基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能評估

楊 兵，陳樹江，陳 希

(戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)， 鄭州 450001)

近年來，網(wǎng)絡(luò)空間突發(fā)事件頻發(fā)，面對網(wǎng)絡(luò)空間隨時(shí)可能發(fā)生的突發(fā)事件，不論政府還是私營部門，都無法獨(dú)自應(yīng)對，需要各方面加強(qiáng)溝通、通力合作、聯(lián)合應(yīng)對。建立網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系，對于密切協(xié)調(diào)多方力量，迅速處置各種網(wǎng)絡(luò)威脅，保障信息基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行具有十分重要的意義。而對指揮體系效能進(jìn)行評估，是查找指揮體系薄弱環(huán)節(jié)，并做好針對性改進(jìn)的常用方法[1]。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是專門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學(xué)科，1956年由美國麻省理工學(xué)院瑞斯特教授首創(chuàng)，是一種以反饋控制理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為手段，研究復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的定量方法[2]。運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能進(jìn)行評估，可查找指揮體系不足，并找出決定性影響因素，為網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系的建設(shè)提供參考建議。

基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對指揮體系效能進(jìn)行評估是指揮體系效能評估的常用方法，而指標(biāo)體系的構(gòu)建是指揮體系效能評估的首要前提。通過對知網(wǎng)等網(wǎng)站進(jìn)行搜索，這方面研究文獻(xiàn)較多，但其指標(biāo)體系的構(gòu)建大多數(shù)是圍繞指揮者、指揮系統(tǒng)和指揮環(huán)境等靜態(tài)因素，難以反映指揮體系的動(dòng)態(tài)運(yùn)行過程[3-8]。本文立足于指揮信息流動(dòng)，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)結(jié)合，從指揮活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)查找指揮體系效能影響因素，為進(jìn)一步通過系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型仿真查找系統(tǒng)不足奠定了基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建步驟

構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)解決系統(tǒng)問題的重要基礎(chǔ)和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建的主要步驟如下:

1) 明確問題，確定系統(tǒng)的邊界。明確系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模要解決什么問題，即構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的目的是什么。明確問題后，根據(jù)建模的目的，通過文獻(xiàn)研究、數(shù)據(jù)搜集、專家討論等形式，確定系統(tǒng)的邊界，即系統(tǒng)研究所涉及到的范圍，并查找出系統(tǒng)的所有影響因子。

2) 提出動(dòng)態(tài)假說。一旦問題被確定和描繪出來后，建模者應(yīng)詳盡闡述解釋問題行為的假說，并根據(jù)初始假設(shè)、關(guān)鍵變量、參考模式和其他可用的數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)的因果結(jié)構(gòu)圖。可以以內(nèi)在反饋和系統(tǒng)存量流量圖的形式對問題的動(dòng)態(tài)特征提出解釋，這也是利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真的常用工具。這些工具包括模型邊界圖、子系統(tǒng)圖、因果回路圖以及存量流量圖。根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度，模型邊界圖和子系統(tǒng)圖可適當(dāng)選用。

3) 寫方程。建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型后，根據(jù)已經(jīng)確定的參數(shù)、系統(tǒng)的行為關(guān)系以及初始化條件，寫出全部變量方程?？梢栽诮⑾到y(tǒng)存量流量圖時(shí)同時(shí)考慮并建好，也可以在建立系統(tǒng)存量流量圖后寫出。

4) 模型測試。變量方程完成并進(jìn)行相應(yīng)的量綱等檢查后，便可開始模型測試。通過對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置調(diào)控，檢驗(yàn)系統(tǒng)在不同初始條件下的表現(xiàn)。一般要設(shè)置極端條件，極端條件的測試是發(fā)現(xiàn)模型缺陷的關(guān)鍵工具，可為系統(tǒng)的改進(jìn)提供關(guān)鍵模擬結(jié)果信息。

5) 結(jié)果分析。根據(jù)模型仿真結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)不足和缺陷，可以以此作為參考，通過改變參數(shù)、重新建構(gòu)、優(yōu)化政策等對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。

2 網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能評估系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

明確網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系指揮信息鏈，是準(zhǔn)確描述網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系因果關(guān)系的基礎(chǔ)，更是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建的基礎(chǔ)[9]。網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮的主要流程有：實(shí)時(shí)感知、協(xié)同研判、共同決策、聯(lián)合行動(dòng)等，指揮信息從產(chǎn)生、傳遞、處理、共享到施效、再生，構(gòu)成回路并作用于應(yīng)急處置指揮活動(dòng)，形成網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系的指揮信息鏈。具體如圖1所示。

按照影響因素完整性、針對性、完備性、獨(dú)立性、層次性、穩(wěn)定性的查找原則[10]，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置主要活動(dòng)與指揮信息流轉(zhuǎn)回路，描述網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能影響因素因果關(guān)系如圖2所示。

圖2中帶減號箭頭所表示反饋為負(fù)反饋，即：敵方信息攻擊效能、感知時(shí)間、判斷時(shí)間、決策時(shí)間、行動(dòng)時(shí)間等因素對我網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能各項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成消極影響。敵方信息攻擊效能發(fā)揮得越好，我方應(yīng)急處置指揮各流程所用時(shí)間越長，我方指揮體系效能就越低。圖2中其他反饋為正反饋，用帶加號箭頭表示，對我指揮體系效能起積極作用。

