成新的不對(duì)稱(chēng)優(yōu)勢(shì),以此解決資源的組織和運(yùn)用等核心問(wèn)題. 同時(shí),還有許多研究集中于UAV 協(xié)同的原理機(jī)制與技術(shù)方法. 文獻(xiàn)[9]認(rèn)為現(xiàn)階段高端UAV 系統(tǒng)尚不具備意外事件實(shí)時(shí)響應(yīng)和處理能力,但可以通過(guò)在“有人”（飛行員）的最小監(jiān)督下實(shí)現(xiàn)UAV 與有人機(jī)的自主協(xié)同,達(dá)成“1+1＞2”的作戰(zhàn)效能,在短期內(nèi)提高UAV 對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境變化的應(yīng)對(duì)能力. 文獻(xiàn)[10] 構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的UAV 協(xié)作系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)UAV 數(shù)據(jù)等資源的共享. 文獻(xiàn)[11]基于大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法,提出了UAV 協(xié)同智能服務(wù)體系架構(gòu),先對(duì)地面服務(wù)需求進(jìn)行預(yù)測(cè),再按需調(diào)度UAV 來(lái)為動(dòng)態(tài)通信、計(jì)算、緩存等提供服務(wù). 文獻(xiàn)[12]則提出了面向UAV 自組網(wǎng)的去中心化聯(lián)邦學(xué)習(xí)方法,以此解決在空中協(xié)同任務(wù)中單個(gè)節(jié)點(diǎn)失效的問(wèn)題. 文獻(xiàn)[13]則設(shè)計(jì)了一種面向敏捷C2的跨域服務(wù)體系,通過(guò)區(qū)塊鏈平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的確權(quán)和跨域流轉(zhuǎn)跟蹤、權(quán)限的安全下放與轉(zhuǎn)移、C2 命令的安全儲(chǔ)存與監(jiān)管等功能,并通過(guò)智能合約的自動(dòng)執(zhí)行提高無(wú)人作戰(zhàn)中的協(xié)同速度.

此外,在多域作戰(zhàn)和跨域任務(wù)協(xié)同方面,有不少文獻(xiàn)探討了相關(guān)的戰(zhàn)略理念及其未來(lái)的發(fā)展方向.文獻(xiàn)[14]提出了為響應(yīng)多域作戰(zhàn)需求的“聯(lián)合信息環(huán)境”的新概念,旨在掃除信息共享和協(xié)調(diào)的障礙,改進(jìn)使命任務(wù)效能,提高安全性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)的效益. 文獻(xiàn)[15]在跨域協(xié)同的理念設(shè)計(jì)上,提出了“一體化聯(lián)合作戰(zhàn)”的概念,即從“軍種聯(lián)合”轉(zhuǎn)向“跨域融合”,創(chuàng)新作戰(zhàn)力量的運(yùn)用模式,實(shí)現(xiàn)陸、海、空、天、網(wǎng)等作戰(zhàn)力量在各作戰(zhàn)域、各層級(jí)、各地域間的網(wǎng)絡(luò)化整合,實(shí)現(xiàn)火力的跨域同步和全域機(jī)動(dòng),從而奪取戰(zhàn)場(chǎng)優(yōu)勢(shì). 文獻(xiàn)[16]將無(wú)人系統(tǒng)跨域協(xié)同具體定義為在陸、海、空、天等可在不同空間域內(nèi)運(yùn)行的,具有顯著功能性差異的多套無(wú)人系統(tǒng)組成的有機(jī)整體. 其主要功能是通過(guò)信息共享、行為交互、任務(wù)協(xié)同實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)總體效率的倍增. 文獻(xiàn)[17]進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)突發(fā)事件將凸顯復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下的跨域無(wú)人系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)需求,因而不僅要拓展作戰(zhàn)地理空間域之間的合作協(xié)調(diào),還亟需推動(dòng)無(wú)人系統(tǒng)任務(wù)執(zhí)行力量要素走向“跨域融合”,以此應(yīng)對(duì)內(nèi)外環(huán)境的多域沖突威脅. 文獻(xiàn)[18]則利用物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等有效技術(shù)支撐,構(gòu)建了一套貫穿物理域、信息域、認(rèn)知域和社會(huì)域的“體系中心戰(zhàn)”的C2 體系,以跨域力量為依托,實(shí)現(xiàn)對(duì)多域目標(biāo)的打擊.

綜上所述,現(xiàn)階段研究主要集中于無(wú)人作戰(zhàn)概念、UAV 協(xié)同技術(shù)等方面的創(chuàng)新,也普遍認(rèn)同了邊緣作戰(zhàn)、跨越協(xié)同和多域聯(lián)合作戰(zhàn)的重要性. 以上研究為本文奠定了重要的基礎(chǔ). 然而,要實(shí)現(xiàn)不同域作戰(zhàn)單元之間高效自主的任務(wù)協(xié)同目標(biāo),除了需要無(wú)人系統(tǒng)自主協(xié)同在硬件技術(shù)上的突破外,還須搭配一套合理的激勵(lì)機(jī)制來(lái)引導(dǎo). 而滿(mǎn)足“激勵(lì)相容理論”[19]的激勵(lì)機(jī)制正是區(qū)塊鏈技術(shù)中的一大核心要素,它在多個(gè)領(lǐng)域已發(fā)揮著重要的驅(qū)動(dòng)作用. 其中,通證作為區(qū)塊鏈技術(shù)中一種“可流通的加密數(shù)字憑證”,具有去中心化、數(shù)字化、可流通和可加密等特性,這些恰好都與UAV 跨域協(xié)同所必須的各個(gè)要素高度契合.

