基于體系結構的指揮信息系統任務可靠性建模

趙萌 石志強

摘要

任務可靠性是影響指揮信息系統作戰效能的一個重要因素，本文采基于體系結構分析方法，建立了指揮信息系統任務可靠性模型的產品集，及其相互的邏輯關系。最后，以陸軍合成營指揮信息系統為例給出了指揮信息系統任務可靠性模型開發的步驟和流程。

【關鍵詞】指揮信息系統 任務可靠性 體系結構 陸軍合成營

指揮信息系統作為信息化戰爭的重要組成部分，是部隊作戰效能的“倍增器”，其可靠性評估是研究的熱點問題。可靠性分為基本可靠性和任務可靠性，基本可靠性主要體現為系統的故障總數，與系統構成的復雜程度密切相關;任務可靠性是產品在規定的任務剖面中完成規定功能的能力。由于指揮信息系統的組成結構復雜，其基本可靠性通常處于比較低的水平，很難直接反映指揮信息系統完成作戰任務的能力。而指揮信息系統的任務可靠性是，在典型的作戰任務場景下，在規定的任務剖面內系統完成規定作戰任務的能力。可見，指揮信息系統的任務可靠性是其作戰效能的重要組成因素之一，需要對其任務可靠性進行研究分析。

構建合理的體系結構是準確高效描述復雜系統作戰能力的基礎，美國國防部體系架構框架（Department of Defense ArchitectureFramework，DoDAF）是一種有效的體系結構描述分析方法，并且其在作戰體系結構分析與描述等方面已經得到了廣泛的關注和研究。

1 任務可靠性建模分析

1.1 指揮信息系統任務可靠性內涵

任務可靠性是用來估計系統在執行任務過程中，完成其規定功能的能力。任務可靠性強調規定“任務剖面”和完成任務的能力，而其完成任務的能力主要依托系統的構成體系。因此，可從兩個方面分析指揮信息系統任務可靠性：任務剖面和構成體系。

指揮信息系統的構成體系對任務可靠性的影響因素主要包括：作戰任務的資源要求和完成作戰任務的各子系統間邏輯關系。其中，作戰任務的資源要求可描述為：指揮信息系統的任務可靠性所依賴的各個分系統的可靠性、交互情況、執行環境和執行任務時間。各子系統間邏輯關系主要是指，指揮信息系統完成任務的各系統層次資源狀態之間的邏輯關系。

1.2 指揮信息系統任務可靠性建模分析

前面分析了影響指揮信息系統任務可靠性的主要因素，在基于DoDAF的任務可靠性建模中，要能夠涵蓋以上主要因素，并得出與系統任務可靠性需求相關的模型產品。首先對指揮信息系統的構成體系和任務剖面兩個方面進行研究分析，然后建立這兩方面的映射關系。在任務剖面主要分析任務情景、目的、時間和層次關系等方面，在構成體系主要分析完成任務所需的功能和系統狀態的轉換等。

從DoDAF視圖中選取高級概念模型（OV-1）、作戰活動描述模型（OV-5b）、作戰活動分解樹（OV-5c）、系統功能模型（SV-4）、事件追蹤描述模型（OV-6c）和統到作戰活動的映射矩陣（SV-5a）。各產品間的關系如圖1所示。

其中，OV-1從作戰想定上描述系統需完成的任務，然后分析OV-1描述的作戰場景，并分別從任務剖面和構成系統兩個方面對任務可靠性建模。任務剖面方面，分別開發用于描述任務層次結構分解的OV-5a、作戰活動描述模型OV-5b和事件追蹤描述模型OV-6c;構成系統方面，開發用于描述系統基本可靠性信息的系統功能模型SV-4和系統在完成任務時的狀態變化的系統狀態轉移描述模型SV-10b。最后開發系統到作戰活動的映射矩陣SV-5a。

2 任務可靠性建模步驟

以陸軍合成營的機動突擊戰斗為例，建立其指揮信息系統的任務可靠性模型。陸軍合成營是初級合成的高級戰術分隊，合同戰斗的基本戰術單位和模塊化作戰編組的“標準組件”。機動突擊戰斗是指陸軍合成營在作戰地區內綜合運用兵力、火力等手段，積極主動地對敵實施迅猛而精確打擊、突擊和攻占的戰斗行動。本文采用UML建模語言，根據體系結構產品“由上至下”的開發原則和任務可靠性分析方法，逐步建立各個層次的體系結構模型，相應的開發步驟如下：

（1）建立高級作戰概念圖OV-1，依照其作戰目標及作戰部署，提出作戰使命給出作戰場景。陸軍合成營的機動突擊戰斗高級作戰視圖如圖2所示。

（2）建立作戰活動分解樹OV-5a，進一步將作戰使命分配到各作戰活動當中，確定作戰活動之間的層次關系。機動突擊作戰一般包括：火力突擊、沖擊突破、割裂體系、毀殲目標、追殲逃敵等階段，本文以火力突擊階段為例，描述合成營指揮信息系統的作戰活動分解模型。

（3）建立作戰活動模型OV-5b，作戰活動模型是對作戰活動關系的描述，如圖3所示。通過開發作戰活動模型，描述了偵察情報、指揮控制、火力打擊等作戰活動之間的執行順序關系以及信息流。

（4）建立事件追蹤描述模型OV-6c，當作戰活動模型開發完成后，就可以開發事件追蹤描述模型，描述事件觸發產生的行為以及持續時間。

（5）建立系統功能模型SV-4，開發系統功能描述，用于確定功能及其層次關系的描述，上層功能由下層子功能支持，并且描述下層功能構成上層功能的邏輯關系。

（6）系統狀態轉移模型OV-10b，系統狀態轉移描述模型給定系統狀態，描述了系統工作或故障的事件及狀態。開發系統狀態轉移描述模型，給出系統狀態轉移的條件與狀態。由于合成指揮信息系統狀態轉移模型比較簡單，可描述為系統工作和系統故障兩個狀態的轉移，如圖4所示。還應分析各分系統的狀態轉移模型，受篇幅限制本文只給出通信網絡分系統的狀態轉移模型，如圖5所示。

3 結論

本文從作戰任務的頂層概念模型出發，從作戰任務和系統結構兩個方面建立了指揮信息信息系統的任務可靠性模型產品集。最后以陸軍合成營的機動突擊作戰為例，總結指揮信息系統任務可靠性模型的開發步驟，給出了合成營指揮信息系統任務可靠性模型產品集。這些為分析建立指揮信息系統任務可靠性的仿真模型提供有益的幫助和借鑒。

參考文獻

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