網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能評估SD模型如圖3所示。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能評估SD模型，寫出各變量的模型方程，如表1所示。

3 模型仿真

3.1 指標(biāo)權(quán)重賦值

運(yùn)用德爾菲法組織專家對各評估指標(biāo)進(jìn)行打分，并運(yùn)用熵值法對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行修正，可得出表2所示的指標(biāo)權(quán)重表。

表1 網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能評估SD模型方程表

表2 網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮效能評估指標(biāo)權(quán)重表

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能評估SD仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表3所示。

表3 網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能評估SD仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

3.3 模型仿真實(shí)驗(yàn)

取代表性模型仿真實(shí)驗(yàn)3次，實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c參數(shù)設(shè)置如表3所示。仿真模擬時(shí)間T=10 h，仿真步長為0.5，單位為時(shí)。利用Vensim軟件進(jìn)行仿真，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4～圖6所示。

1) 實(shí)驗(yàn)a

結(jié)果驗(yàn)證：實(shí)驗(yàn)開始后，網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置行動(dòng)由敵方發(fā)起，從圖4中曲線可以看出，敵我雙方網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能呈現(xiàn)出明顯的對抗趨勢。隨著時(shí)間的推移，我方掌握主動(dòng)權(quán)后，網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能持續(xù)增長，敵方作戰(zhàn)指揮效能得到抑制，并持續(xù)減弱。

2) 實(shí)驗(yàn)b

結(jié)果驗(yàn)證：網(wǎng)絡(luò)空間應(yīng)急處置作戰(zhàn)具有瞬時(shí)性，作戰(zhàn)指揮主動(dòng)權(quán)反復(fù)爭奪，作戰(zhàn)指揮效能此消彼長。當(dāng)我網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能各因素?zé)o作為時(shí)，敵網(wǎng)絡(luò)空間作戰(zhàn)指揮效能持續(xù)增長，并在某一時(shí)刻超過我方網(wǎng)絡(luò)空間應(yīng)急處置指揮體系效能，我方網(wǎng)絡(luò)空間應(yīng)急處置指揮體系效能持續(xù)下降。

3) 實(shí)驗(yàn)c

結(jié)果驗(yàn)證：從圖6中可以看出，曲線2、6所示的實(shí)驗(yàn)c條件下的網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系實(shí)時(shí)感知效能和指揮體系效能上升趨勢明顯高于曲線1、5所示的實(shí)驗(yàn)a條件下的實(shí)時(shí)感知效能和指揮體系效能上升趨勢。相應(yīng)地，曲線4所示的實(shí)驗(yàn)c條件下的敵方信息攻擊效能下降趨勢也明顯高于曲線3所示的實(shí)驗(yàn)a條件下的敵方信息攻擊效能下降趨勢。由此得出，在網(wǎng)絡(luò)空間應(yīng)急處置指揮中，實(shí)時(shí)感知網(wǎng)絡(luò)空間突發(fā)事件態(tài)勢信息是開展好應(yīng)急處置指揮行動(dòng)的首要前提。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系實(shí)時(shí)感知效能保持在較高水平時(shí)，我方網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能隨著實(shí)時(shí)感知效能的提高迅速提升。

綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)論，對如何提高網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能，可得出以下對策建議：

1) 網(wǎng)絡(luò)空間戰(zhàn)場透明度高、作戰(zhàn)指揮對抗激烈、作戰(zhàn)指揮優(yōu)勢與主動(dòng)權(quán)的爭奪此消彼長，對指揮人員、指揮系統(tǒng)整體能力等提出了很高的要求。因此，網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系建設(shè)要瞄準(zhǔn)體系對抗的需要，優(yōu)化指揮機(jī)構(gòu)設(shè)置，制定合理運(yùn)行機(jī)制，按照平戰(zhàn)結(jié)合、軍地聯(lián)合、模塊化重組的原則構(gòu)建指揮體系，充分發(fā)揮軍地優(yōu)勢網(wǎng)絡(luò)空間資源，提高指揮體系整體效能。

2) 網(wǎng)絡(luò)空間高度互聯(lián)、信息傳播速度極快，要提高應(yīng)急處置指揮效能，就必須與強(qiáng)敵在時(shí)間上展開較量。網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系建設(shè)要通過不斷提高指揮員戰(zhàn)技術(shù)水平，優(yōu)化決策方法和指揮流程等方式和手段壓縮應(yīng)急處置反應(yīng)、決策、行動(dòng)等時(shí)間，贏得取勝先機(jī)。

3) 網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系對態(tài)勢感知效能的依賴明顯。網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系建設(shè)應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)態(tài)勢感知模塊的建設(shè)，重點(diǎn)加強(qiáng)感知力量的培養(yǎng)、感知終端的設(shè)置和感知網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，形成實(shí)時(shí)、全面、不間斷的態(tài)勢感知網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)空間突發(fā)事件態(tài)勢信息的獲取、傳遞、處理、共享形成高效回路，為應(yīng)急處置指揮決策行動(dòng)提供有力支撐。

4 結(jié)論

通過研究分析，發(fā)掘出了提高和改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能的關(guān)鍵因素，對建設(shè)網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系和提高體系效能有一定的積極意義。由于影響因素查找有限、實(shí)驗(yàn)環(huán)境設(shè)置理想，該研究還只是初步研究，對網(wǎng)絡(luò)空間聯(lián)合應(yīng)急處置指揮體系效能的認(rèn)識和研究還有待進(jìn)一步深化。