姜春曉 匡麟玲 李朕 李勇

1.清華大學(xué)國(guó)家信息科學(xué)與技術(shù)研究中心北京100084 2.清華大學(xué)電子工程系北京100084 3.天津七一二通信廣播股份有限公司天津300462

指揮與控制網(wǎng)絡(luò)[1](Command and Control Network,C2 網(wǎng)絡(luò)),是為指揮控制信息提供承載服務(wù)的信息網(wǎng)絡(luò),可支持態(tài)勢(shì)信息獲取、處理及分發(fā),命令執(zhí)行單元的指揮、控制與協(xié)同應(yīng)用.根據(jù)其具體應(yīng)用環(huán)境及實(shí)現(xiàn)功能,C2 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行實(shí)體可以是不同的無線、有線網(wǎng)絡(luò).C2 網(wǎng)絡(luò)作為承載、支撐指揮控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),影響著整個(gè)指揮與控制過程的效率和收益.

天基C2 網(wǎng)絡(luò)是指以天基平臺(tái)(如通信衛(wèi)星、中繼衛(wèi)星及其他各類航天單元)為核心載體的C2 系統(tǒng),是現(xiàn)代C2 網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中重要的組成部分.天基C2 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行與應(yīng)用需要綜合調(diào)度多個(gè)天基單元協(xié)同完成任務(wù),如何調(diào)度運(yùn)用各類天基通信資源及計(jì)算資源是問題的核心.圍繞此問題,本文總結(jié)了天基C2 網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)、體系架構(gòu)以及相關(guān)使能技術(shù),并提出了其未來技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展前景.

1 天基C2 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀

本節(jié)從C2 網(wǎng)絡(luò)的體系裝備、層次結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)敏捷程度等頂層架構(gòu)上進(jìn)行多維度、全方位的理論調(diào)研.文獻(xiàn)[2]介紹了C2 系統(tǒng)的體系裝備組成,將C2體系劃分為通信系統(tǒng)、偵察系統(tǒng)、C2 系統(tǒng)、進(jìn)攻系統(tǒng)、防空系統(tǒng)及保障系統(tǒng)等多系統(tǒng)架構(gòu),并通過多系統(tǒng)間合作調(diào)度以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的協(xié)作能力.同時(shí),該文獻(xiàn)總結(jié)了指揮控制層次結(jié)構(gòu),并將其分為兩種,一種是金字塔結(jié)構(gòu)的逐級(jí)指揮模式,另一種是無中心指揮模式,以滿足不同需求、不同場(chǎng)景下的C2 需求.文獻(xiàn)[3]提出了敏捷指揮控制系統(tǒng)的概念,其中敏捷性的含義是動(dòng)作快捷且穩(wěn)妥,而敏捷性一詞在C2 系統(tǒng)中則用以衡量C2 系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的靈活性.文獻(xiàn)從響應(yīng)速度、處理速度、演化過程以及場(chǎng)景應(yīng)用等角度提出了敏捷系統(tǒng)概念模型,并對(duì)C2 系統(tǒng)的敏捷程度進(jìn)行衡量與定位,全文從敏捷性這一較新穎的角度對(duì)C2 系統(tǒng)給出了全新的評(píng)價(jià).文獻(xiàn)[4]側(cè)重于C2網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,從聯(lián)合作戰(zhàn)的角度構(gòu)建了情報(bào)網(wǎng)、C2網(wǎng)和火力網(wǎng)組成的C2 體系網(wǎng)絡(luò)模型,并提出了指揮鏈的概念,基于指揮鏈提出了一套網(wǎng)絡(luò)效能的評(píng)價(jià)方法.

上述文獻(xiàn)介紹了C2 網(wǎng)絡(luò)在不同維度上的研究現(xiàn)狀,并從C2 網(wǎng)絡(luò)的體系劃分、層次結(jié)構(gòu)、敏捷性度量等角度進(jìn)行了全方位的調(diào)研,介紹了C2 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀.并枚舉了較為成熟的MUOS 系統(tǒng)、WGS系統(tǒng)以及AEHF 系統(tǒng)等已有的天基C2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),對(duì)其工作模式以及系統(tǒng)所存在的缺點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析,針對(duì)各系統(tǒng)所存在的共性缺點(diǎn),提出了4 點(diǎn)挑戰(zhàn),為天基C2 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供理論性的指導(dǎo)建議.

