有關本科通信學畢業(yè)論文
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有關本科通信學畢業(yè)論文范文一：M2M移動通信網(wǎng)絡架構研究
【摘 要】文章對M2M業(yè)務特征和MTC通信網(wǎng)絡架構進行了探討。首先詳細分析M2M業(yè)務特征以及對現(xiàn)網(wǎng)架構的影響;然后借鑒國際標準組織提出的M2M網(wǎng)絡架構，并在此基礎上根據(jù)現(xiàn)階段的網(wǎng)絡現(xiàn)狀和M2M業(yè)務需求提出了3G網(wǎng)絡階段適用的網(wǎng)絡架構。
【關鍵詞】M2M 網(wǎng)絡架構 PCRF 核心網(wǎng) 專用網(wǎng)元
1 引言
物物通信(M2M，Machine to Machine)是一種涉及一個或多個實體的不需要人為干預的數(shù)據(jù)通信，也稱為機器類型通信(MTC，Machine-Type Communication)。隨著M2M業(yè)務的快速發(fā)展，基于移動通信網(wǎng)絡的MTC正日益成為一種主要的移動通信方式，但是傳統(tǒng)移動通信網(wǎng)絡畢竟是面向人人通信(H2H，Hu-man to human)業(yè)務設計的，適應H2H的業(yè)務需求，卻不能滿足M2M業(yè)務需求。具體來說，MTC和傳統(tǒng)人人通信的不同之處包括以下方面[1]：
(1)基于MTC通信的應用場景比H2H通信的場景豐富很多，而且具有差異性。根據(jù)功能特性劃分大致可歸納為位置感知和共享、環(huán)境信息感知、遠程控制與執(zhí)行、數(shù)據(jù)收集發(fā)布、視頻監(jiān)控、近場通信等。這些應用的差異化一方面表現(xiàn)為功能上的多樣性;另一方面也體現(xiàn)在應用特征以及對網(wǎng)絡的需求上的差異化。
(2)數(shù)據(jù)通信為主，包括小流量數(shù)據(jù)包、視頻流等。
(3)要求MTC通信成本比H2H更低。由于M2M業(yè)務是在H2H業(yè)務之后發(fā)展起來的，最小化成本是M2M業(yè)務生存的重要考慮。不同的應用因其重要性不同，對通信的要求也是不同的，需要結合事件發(fā)生的可能性和需要付出的通信等綜合成本來考慮進行成本的最小化。
(4)M2M終端數(shù)目巨大，需要更靈活和有策略的終端管理。潛在的海量M2M終端接入通信網(wǎng)絡，而且M2M終端無論是從傳輸特性、QoS要求和移動性，還是從終端的分布密度方面，都與H2H終端有很大不同。
(5)以小數(shù)據(jù)量傳輸為主。
如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)移動通信系統(tǒng)來進行MTC通信，其系統(tǒng)的效率、成本和適用性都無法達到最優(yōu)。因此，在考慮M2M業(yè)務特征的同時減少對H2H業(yè)務的影響，從而設計MTC專用的通信系統(tǒng)，是當前物物通信不斷發(fā)展背景下的一個重要課題。
2 M2M業(yè)務特征分析
網(wǎng)絡架構的設計，需要以網(wǎng)絡所承載的具體業(yè)務為出發(fā)點[2]。也就是說，M2M網(wǎng)絡架構的設計需要充分分析M2M業(yè)務特征和需求，結合終端上下行數(shù)據(jù)量、頻度、QoS需求等方面的業(yè)務特征，將物聯(lián)網(wǎng)應用分為如下五類。其中，對各類應用的部分需求和特征進行了分析，包括移動性、群組通信、鑒權以及按計劃周期性處理等，不同場景間有較大差異。
(1)監(jiān)控報警類：傳感器本地監(jiān)測數(shù)據(jù)，當發(fā)生不符合預期的數(shù)據(jù)變化時通過網(wǎng)絡通知應用層進行報警。
平均數(shù)據(jù)傳輸速率：低，僅在某些觸發(fā)條件下發(fā)送少量上行數(shù)據(jù)流量。
尖峰數(shù)據(jù)傳輸速率：不同場景間有較大差異，與應用需求確定的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內容有關。
QoS要求：不同場景間有較大差異，與應用需求以及當前數(shù)據(jù)所代表的含義有關。
數(shù)據(jù)安全要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。
數(shù)據(jù)可靠傳遞要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。
數(shù)據(jù)持續(xù)性：低，僅在發(fā)生預置的事件時存在短暫的或者持續(xù)時間較短的數(shù)據(jù)傳輸。
與人交互性：低，通常由系統(tǒng)根據(jù)預置處理方式自動處理。
對連接性的需求：需要監(jiān)控連接性以防破壞或無效。
終端移動性：因無下行流量需求，所以無移動性需求。
舉例：輸血車血液環(huán)境監(jiān)測;井蓋監(jiān)控;移動資產跟蹤。
(2)數(shù)據(jù)收集類
平均數(shù)據(jù)傳輸速率
上行流量：中，數(shù)據(jù)量較大，持續(xù)的數(shù)據(jù)上報或者周期性數(shù)據(jù)上報;下行流量：低，更多的是用于修改上報規(guī)則等。