基于此,本文著重研究如何構(gòu)建一套跨域任務(wù)協(xié)同的機(jī)制,以此提升無(wú)人作戰(zhàn)單元在去中心化模式下的自組織能力. 從“激勵(lì)”的角度出發(fā),借助區(qū)塊鏈和通證技術(shù),通過(guò)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)懲機(jī)制實(shí)現(xiàn)無(wú)人自主高效的跨域任務(wù)協(xié)同目標(biāo),并通過(guò)假想的多軍兵種的跨域場(chǎng)景,對(duì)所設(shè)計(jì)的任務(wù)協(xié)同及其激勵(lì)機(jī)制進(jìn)行推演.

本文的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括兩方面：一是C2 領(lǐng)域的理論創(chuàng)新,將任務(wù)協(xié)同流程劃分為任務(wù)發(fā)布、響應(yīng)、執(zhí)行和評(píng)價(jià)的4 個(gè)步驟,并運(yùn)用于UAV 跨域任務(wù)協(xié)同的未來(lái)場(chǎng)景中,凸顯以“任務(wù)”為導(dǎo)向在跨域協(xié)同中的重要性,彌補(bǔ)了傳統(tǒng)C2 模式中敏捷性方面的不足.

二是區(qū)塊鏈在軍事應(yīng)用場(chǎng)景的創(chuàng)新. 基于區(qū)塊鏈技術(shù),設(shè)計(jì)了一套多階通證的生態(tài)系統(tǒng). 在去中心化的任務(wù)發(fā)布與響應(yīng)的平臺(tái)上,引導(dǎo)來(lái)自不同域的無(wú)人作戰(zhàn)單元,在基于通證的激勵(lì)機(jī)制下自主完成跨域任務(wù)協(xié)同.

1 UAV 跨域任務(wù)協(xié)同生態(tài)總架構(gòu)

需要構(gòu)建一個(gè)UAV 跨域任務(wù)協(xié)同平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“平臺(tái)”）,它是基于區(qū)塊鏈技術(shù)的一個(gè)“去中心化交易所”,各個(gè)參與者都分別作為一個(gè)獨(dú)立節(jié)點(diǎn)接入平臺(tái),如圖1 所示.

圖1 UAV 跨域任務(wù)協(xié)同生態(tài)總架構(gòu)Fig.1 General architecture of UAV cross-domain mission collaboration ecology

最主要的平臺(tái)參與者是各個(gè)作戰(zhàn)單元,它們既可能是任務(wù)競(jìng)標(biāo)的參與者,也可能是任務(wù)的執(zhí)行者.每個(gè)作戰(zhàn)單元相對(duì)獨(dú)立且具有決策權(quán),可以根據(jù)自身資源稟賦以及戰(zhàn)爭(zhēng)形勢(shì)獨(dú)立做出決策,但該決策的結(jié)果會(huì)在任務(wù)結(jié)束后受到事后復(fù)盤(pán)評(píng)審. 其次是通證基金會(huì),它負(fù)責(zé)通證的初次發(fā)行（原始發(fā)行）和后續(xù)的二次、三次甚至多階段的發(fā)行和分配職能,保證生態(tài)內(nèi)通證數(shù)量與價(jià)值相對(duì)穩(wěn)定,相當(dāng)于通證體系的“初創(chuàng)者”. 第3 是C2 平臺(tái),它負(fù)責(zé)通證生態(tài)治理,對(duì)生態(tài)的發(fā)展有一定的干預(yù)能力. 當(dāng)UAV 跨域協(xié)同機(jī)制臨時(shí)失效或突發(fā)意外時(shí),C2 平臺(tái)有緊急修復(fù)和協(xié)調(diào)處理等主要職責(zé). 第4 是仲裁委員會(huì),它負(fù)責(zé)生態(tài)內(nèi)任務(wù)執(zhí)行情況的復(fù)盤(pán)審計(jì)、任務(wù)執(zhí)行后的功勞評(píng)定、對(duì)任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中的異議進(jìn)行仲裁等工作. 此外,還有相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)平臺(tái)的搭建、智能合約開(kāi)發(fā)等純技術(shù)任務(wù).

在上述平臺(tái)的基礎(chǔ)上,還要構(gòu)建一個(gè)UAV 跨域任務(wù)協(xié)同生態(tài)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“生態(tài)）,這個(gè)生態(tài)由一個(gè)技術(shù)、兩大機(jī)制、三種應(yīng)用場(chǎng)景以及多種參與者構(gòu)成,并且以“去中心化”的C2 模式為典型特征.