文獻(xiàn)[5]介紹了一種天基C2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)(MUOS).該系統(tǒng)由4 顆運(yùn)營(yíng)衛(wèi)星和1 顆備用衛(wèi)星組成,其主要作用是為移動(dòng)作戰(zhàn)部隊(duì)提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù).該系統(tǒng)共有4 個(gè)地面站,負(fù)責(zé)監(jiān)控衛(wèi)星的運(yùn)行狀況以及檢驗(yàn)指令的傳輸.系統(tǒng)中每顆衛(wèi)星16個(gè)點(diǎn)波束,采用WCDMA 技術(shù),并且支持現(xiàn)有的IP協(xié)議,傳輸速率為300 kb/s.MUOS 系統(tǒng)雖然是美國(guó)天基C2 系統(tǒng)的重要組成部分,但該系統(tǒng)仍是基于IP而建立的系統(tǒng),對(duì)業(yè)務(wù)支持能力存在不足,網(wǎng)絡(luò)效率較低.此外,該系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)安全方面仍存在不足,節(jié)點(diǎn)數(shù)較少,網(wǎng)絡(luò)抗毀性弱,且其網(wǎng)絡(luò)軟安全方面也無法得到保障.

文獻(xiàn)[6] 中介紹了寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)(WGS),該系統(tǒng)最初由3 顆對(duì)地靜止軌道衛(wèi)星組成實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋,其中WGS-1 覆蓋太平洋,WGS-2 覆蓋東印度洋,WGS-3 覆蓋大西洋.目前寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)部署9 顆在軌衛(wèi)星[7],可提供更高的通信應(yīng)變能力.該系統(tǒng)基于IP 協(xié)議,使得網(wǎng)絡(luò)之間具有較好的兼容性,但仍然存在對(duì)業(yè)務(wù)支持能力不足的缺點(diǎn).值得一提的是,該系統(tǒng)使用一體化的指揮與控制系統(tǒng)(CCS-C),屬于較先進(jìn)的未來軍用通信的一體化C2 系統(tǒng),是先進(jìn)的美軍天基C2 系統(tǒng).

文獻(xiàn)[8] 介紹了先進(jìn)極高頻衛(wèi)星系統(tǒng)(AEHF).該系統(tǒng)第一顆衛(wèi)星于2010年8月發(fā)射,取代了已運(yùn)行十多年老化的Milstar 衛(wèi)星系統(tǒng),相比Milstar 系統(tǒng),傳輸速率得到大幅度提高.第一代Milstar 系統(tǒng)的傳輸速率僅為75 kb/s,而AEHF 的傳輸速率已高于1 000 Mb/s.該系統(tǒng)可以服務(wù)6 000 個(gè)終端,4 000 個(gè)網(wǎng)絡(luò),其點(diǎn)波束數(shù)量得到了成倍的提高.高速率、大容量使得AEHF 成為美軍天基C2 系統(tǒng)中不可或缺的組成部分.該系統(tǒng)采用了EHF 頻段的擴(kuò)頻跳頻、自適應(yīng)多波束調(diào)零天線、自主運(yùn)行等技術(shù),提高了抗干擾性[9]和生存能力、降低了截獲率與偵查率.雖然該系統(tǒng)是現(xiàn)役且受保護(hù)的通信衛(wèi)星系統(tǒng),但是仍然存在技術(shù)上的不足,如網(wǎng)絡(luò)高延時(shí)的問題與資源調(diào)度的效率問題仍有待解決.

針對(duì)上述調(diào)研中已提及的各系統(tǒng)的缺點(diǎn),提出了天基C2 網(wǎng)絡(luò)中亟待解決的4 點(diǎn)問題,即網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)效率、網(wǎng)絡(luò)編排.分別從上述4個(gè)角度列舉4 項(xiàng)挑戰(zhàn),以完善天基C2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).

1)天基網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的高延時(shí)挑戰(zhàn).由于衛(wèi)星與地面之間[10]以及衛(wèi)星與衛(wèi)星之間傳輸距離較遠(yuǎn),且天基網(wǎng)絡(luò)自身存在著傳輸不確定性,故天基網(wǎng)絡(luò)天然地存在著較高的延時(shí)抖動(dòng)及較大的傳播延時(shí),并且該性質(zhì)成為制約天基C2 網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸所在.針對(duì)此問題,提出分布式[11?13]的邊緣C2 代理架構(gòu),通過天基網(wǎng)絡(luò)將C2 代理部署在C2 系統(tǒng)邊緣,希望從根本上降低網(wǎng)絡(luò)傳輸導(dǎo)致的C2 延時(shí),以發(fā)揮天基C2 網(wǎng)絡(luò)最大效能.