尖峰數(shù)據(jù)傳輸速率：不同場景間有較大差異，與應用需求確定的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內容有關。
QoS要求：不同場景間有較大差異，與應用需求以及當前數(shù)據(jù)所代表的含義有關。
數(shù)據(jù)安全要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。
數(shù)據(jù)可靠傳遞要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。
數(shù)據(jù)持續(xù)性：取決于數(shù)據(jù)傳輸間隔和傳輸方式的選擇。[論文網(wǎng)]
與人交互性：低，通常由系統(tǒng)根據(jù)預置處理方式自動處理。
對連接性的需求：需要監(jiān)控連接性以防破壞或無效。
終端移動性：因偶爾有下行數(shù)據(jù)，所以需要優(yōu)化的移動性管理。
舉例：氣象信息監(jiān)測;火災現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集;路況信息收集。
(3)信息推送類
平均數(shù)據(jù)傳輸速率
上行流量：通常較低，主要用于提供應用所需的過濾或輸入條件(如位置信息);下行流量：通常較大，主要用于傳遞所推送的信息(如廣告、視頻媒體等)，持續(xù)的、基于交互等外界條件出發(fā)的或者周期性的數(shù)據(jù)推送。
尖峰數(shù)據(jù)傳輸速率：具有明顯的尖峰數(shù)據(jù)特征，在條件觸發(fā)后下發(fā)匹配的信息。
QoS要求：不同場景間有較大差異，與應用需求以及當前數(shù)據(jù)所代表的含義有關。
數(shù)據(jù)安全要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。
數(shù)據(jù)可靠傳遞要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。
數(shù)據(jù)持續(xù)性：通常具有較長時間的持續(xù)性。
與人交互性：高，通常用戶會做出反饋，系統(tǒng)根據(jù)反饋對推送的信息進行調整。
對連接性的需求：較強，需要維護網(wǎng)絡連接以便于進行數(shù)據(jù)的正確傳輸。
終端移動性：兩極分化。部分終端有很強的移動性;部分終端則通常不移動。
舉例：智能博物館等。
(4)視頻監(jiān)控類
平均數(shù)據(jù)傳輸速率
上行流量：高，主要用于傳遞所監(jiān)控的多媒體數(shù)據(jù);下行流量：低，主要用于傳遞控制和調節(jié)命令等。
尖峰數(shù)據(jù)傳輸速率：無明顯的尖峰數(shù)據(jù)特征，數(shù)據(jù)傳輸通常維持一個相對穩(wěn)定的傳輸速率。
QoS要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。
數(shù)據(jù)安全要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。
數(shù)據(jù)可靠傳遞要求：不同時刻有不同的要求。如在正常情況下要求適中，但一旦發(fā)生某些預置的事件則需要較高的可靠性傳遞。
數(shù)據(jù)持續(xù)性：通常具有長時間的持續(xù)性。
與人交互性：低，用戶偶爾會對視頻監(jiān)控過程進行干預。
對連接性的需求：較強，需要維護網(wǎng)絡連接以便于進行數(shù)據(jù)的正確傳輸。
終端移動性：兩極分化。部分終端有很強的移動性;部分終端則通常不移動。
舉例：家庭安防中的視頻監(jiān)控等。
(5)遠程控制執(zhí)行器類
平均數(shù)據(jù)傳輸速率
上行流量：通常較低，主要用于提供應用所需的過濾或輸入條件(如預置事件的發(fā)生);下行流量：取決于控制對象和控制命令的復雜程度。
尖峰數(shù)據(jù)傳輸速率：通常具有明顯的尖峰數(shù)據(jù)特征。
QoS要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。
數(shù)據(jù)安全要求：不同場景間有較大差異，與應用需求有關。
數(shù)據(jù)可靠傳遞要求：要求較高，因涉及到控制過程是否能夠正常實現(xiàn)。
數(shù)據(jù)持續(xù)性：通常具有長時間的持續(xù)性。
與人交互性：高，通常是對人操作指令的具體反映。
對連接性的需求：較強，需要維護網(wǎng)絡連接以便于進行數(shù)據(jù)的正確傳輸。
終端移動性：兩極分化。部分終端有很強的移動性;部分終端則通常不移動。
舉例：工業(yè)自動化等。
3 M2M業(yè)務對現(xiàn)網(wǎng)架構的影響
從對現(xiàn)網(wǎng)架構的影響來說，M2M業(yè)務可以分為兩類：A類是現(xiàn)有網(wǎng)絡不能滿足需要網(wǎng)絡優(yōu)化的業(yè)務，這類業(yè)務需要過載控制功能來避免網(wǎng)絡過載，以及針對客戶的業(yè)務需求提供差別化的服務;B類是對于現(xiàn)有網(wǎng)絡影響較小的業(yè)務，這類業(yè)務是對時效性要求不高的MTC業(yè)務，而且這些業(yè)務和現(xiàn)在的移動網(wǎng)絡業(yè)務有類似的需求。從整體來說，M2M業(yè)務中大部分是A類業(yè)務，以下分析的是A類業(yè)務對現(xiàn)網(wǎng)架構的影響[3]。