“一個(gè)技術(shù)”指的是區(qū)塊鏈技術(shù). 在區(qū)塊鏈賦能的“去中心化”的C2 模式下,智能體可實(shí)現(xiàn)自主感知、決策、計(jì)劃、行動(dòng)、協(xié)同以及評(píng)估等工作. 一方面,區(qū)塊鏈技術(shù)可以為跨域任務(wù)協(xié)同實(shí)現(xiàn)了最大程度地分散指揮,賦權(quán)到邊緣,并實(shí)現(xiàn)不同作戰(zhàn)單元之間的協(xié)調(diào)、互助和切換. 另一方面,智能合約的強(qiáng)制執(zhí)行特性為生態(tài)提供了可信基礎(chǔ),避免了違約事件的發(fā)生,降低了無(wú)中心或者弱中心模式可能引發(fā)的隱患和風(fēng)險(xiǎn). 可見(jiàn),區(qū)塊鏈賦能的“去中心化”的C2模式與未來(lái)的無(wú)人化跨域協(xié)同作戰(zhàn)的諸多要求是高度契合的.

“兩大機(jī)制”分別為：一是以實(shí)現(xiàn)任務(wù)自主分配為目的的任務(wù)發(fā)布與響應(yīng)機(jī)制,具體可分為任務(wù)競(jìng)標(biāo)、復(fù)盤(pán)評(píng)審和功勛結(jié)算3 個(gè)階段,其中任務(wù)競(jìng)標(biāo)又具體包括任務(wù)發(fā)布、需求響應(yīng)、確定中標(biāo)3 個(gè)子流程.二是通證發(fā)行與流通機(jī)制,以通證作為激勵(lì)工具,以對(duì)任務(wù)執(zhí)行者進(jìn)行獎(jiǎng)懲為目的. 需要明確多階通證的發(fā)行和流通的規(guī)則,本文定義的通證包括零階（T0）、一階（T1）和二階（T2）,它們對(duì)應(yīng)“三種場(chǎng)景”,分別是協(xié)同積分、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)和高級(jí)治理權(quán).

2 UAV 跨域任務(wù)協(xié)同激勵(lì)機(jī)制

2.1 任務(wù)發(fā)布與響應(yīng)機(jī)制

任務(wù)發(fā)布與響應(yīng)機(jī)制主要解決的是如何實(shí)現(xiàn)跨域任務(wù)的自主分配、擴(kuò)大跨域合作空間以及提升跨域協(xié)同的效率.如圖2 所示,這一機(jī)制可分為3 個(gè)階段.

圖2 任務(wù)發(fā)布與響應(yīng)流程Fig.2 Task release and response process

2.1.1 任務(wù)競(jìng)標(biāo)階段

在這一階段,首先是任務(wù)的發(fā)布,即當(dāng)某作戰(zhàn)單元發(fā)現(xiàn)自身能力不足時(shí),可在平臺(tái)上發(fā)布應(yīng)急任務(wù)需求. 其次是需求的響應(yīng),即當(dāng)平臺(tái)已有任務(wù)需求發(fā)布后,那些具有閑余資源且有任務(wù)執(zhí)行資格的作戰(zhàn)單元都可以響應(yīng)該需求,但必須通過(guò)質(zhì)押一定數(shù)量的協(xié)同積分,并上傳自身提出的解決方案. 其中,協(xié)同積分的質(zhì)押數(shù)量和質(zhì)押期限都有重要影響,一般期限越長(zhǎng)、數(shù)量越多,在后期復(fù)盤(pán)評(píng)審時(shí)得到相應(yīng)的獎(jiǎng)懲力度更大. 由于投標(biāo)方的資源能力閑置編隊(duì)所在地理位置和執(zhí)行任務(wù)成本代價(jià)不同,投標(biāo)時(shí)申明的響應(yīng)時(shí)間和競(jìng)標(biāo)價(jià)格因而也不同. 此時(shí),平臺(tái)會(huì)根據(jù)最優(yōu)匹配原則（“價(jià)格最低原則”或“響應(yīng)時(shí)間最短原則”）選取最優(yōu)方案,自動(dòng)匹配得到誰(shuí)是最優(yōu)的任務(wù)提供方.

再次是任務(wù)合同的簽約,即需求方和提供方簽訂“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的智能合約,并上傳至區(qū)塊鏈平臺(tái)進(jìn)行全網(wǎng)共識(shí). 智能合約會(huì)事先明確規(guī)定任務(wù)執(zhí)行全過(guò)程中的所有細(xì)節(jié)和觸發(fā)條件,因此,一旦相關(guān)參與方達(dá)到設(shè)定條件時(shí),智能合約會(huì)自動(dòng)執(zhí)行.

2.1.2 復(fù)盤(pán)審計(jì)階段

每到一個(gè)固定期限結(jié)束時(shí),平臺(tái)將對(duì)本期內(nèi)完成的所有任務(wù)進(jìn)行復(fù)盤(pán)審計(jì). 根據(jù)本期歷史數(shù)據(jù)和事先設(shè)定好的各作戰(zhàn)單元的協(xié)同任務(wù)完成數(shù)量、質(zhì)量和效率等各維度的算法,確定本期內(nèi)平臺(tái)產(chǎn)生的總收益（以協(xié)同積分T0衡量）,并完成對(duì)各作戰(zhàn)單元的評(píng)價(jià). 若有某些作戰(zhàn)單元對(duì)復(fù)盤(pán)結(jié)果存在異議,可以向仲裁委員會(huì)發(fā)起仲裁.