2)網(wǎng)絡(luò)安全帶來的挑戰(zhàn).傳統(tǒng)C2 網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是以指揮中心為核心的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受限于中心節(jié)點(diǎn),一旦中心節(jié)點(diǎn)故障則會(huì)造成大范圍癱瘓,系統(tǒng)魯棒性較差.因此,分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)取代中心化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是發(fā)展的必然趨勢(shì).此外,在分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中,天基C2 網(wǎng)還需克服節(jié)點(diǎn)失效、信息竊聽、DDoS 攻擊等安全問題.

3)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)帶來的挑戰(zhàn).已有網(wǎng)絡(luò)大都基于傳統(tǒng)IP 協(xié)議承載,雖然IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議具有端到端透明性、開放性和靈活性等諸多優(yōu)點(diǎn),但是該協(xié)議無法較好地服務(wù)于應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)層緊密耦合的C2 網(wǎng)絡(luò)中,并且在資源受限的天基系統(tǒng)里開銷大難以適用,因此,探索以應(yīng)用層指令內(nèi)容為中心來構(gòu)建內(nèi)容中心的新型C2 網(wǎng)絡(luò).

4)網(wǎng)絡(luò)在線編排帶來的挑戰(zhàn).分布式邊緣指揮代理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)固然有許多優(yōu)點(diǎn),該架構(gòu)擺脫了天基C2 網(wǎng)絡(luò)的瓶頸,降低了網(wǎng)絡(luò)延時(shí).然而,該架構(gòu)的引入又帶來了新的技術(shù)問題,即如何調(diào)度各邊緣指揮代理,以使得指揮代理之間實(shí)現(xiàn)最優(yōu)協(xié)作.該問題本質(zhì)上是資源編排問題,一是輕量化邊緣C2 節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源編排,二是邊緣C2 代理與邊緣平臺(tái)之間的網(wǎng)絡(luò)資源編排.因此,需要聯(lián)合優(yōu)化邊緣C2 網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)資源,合理地設(shè)計(jì)資源編排算法,以提高天基C2 網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用效能.

我們逐一分析了分布式邊緣指揮代理架構(gòu)所面臨的挑戰(zhàn),并給出初步的解決思路.調(diào)研已有C2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),并提出分布式邊緣C2 代理的架構(gòu),以降低網(wǎng)絡(luò)延時(shí);探討去中心化的網(wǎng)絡(luò)模型及基于區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)安全模型,以提高天基C2 網(wǎng)絡(luò)的抗毀性與安全性;在此基礎(chǔ)上,介紹基于內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,以提高面向不同任務(wù)的支持能力,進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)效率;進(jìn)一步地,圍繞天基C2 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)編排問題,探討計(jì)算與網(wǎng)絡(luò)資源的聯(lián)合優(yōu)化方法;展望天基C2 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展前景和發(fā)展方向.

2 天基C2 網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)挑戰(zhàn)

現(xiàn)有天基C2 網(wǎng)絡(luò)可總結(jié)為如圖1所示的3 層架構(gòu).最底層是天基通信層,即基礎(chǔ)設(shè)施層,由天基各類航天單位組成,主要任務(wù)是提供網(wǎng)絡(luò)傳輸所需的基礎(chǔ)設(shè)施,保障網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行;天基通信層的上層是業(yè)務(wù)承載層,該層將物理網(wǎng)絡(luò)通過邏輯抽象劃分為相互隔離的若干網(wǎng)絡(luò),以便定義各個(gè)隔離網(wǎng)絡(luò)的保密等級(jí),提供不同的服務(wù)質(zhì)量,并根據(jù)不同保密等級(jí)的業(yè)務(wù)來選擇所需承載的網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)按需重構(gòu);業(yè)務(wù)承載層的上層是組織運(yùn)用層,該層面向不同任務(wù)種類,依據(jù)不同任務(wù)對(duì)下層業(yè)務(wù)承載層進(jìn)行按需重構(gòu),以保證各種任務(wù)順利執(zhí)行,是C2 網(wǎng)絡(luò)的大腦.

通過對(duì)已有的C2 架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)性調(diào)研,提出適用于天基C2 網(wǎng)絡(luò)體系的邊緣智能代理架構(gòu),總結(jié)該代理架構(gòu)與傳統(tǒng)架構(gòu)的區(qū)別所在以及該代理架構(gòu)的應(yīng)用流程.