M2M業(yè)務的多樣性、差異化，網(wǎng)絡的多種接入方式，M2M終端的海量性、差異化，以及M2M業(yè)務表現(xiàn)出來的傳統(tǒng)電信業(yè)務所不具有的各種特點，都對現(xiàn)網(wǎng)架構和網(wǎng)元設備產生了很大影響，其直接后果是現(xiàn)網(wǎng)的核心網(wǎng)元如HLR/PCRF/GGSN的能力已經不能滿足M2M業(yè)務所帶來的信令、流量沖擊和業(yè)務控制需求，主要體現(xiàn)在以下方面：
(1)由于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的特殊性，可能會產生瞬時大量的信令，會對無線網(wǎng)絡的關鍵信令控制設備(STP/HLR/PCRF)造成影響而導致全網(wǎng)的癱瘓。因此，一方面要大規(guī)模提高相關信令控制設備的容量或設備的信令處理能力;另一方面需要進行差異化、分優(yōu)先級的接入控制;此外，關鍵信令控制和處理設備要具備一定的設備過載保護機制以及高容災、高流控能力，避免關鍵網(wǎng)元的過載，從而有效提升整網(wǎng)的可靠性。
(2)由于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的特殊性，其接入方式的多樣性，涉及行業(yè)及用戶和設備的多樣性、海量性，因此需要對用戶數(shù)據(jù)管理HLR網(wǎng)元進行相應增強，包括其數(shù)據(jù)庫的可擴展性和靈活性，除了標準的用戶簽約信息，還有設備序列號、設備驅動程序信息、位置信息和配額信息等運營商、M2M客戶私有字段等;對多種接入類型的支持，可對由不同接入類型(2G/3G/LTE)接入網(wǎng)絡的設備進行鑒權;對用戶標識和尋址的靈活動態(tài)支持，支持一卡多號或一號多卡;支持對終端設備基本狀態(tài)的查詢，能通過網(wǎng)絡側下發(fā)終端“蘇醒”請求，發(fā)現(xiàn)設備被盜時能夠立刻鎖死等。
(3)由于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的特殊性及多樣性、群組性，因此有必要對業(yè)務進行區(qū)分，包括業(yè)務分類分級、QoS分級、用戶分組、設備分組，從而進行流量管理和業(yè)務管理，根據(jù)忙閑時、地理位置等各種特性采取不同的接入和傳輸處理策略等。此外，在現(xiàn)網(wǎng)PCC架構中疊加物聯(lián)網(wǎng)策略控制，因其特殊性，PCRF(Policy and Charging Rules Function，策略與計費規(guī)則功能)進行策略控制時需先判斷是個人用戶還是物聯(lián)網(wǎng)用戶，而且物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的瞬時爆發(fā)性會影響現(xiàn)網(wǎng)PCC架構，所以有必要設置專用的物聯(lián)網(wǎng)M2M PCRF。
總之，需要對相關網(wǎng)元進行能力的增強和升級，可以改造現(xiàn)有相關網(wǎng)元，也可以設置M2M的專用網(wǎng)元疊加在現(xiàn)有H2H網(wǎng)絡上來解決相應問題。
4 國際標準組織提出的M2M網(wǎng)絡架構
國際標準組織如ITU、ETSI和3GPP等分別從不同角度提出了M2M的網(wǎng)絡架構[4]。
根據(jù)ITU-T發(fā)布的定義，物聯(lián)網(wǎng)體系架構主要可劃分為三個層面：感知層、網(wǎng)絡層和應用層。如圖1所示，該架構基本達成業(yè)界共識，但是其體系架構過于抽象屬于概念模型，在轉化為技術實現(xiàn)的過程中還需要細化。
在ITU-T物聯(lián)網(wǎng)體系架構的基礎上，ETSI提出了一種可看作邏輯模型的M2M應用頂層架構[5]。如圖2所示，ETSI把M2M體系架構劃分為M2M設備及網(wǎng)關和M2M網(wǎng)絡兩個大域。M2M設備及網(wǎng)關域包括M2M設備、M2M網(wǎng)關和M2M局域網(wǎng)，可以基于現(xiàn)有的各類標準實現(xiàn);M2M網(wǎng)絡域則包括廣域網(wǎng)和M2M應用系統(tǒng)。
相較于ITU的概念模型，ETSI的邏輯模型側重于M2M服務能力層，通過對服務能力和接口的定義來實現(xiàn)屏蔽網(wǎng)絡細節(jié)的M2M應用、M2M服務能力及網(wǎng)絡三者之間的相互調用，可供在研究平臺和網(wǎng)關設備功能及接口時參考。
在ETSI的體系架構基礎上，3GPP也提出了一種支持MTC應用的通信架構。如圖3所示，涉及到的實體包括MTC終端、承載網(wǎng)絡、MTC服務器和MTC應用。其中，MTC服務器是MTC業(yè)務的管理平臺;MTC應用負責業(yè)務邏輯的實現(xiàn)。承載M2M通信的移動網(wǎng)絡包括GPRS、EPC以及短消息和IMS網(wǎng)絡。
3GPP提出的MTC通信架構側重于M2M網(wǎng)絡層，對M2M網(wǎng)絡中各通信網(wǎng)元的功能和接口進行了定義，其適用于研究MTC業(yè)務的管理平臺以及M2M核心網(wǎng)絡的功能和接口時參考。
