基于傳感器網絡的網絡中心戰(zhàn)構建模型研究

網絡中心戰(zhàn)理論是人們對歷史上信息和戰(zhàn)爭之間不解之緣深化認識的具體體現。眾所周知，空間和時間是軍事行動中兩個非常重要的要素，而網絡可以很好地聯系這兩個要素，因此隨著網絡技術的發(fā)展，網絡中心戰(zhàn)構建模型逐漸興起。網絡中心戰(zhàn)是一種基于全新概念的戰(zhàn)爭，與過去的消耗型戰(zhàn)爭有著本質上的不同，它可以促進作戰(zhàn)部隊和作戰(zhàn)環(huán)境之間的良好結合與互動，指揮行動的快速性和部隊間的自同步使之成為快速有效的戰(zhàn)爭模型。

1 傳感器網絡的特點和應用

1.1傳感器網絡的特點

傳感器網絡(sensor network)是由一定數量部署在作用區(qū)域內，具有感應、通信和計算能力的傳感器節(jié)點，通過自組織方式構成的，能根據環(huán)境自主完成指定任務的分布式智能化網絡系統(tǒng)。該節(jié)點由感知部件、嵌入式處理器、存儲器、通信部件、軟件和電源這幾部分構成。傳感器網絡主要有如下特點：

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

　　(2)具有通信能力和計算能力。

　　(3)具有傳感器數量多，分布范圍廣，感知數據流大的特點。網絡中傳感器節(jié)點密集，數量巨大，可分布在很廣泛的地理區(qū)域，傳感器通常都產生較大的流式數據，并具有實時性。

　　(4)網絡動態(tài)性強。網絡中的傳感器、感知對象和觀察者這三要素都可能具有移動性，并且經常有新結點加入或已有節(jié)點失效。

　　(5)大規(guī)模分布式觸發(fā)器。很多傳感器網絡需要對感知對象進行控制，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。這里稱回控裝置和控制軟件為觸發(fā)器。

1.2傳感器網絡的應用

傳感器網絡的研究主要集中在通信、節(jié)能和網絡控制3個方面。目前，這3方面已經有了比較成熟的解決方法，為傳感器網絡投入實際應用提供了理論基礎。

目前的傳感器網絡常應用于軍事國防、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療健康、空間探測、政府管制及工商農業(yè)等領域。

(1)軍事應用。傳感器網絡的產生正是源于網絡在軍事應用上的需求，在軍事上的應用非常貼近傳感器網絡本身的概念。由于它具有數量多，隱蔽性高，動態(tài)性強等特點，故在戰(zhàn)場上的應用主要是信息收集、跟蹤敵人、戰(zhàn)場監(jiān)視和目標分類等。和平年代傳感器網絡可以用于國土安全保護、邊境監(jiān)視等。

目前，針對網絡中心戰(zhàn)的需求開發(fā)的傳感器網絡，主要思想是在戰(zhàn)場上布設大量的傳感器，以收集和中繼信息，并對相關原始數據進行過濾，然后再把重要的信息傳送到各數據融合中心，從而將大量的信息集成為一幅實時戰(zhàn)場全景圖，使參戰(zhàn)單元(人員)對戰(zhàn)場態(tài)勢的感知能力大大提高。

(2)民用及科研應用。環(huán)境監(jiān)測所涉及的范圍非常廣，傳感器網絡能夠很好地完成這項依靠傳統(tǒng)數據收集和統(tǒng)計方法已經無法正常進行的工作。醫(yī)療領域可以用于檢測人體的生理數據和健康狀況，對醫(yī)院藥品進行管理以及用于遠程醫(yī)療等。工業(yè)領域可以用于生產監(jiān)控、建筑物狀態(tài)監(jiān)測等。在太空探索方面它可以實現對星球表面長期的監(jiān)測。其他應用在此不再逐一列出。

2網絡中心戰(zhàn)及其構建模型研究

2.1網絡中心戰(zhàn)的實質

網絡中心戰(zhàn)(network centric waRFare，NCW)是通過戰(zhàn)場各個作戰(zhàn)單元的網絡化，把信息優(yōu)勢變?yōu)樽鲬?zhàn)優(yōu)勢，使各分散配置的部隊共同感知戰(zhàn)場態(tài)勢，協調行動，從而發(fā)揮最大作戰(zhàn)效能的作戰(zhàn)樣式。網絡中心戰(zhàn)的實質是利用計算機信息網絡對處于各地的部隊或士兵實施一體化指揮和控制，將分布在廣闊區(qū)域內的各種傳感器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和火力打擊系統(tǒng)，通過高速、抗干擾的數據鏈路聯網并融合在一起，向處于該網絡中的人員提供一套完整的戰(zhàn)術態(tài)勢圖像。它的核心是利用網絡讓所有作戰(zhàn)力量實現信息共享，實時掌握戰(zhàn)場態(tài)勢，縮短決策時間，提高打擊速度與精度。目的在于改進信息和指揮控制能力，以增強聯合火力和對付目標所需要的能力。網絡與信息技術使部隊從戰(zhàn)場有形的地理位置中解脫出來，提高了作戰(zhàn)的機動性。基于傳感器網絡的網絡中心戰(zhàn)，使地理上分散配置的部隊可以清楚地掌握和了解戰(zhàn)場態(tài)勢，作戰(zhàn)單元能隨時集中火力而不再是集中兵力來打擊敵人，火力機動將替代傳統(tǒng)的兵力機動。