圖2 傳統(tǒng)OODA 架構(gòu)與本文所提智能代理架構(gòu)

本節(jié)調(diào)研了雙服務(wù)架構(gòu)、集群架構(gòu)、安全防護(hù)架構(gòu)、C4ISR 架構(gòu)、WIN-T、WNaN 等已有的C2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),并分析了網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)的參考模型.文獻(xiàn)[14]分析總結(jié)了雙服務(wù)器架構(gòu)、集群架構(gòu)、安全防護(hù)架構(gòu),以及應(yīng)用按需擴(kuò)展架構(gòu)等多個(gè)C2 系統(tǒng)架構(gòu)和其相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景,但缺少對(duì)天基C2 場(chǎng)景下的分析.文獻(xiàn)[15]分析了C4ISR 架構(gòu),并針對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)提出可靠性度量,該架構(gòu)雖然可應(yīng)用于天基網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景,但其互通性差、抗毀性弱,無法適用于未來C2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中.文獻(xiàn)[16] 中結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論,提出指揮控制的結(jié)構(gòu)生成模型[17],所生成的網(wǎng)絡(luò)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上有效地提高了抗毀性,但其生成算法中未考慮網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)的延時(shí)問題.文獻(xiàn)[18] 分析了美國(guó)的C2 網(wǎng)絡(luò)、WIN-T 以及WNaN 的優(yōu)缺點(diǎn),充分考慮了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)抗毀性、網(wǎng)絡(luò)安全性等諸多問題,可為新一代的天基C2 網(wǎng)絡(luò)提供有意義的技術(shù)參考.文獻(xiàn)[19]提出了網(wǎng)絡(luò)化的信息系統(tǒng)架構(gòu),并且給出了網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)3 層參考模型,參考模型被分為3 個(gè)主體:部門數(shù)據(jù)、戰(zhàn)區(qū)數(shù)據(jù)、全軍數(shù)據(jù),詳細(xì)介紹了內(nèi)部構(gòu)成及三者之間的邏輯關(guān)系,并從業(yè)務(wù)范圍、歸屬類別、數(shù)據(jù)形態(tài)及所描述對(duì)象4 個(gè)角度,對(duì)網(wǎng)絡(luò)化的信息系統(tǒng)架構(gòu)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類,為網(wǎng)絡(luò)化的信息系統(tǒng)架構(gòu)的建設(shè)提供參考依據(jù).

考慮到上述文獻(xiàn)中所調(diào)研的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)仍然無法降低天基場(chǎng)景下的網(wǎng)絡(luò)延時(shí).因此,提出智能邊緣代理架構(gòu)以取代傳統(tǒng)依賴于遠(yuǎn)程指揮中心的OODA 架構(gòu).傳統(tǒng)C2 網(wǎng)的C2 模式如圖2左圖所示,系統(tǒng)(敏感器)將探知信息通過天基C2 網(wǎng)絡(luò)發(fā)給遠(yuǎn)程指揮中心,隨后遠(yuǎn)程指揮中心生成任務(wù)指令,并通過天基C2網(wǎng)絡(luò)下發(fā)給單元(執(zhí)行器)以執(zhí)行具體任務(wù).可以看出,傳統(tǒng)架構(gòu)下的OODA 環(huán)路嚴(yán)格依賴于指揮中心與邊緣平臺(tái)(即敏感器、執(zhí)行器)之間的網(wǎng)絡(luò)傳遞;即在該過程中數(shù)據(jù)包全部交由不確定性的C2 網(wǎng)絡(luò)傳遞,網(wǎng)絡(luò)延時(shí)長(zhǎng)且抖動(dòng)大,難以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行確定性交付.針對(duì)此問題,提出分布式[11]邊緣代理架構(gòu),如圖2右圖所示,通過C2 代理部署將C2 中心的部分在線能力下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣,即觀察、判斷、決策、行動(dòng)等一系列時(shí)敏動(dòng)作在網(wǎng)絡(luò)邊緣處執(zhí)行,以擺脫對(duì)遠(yuǎn)程指揮中心的依賴,從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的目的.

該架構(gòu)的具體應(yīng)用流程如下:敏感器探測(cè)到信息后發(fā)給附近的指揮代理,由指揮代理調(diào)用相關(guān)應(yīng)用程序進(jìn)行研判和決策,生成任務(wù)指令并下發(fā)給附近的執(zhí)行器執(zhí)行.該過程無需經(jīng)過不確定的天基C2網(wǎng)絡(luò)來傳遞數(shù)據(jù),大幅度降低網(wǎng)絡(luò)延時(shí).在此架構(gòu)下,天基網(wǎng)絡(luò)的主要角色為離線模型學(xué)習(xí)[20],以及指揮代理的廣域按需部署和策略下發(fā).從本質(zhì)上看,我們所提的架構(gòu)將離線學(xué)習(xí)與在線計(jì)算解耦,避免了天基場(chǎng)景下由于遠(yuǎn)距離傳播所導(dǎo)致的傳播延時(shí)問題,從而達(dá)到大幅度降低OODA 環(huán)路延時(shí)、提高C2 效率的目的.