以上標準組織雖然都提出了M2M的網(wǎng)絡體系架構，但是有其局限性。ITU和ETSI的架構過于框架性，對于實際的網(wǎng)絡部署沒有較好的指導意義;3GPP雖然對于網(wǎng)絡網(wǎng)元功能增強有一定的研究，但是由于目前部署的H2H網(wǎng)絡大多處于R7或R8版本，而MTC網(wǎng)絡體系的研究是在R10以上版本的網(wǎng)絡基礎上進行的。因此，在現(xiàn)有網(wǎng)絡中按照標準來部署MTC網(wǎng)絡還為時尚早，需要研究一種網(wǎng)絡架構既具有在現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎上投資和部署的可行性，又能滿足現(xiàn)階段MTC業(yè)務應用的需求。
5 3G網(wǎng)絡階段的M2M網(wǎng)絡架構
在現(xiàn)有的3G網(wǎng)絡階段，為解決發(fā)展M2M業(yè)務面臨的網(wǎng)絡運營和網(wǎng)絡資源問題，運營商可以通過采用物理上隔離的網(wǎng)絡來單獨承載機器通信業(yè)務，在初期可以通過核心網(wǎng)中專設的網(wǎng)元實現(xiàn)業(yè)務的隔離，在后期演進也可以延伸到采用專用的接入網(wǎng)實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的接入隔離。此外，物聯(lián)網(wǎng)管理平臺也是物聯(lián)網(wǎng)解決方案中必不可少的組成部分。物聯(lián)網(wǎng)管理平臺與物聯(lián)網(wǎng)獨立網(wǎng)元配合，在物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務發(fā)展的初期階段主要實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)獨立碼號集中管理和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務有效管控等功能。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，平臺的功能也會逐步支撐更多資源管控與更多的業(yè)務流程，并開放更多資源及能力?？梢愿鶕?jù)M2M業(yè)務的特性，實現(xiàn)基于位置、時間段、接入類型的QoS控制和相應的計費策略;還可以根據(jù)用戶的屬性及行為進行相應的分組，實行基于群組的流量統(tǒng)計、事件分發(fā)和策略執(zhí)行等，這體現(xiàn)在核心網(wǎng)中PCRF/SPR/M2MSP的功能實現(xiàn)。綜上所述，在3G發(fā)展階段，M2M網(wǎng)絡架構的特征具體體現(xiàn)在以下四個方面：
(1)在無線接入側對Wi-Fi、2G、3G、無線傳感網(wǎng)絡等多種方式的整合，實現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡對行業(yè)應用領域的廣覆蓋，構建面向行業(yè)的M2M移動網(wǎng)絡。
(2)在核心側構建M2M專用的HLR、GGSN、SMSC等網(wǎng)元，實現(xiàn)對M2M等物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的集中運維和管理，并能夠實現(xiàn)與“現(xiàn)網(wǎng)”的有效隔離，有利于網(wǎng)絡的安全、穩(wěn)定、擴容及升級。
(3)在核心網(wǎng)中部署M2M專用的PCRF等策略控制網(wǎng)元，利用M2M業(yè)務的業(yè)務特性和用戶屬性，實現(xiàn)對網(wǎng)絡資源的高效利用和對業(yè)務服務的精細支撐。
(4)在核心網(wǎng)中搭建M2M業(yè)務支撐平臺，實現(xiàn)對業(yè)務和終端的統(tǒng)一管理。
在物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務發(fā)展的初期階段，考慮針對物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡通信需求，進行最小成本隔離：只新建核心網(wǎng)的關鍵節(jié)點，實現(xiàn)網(wǎng)絡支撐隔離。對于業(yè)務系統(tǒng)，需要單獨建設物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)業(yè)務承載隔離;對于接入網(wǎng)絡，則公用，不考慮單獨建設。如圖4所示，是一種在現(xiàn)網(wǎng)上疊加專用M2M核心網(wǎng)絡的架構。在該方案中，與現(xiàn)網(wǎng)共用無線和SGSN，新建物聯(lián)網(wǎng)專用的GGSN/DPI，通過APN選路將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)路由到處理物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的GGSN，新建物聯(lián)網(wǎng)專用的PCRF+SPR，完成對物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的流量、安全、QoS控制，新建物聯(lián)網(wǎng)專用的HLR進行物聯(lián)網(wǎng)設備簽約信息、標識及安全管理。
