基于体系结构的指挥信息系统任务可靠性建模

赵萌 石志强

摘要

任务可靠性是影响指挥信息系统作战效能的一个重要因素，本文采基于体系结构分析方法，建立了指挥信息系统任务可靠性模型的产品集，及其相互的逻辑关系。最后，以陆军合成营指挥信息系统为例给出了指挥信息系统任务可靠性模型开发的步骤和流程。

【关键词】指挥信息系统 任务可靠性 体系结构 陆军合成营

指挥信息系统作为信息化战争的重要组成部分，是部隊作战效能的“倍增器”，其可靠性评估是研究的热点问题。可靠性分为基本可靠性和任务可靠性，基本可靠性主要体现为系统的故障总数，与系统构成的复杂程度密切相关;任务可靠性是产品在规定的任务剖面中完成规定功能的能力。由于指挥信息系统的组成结构复杂，其基本可靠性通常处于比较低的水平，很难直接反映指挥信息系统完成作战任务的能力。而指挥信息系统的任务可靠性是，在典型的作战任务场景下，在规定的任务剖面内系统完成规定作战任务的能力。可见，指挥信息系统的任务可靠性是其作战效能的重要组成因素之一，需要对其任务可靠性进行研究分析。

构建合理的体系结构是准确高效描述复杂系统作战能力的基础，美国国防部体系架构框架（Department of Defense ArchitectureFramework，DoDAF）是一种有效的体系结构描述分析方法，并且其在作战体系结构分析与描述等方面已经得到了广泛的关注和研究。

1 任务可靠性建模分析

1.1 指挥信息系统任务可靠性内涵

任务可靠性是用来估计系统在执行任务过程中，完成其规定功能的能力。任务可靠性强调规定“任务剖面”和完成任务的能力，而其完成任务的能力主要依托系统的构成体系。因此，可从两个方面分析指挥信息系统任务可靠性：任务剖面和构成体系。

指挥信息系统的构成体系对任务可靠性的影响因素主要包括：作战任务的资源要求和完成作战任务的各子系统间逻辑关系。其中，作战任务的资源要求可描述为：指挥信息系统的任务可靠性所依赖的各个分系统的可靠性、交互情况、执行环境和执行任务时间。各子系统间逻辑关系主要是指，指挥信息系统完成任务的各系统层次资源状态之间的逻辑关系。

1.2 指挥信息系统任务可靠性建模分析

前面分析了影响指挥信息系统任务可靠性的主要因素，在基于DoDAF的任务可靠性建模中，要能够涵盖以上主要因素，并得出与系统任务可靠性需求相关的模型产品。首先对指挥信息系统的构成体系和任务剖面两个方面进行研究分析，然后建立这两方面的映射关系。在任务剖面主要分析任务情景、目的、时间和层次关系等方面，在构成体系主要分析完成任务所需的功能和系统状态的转换等。

从DoDAF视图中选取高级概念模型（OV-1）、作战活动描述模型（OV-5b）、作战活动分解树（OV-5c）、系统功能模型（SV-4）、事件追踪描述模型（OV-6c）和统到作战活动的映射矩阵（SV-5a）。各产品间的关系如图1所示。

其中，OV-1从作战想定上描述系统需完成的任务，然后分析OV-1描述的作战场景，并分别从任务剖面和构成系统两个方面对任务可靠性建模。任务剖面方面，分别开发用于描述任务层次结构分解的OV-5a、作战活动描述模型OV-5b和事件追踪描述模型OV-6c;构成系统方面，开发用于描述系统基本可靠性信息的系统功能模型SV-4和系统在完成任务时的状态变化的系统状态转移描述模型SV-10b。最后开发系统到作战活动的映射矩阵SV-5a。

2 任务可靠性建模步骤

以陆军合成营的机动突击战斗为例，建立其指挥信息系统的任务可靠性模型。陆军合成营是初级合成的高级战术分队，合同战斗的基本战术单位和模块化作战编组的“标准组件”。机动突击战斗是指陆军合成营在作战地区内综合运用兵力、火力等手段，积极主动地对敌实施迅猛而精确打击、突击和攻占的战斗行动。本文采用UML建模语言，根据体系结构产品“由上至下”的开发原则和任务可靠性分析方法，逐步建立各个层次的体系结构模型，相应的开发步骤如下：

（1）建立高级作战概念图OV-1，依照其作战目标及作战部署，提出作战使命给出作战场景。陆军合成营的机动突击战斗高级作战视图如图2所示。

（2）建立作战活动分解树OV-5a，进一步将作战使命分配到各作战活动当中，确定作战活动之间的层次关系。机动突击作战一般包括：火力突击、冲击突破、割裂体系、毁歼目标、追歼逃敌等阶段，本文以火力突击阶段为例，描述合成营指挥信息系统的作战活动分解模型。

（3）建立作战活动模型OV-5b，作战活动模型是对作战活动关系的描述，如图3所示。通过开发作战活动模型，描述了侦察情报、指挥控制、火力打击等作战活动之间的执行顺序关系以及信息流。

（4）建立事件追踪描述模型OV-6c，当作战活动模型开发完成后，就可以开发事件追踪描述模型，描述事件触发产生的行为以及持续时间。

（5）建立系统功能模型SV-4，开发系统功能描述，用于确定功能及其层次关系的描述，上层功能由下层子功能支持，并且描述下层功能构成上层功能的逻辑关系。

（6）系统状态转移模型OV-10b，系统状态转移描述模型给定系统状态，描述了系统工作或故障的事件及状态。开发系统状态转移描述模型，给出系统状态转移的条件与状态。由于合成指挥信息系统状态转移模型比较简单，可描述为系统工作和系统故障两个状态的转移，如图4所示。还应分析各分系统的状态转移模型，受篇幅限制本文只给出通信网络分系统的状态转移模型，如图5所示。

3 结论

本文从作战任务的顶层概念模型出发，从作战任务和系统结构两个方面建立了指挥信息信息系统的任务可靠性模型产品集。最后以陆军合成营的机动突击作战为例，总结指挥信息系统任务可靠性模型的开发步骤，给出了合成营指挥信息系统任务可靠性模型产品集。这些为分析建立指挥信息系统任务可靠性的仿真模型提供有益的帮助和借鉴。

参考文献

[1]贾爱梅，蒋贤志.机动式指挥信息系统可靠性评估方法研究[J].计算机与数字工程，2011，39（11）：74-76+133.

[2]乔忠伟，汤中良.陆军合成营战斗[M].北京：军事科学出版社，2014.

[3]宋才胜，曾熠，罗雪山.C-41SR系统可靠性评价方法与技术研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2003（06）：43-47.