由上述分析可知,此架構(gòu)的轉(zhuǎn)換類似于由云計(jì)算向邊緣計(jì)算的轉(zhuǎn)換.在傳統(tǒng)的云計(jì)算中,所有數(shù)據(jù)交由遠(yuǎn)程云中心處理,處理后下發(fā)給數(shù)據(jù)請(qǐng)求端.而在新興的邊緣計(jì)算中,下沉云中心的計(jì)算能力到網(wǎng)絡(luò)的邊緣處(具體表現(xiàn)為下沉到基站附近),在邊緣處執(zhí)行計(jì)算任務(wù),以降低由網(wǎng)絡(luò)往返傳輸所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)延時(shí).邊緣分布式智能代理的架構(gòu)取代傳統(tǒng)遠(yuǎn)程指揮中心的OODA 架構(gòu)的思想便來源于邊緣計(jì)算與云計(jì)算之間的轉(zhuǎn)換過程.

3 天基C2 網(wǎng)絡(luò)的安全挑戰(zhàn)

如前所述,考慮到傳統(tǒng)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的C2 網(wǎng)絡(luò)抗毀性弱、魯棒性差,因此,天基C2 網(wǎng)絡(luò)更適合采用去中心化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).目前去中心化多采用靈活性較高的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)(Peer-to-Peer,即P2P).為了提高天基C2 網(wǎng)絡(luò)的抗毀性,本文對(duì)P2P 架構(gòu)的定義和應(yīng)用進(jìn)行了初步的調(diào)研與總結(jié),為天基C2 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供合理的策略與意見.文獻(xiàn)[21]介紹了P2P 架構(gòu)的定義及特點(diǎn),對(duì)P2P 作出全面的分析與比對(duì),提出了P2P 架構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn),有力地證實(shí)了P2P 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對(duì)天基C2 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要性.

P2P 網(wǎng)絡(luò)得益于其分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),因此,也滋生了基于P2P 分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的諸多應(yīng)用.文獻(xiàn)[22]中提出了P2P 網(wǎng)絡(luò)模式在軍事信息網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用,詳細(xì)地對(duì)比了傳統(tǒng)集中式網(wǎng)絡(luò)模式與分布式P2P的網(wǎng)絡(luò)模式,并指出了分布式網(wǎng)絡(luò)的諸多優(yōu)點(diǎn).文獻(xiàn)[23]中基于P2P 網(wǎng)絡(luò),提出情報(bào)自動(dòng)標(biāo)引算法及查詢分解算法,以提高分布式P2P 網(wǎng)絡(luò)的軍事情報(bào)檢索能力.文獻(xiàn)[24]提出了基于P2P 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的軍用實(shí)時(shí)通信技術(shù),給出了軍用實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)的五層概念模型及其基本用例的分析,并基于Visual C++ 搭建了通用平臺(tái),完成了軟件設(shè)計(jì)與接口設(shè)計(jì).文獻(xiàn)[25]提出了基于P2P 視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)急指揮系統(tǒng).通過分布存儲(chǔ)、P2P 傳輸?shù)姆绞?傳遞視頻信息流以應(yīng)對(duì)城市中突發(fā)事故的發(fā)生.而在綜述類的文獻(xiàn)[26]中對(duì)P2P 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行系統(tǒng)性總結(jié),從P2P 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)、應(yīng)用、挑戰(zhàn)、前景等諸多方面,多角度、系統(tǒng)性地介紹了P2P 網(wǎng)絡(luò),為P2P 網(wǎng)絡(luò)的未來建設(shè)奠定了基礎(chǔ).雖然P2P 網(wǎng)絡(luò)存在許多優(yōu)點(diǎn),尤其是其分布式去中心化的架構(gòu)十分適用于C2 網(wǎng)絡(luò)中,但是P2P 中仍有許多亟待解決的問題,如信任機(jī)制相對(duì)脆弱、節(jié)點(diǎn)安全不可控、信息竊聽、DDoS 攻擊、單節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)失效等諸多安全弊端.這些弊端易導(dǎo)致任務(wù)指令的丟失及篡改,乃至整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的崩潰.因此,基于P2P 分布式架構(gòu)的天基C2 網(wǎng)絡(luò)亟需解決因其安全性不足而帶來的隱患.