3G階段的M2M網(wǎng)絡架構如圖5所示。
其中，主要網(wǎng)元的功能如下：
HLR：由于現(xiàn)網(wǎng)的HLR都是支持H2H的HLR，支持的能力和M2M的支持能力還是有所不同。HLR也有自己特殊的一些需求，包括：需要支持群組簽約數(shù)據(jù)能力;支持終端監(jiān)控(如位置監(jiān)控、IMEI監(jiān)控等)能力，支持某個時間段接入控制，支持擴展ID到MSISDN、IMSI的映射能力，支持終端特征簽約(如終端的低優(yōu)先級、是否為PS only等)，供SGSN控制UE的行為;HLR要支持多profile的簽約，降低終端漫游時的資費，支持一卡多號和一號多卡的M2M業(yè)務。
GGSN：擴展的GGSN需要增強支持基于群組流量統(tǒng)計，基于流的計費信息、QoS策略執(zhí)行和基于群的事件上報等。
短消息中心：除了現(xiàn)有的短消息的功能外，需要支持短消息完成設備觸發(fā)的功能，支持在一號多卡的M2M業(yè)務中短消息的群發(fā)功能。
PCRF：支持群組的策略數(shù)據(jù)動態(tài)下發(fā)、更新和刪除，支持群組用戶的流量監(jiān)控。
SCP：完成M2M業(yè)務中的緊急呼叫等語音呼叫的計費，產生語音呼叫話單。
OCS：實時信用控制、預付費使用數(shù)據(jù)業(yè)務和增值業(yè)務實時計費。
M2MSP業(yè)務平臺：M2M平臺為集團客戶提供統(tǒng)一的M2M終端管理、終端設備鑒權。提供數(shù)據(jù)路由、監(jiān)控、用戶鑒權等管理功能;承載信息上報、參數(shù)配置、終端狀態(tài)檢測、終端注冊等業(yè)務功能的短信上下行通道;支持一卡多號和一號多卡的M2M業(yè)務，進行動態(tài)的號碼管理。在實際部署中，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務支撐管理平臺按照功能劃分為總部平臺、省平臺兩個層面。
6 結語
M2M業(yè)務的多樣性、差異化以及M2M業(yè)務表現(xiàn)出來的傳統(tǒng)電信業(yè)務所不具有的各種特點，都對現(xiàn)網(wǎng)架構和網(wǎng)元設備產生了很大影響。本文在研究M2M業(yè)務特征及其對現(xiàn)網(wǎng)的影響和國際標準組織提出的網(wǎng)絡體系架構的基礎上，提出了在現(xiàn)有移動通信網(wǎng)絡上部署具有可行性，又能一定程度上滿足MTC業(yè)務應用需求的網(wǎng)絡架構。
運營商發(fā)展M2M業(yè)務的基礎與發(fā)展移動通信是一致的，在專用的M2M網(wǎng)絡架構中，必須長遠規(guī)劃網(wǎng)絡資源，根據(jù)業(yè)務發(fā)展實施網(wǎng)絡優(yōu)化和數(shù)據(jù)分流，加強平臺建設，完善網(wǎng)絡覆蓋，加大網(wǎng)絡容量，從根本上滿足M2M業(yè)務需求，同時又不影響當前的人人通信業(yè)務，提高用戶體驗。
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有關本科通信學畢業(yè)論文范文二：體系對抗下的跨層協(xié)同指揮與控制網(wǎng)絡的性能分析
【摘 要】文章以未來信息化戰(zhàn)爭環(huán)境為前提，以傳統(tǒng)的指揮與控制網(wǎng)絡為基礎，對未來一體化聯(lián)合作戰(zhàn)特點進行了分析，構建跨層協(xié)同指揮與控制網(wǎng)絡模型，并采取網(wǎng)絡建模和仿真的方法對網(wǎng)絡模型的結構、抗毀能力進行詳細探討。
【關鍵詞】網(wǎng)絡中心戰(zhàn) 跨層協(xié)同 指揮與控制網(wǎng)絡 抗毀能力
1 引言
傳統(tǒng)的作戰(zhàn)思想以作戰(zhàn)平臺為中心，編制呈樹狀結構，各個平臺依靠自身的傳感器和武器，平臺之間缺乏信息共享和協(xié)同能力，從而限制了整體作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。
美國國防部提出的網(wǎng)絡中心戰(zhàn)[1]是一種全新概念的戰(zhàn)爭模式，它是一種典型的網(wǎng)絡體系之間的對抗作戰(zhàn)。美軍利用強大的信息網(wǎng)絡將多種類型的偵察定位系統(tǒng)、指揮機構、武器裝備等互聯(lián)互通，實現(xiàn)情報信息共享，作戰(zhàn)指揮與控制一體化[2-3]，獲取戰(zhàn)場信息主導權，快速掌握戰(zhàn)爭的主動權，實現(xiàn)對敵方關鍵節(jié)點的確定性打擊，以最短的時間、最小的代價破擊敵方作戰(zhàn)體系。
網(wǎng)絡中心戰(zhàn)將系統(tǒng)中的各個作戰(zhàn)平臺網(wǎng)絡化，極大地增強了平臺間的橫向聯(lián)系，呈扁平化結構，以提高信息獲取和共享能力，增強了戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，加快決策和指揮速度，實現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)，提高作戰(zhàn)效能。自上世紀90年代以來，這種信息化戰(zhàn)爭模式在多次戰(zhàn)爭的應用效果已充分地展示其強大的打擊能力，目前已被世界各國公認為最先進的作戰(zhàn)模式，網(wǎng)絡中心戰(zhàn)必然成為未來戰(zhàn)爭的主要形式。
