基于CGN的戰術通信網模擬訓練研究

范春杰，李洪梁，楊 磊

（解放軍95927部隊，河北 滄州 061037）

建立適應國情特色的新軍事變革需求的訓練模擬系統建模理論與方法創新的關鍵點在于：首先，必須準確分析軍事需求，才能做到有的放矢；其次，必須引入現代科學技術，從技術層面科學地提出適應此種需求的理論與方法實現，才能有效地解決系統實現中出現的問題[1]。根據戰術通信網訓練對組網環境的需求，借鑒計算機生成兵力（Computer Generated Forces，CGF）思想，本文提出了CGN的概念，設計了CGN的原理框圖；并給出了一種基于CGN的組網模擬器實現思路，探索了基于CGN進行戰術通信網模擬訓練的全要素虛擬、部分要素虛擬和全實裝三種模擬訓練模式，為實施逼真的組網環境下戰術通信網訓練提供了新思路。

1 戰術通信網模擬訓練

1.1 戰術通信網及其訓練

戰術通信網由通信裝備及其網絡構成，是未來戰場戰役、戰術層次通信的主要手段，也是數字化部隊信息化建設的基礎設施。組織戰術通信網相關部門和部分隊進行訓練，使相關人員熟悉和掌握戰術通信網的戰術、技術性能，以及各種通信裝備及組織運用方法。這是有效運用戰術通信網組織實施戰役（戰斗）通信聯絡，使戰術通信網裝備迅速形成戰斗力的主要手段。

戰術通信網訓練包括操作技能訓練、分隊戰術訓練和綜合網絡管理訓練。操作技能訓練主要指單通信設備或通信車的連接與操作、天線架設、交換機配置等。其目的是提高受訓者的操作能力。操作技能訓練是戰術通信網訓練的基礎。分隊戰術訓練主要指按照作戰要求建立和開通戰術通信網和通信要素，以及根據戰場、網絡環境進行調整和轉移，培養受訓者的協調配合能力和應變能力；分隊戰術訓練是戰術通信網訓練的中間層次。綜合網絡管理訓練主要指根據戰術通信網作戰需求分析在網絡開通前實施網絡規劃、在網絡運行過程中進行網絡監控以及必要的通信部分隊指揮。其目的是鍛煉受訓者的綜合調控能力和組織指揮能力。綜合網絡管理訓練是戰術通信網訓練的最高層次。

1.2 戰術通信網訓練對組網環境的需求

文獻[2]指出：軍事訓練工作的基本內容包括兩個方面：一方面是創造一個帶有戰爭規律的某種程度上近似實戰的訓練條件、物質環境；另一方面是對受訓人員的組織和指導。可見“創造更近似實戰的訓練環境”是實施訓練的中心工作之一。具體就戰術通信網訓練而言，即如何為操作技能訓練、分隊戰術訓練和綜合網絡管理訓練創建近似實戰的操作環境、電磁環境、組網環境、氣象環境、地理環境和人文環境等，特別是其中的電磁環境和組網環境就成為組織戰術通信網訓練的中心工作。

事實上，由于戰術通信網裝備種類眾多，技術復雜，加之系統本身的使用壽命限制和訓練條件約束，不可能在實裝上對參訓人員進行長期的、反復的操作技能訓練，更加無法實施近實戰的組網環境下裝備受擾調整、遭火力毀損情況下的裝備替換保通等訓練。在分隊戰術訓練方面，則由于訓練條件限制，較難實施復雜電磁環境下通信節點選擇、火力壓制或其他條件下的機動、電磁輻射源附近的天線架設調準等分隊戰術訓練。對于綜合管理訓練而言，一般情況下又很難將所有單通信設備、通信車等硬件裝備和綜合網絡管理系統等軟件裝備融合在一起，實施組網環境下網絡受損、網絡性能下降及網絡部分設備轉移情況下的網絡調整訓練，以及作戰態勢變化時的網絡重組訓練。

因此，采用相關技術研制戰術通信網模擬訓練系統，特別是為操作技能訓練、分隊戰術訓練和綜合管理訓練提供組網環境，使其既可作為以上各種訓練的受動者，同時又可能動地改變網絡環境，為受訓者提供近實戰的網絡態勢，使受訓者在較為真實的組網環境下進行訓練，具有重要的現實意義。