2.1.3 功勛結(jié)算階段

基于復(fù)盤(pán)階段得出的本期總收益,基金會(huì)將綜合判斷協(xié)同積分未來(lái)可能出現(xiàn)的超額發(fā)行帶來(lái)的貶值程度,來(lái)確定下一期協(xié)同積分的發(fā)行數(shù)量. 同時(shí),依據(jù)所有參與者本期內(nèi)的最終評(píng)分,確定相應(yīng)數(shù)量的協(xié)同積分獎(jiǎng)勵(lì)給對(duì)應(yīng)的作戰(zhàn)單元.

2.2 通證的發(fā)行與流通機(jī)制

本文使用“通證”作為上述任務(wù)協(xié)同機(jī)制中的價(jià)值衡量尺度、流通手段和獎(jiǎng)懲工具. 從級(jí)別上,通證可以包括零階（T0）、一階（T1）和二階（T2）,“階”數(shù)越高,表示通證級(jí)別越高,兌換難度也越大. 從職能上,通證可歸為支付型和功能型兩類(lèi). 支付型通證是生態(tài)內(nèi)的支付工具和流通手段. 功能型通證則是基于實(shí)體資產(chǎn)或者數(shù)字化資產(chǎn)發(fā)行的加密數(shù)字憑證,即該通證代表指定資產(chǎn)的所有權(quán)或者其他規(guī)定的權(quán)限.

2.2.1 零階通證的發(fā)行與流通：協(xié)同積分

零階通證,屬于支付型通證,基于跨域協(xié)同任務(wù)的場(chǎng)景需要,將其命名為“協(xié)同積分”. 在生態(tài)內(nèi),它具有支付手段和價(jià)值衡量的功能,且每一個(gè)零階通證都是同質(zhì)化無(wú)差異的. 因此,一階和二階通證的價(jià)值都通過(guò)協(xié)同積分來(lái)衡量,即一階通證和二階通證都與協(xié)同積分具有相應(yīng)兌換關(guān)系. 如圖3 所示,協(xié)同積分的發(fā)行是由基金會(huì)發(fā)放給生態(tài)內(nèi)的各個(gè)作戰(zhàn)單元.

根據(jù)本期任務(wù)參與者與最終執(zhí)行效果確定協(xié)同積分的發(fā)行總量及各參與者之間的分配比例. 為保證協(xié)同積分對(duì)外兌換的價(jià)值基本穩(wěn)定,且為保證系統(tǒng)后續(xù)的長(zhǎng)期持續(xù)性,協(xié)同積分要分期發(fā)行,每期發(fā)行量逐期遞減. 設(shè)初始發(fā)行時(shí)預(yù)計(jì)未來(lái)的協(xié)同積分發(fā)行總量為m（單位為T(mén)）,未來(lái)分n 期發(fā)行完畢,且每單位的協(xié)同積分價(jià)值等于0.1 g 黃金的當(dāng)期市場(chǎng)價(jià)格. 每一期協(xié)同積分在各參與者之間的分配比例根據(jù)式（1）確定：

其中,Ti表示作戰(zhàn)單元執(zhí)行任務(wù)i 的應(yīng)得協(xié)同積分,S表示調(diào)整后每期任務(wù)執(zhí)行產(chǎn)生的總效益（以協(xié)同積分計(jì)）,D 表示生態(tài)內(nèi)本期所有任務(wù)執(zhí)行的總得分,其計(jì)算方法如式（2）所示：

其中,Di表示某作戰(zhàn)單元執(zhí)行任務(wù)i 的得分,ci為任務(wù)i 的點(diǎn)評(píng)權(quán)重. wi為任務(wù)執(zhí)行單元的質(zhì)押權(quán)重. hi為任務(wù)i 實(shí)際執(zhí)行時(shí)間,h 為任務(wù)i 預(yù)期執(zhí)行時(shí)間. ni為任務(wù)執(zhí)行單元在完成任務(wù)i 時(shí)實(shí)際完成的子目標(biāo)個(gè)數(shù),n 為完成任務(wù)i 所需完成的所有子目標(biāo)個(gè)數(shù).T1i為任務(wù)i 的執(zhí)行單元的一階通證持有量,T1為生態(tài)內(nèi)一階通證總量. T2i為任務(wù)i 的執(zhí)行單元的二階通證持有量,T2為生態(tài)內(nèi)二階通證總量.

值得說(shuō)明的是,協(xié)同積分的分配涉及到3 個(gè)環(huán)節(jié). 如圖3 所示,一是對(duì)應(yīng)上文所述的初次發(fā)行；二是市場(chǎng)流通,指的是在平臺(tái)上由資源需求方向資源提供方支付協(xié)同積分；三是系統(tǒng)調(diào)節(jié),指的是為了抑制協(xié)同積分的單向流動(dòng)或某種意外造成的惡性沖擊,基金會(huì)將定期對(duì)“富余方”按比例提取一部分協(xié)同積分,存放于平臺(tái)的公益賬戶(hù). 該公益賬戶(hù)可向協(xié)同積分短缺的作戰(zhàn)單元進(jìn)行補(bǔ)貼,從而使不同作戰(zhàn)單元的協(xié)同積分持有量之間的差異得到適度調(diào)節(jié),有利于協(xié)同積分價(jià)值的長(zhǎng)期穩(wěn)定.

