作战模拟系统军事通信网络建模研究

1 第二部分 作战模拟系统军事通信网络建模研究 摘 要 针对作战模拟系统中军事通信网络建模中存在的问题，本文从网络的模型和拓扑结构抗毁性两个方面进行了深入地研究，主要研究内容如下：分析作战模拟系统中军事通信网络建模中存在的问题，建立作战模拟系统中的军事通信网络模型，确立军事通信网络的抗毁性测度指标，提出了一种网路拓扑结构抗毁性优化方法，通过一个以防空系统为背景的想定案例对本文的研究进行了分析验证。

关键字：作战模拟；军事通信网络；网络建模；抗毁性 1 国内外研究现状

1.1 作战模拟系统中军事通信网络建模研究现状 作战模拟系统下的军事通信网络建模研究需要立足于现代作战模拟的发展，了解作战模拟系统的体系结构，还要贴近信息化条件下的军事通信网络实际，体现现代军事通信网络的基本特征。因此，本节从以下三个方面分别进行介绍。

1.2 现代军事通信网络 现代高技术条件下的战争是体系对体系的对抗，是体系作战能力的较量。各个系统之间、系统内各个子系统之间以及单个作战个体之间，必须紧密配合才能形成一个有机的整体发挥作用。现代化的军事通信系统则是形成这种整体合力的“聚合剂”和提高整体作战效能的“倍增器”。 在通信新技术不断产生、新需求逐步扩展的基础上，为了实现日益提高的军事通信能力的构想，提出了一体化通信网络的概念。一体化通信网络的基本特征：多网的互联2

互通，灵活性、可扩展性及军用性的网络功能体系结构。信息化战争还要求通信网络具备以下几种主要的军事能力，概括如下：抗毁顽存能力，抗电子战能力，机动和协同通信能力，快速反应能力，个体通信能力。

1.3 军事通信网络建模研究现状 目前，关于军事通信网络建模的研究主要集中于通过网络仿真软件建立军事通信网络模型，对网络本身性能进行分析，目标是通过对军事通信网络的仿真，来分析研究改进通信网络性能的策略。抗毁性研究主要是针对连通网络进行的，部分研究考虑了破坏后最大连通片的规模以及连通片的数目，但对网络的平均最短路径等反映网络内部结构的属性考虑较少。绝大多数抗毁性测度指标的计算都是 NP问题，从计算复杂性角度来看，这些抗毁性测度很难适用大规模军事通信网络。

2 作战模拟系统中的军事通信网络建模问题分析

2.1 军事通信网络的建模问题分析 国内的作战模拟研究起步较晚，常用的建模技术主要有蒙特卡罗法建立随机模型，兰切斯特方程建立确定性解析模型和应用指数法建立运行速度较快的战术、战役模型。而在大规模的战役模型研究中主要是运用聚合(aggregation)法，通过消除许多战斗实体间的差别，进而减少信息量，提高模型的模拟能力和运行速度，以符合高层次模型的需要。目前，在国内的作战模拟系统中对军事通信网络的模拟研究主要就是将军事通信网络的模型简单化，只是模拟军事通信网络的基本信息传输功能。作战模拟系统中的军事通信网络模型一般由终端节点、链路、处理节点以及通信协议四部分组成。 在模型中，用终端节点来描述通信网络中的一个或一组通信终端，终端节点模型包括发送端口和接收端口，用来发送和接收报文。处理节点是对网络交换设备的模拟，实现通信数据的输入、处理、输出功能，主要包含分类器和服务代理两部分。当一个报文到达节点时，分类器负责检查报文的相关字段。通常是目的地址，有时也可能是源地址，从而得出该报文下一个接收者的值并将其传送给输出接口对象。服务代理是对报文进行重组、拆分或其它处理的服务模块，处理过程均可抽象为报文的输入、处理、输出3

三个阶段。链路是对传输信道的抽象，链中的主要部分均是不同类型的连接器，连接器的主要功能就是接收到一份报文，执行一些函数，再将这份报文发送给它的邻接对象或丢弃掉。

2.2 军事通信网络的拓扑结构抗毁性问题分析 通过对军事通信网络建模问题的研究，我们可以构建一个军事通信网络的模型。由于网络模型的拓扑结构与通信网络的拓扑结构是一致的，即是对军事通信网络的拓扑结构抗毁性进行研究。军事通信网络由于其在信息化战争中的重要地位，必然会成为敌方攻击的首要对象，而通信网的毁坏必将对战争带来巨大的不利影响，因此信息化战争中军事通信网络本身必须具备一定的抗毁能力。影响军事通信网络抗毁性的自身因素主要有两个方面：通信设备的可靠性和拓扑结构的抗毁性。通信设备的性能取决于当前的技术水平，技术水平的高低决定着通信设备抗毁性的优劣。而军事通信网络的拓扑结构则是在构建网络时形成的，是可以通过分析评估进而优化的。另外，网络整体结构抗毁性的重要度要高于仅有通信设备可靠性决定的单链路点点通信的抗毁性，这是在对军事通信网络抗毁性进行研究时需要明确的。因此，从网络的拓扑结构出发研究军事通信网络的抗毁性分析具有着重要意义。目前关于军事通信网络的抗毁性分析的重点也是从网络的拓扑结构层进行分析。大多数的研究集中于连通网络的抗毁性测度研究，即从网络连通性的角度描述网络拓扑结构对军事通信网络抗毁性的影响，通常用两个可靠性的确定测度：粘聚度和连通度。这只是考虑了通信网被破坏的难易程度，并未对破坏后的网络状况进行评估，只能对连通网络进行分析评估。 信息化条件下的军事通信网络规模较大，包括大量节点，个别节点的失效对于大型军事通信网络的连通性并没有太大的影响，之后很多的抗毁性测度被提出来弥补这个不足，但是这些测度计算都较复杂，很多被证明是 NP 完全问题。因此，需要对不连通网络的连通性进行重点分析研究，重新定义基于连通性测度的抗毁性标准，并以此为目标对网络的拓扑结构进行优化。

