基于传感器网络的网络中心战构建模型研究

网络中心战理论是人们对历史上信息和战争之间不解之缘深化认识的具体体现。众所周知，空间和时间是军事行动中两个非常重要的要素，而网络可以很好地联系这两个要素，因此随着网络技术的发展，网络中心战构建模型逐渐兴起。网络中心战是一种基于全新概念的战争，与过去的消耗型战争有着本质上的不同，它可以促进作战部队和作战环境之间的良好结合与互动，指挥行动的快速性和部队间的自同步使之成为快速有效的战争模型。

1 传感器网络的特点和应用
1．1 传感器网络的特点
    传感器网络(sensor network)是由一定数量部署在作用区域内，具有感应、通信和计算能力的传感器节点，通过自组织方式构成的，能根据环境自主完成指定任务的分布式智能化网络系统。该节点由感知部件、嵌入式处理器、存储器、通信部件、软件和电源这几部分构成。传感器网络主要有如下特点：
    (1)因具有成本低，功耗小，功能多，隐蔽性好的特点，所以它可以大范围地散布设置在一定区域，即使是人类无法到达的区域，也能正常工作。
    (2)具有通信能力和计算能力。
    (3)具有传感器数量多，分布范围广，感知数据流大的特点。网络中传感器节点密集，数量巨大，可分布在很广泛的地理区域，传感器通常都产生较大的流式数据，并具有实时性。
    (4)网络动态性强。网络中的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性，并且经常有新结点加入或已有节点失效。
    (5)大规模分布式触发器。很多传感器网络需要对感知对象进行控制，如温度、声音控制等，这样很多传感器都具有回控装置和控制软件。这里称回控装置和控制软件为触发器。
1．2 传感器网络的应用
    传感器网络的研究主要集中在通信、节能和网络控制3个方面。目前，这3方面已经有了比较成熟的解决方法，为传感器网络投入实际应用提供了理论基础。
    目前的传感器网络常应用于军事国防、环境监测、医疗健康、空间探测、政府管制及工商农业等领域。
    (1)军事应用。传感器网络的产生正是源于网络在军事应用上的需求，在军事上的应用非常贴近传感器网络本身的概念。由于它具有数量多，隐蔽性高，动态性强等特点，故在战场上的应用主要是信息收集、跟踪敌人、战场监视和目标分类等。和平年代传感器网络可以用于国土安全保护、边境监视等。
    目前，针对网络中心战的需求开发的传感器网络，主要思想是在战场上布设大量的传感器，以收集和中继信息，并对相关原始数据进行过滤，然后再把重要的信息传送到各数据融合中心，从而将大量的信息集成为一幅实时战场全景图，使参战单元(人员)对战场态势的感知能力大大提高。
    (2)民用及科研应用。环境监测所涉及的范围非常广，传感器网络能够很好地完成这项依靠传统数据收集和统计方法已经无法正常进行的工作。医疗领域可以用于检测人体的生理数据和健康状况，对医院药品进行管理以及用于远程医疗等。工业领域可以用于生产监控、建筑物状态监测等。在太空探索方面它可以实现对星球表面长期的监测。其他应用在此不再逐一列出。

2 网络中心战及其构建模型研究
2．1 网络中心战的实质
    网络中心战(network centric warfare，NCW)是通过战场各个作战单元的网络化，把信息优势变为作战优势，使各分散配置的部队共同感知战场态势，协调行动，从而发挥最大作战效能的作战样式。网络中心战的实质是利用计算机信息网络对处于各地的部队或士兵实施一体化指挥和控制，将分布在广阔区域内的各种传感器系统、指挥控制系统和火力打击系统，通过高速、抗干扰的数据链路联网并融合在一起，向处于该网络中的人员提供一套完整的战术态势图像。它的核心是利用网络让所有作战力量实现信息共享，实时掌握战场态势，缩短决策时间，提高打击速度与精度。目的在于改进信息和指挥控制能力，以增强联合火力和对付目标所需要的能力。网络与信息技术使部队从战场有形的地理位置中解脱出来，提高了作战的机动性。基于传感器网络的网络中心战，使地理上分散配置的部队可以清楚地掌握和了解战场态势，作战单元能随时集中火力而不再是集中兵力来打击敌人，火力机动将替代传统的兵力机动。
2．2 不同层次的信息需求
    信息基础设施是网络中心战的重要环节，这些设施为作战行动的所有单元提供高质量的信息服务。这些单元包括部署的部队、支援部队以及联盟伙伴等。如图1所示，对高质量信息的需求随着每一个单元任务的要求不同而不同。行动领域的高端是联合感知和火力打击，实现这一目标需要高速的数据传输速率和快速反应的信息传输能力，使用具有协同作战能力的复合跟踪网络(传感器网)。中间层次是不同类型的指挥控制行动，这些行动可以允许信息延迟数秒，主要由战术数据链(主要运用LINKl6／10)支持。其他类型的指挥控制以及后勤保障行动，对时间的要求并不十分紧迫，应用全球指挥控制系统(global command and control system，GCCS)等联合规划网络。