圖3 零階通證（協(xié)同積分）的3 輪分配過(guò)程Fig.3 Three rounds of distribution processes of zero-order token

2.2.2 一階通證發(fā)行：數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)

一階通證,屬于功能型通證. 在生態(tài)內(nèi),一階通證是指以某作戰(zhàn)單元的UAV 數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)為基礎(chǔ),由該作戰(zhàn)單元發(fā)行的非同質(zhì)化權(quán)屬證明（non-fungible token,NFT）,并用相應(yīng)的零階通證（協(xié)同積分）標(biāo)價(jià). 一階通證在平臺(tái)流通過(guò)程中,使得原來(lái)歸屬于某一作戰(zhàn)單元的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)權(quán),在不同節(jié)點(diǎn)之間可以在限定條件下進(jìn)行流轉(zhuǎn),從而可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)跨域共享的目的.

本文所指的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)的交易機(jī)制由三類(lèi)參與方構(gòu)成,分別是擁有數(shù)據(jù)且愿意共享的數(shù)據(jù)提供方、在執(zhí)行任務(wù)或訓(xùn)練過(guò)程中的數(shù)據(jù)需求方以及數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)交易平臺(tái),該平臺(tái)即UAV 跨域任務(wù)協(xié)同平臺(tái).具體而言,若某一架UAV 將特定的歷史數(shù)據(jù)集傳輸至所在作戰(zhàn)單元的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫(kù),并傳輸上區(qū)塊鏈發(fā)行一階通證,那么,其他作戰(zhàn)單元可通過(guò)支付相應(yīng)協(xié)同積分,獲取數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)權(quán),從而實(shí)現(xiàn)一定期限內(nèi)對(duì)該特定數(shù)據(jù)集的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限.

如圖4 展示的是一階通證的交易流程,具體可分為以下3 階段：

圖4 一階通證交易流程Fig.4 The transaction process of first-order token

一是UAV 數(shù)據(jù)處理階段. UAV 數(shù)據(jù)被傳輸至作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫(kù)保存后,數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分、歸類(lèi)、清洗以及加密等處理.

二是一階通證發(fā)行階段：各類(lèi)數(shù)據(jù)集由所屬作戰(zhàn)單元進(jìn)行合理估值定價(jià),并以每一種數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)權(quán)為基礎(chǔ)發(fā)行一階通證. 經(jīng)平臺(tái)審核后的一階通證可以上鏈流轉(zhuǎn)并獲得交易資格.

三是智能合約簽訂階段：在一定條件得到滿(mǎn)足時(shí),需求方與提供方簽訂智能合約,需求方支付協(xié)同積分,通過(guò)平臺(tái)完成一階通證的流轉(zhuǎn). 此時(shí)的一階通證對(duì)應(yīng)的是數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)權(quán),即對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)集的密鑰. 因此,需求方獲取密鑰后,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)特定數(shù)據(jù)集的訪(fǎng)問(wèn)和使用,但該數(shù)據(jù)集的所有權(quán)依然屬于原作戰(zhàn)單元.

2.2.3 二階通證發(fā)行：高級(jí)治理權(quán)

二階通證,也屬于功能型通證. 在生態(tài)內(nèi),它具體是指基于高級(jí)治理權(quán)的NFT. 這類(lèi)權(quán)限的應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)復(fù)雜,比如在復(fù)盤(pán)結(jié)果出現(xiàn)爭(zhēng)議時(shí)的正義仲裁權(quán)、在獎(jiǎng)賞和懲罰力度判定時(shí)的獎(jiǎng)懲評(píng)定權(quán)等.由于在跨域協(xié)同任務(wù)完成過(guò)程中,所有參與者的貢獻(xiàn)度可能存在很大一部分很難直接用增減零階通證（協(xié)同積分）來(lái)衡量的情況,如豐富的協(xié)同任務(wù)作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)、優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)集的供給能力以及在某些特殊領(lǐng)域的突出能力等,因此,只有對(duì)那些積極投身跨域協(xié)同任務(wù)的參與者和貢獻(xiàn)者賦予相應(yīng)的高級(jí)權(quán)限,才能有效激勵(lì)到生態(tài)內(nèi)所有作戰(zhàn)單元更多更好地完成跨域協(xié)同任務(wù). 值得說(shuō)明的是,每個(gè)作戰(zhàn)單元只有在完成跨域任務(wù)的次數(shù)和戰(zhàn)績(jī)積累到一定要求,且協(xié)同積分累計(jì)達(dá)到一定數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)時(shí),才有資格逐級(jí)、逐次的發(fā)行某種高級(jí)權(quán)限對(duì)應(yīng)的二階通證.

本文將生態(tài)內(nèi)高級(jí)權(quán)限的二階通證設(shè)為以下四類(lèi),分別是：正義仲裁權(quán)通證、協(xié)同能力點(diǎn)評(píng)權(quán)通證、數(shù)據(jù)和算力推薦權(quán)通證、晉級(jí)概率優(yōu)先權(quán)通證. 其中,晉級(jí)概率優(yōu)先權(quán)通證是生態(tài)內(nèi)最高級(jí)別的“協(xié)同榮譽(yù)勛章”. 因此,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,二階通證可以達(dá)到進(jìn)一步深化激勵(lì)的效果,在很大程度上對(duì)UAV 跨域協(xié)同生態(tài)的發(fā)展具有正向引導(dǎo)作用.