網(wǎng)絡中心戰(zhàn)平面模型如圖1所示：
通過基礎信息網(wǎng)絡將整個作戰(zhàn)空間的各種傳感器和武器裝備(包括陸基、?；?、空基、天基等)組成一個包括傳感器網(wǎng)絡、指揮與控制網(wǎng)絡、作戰(zhàn)武器裝備網(wǎng)絡的一體化強大網(wǎng)絡。傳感器網(wǎng)絡從各個傳感器收集信息，并快速生成戰(zhàn)場感知，指揮與控制網(wǎng)絡根據(jù)戰(zhàn)場感知網(wǎng)絡提供的態(tài)勢信息以及武器交戰(zhàn)網(wǎng)絡反饋的作戰(zhàn)效果，動態(tài)地調整作戰(zhàn)命令，保證各交戰(zhàn)單元的同步進行，并動態(tài)分配任務，最終通過火力打擊網(wǎng)絡單元實現(xiàn)對目標的實時精確打擊。
作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡是由超大規(guī)模的傳感、指揮、交戰(zhàn)實體或系統(tǒng)經由射頻等各種無線或光/電纜等有線連接形成的復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)[4]。從圖論拓撲[5]角度，在該系統(tǒng)中，傳感、作戰(zhàn)和指揮實體抽象為節(jié)點，這些實體間的信息/物質/能量交互可以抽象為鏈接邊。
(1)傳感節(jié)點：獲取戰(zhàn)場信息，發(fā)現(xiàn)、鎖定和跟蹤目標，并將目標信息傳給其它節(jié)點。
(2)指揮與控制節(jié)點：是作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡的核心。對戰(zhàn)場環(huán)境信息和作戰(zhàn)雙方軍事實力進行綜合分析，形成指揮決策，再交由其它節(jié)點進行執(zhí)行。它接受上級任務，對下級進行指揮決策，從全局層次上協(xié)調、監(jiān)督、控制各個交戰(zhàn)單元，對系統(tǒng)的目標、資源等進行合理安排和調度。
(3)交戰(zhàn)節(jié)點：由硬殺傷和軟殺傷武器組成。交戰(zhàn)單元只接受唯一指揮與控制節(jié)點指揮控制。交戰(zhàn)節(jié)點要與其它交戰(zhàn)節(jié)點進行作戰(zhàn)協(xié)同，必須通過與其連接的指揮與控制節(jié)點間接實現(xiàn)協(xié)同。交戰(zhàn)網(wǎng)是指由部署在陸、海、空、天的各種武器系統(tǒng)以及干擾設備經由有線或無線通信協(xié)議聯(lián)結而成的受指揮控制網(wǎng)絡支配的網(wǎng)絡。
在信息化戰(zhàn)爭條件下，作戰(zhàn)一方通過傳感器網(wǎng)絡偵察探測敵方目標信息，這些感知信息包括反射光、紅外信號、無線電頻譜能量、通信或音頻能量等，然后通過信息網(wǎng)絡傳輸與分發(fā)，經過數(shù)據(jù)融合、分析與處理后，傳遞到指揮所加以利用，從而形成作戰(zhàn)方案、計劃和命令，實施火力打擊。
作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡內部節(jié)點之間的信息流主要特點如下：
(1)體系對抗之初，所有節(jié)點都是可控的。傳感節(jié)點和交戰(zhàn)節(jié)點必須在指揮與控制單元的控制下，各指揮與控制單元都有上下級關系。
(2)指揮與控制單元同時指揮控制多個傳感單元和交戰(zhàn)單元。指揮控制依托信息網(wǎng)絡系統(tǒng)直接地鏈接到重要/關鍵節(jié)點[6]。重要節(jié)點是連接度大的節(jié)點，如前方指揮所;關鍵節(jié)點是連接度不高的節(jié)點，但擔負重要的任務，如衛(wèi)星站。
(3)傳感單元為多個指揮與控制單元提供傳感信息，實現(xiàn)目標信息共享。
(4)傳感單元之間共享目標傳感信息，減少自身獲取信息的時間，提高傳感信息質量。
(5)傳感單元對己方交戰(zhàn)單元的探測、跟蹤和定位等信息感知，并將感知信息發(fā)送到指揮與控制單元，便于指揮與控制單元及時掌握其任務完成和毀傷等信息。
(6)交戰(zhàn)單元只能執(zhí)行唯一確定的指揮與控制單元發(fā)出的指令，避免命令沖突。
2 指揮與控制網(wǎng)絡的特征參數(shù)
主要的網(wǎng)絡特征參數(shù)如下：
(1)網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)。其定義為網(wǎng)絡中所包含的全部節(jié)點數(shù)量，反映了作戰(zhàn)雙方的參戰(zhàn)規(guī)模。
(2)網(wǎng)絡邊數(shù)。其定義為網(wǎng)絡中所包含邊的總數(shù)，反映了作戰(zhàn)體系中各單元之間關系的復雜程度。但是，指揮與控制系統(tǒng)中的有線或無線通信裝備數(shù)量、指揮與控制機構和裝備的信息處理能力以及信道傳輸能力都受到限制，因此網(wǎng)絡的邊數(shù)也不宜過多。當網(wǎng)絡中邊的總數(shù)與節(jié)點總數(shù)的比值超過一定限度時，網(wǎng)絡有可能由于過多的向前或向后的反饋環(huán)路導致癱瘓。