2.2不同層次的信息需求

信息基礎設施是網絡中心戰(zhàn)的重要環(huán)節(jié)，這些設施為作戰(zhàn)行動的所有單元提供高質量的信息服務。這些單元包括部署的部隊、支援部隊以及聯盟伙伴等。如圖1所示，對高質量信息的需求隨著每一個單元任務的要求不同而不同。行動領域的高端是聯合感知和火力打擊，實現這一目標需要高速的數據傳輸速率和快速反應的信息傳輸能力，使用具有協同作戰(zhàn)能力的復合跟蹤網絡(傳感器網)。中間層次是不同類型的指揮控制行動，這些行動可以允許信息延遲數秒，主要由戰(zhàn)術數據鏈(主要運用LINKl6/10)支持。其他類型的指揮控制以及后勤保障行動，對時間的要求并不十分緊迫，應用全球指揮控制系統(tǒng)(global command and control system，GCCS)等聯合規(guī)劃網絡。

2.3 網絡中心戰(zhàn)的構建模型

網絡中心戰(zhàn)的基本思想就是充分利用網絡平臺的網絡優(yōu)勢，獲取和鞏固己方的信息優(yōu)勢，并且將這種信息優(yōu)勢轉化為決策優(yōu)勢。網絡中心戰(zhàn)的強大威力主要來自其 “品”字形網絡構建模型(如圖2所示)，按功能可以把整個網絡分為3個互相聯接的部分：傳感器網絡、交戰(zhàn)網絡和信息網絡，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的、端到端連接的一系列信息能力、相關程序和人員構成的，皆在根據作戰(zhàn)人員、決策人員和支援人員要求來收集、處理、存儲和管理信息的綜合體。全球信息柵格網是實現傳感器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和火力打擊系統(tǒng)網絡化的基礎設施，也是各類電子信息系統(tǒng)綜合集成的基礎。所有傳感器諸如衛(wèi)星、飛機、雷達、潛艇的聲納、偵察部隊所得到的信息等，由傳感器網絡通過數據融合技術。迅速合成整個戰(zhàn)場空間的態(tài)勢圖，并實時更新，其完整性和精確程度遠遠超過了任何單個傳感器能達到的水平。

網絡中心戰(zhàn)模型的三級網絡賦予其極大的威力，戰(zhàn)場態(tài)勢的真實感知能力、指揮決策的正確性和及時性、火力打擊的精度和范圍都有很大提高，為未來作戰(zhàn)提供了快速反應能力。交戰(zhàn)網絡將主戰(zhàn)武器平臺網絡化，能夠控制分散在戰(zhàn)場中的各種武器平臺，甚至戰(zhàn)區(qū)外的遠程打擊武器，迅速選擇最有效的火力攻擊手段。指揮控制網絡是將指揮控制系統(tǒng)網絡化，每個指揮控制系統(tǒng)成為指揮控制網中的一個節(jié)點，指揮控制網絡中的節(jié)點可以與傳感器網絡中的節(jié)點互連，也可與交戰(zhàn)網絡中的火力打擊節(jié)點互連。高質量的信息網絡為傳感器網絡和交戰(zhàn)網絡提供支撐，它是所有這一切的基礎。信息網絡不僅是動態(tài)開放網絡，也是保密網絡，整個網絡通過指揮控制程序進行管理。

以往作戰(zhàn)行動主要是圍繞武器平臺(如坦克、軍艦、飛機等)進行的，各平臺自身的機動性有助于實施靈活的獨立作戰(zhàn)，但同時也限制了平臺問信息的交流與共享能力，影響整體作戰(zhàn)效能。網絡中心戰(zhàn)的構建模型使平臺與平臺之間的信息交流與共享成為可能，從而使戰(zhàn)場傳感器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和火力打擊系統(tǒng)構成一個有機整體，實現真正意義上的聯合作戰(zhàn)，這種以網絡為核心和紐帶的網絡中心戰(zhàn)又可稱為基于網絡的戰(zhàn)爭。

與傳統(tǒng)作戰(zhàn)模型相比，網絡中心戰(zhàn)具有3個重要優(yōu)勢：一是通過集結火力對共同目標同時交戰(zhàn)；二是通過資源提高兵力保護；三是可形成更有效、更迅速的“發(fā)現一控制”交戰(zhàn)順序。它具有4個關鍵要素：信息結構(使各傳感器聯網的系統(tǒng))、作戰(zhàn)態(tài)勢感知、實施協同作戰(zhàn)、最終效果。

3結語

網絡中心戰(zhàn)模型具有強大的作戰(zhàn)態(tài)勢感知能力和信息共享能力，在作戰(zhàn)中可以實現部隊部署的分散化，利用信息流動代替物質流動，提高作戰(zhàn)指揮速度和作戰(zhàn)質量，使武器的戰(zhàn)斗力可以得到充分發(fā)揮。它優(yōu)越的數據融合能力更提高了部隊對作戰(zhàn)空間的把握能力，有力支持了部隊的協同作戰(zhàn)。網絡中心戰(zhàn)的作戰(zhàn)思想將對未來戰(zhàn)爭產生重大的影響。本文對網絡中心戰(zhàn)構建模型進行了研究，隨著技術的進步和需求的擴展，網絡中心戰(zhàn)理論和模型都將產生新的變化，面臨新的問題，這將有賴于人們進一步的分析研究。