3 實(shí)例場(chǎng)景推演：UAV 應(yīng)急任務(wù)的海陸空跨域協(xié)同

場(chǎng)景設(shè)定如下：某邊境海域周邊存在諸多不確定的威脅隱患,為應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況,該區(qū)域要利用UAV編隊(duì),通過(guò)UAV 跨域任務(wù)協(xié)同平臺(tái)完成跨域協(xié)作的應(yīng)急任務(wù). 假設(shè)t 期為期初,該區(qū)域各編隊(duì)的協(xié)同積分和各階通證持有情況如表1 所示.

表1 第t 期初各編隊(duì)通證明細(xì)表Table 1 Token details of each formation at the beginning of period t

在第t 期的某一時(shí)刻,海軍編隊(duì)A 的偵察UAV發(fā)現(xiàn),以東經(jīng)116°,南緯50°為圓心,半徑為5 n mile的區(qū)域內(nèi)有可疑目標(biāo)出現(xiàn),需要快速判斷該目標(biāo)的真實(shí)身份并采取相關(guān)措施. A 要對(duì)自身資源稟賦進(jìn)行評(píng)判,以確定是否達(dá)到獨(dú)立完成任務(wù)的能力. 若未達(dá)到,則A 可立即通過(guò)平臺(tái)發(fā)布協(xié)同任務(wù)需求；若已達(dá)到,則A 可直接執(zhí)行任務(wù),在單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中一旦遇到需緊急求援的情況,仍可以通過(guò)平臺(tái)發(fā)布協(xié)同任務(wù)需求.

具體操作流程包括以下環(huán)節(jié),如圖5 所示.

圖5 應(yīng)急任務(wù)協(xié)同流程Fig.5 Emergency task coordination process

環(huán)節(jié)1：應(yīng)急任務(wù)發(fā)布. 海軍編隊(duì)A 在平臺(tái)內(nèi)發(fā)布可疑目標(biāo)偵察任務(wù),同時(shí),上傳與目標(biāo)相關(guān)的位置、距離、天氣、海況等重要相關(guān)數(shù)據(jù),平臺(tái)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)急任務(wù)的相關(guān)約束如下：

1）支援需求：偵察可疑目標(biāo)；2）響應(yīng)時(shí)間：小于30 min；3）支付預(yù)算：小于20 協(xié)同積分. 其中,支付預(yù)算是現(xiàn)階段的粗略估計(jì). 而任務(wù)執(zhí)行后獎(jiǎng)勵(lì)的協(xié)同積分是根據(jù)評(píng)分公式進(jìn)行功勛評(píng)定后確定的.

環(huán)節(jié)2：需求響應(yīng). 具有任務(wù)執(zhí)行資格（已經(jīng)質(zhì)押過(guò)協(xié)同積分）的陸軍編隊(duì)B、空軍編隊(duì)C 和潛艇部隊(duì)D 這3 個(gè)作戰(zhàn)單元迅速參與競(jìng)標(biāo). 綜合考慮距離、資源稟賦、任務(wù)執(zhí)行難度等因素后,B、C、D 報(bào)出各自要價(jià),并配上其解決方案書(shū),申報(bào)至UAV 跨域任務(wù)協(xié)同平臺(tái).

環(huán)節(jié)3：任務(wù)中標(biāo)和執(zhí)行. 通常由兩種不同的競(jìng)價(jià)機(jī)制,第1 類(lèi)競(jìng)價(jià)機(jī)制是在滿(mǎn)足支付預(yù)算約束前提下,響應(yīng)時(shí)間最短. 此時(shí),競(jìng)標(biāo)結(jié)果應(yīng)該是陸軍編隊(duì)B 中標(biāo),須支付19 T. 第2 類(lèi)競(jìng)價(jià)機(jī)制是在滿(mǎn)足響應(yīng)時(shí)間約束前提下,支付價(jià)格最低. 此時(shí),結(jié)果應(yīng)該是空軍編隊(duì)C 中標(biāo),須支付17 T. 假設(shè)平臺(tái)對(duì)方案進(jìn)行審核后,采取第2 類(lèi)競(jìng)價(jià)機(jī)制,則該任務(wù)將由空軍編隊(duì)C 中標(biāo),由A 與C 簽訂智能合約并進(jìn)行全網(wǎng)共識(shí). 空軍編隊(duì)C 派出偵察UAV（編號(hào)為Detective-150121）對(duì)可疑區(qū)域進(jìn)行偵察,順利完成可疑目標(biāo)識(shí)別,且該任務(wù)在規(guī)定的時(shí)間約束內(nèi)完成.

環(huán)節(jié)4：定期復(fù)盤(pán). 在第t 期末,平臺(tái)需要對(duì)t 期內(nèi)的所有跨域協(xié)同任務(wù)進(jìn)行復(fù)盤(pán)評(píng)審,即基于執(zhí)行過(guò)程中產(chǎn)生的作戰(zhàn)數(shù)據(jù),確定任務(wù)產(chǎn)出的總效益,再根據(jù)評(píng)分公式確定各編隊(duì)?wèi)?yīng)分配的協(xié)同積分?jǐn)?shù)量.設(shè)在第t 期內(nèi),共有3 次UAV 海上探測(cè)應(yīng)急協(xié)同任務(wù),分別是任務(wù)1、任務(wù)2 和任務(wù)3,其在生態(tài)內(nèi)產(chǎn)生的總效益為300 T,如表2 所示.

