基于復雜網絡的CEC網絡連通性分析

孫欣 鄭劍云 牛海

摘要：協同作戰能力CEC系統是現代戰爭的一個重要部分，該系統可以將傳感器組網，極大地擴展了探測空間和提高了整體防空能力，針對CEC網絡連通性進行定量分析，采取電子攻擊和硬武器攻擊兩種方式，并與傳統網絡進行對比，分析表明電子攻擊對CEC網絡影響較大。

關鍵詞：CEC;連通性;軟硬武器攻擊

中圖分類號：TP319? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）20-0023-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

CEC網絡是美軍為了提高編隊和海岸的防空能力而提出的一種協同作戰網絡，實質是通過戰場上的傳感器融合，實時態勢共享，通過武器聯網，從而提高整體的作戰能力。

近年來，可能因為保密原因，對CEC網絡的研究，特別是對網絡性能的定性定量分析幾乎為零。大部分文獻，都是介紹一下關于CEC網絡的關鍵技術，而對CEC網絡特性的定量分析較少。本文從復雜網絡的角度出發，構建CEC網絡和傳統網絡，并對這兩種網絡的連通性進行定量分析。

1 CEC網絡特點

CEC可以協調整個作戰系統中所有傳感器的信息，將這些信息整合為一個單一、實時的綜合航跡，并分發給各個武器系統，在研發之初，主要用于編隊防空，現在功能已經擴展到整個作戰區域，可以應對來自空中、海上、陸上的導彈攻擊【1】。

CEC網絡由多個節點組成，節點一般稱為作戰單元CU，每一個節點作戰單元都由協同作戰處理器CEP、數據分發系統DDS組成，每個CU可以利用相控陣雷達來進行組網。

CEC的目的在于：一是傳感器組網，最大限度提升傳感器的效能;二是當本地武器系統無法利用自身的傳感器來進行追蹤的時候，可以利用其他傳感器傳來的態勢信息繼續跟蹤。CEC網絡將傳感器和武器這兩種系統，強有力的組合在一起，提升了整個作戰效能[2]。

2 網絡拓撲模型構建

本文基于復雜網絡理論，對CEC網絡模型進行構建，圖論是復雜網絡的理論基礎。圖可以表示為[G=（N，E）]，其中[N={n1，n2，n3，...，ni}]，是一個非空集合，表示圖中的各個節點，[E={e1，e2，e3，...，ej}]表示圖[G]的邊集。

在圖論中，節點一般表示真實系統中的個體，邊表示兩個節點之間的關系，如果兩個節點之間有特定的關系，則連接一條邊，反之，不連邊。

如圖1所示的網絡圖，圖中的節點集為[A，B，C，D，E]，邊集為[1，2，3，4，5]網絡圖可以直接用鄰接矩陣表示，鄰接矩陣描述的是網絡中節點與節點的關系。

鄰接矩陣的定義為：

CEC網絡是一個復雜的指揮信息系統網絡，而指揮信息系統網絡屬于復雜的巨系統[3]，包含指揮、控制、情報、通信、抗干擾等一系列單元，其組成可以抽象為態勢感知單元、指揮控制單元、通信單元和火力打擊執行單元。將各個單元以既定的規則連接，在邏輯上就構建了態勢感知網絡、指揮控制網絡、火力打擊網絡和通信網絡。

CEC網絡是在傳統網絡的基礎上多了傳感器網，即態勢感知單元可以自組網，在此基礎上，基于圖論的傳統指揮信息系統網絡和CEC網絡建模規則如下：

（1）網絡連通，有[N]個節點，其中[N=v1，v2，v3，v4，…，vN]，[E]條邊，[E=e1，e2，…，eN]，網絡用[G=N，E]表示。

（2）指揮控制網絡具有合理地跨度和遞階，跨度指每一級指揮機構的數量，遞階指縱向上的指揮層次。

（3）網絡中的節點具有異質性，包含了指揮控制、態勢感知、通信、作戰等節點。

（4）網絡中的鏈路具有異質性，包含了不同的通信鏈路方式，如有線通信，無線通信等。

（5）指控節點根據層級的不同，具有不同類型的通信方式。

（6）CEC網絡的態勢感知節點可以互連，而傳統網絡態勢感知節點不互連。

基于以上規則，構建的傳統指揮信息系統網絡模型和CEC網絡網絡模型概念圖如圖2和圖3。

以某次演習為例，構建一個具有7個指控節點，6個態勢感知節點，8個作戰節點，12個通信節點，包含6個有線通信節點，6個無線通信節點的指揮信息系統網絡，利用Ucinet6進行畫圖，圖4是傳統指揮信息系統網絡，圖5是CEC網絡。