考慮到P2P 網(wǎng)絡(luò)自身存在開放性、匿名性等特點(diǎn),導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)易受攻擊.因此,文獻(xiàn)[27] 對(duì)已有的信任模型進(jìn)行概括總結(jié),對(duì)抑制惡意節(jié)點(diǎn)的研究進(jìn)行綜述,調(diào)研并總結(jié)了如何提高P2P 網(wǎng)絡(luò)安全.文獻(xiàn)[28]提出了區(qū)別于傳統(tǒng)信任模型的新模型,該模型將交易歷史信息存放于本地節(jié)點(diǎn)以代替將其存放于未知節(jié)點(diǎn)的傳統(tǒng)信任模型,進(jìn)而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)開銷、提高網(wǎng)絡(luò)安全的目的.文獻(xiàn)[29]提出了一種將復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論與基于激勵(lì)機(jī)制的定價(jià)模型相結(jié)合的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(P2P)網(wǎng)絡(luò)安全定價(jià)模型,該模型可以增加對(duì)惡意代碼傳播的抵抗力.文獻(xiàn)[30] 考慮了蠕蟲病毒在P2P網(wǎng)絡(luò)中的安全問題,基于動(dòng)力學(xué)模型,推導(dǎo)了被動(dòng)型蠕蟲傳播的閾值,有效地提高了網(wǎng)絡(luò)安全.文獻(xiàn)[31]提出了基于風(fēng)險(xiǎn)因子的信任機(jī)制模型,引入風(fēng)險(xiǎn)因子與推薦信任值,并利用激勵(lì)因子、懲罰因子以控制參數(shù)的變化,提高模型的安全性.

圖3 傳統(tǒng)P2P 網(wǎng)絡(luò)與去中心化網(wǎng)絡(luò)對(duì)比

上述文獻(xiàn)在一定程度上可以提高天基C2 網(wǎng)絡(luò)的安全性[32],但仍停留在對(duì)信任模型的依賴之中,一旦信任機(jī)制判斷錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致安全性的瓦解.為了解決上述問題,基于區(qū)塊鏈的去信任化機(jī)制被引入到天基C2 網(wǎng)絡(luò)中.此外,區(qū)塊鏈技術(shù)還具有去中心化、防篡改性及可追溯性等優(yōu)點(diǎn),完全符合天基C2網(wǎng)絡(luò)的要求.文獻(xiàn)[33]詳細(xì)地介紹了區(qū)塊鏈技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用,尤其是區(qū)塊鏈技術(shù)“去信任” 機(jī)制所帶來的優(yōu)點(diǎn)及該技術(shù)對(duì)未來軍事領(lǐng)域的重要程度.

綜合上述調(diào)研,在P2P 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中,天基C2網(wǎng)絡(luò)的安全問題可以依據(jù)如下思路求解.在系統(tǒng)架構(gòu)層次上,采用類似于P2P 的分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),充分借鑒P2P 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)以提高網(wǎng)絡(luò)的生存能力.在系統(tǒng)模型層次上,結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建去信任化的安全模型以取代基于信任的傳統(tǒng)模型,其中與區(qū)塊鏈技術(shù)相結(jié)合的安全模型可依照如下思路進(jìn)行分析.

考慮到傳統(tǒng)基于P2P 的C2 網(wǎng)絡(luò)由3 部分組成,分別是控制層、受控層和校驗(yàn)層,如圖3左邊所示.其中,控制層生成指令,通過天基C2 網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給受控層;受控層從網(wǎng)絡(luò)中接收指令并執(zhí)行;而校驗(yàn)層負(fù)責(zé)觀察、核對(duì)指令.因此,可考慮在傳統(tǒng)P2P 的C2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中加入?yún)^(qū)塊鏈層[34].如圖3右邊所示,控制層中各個(gè)控制節(jié)點(diǎn)先聯(lián)合簽名并生成指令信息,以便后續(xù)信息驗(yàn)證,此后控制節(jié)點(diǎn)將指令以廣播的形式下發(fā)給受控層的各個(gè)被控節(jié)點(diǎn),各被控節(jié)點(diǎn)收到信息后解密校驗(yàn),解密校驗(yàn)后繼續(xù)形成簽名信息留以后續(xù)查驗(yàn),當(dāng)各被控節(jié)點(diǎn)校驗(yàn)無誤后便可執(zhí)行指令,最后指令被簽名封裝形成可追溯的歷史數(shù)據(jù)打包進(jìn)區(qū)塊以形成可追溯的指令信息鏈.觀察者可隨時(shí)追溯歷史數(shù)據(jù),以檢驗(yàn)信息的正誤.