表2 第t 期末的總效益與通證總額Table 2 Total benefit and total amount of token value at the end of number t period

3 個(gè)任務(wù)的執(zhí)行編隊(duì)和詳細(xì)完成情況如表3 所示. 根據(jù)式（1）、式（2）,結(jié)合表1～表3 的數(shù)據(jù)可得各編隊(duì)在第t 期內(nèi)應(yīng)得的獎(jiǎng)勵(lì)額度. 海軍編隊(duì)A 應(yīng)得協(xié)同積分獎(jiǎng)勵(lì)77 T、陸軍編隊(duì)B 應(yīng)得92 T、空軍編隊(duì)C 應(yīng)得91 T、潛艇編隊(duì)D 應(yīng)得40 T.

表3 第t 期末復(fù)盤(pán)審計(jì)結(jié)果Table 3 Re-audit findings at the end of the period t

計(jì)算完成之后,第t 期末各編隊(duì)明細(xì)見(jiàn)表4.

表4 第t 期末各編隊(duì)通證明細(xì)表Table 4 Token details for each formation at the end of period t

環(huán)節(jié)5：二階通證發(fā)行. 第t+1 期末,仲裁委員會(huì)對(duì)通證生態(tài)內(nèi)各編隊(duì)進(jìn)行高級(jí)治理權(quán)限認(rèn)定. 規(guī)定二階通證的發(fā)行標(biāo)準(zhǔn)的基本要求如下：

當(dāng)協(xié)同積分達(dá)到1 000 T,一階通證達(dá)到500 T時(shí),有權(quán)發(fā)行數(shù)據(jù)和算力推薦權(quán)二階通證；

當(dāng)協(xié)同積分達(dá)到2 000 T,一階通證達(dá)到1 000 T時(shí),有權(quán)發(fā)行協(xié)同能力點(diǎn)評(píng)權(quán)二階通證；

當(dāng)協(xié)同積分達(dá)到5 000 T,一階通證達(dá)到2 500 T時(shí),有權(quán)發(fā)行爭(zhēng)議仲裁權(quán)級(jí)別的二階通證；

當(dāng)協(xié)同積分達(dá)到8 000 T,一階通證達(dá)到4 000 T時(shí),有權(quán)發(fā)行晉升優(yōu)先權(quán)級(jí)別的二階通證.

同時(shí),仲裁委員會(huì)綜合歷史數(shù)據(jù)對(duì)各C2 單元的經(jīng)驗(yàn)?zāi)晗?、?zhàn)績(jī)值、中標(biāo)能力以及數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行綜合考量. 其中,經(jīng)驗(yàn)值按每3年增加5%. 必須注意的是,只有當(dāng)協(xié)同積分標(biāo)準(zhǔn)和綜合指標(biāo)均達(dá)標(biāo)的作戰(zhàn)單元,才有資格發(fā)行二階通證.

設(shè)A、B、C 3 個(gè)編隊(duì)在仲裁委員會(huì)綜合評(píng)定后的各項(xiàng)指標(biāo)和數(shù)據(jù)如表5 所示.

表5 第t+1 期末的各編隊(duì)數(shù)據(jù)Table 5 Historical data of each formation at the end of period t+1

比較可知,海軍編隊(duì)A 可發(fā)行爭(zhēng)議仲裁權(quán)的二階通證. 空軍編隊(duì)C 可發(fā)行晉升優(yōu)先權(quán)的二階通證,該通證是最高級(jí)別的榮譽(yù)勛章. 而陸軍編隊(duì)B 和潛艇編隊(duì)D 暫未獲得發(fā)行資格. 在A(yíng) 和C 發(fā)行二階通證后,第t+1 期末各編隊(duì)明細(xì)表見(jiàn)表6 所示.

表6 第t+1 期末各編隊(duì)通證明細(xì)表Table 6 Token details for each formation at the end of period t+1

環(huán)節(jié)6：生態(tài)調(diào)節(jié). 假設(shè)在第t+i 期內(nèi),大規(guī)模應(yīng)急任務(wù)協(xié)同完成了35 次、小規(guī)模應(yīng)急任務(wù)協(xié)同達(dá)到60 次. 生態(tài)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)通過(guò)不斷協(xié)作,已經(jīng)形成了較為完善的UAV 跨域任務(wù)協(xié)同激勵(lì)機(jī)制. 但由于各編隊(duì)之間存在的能力、資源以及對(duì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)方面的差異,各單元間形成了比較明顯的“貧富差距”. 在每期末評(píng)定時(shí),若某一作戰(zhàn)單元的各階通證價(jià)值總量低于或等于5 000 T,則考慮按照5 000 T 的25%進(jìn)行補(bǔ)貼,若該作戰(zhàn)單元各階通證價(jià)值總量高于50 000 T,則超出部分由基金會(huì)回收25%存放于公益賬戶(hù)中.