2 CGF基本思想和CGN

2.1 CGF基本思想

CGF是目前作戰模擬領域研究的熱點問題[3]，其可以通過計算機生成戰場兵力實體，減少作戰模擬或訓練模擬中真實作戰人員和武器裝備的參與，從而節省大量的人力、物力和資金，故廣泛應用于訓練演習、國防規劃、軍事運籌和武器研制等領域[4-6]。

CGF的基本思想即在分布交互式仿真構成的分布式虛擬環境中產生具有一定智能行為的仿真實體。這些實體能與具有真實交互設備的武器平臺仿真實體、虛擬的武器平臺仿真實體和其他計算機生成的兵力實體發生交互作用。CGF的目的在于增加虛擬環境中仿真實體的數量，為“人在回路”的仿真實體提供作戰對手或友軍支援，提高虛擬戰場環境的復雜度和真實性，增強用戶（參訓人員）的沉浸感，并為戰場想定開發者設計演示系統時提供依據。

2.2 CGN的概念和原理

CGN借鑒了CGF的基本思想，通過計算機模擬的方法生成組成網絡的裝設備、通信車等網元的映像實體，各映像實體通過運行不同層次協議模型組合而成的節點模型，完成一定規則下的組網動作或戰術行為，從而形成虛擬組網環境。其中部分映像實體作為實體模型與受訓者所操控的對象一一映射，使CGN節點接收外界操控，從而對所形成的組網態勢產生影響，反之，整個組網態勢作為外部操作網元節點或網元節點模型的依據，從而形成較為真實的組網環境，為訓練提供支撐，也可為作戰模擬，特別是通信兵作戰模擬提供虛擬組網環境。

因為CGN與CGF的基本思想一致，所以可以將其看作CGF在通信網模擬訓練領域的拓展；但由于其原理上和實現方面與CGF存在差異，也可說是一種新概念。本文參考CGF的原理框圖[4]，將CGN分為網絡動態模型、自治行為產生、CGN控制三大部分，其原理框圖如圖1所示。

圖1 CGN原理框圖

其中，網絡動態模型部分主要包括實體節點模型（訓練席位的映像節點模型）、虛實體節點模型（無訓練席位對應的節點模型）及由兩者構成的動態組網模型，二者共同完成網絡的瞬態組網過程和穩態運行過程的網絡行為動態模擬；自治行為產生主要是根據組網態勢、環境等數據、動作庫（主要為戰術動作）和規則庫（包括組網規則、網絡裝備組織運用規則等）實時地做出動作決策并執行相應動作，給虛實體節點模型發出節點狀態調整和控制指令，如節點機動、裝備開關機等；CGN控制則用于對整個CGN系統進行管理和控制，如CGN啟動、網絡初始化等。

2.3 基于CGN的組網模擬器實現框架

根據CGN原理，并結合HLA（High Level Architecture）已成為軍用仿真領域普遍遵守的標準的事實，在某型戰術通信網模擬訓練系統中實現的一種CGN框架結構如圖2所示。在該系統中，將實現CGN的系統稱為組網模擬器，其利用OPNET網絡仿真工具，完成協議模型、節點模型、鏈路模型、業務模型等建模，并基于RTI（Run-Time Infrastructure）實現組網模擬器內部和與外界交互。

圖2 組網模擬器實現框架

3 基于CGN的戰術通信網模擬訓練模式

采用基于CGN的組網模擬器實施戰術通信網模擬訓練，可組織全要素虛擬的模擬訓練、部分要素虛擬的模擬訓練和全實裝模擬訓練。

3.1 全要素虛擬的模擬訓練模式

全要素虛擬的模擬訓練模式如圖3所示。其中，導調席主要對訓練過程、訓練內容進行組織、監視和情況設置，對各受訓者的訓練情況進行采集，并進行講評；裝備操作訓練席主要用于技能操作訓練和分隊戰術訓練，完成戰術通信網主要通信裝備（車）的三維模擬仿真操作訓練，并能根據訓練情況對某些級別的受訓者進行操作提示；網絡管理訓練席主要用于綜合網絡管理訓練，完成戰術通信網網絡規劃、網絡監控和通信指揮等模擬訓練；組網模擬器則負責在訓練過程中，對戰術通信網網絡建立和運行的過程以及環境變化對網絡的影響進行仿真模擬，并能接收導調的情況設置與訓練控制，以支持裝備操作和綜合網絡管理訓練。該模式所采用的系統主要以軟件形式實現，是一種“人在回路”的模擬系統。