(3)節(jié)點的度。其定義為該節(jié)點與其它節(jié)點鏈接的數(shù)量。在交戰(zhàn)網(wǎng)絡中，節(jié)點的度在一定程度上反映了它的重要程度，度值越大表明節(jié)點越重要，是己方保護的重點，更是敵方打擊的重點目標。
(4)節(jié)點/網(wǎng)絡的聚類系數(shù)。在傳統(tǒng)層級樹狀指揮與控制網(wǎng)絡中，節(jié)點之間不具有區(qū)域協(xié)同能力，只能通過間接方式進行作戰(zhàn)組織協(xié)同，在遭到打擊時，不能有效地自主網(wǎng)絡重建。節(jié)點的聚類系數(shù)定義為所有與該節(jié)點相鄰接的節(jié)點之間的實際連邊數(shù)目占它們之間可能的最大連邊數(shù)目的比例。網(wǎng)絡的聚類系數(shù)即網(wǎng)絡中所有節(jié)點的聚類系數(shù)的平均值。聚類系數(shù)的含義在兩個方面得到充分體現(xiàn)：當網(wǎng)絡中各個節(jié)點之間需要共同完成某一任務時，節(jié)點聚類系數(shù)大小反映出相互協(xié)同能力的強弱;網(wǎng)絡聚類系數(shù)反映了交戰(zhàn)單元之間的區(qū)域協(xié)同能力以及網(wǎng)絡在通信故障或遭到毀傷時的自重建能力。當一些交戰(zhàn)單元通信故障或損毀，聚類系數(shù)較高的其它交戰(zhàn)單元則通過鄰近節(jié)點與重要節(jié)點鏈接，從而有效地完成網(wǎng)絡重建。
(5)平均路徑長度。即網(wǎng)絡中任意兩個節(jié)點間距離的平均值。兩個節(jié)點間距離定義為兩個節(jié)點之間的最短路徑上的邊數(shù);網(wǎng)絡的平均路徑長度表征網(wǎng)絡傳遞信息的能力。一般地，路徑長度與信息傳遞的延遲時間呈線性關系，路徑長度短，信息的實時性程度高，情報信息的共享程度高，組織協(xié)同時效性高，從而獲得更好的作戰(zhàn)效能。因此，交戰(zhàn)網(wǎng)絡的平均路徑長度需要設計得盡量短小。
3 指揮與控制網(wǎng)絡的特點
網(wǎng)絡中心戰(zhàn)的指揮與控制網(wǎng)絡取決于軍事體制編制、作戰(zhàn)規(guī)則、指揮機構、作戰(zhàn)平臺、作戰(zhàn)武器裝備性能等因素，它是一個特殊的復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)。一體化聯(lián)合作戰(zhàn)是網(wǎng)絡中心戰(zhàn)思想的具體體現(xiàn)，它是兩個或兩個以上軍兵種的統(tǒng)一作戰(zhàn)行動，在傳統(tǒng)的層級樹狀垂直的指揮體系的基礎上增加橫向聯(lián)系，具有作戰(zhàn)體系橫向鏈接的特征，以縱向聯(lián)通為前提，強調橫向聯(lián)通。在戰(zhàn)時將所需要的作戰(zhàn)力量，快速地拼接成為一個具有整體作戰(zhàn)能力的作戰(zhàn)系統(tǒng)[7]。目前各國軍隊都普遍地在橫向上擴大指揮跨度的數(shù)量，在縱向上壓縮指揮層次。如美軍指揮跨度由原來的5～6個增加到9個，空軍指揮層次由原來的5級減少到4級。在指揮方式上，從集中/委托式指揮向多級跨越、上下互動轉變，從單級封閉式集中決策向多級開放式分布決策轉變，從計劃控制向動態(tài)控制轉變。因此，未來的指揮與控制網(wǎng)絡具備以下主要特點：
(1)指揮機構在縱向上呈現(xiàn)層次關系。指揮機構由上至下具有層次區(qū)分，由上至下節(jié)點的等級由高到低。指揮層次數(shù)是指揮機構上下級所區(qū)分的層級，不同層次的指揮與控制節(jié)點所需的協(xié)同態(tài)勢信息并不相同。指揮與控制節(jié)點隨著層次等級的提高，所需要的態(tài)勢信息更加全面。
(2)交戰(zhàn)單元在橫向上呈現(xiàn)協(xié)同關系。在同一作戰(zhàn)集團內部，同一級別交戰(zhàn)單元之間協(xié)同關系;在不同作戰(zhàn)集團之間，它們的同一級別交戰(zhàn)單元之間也有協(xié)同關系。
(3)跨級指揮。在同一作戰(zhàn)集團內部，上級指揮與控制單元可以對其內部的指揮單元進行跨級指揮?？缂壷笓]主要對重要/關鍵的節(jié)點進行越級指揮。指揮跨度是指揮機構在同級的每一層所指揮和管轄單位的數(shù)量。當網(wǎng)絡節(jié)點總數(shù)量固定時，指揮跨度越小，指揮層次越少，意味著橫向指揮的單元越多，因此對指揮與控制節(jié)點提出了更高的要求，需要節(jié)點具有更強的信息處理能力，穩(wěn)健的信息傳輸需要得到更強的抗干擾技術支持。此外，一旦某些節(jié)點遭受打擊，受其影響的節(jié)點將會更多，所以需要加強隱藏偽裝防護措施。
(4)指揮決策時間開銷受到嚴格限制。由于協(xié)同作戰(zhàn)過程為一個相互嵌套的“觀察→評估→決策→行動→觀察”循環(huán)，每一個循環(huán)都必須在規(guī)定的時間窗口內完成。戰(zhàn)場環(huán)境瞬息萬變，指揮決策機構在對所掌握的戰(zhàn)場情報信息進行分析研究時，可能情報信息所反映的戰(zhàn)場情況已經失去了部分真實性甚至完全失效，而新的戰(zhàn)場環(huán)境信息不斷產生和起效用。指揮決策機構根據(jù)敵我雙方作戰(zhàn)態(tài)勢適時調整作戰(zhàn)行動，快速決策，縮短“目標發(fā)現(xiàn)→指揮決策→打擊目標”的周期。