設(shè)第t+i 期末,A、B、C、D 編隊(duì)的各階通證持有量如表7 所示,編隊(duì)B、D 與編隊(duì)A、C 之間出現(xiàn)了明顯的差距. 基金會(huì)將采取逆向調(diào)節(jié),以此維護(hù)“生態(tài)平衡”. 在第t+i 期末,基金會(huì)要求空軍編隊(duì)C 上繳2 147 T 協(xié)同積分,而向陸軍編隊(duì)B 和潛艇編隊(duì)D 分別補(bǔ)貼1 250 T 協(xié)同積分. 當(dāng)基金會(huì)回收的協(xié)同積分?jǐn)?shù)量不足以對(duì)沖補(bǔ)貼的C2 單元時(shí),可啟用預(yù)留的5%用于生態(tài)調(diào)節(jié)的協(xié)同積分進(jìn)行補(bǔ)貼.

通過(guò)系統(tǒng)調(diào)節(jié)后,各編隊(duì)的明細(xì)見(jiàn)表8 所示.

表8 調(diào)節(jié)后各編隊(duì)通證明細(xì)表Table 8 Token details for each formation after adjusting

顯然,經(jīng)過(guò)第t+i 期的任務(wù)協(xié)同,編隊(duì)所持有的各階通證均有所上升,實(shí)現(xiàn)了每個(gè)編隊(duì)和集體的雙贏(yíng). 按照通證價(jià)值增幅從大到小排序,依次是：空軍編隊(duì)C 的通證總價(jià)值漲幅最高,從初始的10 500 T提高至56 444 T,增長(zhǎng)了438%,其中,一階通證占總價(jià)值比重最大,從5 500 T 提高至25 500 T,增長(zhǎng)了363%. 其次,海軍編隊(duì)A 的通證總價(jià)值從初始的6 000 T 提高至17 750 T,增長(zhǎng)了約196%. 陸軍編隊(duì)B 的通證總價(jià)值從初始的2 850 T 提高至6 192 T,增長(zhǎng)約117%. 潛艇部隊(duì)D 在此期間的變化最緩慢,通證總價(jià)值較初始狀態(tài)僅增長(zhǎng)了39%.

在上述案例推演中,不同的軍兵種必須能夠在同一個(gè)生態(tài)中,通過(guò)平臺(tái)發(fā)布信息、共享數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù),才能確保不同軍兵種之間、不同域之間的作戰(zhàn)單元實(shí)現(xiàn)跨域自主協(xié)同的目標(biāo). 每個(gè)作戰(zhàn)單元通過(guò)競(jìng)標(biāo)參與任務(wù)執(zhí)行,獲得協(xié)同積分獎(jiǎng)勵(lì),實(shí)現(xiàn)通證數(shù)量的增長(zhǎng)和通證階數(shù)的升級(jí). 每個(gè)作戰(zhàn)單元的綜合戰(zhàn)斗力（體現(xiàn)為歷史戰(zhàn)績(jī)、資源數(shù)據(jù)、跨域協(xié)同能力等方面）都通過(guò)通證轉(zhuǎn)為可量化、可分級(jí)、可互信流轉(zhuǎn)的憑證.

因此,在這套通證系統(tǒng)激勵(lì)機(jī)制的驅(qū)動(dòng)下,生態(tài)內(nèi)各作戰(zhàn)單元之間在“去中心化”的C2 模式中,可以在面對(duì)跨域任務(wù)協(xié)同的需求時(shí),實(shí)現(xiàn)自主響應(yīng)任務(wù)并高效完成,不僅可以實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)榮譽(yù)感和個(gè)人發(fā)展晉升可能性的雙贏(yíng),而且還能有效提升邊緣C2 模式的敏捷性.

4 結(jié)論

全球軍事領(lǐng)域智能化發(fā)展使得對(duì)無(wú)人作戰(zhàn)與無(wú)人機(jī)協(xié)同的技術(shù)研究越來(lái)越深入,然而依然缺乏一種在可信前提下擴(kuò)大UAV 群組跨域合作空間與跨域協(xié)同效果的機(jī)制. 本文設(shè)計(jì)的UAV 跨域任務(wù)協(xié)同激勵(lì)機(jī)制,利用通證打破物理世界與虛擬世界之間的壁壘,以“任務(wù)”為導(dǎo)向的激勵(lì)模式使各作戰(zhàn)單元通過(guò)執(zhí)行任務(wù)獲得協(xié)同積分獎(jiǎng)勵(lì),提升UAV 跨域任務(wù)協(xié)同生態(tài)的自組織能力. 此外,通過(guò)UAV 跨域協(xié)同案例進(jìn)一步對(duì)本文所設(shè)計(jì)的機(jī)制實(shí)現(xiàn)了推演,展示作戰(zhàn)單元所持有的各階通證在跨域任務(wù)協(xié)同中的變化過(guò)程.

盡管本文所設(shè)計(jì)的內(nèi)容在現(xiàn)階段要付諸實(shí)踐還比較困難,但是可以作為未來(lái)無(wú)人作戰(zhàn)場(chǎng)景下跨域任務(wù)協(xié)同機(jī)制的理論探索. 同時(shí),涉及到的許多問(wèn)題還亟待解決：比如協(xié)同積分及高階通證的定價(jià),生態(tài)內(nèi)智能合約的制定與執(zhí)行,確定跨域協(xié)同任務(wù)收益的算法,用仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該激勵(lì)機(jī)制的有效性,以及設(shè)計(jì)相關(guān)應(yīng)用軟件的框架部署和代碼結(jié)構(gòu)等.