圖3 全要素虛擬的模擬訓練模式

3.2 部分要素虛擬的模擬訓練模式

部分要素虛擬的模擬訓練模式如圖4所示。與全要素虛擬的模擬訓練模式相比，不同點是在模擬訓練中引進了實際網絡規劃、網絡管理等軟件裝備，受訓者進行綜合網絡管理訓練全部在實際通信車席位上，基于實際網絡管理軟件進行，形成一種“人在回路”和“實際軟件在回路”的模擬系統。該模式對組網模擬器的要求和全要素虛擬模式基本相同，所提出的更高要求是在仿真系統中實現實際軟件與仿真系統的接口，以將網絡管理等軟件有機嵌入到模擬訓練系統中。

圖4 部分要素虛擬的模擬訓練模式

3.3 全實裝的模擬訓練模式

全實裝的模擬訓練模式如圖5所示。該模式結合了“人在回路”、“實際軟件在回路”、“實際裝備在回路”和“實際網絡在回路”的特點，需要有線和無線收發設備連接組網模擬器，使組網模擬器作為戰場環境下的虛擬網絡、模擬信源和信宿與實際網絡互連；需要有電磁環境仿真器連接導調席和組網模擬器，以模擬不同干擾源產生不同類型的電磁干擾信號，創建逼真的電磁環境。該模式對組網模擬器提出了更高的要求，即要求實現組網模擬器具有與實際通信裝備的收發接口，實現實際通信信號在虛擬網絡中運行過程的模擬。

圖5 全實裝模擬訓練模式

以上三種訓練模式，各具優缺點。圖3所示的模式不損耗實際裝備，組織便利，不受訓練場地、環境等限制，并且研制花銷較小；但操作環境相比后兩種模式而言，逼真度相對要差一些。圖4所示的訓練模式在一定程度上受到訓練條件的制約，并且由于需要對軟件裝備接口進行截獲處理，因此研制該模式的訓練系統需要廠家配合；但研制花銷也較小，且操作環境較為逼真。圖5所示的模式則具備全真實的操作環境、電磁環境、氣象環境、地理環境和組網環境等，逼真程度最高，是最貼近實戰的訓練模式；但需要電磁環境仿真器、信號轉接器等硬件設備作支撐，研制周期長，花銷大。

4 結束語

本文根據戰術通信網訓練對組網環境的需求，基于CGF思想，提出了基于計算機生成網絡（CGN）的概念，用于模擬戰術通信網訓練中的網絡環境，作為受訓者訓練操作的受動者，同時作為改變受訓者訓練所處網絡態勢的能動者，使戰術通信網訓練更加真實，訓練內容更加豐富，有助于戰術通信網盡快形成戰斗力。

目前，基于全要素虛擬訓練模式的組網模擬器已初步實現，并應用于某型戰術通信網模擬訓練系統。下一步需要不斷完善CGN的體系結構，探索CGN實現的各種技術途徑。這對于推動通信作戰模擬和訓練模擬技術的發展也是有促進的作用的。

[1]陳雷鳴,沈壽林.訓練模擬系統建模理論與方法的創新[J].軍事運籌與系統工程,2003:6-9.

[2]孫柏林.戰役戰術計算機模擬訓練系統軍事總體設計原理[M].北京:解放軍出版社,1994.

[3]楊立功,郭齊勝.計算機生成兵力研究進展[J].計算機仿真,2000,17(3):4-7.

[4]郭齊勝,張偉,等.分布交互式仿真及其軍事應用[M].北京:國防工業出版社,2003.

[5]韓志軍,徐克虎,李錳.坦克分隊計算機生成兵力(CGF)實體仿真研究[J].系統仿真學報,2004,16(7):1365-1368.

[6]韓志軍,錢保成,王潤崗.分隊戰術訓練仿真系統CGF技術[J].火力與指揮控制,2005,30(8): 61-63.