4 指揮與控制網(wǎng)絡的抗毀能力
作戰(zhàn)指揮與控制網(wǎng)絡是作戰(zhàn)體系對抗的重要部位，也是體系破壞的主要打擊對象。信息化條件下的體系攻擊作戰(zhàn)主要采取精確打擊的方式，破壞敵方作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡，實現(xiàn)速勝的目標。
4.1 指揮與控制網(wǎng)絡可靠性度量指標
作戰(zhàn)指揮可靠性定義為在體系對抗中，當指揮控制機構受到敵方攻擊、摧毀、干擾、壓制時，能夠持續(xù)指揮并完成任務的可靠程度。對作戰(zhàn)指揮體系結構的指揮可靠性研究，其重點在于分析指揮體系結構節(jié)點損毀，以及節(jié)點之間信息傳輸通路遭破壞情況下指揮的穩(wěn)定性，即在刪除網(wǎng)絡中部分節(jié)點或鏈接邊的情況下，網(wǎng)絡整體的連通性能，也就是網(wǎng)絡的抗毀能力分析。
從指揮與控制網(wǎng)絡拓撲結構的角度分析，指揮與控制網(wǎng)絡在遭受攻擊后的網(wǎng)絡可靠性取決于三個方面因素的綜合結果：網(wǎng)絡中最大連通分量中節(jié)點的數(shù)目、網(wǎng)絡中連通分量的個數(shù)和平均路徑長度。其中，連通分量定義為無向圖中的極大連通子圖。網(wǎng)絡中最大連通分量中的節(jié)點個數(shù)越多，說明網(wǎng)絡在遭受打擊后的可連通性越好，整體作戰(zhàn)效能發(fā)揮越充分，初始狀態(tài)時最大連通分量就是整個網(wǎng)絡，所有指揮與控制節(jié)點都是連通的;各連通分量的平均路徑越小，說明信息流在該連通分量中的傳輸時效性越高，指揮與控制信息效能發(fā)揮越好;各連通分量的節(jié)點數(shù)越多，說明在節(jié)點總數(shù)一定的情況下連通分量越少，網(wǎng)絡的破碎程度越小，網(wǎng)絡可靠性越高。
指揮與控制網(wǎng)絡可靠性評估指標定義為：
(1)
其中，nmax為網(wǎng)絡中最大連通分量的節(jié)點個數(shù)，m為整個網(wǎng)絡中連通分量的個數(shù)，nj為第j個連通分量中節(jié)點的個數(shù)，lj為第j個連通分量的平均路徑長度，孤立節(jié)點的最短路徑長度設定為無窮大。
4.2 跨層協(xié)同指揮與控制網(wǎng)絡抗毀能力分析
隨著精確制導和遠程攻擊武器的發(fā)展與應用，為了達成預期作戰(zhàn)效果，只需要對某些重要或關鍵目標實施精確打擊。一方的偵察探測能力和另一方隱藏偽裝的防護能力，是影響精確打擊效果的兩個決定性因素。如果一方的偵察探測能力占據(jù)優(yōu)勢，那么作戰(zhàn)就成為確定性打擊;如果另一方隱藏偽裝的防護能力占據(jù)優(yōu)勢，那么作戰(zhàn)就成為隨機性攻擊。
隨機和確定性攻擊模式的仿真流程如圖2所示。
對作戰(zhàn)指揮與控制網(wǎng)絡結構的抗毀能力分析，即對網(wǎng)絡拓撲結構可靠性的分析，本文不涉及節(jié)點和鏈接邊的自身可靠性，假設各節(jié)點的信息處理和鏈接邊的傳輸速度相同，各指揮節(jié)點之間的指揮可靠性通過網(wǎng)絡的連通性和節(jié)點之間的路徑長度來體現(xiàn)。
多級跨層協(xié)同需要較多的有線或無線信息傳輸通路，但網(wǎng)絡的平均路徑長度非常小，指揮與控制信息傳輸?shù)膶崟r性較好。當交戰(zhàn)網(wǎng)絡節(jié)點總數(shù)固定時，在指揮與控制節(jié)點信息處理能力和信息傳輸容量等因素許可的條件下，應盡可能增加網(wǎng)絡的指揮跨度，減少網(wǎng)絡指揮層次，從而提高指揮與控制網(wǎng)絡的指揮時效性。相反，指揮跨度越小，指揮層級越多，作戰(zhàn)指揮信息交互時效性越差，很可能錯失最佳戰(zhàn)機。
跨層協(xié)同指揮與控制網(wǎng)絡抗毀性能仿真參數(shù)設置如表1所示。
隨機/確定性攻擊模式下的5級跨層協(xié)同網(wǎng)絡可靠性如圖3所示。
隨機/確定性攻擊模式下的8級跨層協(xié)同網(wǎng)絡可靠性如圖4所示。
由上述仿真結果分析，初步得出以下結論：
(1)對于多級跨層協(xié)同指揮與控制網(wǎng)絡，高效能網(wǎng)絡的跨度大、層次少，同一作戰(zhàn)集團內部連接較緊密，不同作戰(zhàn)集團連接較少。
(2)確定性攻擊的效果強于隨機攻擊效果，這個結論意味著攻擊前目標探測和偵察的準確性在信息化戰(zhàn)爭中起著重要地位。一方面，準確、實時的情報信息是攻擊敵方重要/關鍵節(jié)點的關鍵，從而毀壞敵方作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡;另一方面，需要對己方的重要/關鍵節(jié)點采取隱藏偽裝防護措施，重點加強保護。
5 結束語
在未來的信息化戰(zhàn)爭中，需要提高偵察與反偵察手段，攻擊敵方重要/關鍵節(jié)點，同時保護己方重要/關鍵節(jié)點。從武器裝備研發(fā)角度，需要提高武器裝備的攻擊性能，同時提高戰(zhàn)場環(huán)境下武器裝備的偵察與反偵察能力，加強目標信息探測和信息處理等新技術、新方法的研究。
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