在作戰實際中，敵方對本方的攻擊模式是采取軟攻擊如電子干擾對無線通信方式進行干擾，采取硬攻擊，如導彈襲擊或者火炮襲擊等，直接消滅掉某個指揮節點[4]。

本文的攻擊策略從軟硬兩種攻擊模式出發，軟攻擊即為電子干擾的攻擊方式，硬攻擊為硬武器打擊的方式，每種攻擊方式均采取隨機攻擊，分析在不同攻擊方式下，網絡連通性的變化。

連通性越大的指揮信息系統，所能串聯的各單元節點越多，能發揮的作用就越大。本文用復雜網絡中的連通塊的數量來表示指揮信息系統的連通性的大小，當指揮信息系統網絡中的任意兩個節點都能連通時，連通塊取值為1，網絡中節點被分為[n]部分時，連通塊取值為[n]，連通塊數越大，意味著網絡越不連通。

3.1隨機軟攻擊下的網絡連通性

軟攻擊下的CEC網絡和傳統指揮信息系統的網絡連通性如圖6。

隨機軟攻擊的策略下，對指揮信息系統網絡連通性的影響具有一定隨機性，但從圖8可看出，在最初幾次軟攻擊中，CEC網絡和傳統指揮信息系統網絡的連通性變化一致，隨著攻擊次數的增多，CEC網絡的連通塊數比傳統網絡的連通塊數增長更快，CEC網絡的連通性比傳統網絡的連通性降低更快，在增加到一定的攻擊次數之后，CEC網絡和傳統指揮信息系統網絡的連通塊數趨于一致。

考慮到實際中，CEC網絡如美軍的CEC系統，采取了傳感器利用相控陣雷達組網的方式，組網所需要的通信鏈路是無線通信鏈路，在進行電子干擾的時候，無線鏈路易斷開，而有線鏈路不受影響，與傳統指揮信息系統網絡相比，網絡化網絡的無線鏈路更多，在遭到電子干擾的時候CEC網絡受到影響更大，這與網絡仿真度結果一致。

3.2隨機硬攻擊下的網絡連通性

隨機硬攻擊模式下的CEC網絡和傳統指揮信息系統的連通性如圖7。

隨機硬攻擊的仿真效果具有一定的隨機性，仿真結果并不相同，但隨著仿真次數的增加，可以看出仿真圖具有相同的趨勢，即在初始攻擊的時候，傳統指揮信息系統和CEC網絡的連通性相似，但隨著硬攻擊的次數增多，CEC網絡的連通塊數增加比較緩慢，傳統指揮信息系統網絡的聯通塊數增加較為迅速，同樣的攻擊次數下，CEC網絡的連通性要優于傳統網絡的連通性。

3.3結合隨機軟攻擊和硬攻擊的網絡連通性

圖8為采取軟武器和硬武器兩種攻擊方式下的網絡連通性。

當軟武器和硬武器兩種攻擊方式結合的時候，從圖8可看出，攻擊次數越高，CEC網絡和傳統指揮信息系統的連通塊數逐漸增多，連通性都逐漸降低，同樣的攻擊次數下，CEC網絡的連通塊數一般都小于傳統指揮信息系統的連通塊數，即隨著攻擊次數的增高，CEC網絡的連通性要高于傳統指揮信息系統網絡的連通性。

4 結論

CEC網絡實現了武器平臺間的信息的互聯互通，提高了整個網絡的效率，本文采取更加貼近實戰的攻擊方式來定量分析CEC網絡的連通性，并和傳統網絡進行對比。仿真數據表明，在采取大范圍的軟武器電子干擾的方式攻擊的時候，CEC系統的連通性要小于傳統網絡的連通性，而當采取硬武器火炮導彈等進行直接攻擊的時候，CEC網絡連通性要高于傳統網絡，當兩種武器結合的時候，CEC網絡的連通性也要高于傳統網絡。綜上，CEC網絡的連通性在戰時要比傳統指揮信息系統可靠，但當對方采取大范圍高強度的電子戰的時候，要考慮采取手段加強CEC網絡鏈路的可靠性。

參考文獻：

[1] 邱千鈞，范英彪，陳海建，等.美海軍艦艇編隊協同作戰能力CEC系統研究綜述[J].現代導航，2017.

[2] 賀文紅.美國海軍系統作戰能力的幾項關鍵技術[J].艦船科學技術，2016.

[3] 李德毅，王新政，胡剛鋒.網絡化戰爭與復雜網絡[J].中國軍事科學，2006，19（3）：111-119.

[4] 姚樹強.通信抗干擾工程與實踐[M].北京：電子工業出版社，2012.

【通聯編輯：朱寶貴】