2.3 军事通信网络建模内容分析 在前面的两节中，我们对作战模拟系统中的军事通信网络模拟中存在的问题进行了分析。根据这些问题，我们明确了军事通信网络模拟需要重点研究的两个内容：军事通4

信网络模型的建立和网络拓扑结构抗毁性的分析优化。 首先，我们对作战模拟系统中军事通信网络模型的建立需要重点研究的内容进行分析。针对分离式的通信系统建模方法存在的缺陷，我们应该采用嵌入式的建模方法。信息化条件下的军事通信网络模型不单单要为模拟系统提供消息的传递功能，更应该体现出信息化条件中的军事通信网路的基本特征，以满足信息化条件下作战模拟系统的需求。因此，信息化条件下作战模拟系统的军事通信网络模拟问题应该从以下三个方面进行：通信节点模型，网络系统模型， 消息处理模型。 其次，我们要在军事通信网络模型建立的基础上，研究网络拓扑结构抗毁性分析优化的方法。通过上一节中对抗毁性问题的分析，我们得出网络的连通性测度是对网络拓扑结构抗毁性进行研究的基础。因此需要对现有的网络的连通性测度进行研究，针对现有的网络的连通性测度存在的不足，分析在设计网络的连通性测度时需要重点考虑的因素，提出一个合理的网络的连通性测度，并与现有的连通性测度进行分析比较，在此连通性测度的基础上定义网络的抗毁性测度。网络的抗毁性测度的定义与网络面临的攻击方式有关，攻击方式主要有确定性策略和随机性策略两种。确定性策略是完全已知网络的拓扑结构采用的一种确定性的攻击策略。随机性策略是完全未知通信网络的拓扑结构而采用的一种随机性的攻击策略。然而在现实世界中，由于各种军事侦察探测技术，军事通信网大多处于“半通明”的状态，即部分网络的拓扑结构已知，另一部分未知的情况。我们需要对这种情况进行分析，并定义这种情况下的攻击模式。通过对网络抗毁性测度的分析研究，我们可以得知网络的抗毁性能，但是如何增强网络的抗毁性则需要进一步研究。对网络的拓扑结构进行优化以增强网络的抗毁性，最重要的是确定优化的目标及相关的约束条件，在此基础上对优化的方法步骤进行分析研究，以在一定程度上增强网络的抗毁性。

3 作战模拟系统中军事通信网络建模

3.1 军事通信网络模型结构 信息化条件下的军事通信网络节点数目众多，拓扑结构复杂，本文采用分层建模的思想，将一个通信子网作为上层通信网的一个通信节点。本文将网络系统模型、通信节点模型和消息处理模型三个部分对军事通信网络模型进行研究。网络系统模型是同军事5

通信网的整体描述，主要包括网络的类型、拓扑结构和网络的协议。通信节点模型包括节点的类型、状态、视场模型和分辨率模型。消息处理模型是军事通信网络进行消息传递的基础，包括对消息类型的定义，消息的产生、发送、转发和接收，传输延迟时间等。

3.2 军事通信网络系统建模 军事通信网络系统建模是对军事通信网络的模型描述，主要是建立网路的协议和拓扑结构模型。网络系统模型中包括四个部分：参与的通信节点、网络类型、网络协议和拓扑结构。

3.2.1 军事通信网络协议建模 网络协议是约定节点间信息交换的规则所使用的语言及所表达的语义，是通信网络不可缺少的重要组成部分。网络协议包括传输的信息的类型、数据包字长，网络的最大跳数、每跳的时间延迟和可以传输的消息种类，还可以针对不同种类的消息定义数据包字长和消息的优先级。每一个网络必须定义一个网络协议，协议中 type、byte、maxjump 和 delay 属性都不能为空。如果 msgtype 为空，则表示网络不支持任何类型消息的传输。如果message 为空，则该协议对于任何种类的消息都执行相同的处理。

3.2.2 军事通信网络拓扑结构建模 军事通信网络的拓扑结构就是军事通信网络中各个节点的连接方式。它不考虑每个节点的具体内容，强调的是节点之间是否连接，用于分析网络的互连组成方式。根据军事通信网络的实际拓扑结构类型，本文中军事通信网络建模中设定的拓扑结构有以下几种：总线拓扑结构、树形拓扑结构、星型拓扑结构、环形拓扑结构、网状拓扑结构。 总线拓扑结构是一个通路共享的节点连接方式。所有通信节点连接到公用总线上面，所有节点地位平等，没有中心节点。发送节点发送消息时，从该节点沿着总线向两端传递。树形拓扑结构是一种分级的集中控制式结构，是典型的传统军事通信网络的拓扑结构。星型拓扑结构是一个中央节点，其他节点都与该节点直接相连的网络结构。网状拓扑结构的一个最主要的特点就是没有中心节点，所有节点实行平等通信。