2．3 网络中心战的构建模型
    网络中心战的基本思想就是充分利用网络平台的网络优势，获取和巩固己方的信息优势，并且将这种信息优势转化为决策优势。网络中心战的强大威力主要来自其“品”字形网络构建模型(如图2所示)，按功能可以把整个网络分为3个互相联接的部分：传感器网络、交战网络和信息网络，它们都植根于全球信息栅格(global information grid，GIG)之上。全球信息栅格是由全球互联的、端到端连接的一系列信息能力、相关程序和人员构成的，皆在根据作战人员、决策人员和支援人员要求来收集、处理、存储和管理信息的综合体。全球信息栅格网是实现传感器系统、指挥控制系统和火力打击系统网络化的基础设施，也是各类电子信息系统综合集成的基础。所有传感器诸如卫星、飞机、雷达、潜艇的声纳、侦察部队所得到的信息等，由传感器网络通过数据融合技术。迅速合成整个战场空间的态势图，并实时更新，其完整性和精确程度远远超过了任何单个传感器能达到的水平。

    网络中心战模型的三级网络赋予其极大的威力，战场态势的真实感知能力、指挥决策的正确性和及时性、火力打击的精度和范围都有很大提高，为未来作战提供了快速反应能力。交战网络将主战武器平台网络化，能够控制分散在战场中的各种武器平台，甚至战区外的远程打击武器，迅速选择最有效的火力攻击手段。指挥控制网络是将指挥控制系统网络化，每个指挥控制系统成为指挥控制网中的一个节点，指挥控制网络中的节点可以与传感器网络中的节点互连，也可与交战网络中的火力打击节点互连。高质量的信息网络为传感器网络和交战网络提供支撑，它是所有这一切的基础。信息网络不仅是动态开放网络，也是保密网络，整个网络通过指挥控制程序进行管理。
    以往作战行动主要是围绕武器平台(如坦克、军舰、飞机等)进行的，各平台自身的机动性有助于实施灵活的独立作战，但同时也限制了平台问信息的交流与共享能力，影响整体作战效能。网络中心战的构建模型使平台与平台之间的信息交流与共享成为可能，从而使战场传感器系统、指挥控制系统和火力打击系统构成一个有机整体，实现真正意义上的联合作战，这种以网络为核心和纽带的网络中心战又可称为基于网络的战争。
    与传统作战模型相比，网络中心战具有3个重要优势：一是通过集结火力对共同目标同时交战；二是通过资源提高兵力保护；三是可形成更有效、更迅速的“发现一控制”交战顺序。它具有4个关键要素：信息结构(使各传感器联网的系统)、作战态势感知、实施协同作战、最终效果。

3 结语
    网络中心战模型具有强大的作战态势感知能力和信息共享能力，在作战中可以实现部队部署的分散化，利用信息流动代替物质流动，提高作战指挥速度和作战质量，使武器的战斗力可以得到充分发挥。它优越的数据融合能力更提高了部队对作战空间的把握能力，有力支持了部队的协同作战。网络中心战的作战思想将对未来战争产生重大的影响。本文对网络中心战构建模型进行了研究，随着技术的进步和需求的扩展，网络中心战理论和模型都将产生新的变化，面临新的问题，这将有赖于人们进一步的分析研究。