這種基于區(qū)塊鏈聯(lián)合簽名的方式,可以有效地防止信息被篡改,因?yàn)橹挥挟?dāng)多于51%的節(jié)點(diǎn)信息被修改后,敵人才可以成功篡改數(shù)據(jù).并且,這種聯(lián)合簽名的方式可以有效地追溯歷史數(shù)據(jù),包括信息的修改、發(fā)送、刪除等任何與信息有關(guān)的操作,這使得每一次對(duì)信息的操作都被記錄在案,提高了天基C2 網(wǎng)絡(luò)的安全性與可靠性.但是,這種基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)安全保障機(jī)制,為天基C2 系統(tǒng)帶來的復(fù)雜性開銷有待進(jìn)一步地討論.

4 天基C2 網(wǎng)絡(luò)的效率挑戰(zhàn)

互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展主要是通過在原有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,以不斷增加補(bǔ)丁的方式來演進(jìn).但是這些補(bǔ)丁只解決了眼前的問題,完全沒有考慮長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展.而當(dāng)這些由補(bǔ)丁建立起來的大樓根深蒂固時(shí),一旦整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系上出現(xiàn)弊病,則只能另建體系大樓,重新完善架構(gòu),現(xiàn)如今的網(wǎng)絡(luò)就出現(xiàn)了這類問題.傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)是基于IP、面向主機(jī)的訪問模式,這種架構(gòu)難以支撐當(dāng)今時(shí)代以業(yè)務(wù)為中心的網(wǎng)絡(luò)需求.故內(nèi)容中心網(wǎng)(Content-Centric Networking,CCN)、命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(Named Data Networking,NDN)等新興信息中心網(wǎng)(Information-Centric Networking,ICN)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生.因此,天基C2 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展必須吸取傳統(tǒng)地面互聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn),宜采用以新興ICN 的網(wǎng)絡(luò)體系為核心的模式,以提高天基C2 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)效率.

ICN 可以提高天基C2 網(wǎng)絡(luò)的指揮控制效率的核心原因如下:C2 網(wǎng)絡(luò)依靠數(shù)據(jù)鏈[35?37]將各個(gè)分系統(tǒng)鉸鏈在一起,實(shí)現(xiàn)了從平臺(tái)中心到網(wǎng)絡(luò)中心的轉(zhuǎn)型.而數(shù)據(jù)鏈被認(rèn)為是分系統(tǒng)的生命線,是各個(gè)平臺(tái)之間的干線與動(dòng)脈,承載了面向內(nèi)容的各種業(yè)務(wù)及應(yīng)用.然而,傳統(tǒng)的基于地址的IP 細(xì)腰協(xié)議架構(gòu)難以高效率承載面向內(nèi)容傳遞和交互的數(shù)據(jù)鏈技術(shù).為此需要將傳統(tǒng)IP 網(wǎng)的細(xì)腰上移,以應(yīng)用層指令內(nèi)容為中心,構(gòu)建ICN[38]以實(shí)現(xiàn)天基C2 網(wǎng)的高效運(yùn)行.因此,建立基于ICN 的天基C2 網(wǎng)絡(luò)是未來高效C2 網(wǎng)絡(luò)的必然趨勢(shì).

具體地,將傳統(tǒng)IP 網(wǎng)與ICN (以CCN 為例)進(jìn)行對(duì)比分析.如圖4左圖是傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的IP 細(xì)腰架構(gòu),在該架構(gòu)中一切基于IP、IP 兼顧一切.而右圖是CCN 示意圖[39?40],是內(nèi)容互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò),其核心優(yōu)勢(shì)在于面向內(nèi)容交互而非面向地址查找.因此,在以數(shù)據(jù)鏈技術(shù)為核心的C2 網(wǎng)絡(luò)中,采用CCN/NDN 的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議可以使得網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)具有更好的承載能力,將應(yīng)用層與網(wǎng)絡(luò)層打通,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)深度跨層優(yōu)化.此外,CCN/NDN 還具有流量調(diào)節(jié)能力,從而達(dá)到天基C2 網(wǎng)中擁塞避免、流量均衡的目的,以充分利用受限的天基網(wǎng)絡(luò)資源.

圖4 傳統(tǒng)的IP 網(wǎng)與CCN 對(duì)比圖

調(diào)研主要從以下4 方面展開:

1)從ICN 緩存技術(shù)的角度展開介紹,以提高天基C2 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)效率.文獻(xiàn)[41] 著重分析了CCN架構(gòu)下已有的緩存算法,調(diào)研了5 種典型的CCN緩存機(jī)制以提高網(wǎng)絡(luò)效率.文獻(xiàn)[42] 對(duì)已有緩存技術(shù)進(jìn)行調(diào)研總結(jié)的.并挖掘了緩存利用效率低的根本原因,其原因是在已有的緩存算法中只有從內(nèi)容請(qǐng)求者到內(nèi)容源這條路徑上的緩存才可被利用,而處于路徑之外的緩存無法被利用,并針對(duì)該原因提出了基于跟蹤器的緩存利用策略,擴(kuò)大了緩存可調(diào)用的范圍,有效地降低了內(nèi)容獲取的時(shí)間.文獻(xiàn)[43?44]中同樣提出了在NDN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下對(duì)緩存機(jī)制的研究,并提出了交替路由緩存策略,該策略通過給數(shù)據(jù)包添加標(biāo)志位的方式,規(guī)避了相鄰節(jié)點(diǎn)緩存相同數(shù)據(jù)的情況,有效地提高了緩存性能.

2)從ICN 路由算法的角度展開介紹,以提高天基C2 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)效率.文獻(xiàn)[45]清晰地指明了基于IP 的路由弊端,繼而提出了SDN[46]架構(gòu)下的最優(yōu)路由算法,該算法考慮了節(jié)點(diǎn)的負(fù)載程度和內(nèi)容的活躍程度,有利于全網(wǎng)路徑規(guī)劃,便于全局調(diào)度.文獻(xiàn)[47]基于啟發(fā)式的蟻群優(yōu)化算法,給出了基于端口優(yōu)先級(jí)的路由策略.文獻(xiàn)[48]先對(duì)CCN 進(jìn)行了系統(tǒng)性的介紹,并針對(duì)路由算法、多源內(nèi)容分發(fā)機(jī)制、內(nèi)容獲取等方面進(jìn)行了多維度、多層次的討論,同時(shí)研究了CCN 的應(yīng)用及性質(zhì).

3)從ICN 的實(shí)際落實(shí)、平臺(tái)搭建的角度展開介紹.文獻(xiàn)[49]側(cè)重于CCN 的具體實(shí)現(xiàn)與落實(shí),文中基于Linux 系統(tǒng)開發(fā)了基于底層可部署的路由節(jié)點(diǎn)系統(tǒng),并實(shí)現(xiàn)去IP 化的CCN 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),而且在不同環(huán)境場(chǎng)景下實(shí)現(xiàn)了文件傳輸?shù)葘?shí)際功能.環(huán)境平臺(tái)的成功搭建說明文獻(xiàn)中所提出的部署方案可以脫離傳統(tǒng)TCPIP 協(xié)議的制約,實(shí)現(xiàn)了將CCN 網(wǎng)絡(luò)從理論討論到實(shí)際落實(shí)的跨越.文獻(xiàn)[50]明確地分析了CCN 的優(yōu)勢(shì)所在,針對(duì)網(wǎng)絡(luò)效率問題,著重研究了相似內(nèi)容的搜索問題,一定程度上解決了傳統(tǒng)搜索機(jī)制的弊端,基于IBM 服務(wù)器搭建硬件平臺(tái),并基于Linux 系統(tǒng)、G++編譯器及JDK 搭建軟件環(huán)境,以軟硬結(jié)合的方式驗(yàn)證了算法的可行性與穩(wěn)定性.

4)從交叉學(xué)科的角度展開介紹.文獻(xiàn)[51]提出了以最小時(shí)延為目標(biāo)的擁塞控制算法,該算法中基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的原理[52],提出了智能轉(zhuǎn)發(fā)策略,以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)遞交率,有效地降低網(wǎng)絡(luò)的擁塞.

綜合上述調(diào)研可知,天基C2 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)效率問題可以依據(jù)如下思路以尋求解決方案.由于我們討論的場(chǎng)景是天基C2 網(wǎng)絡(luò),隸屬于分布式系統(tǒng)的應(yīng)用范疇.而在非集中式的通信網(wǎng)絡(luò)中,緩存技術(shù)顯得尤為重要,因此,在緩存技術(shù)方面,天基C2 網(wǎng)絡(luò)需要基于ICN 協(xié)議,合理地設(shè)計(jì)緩存分配算法,以解決網(wǎng)絡(luò)效率帶來的挑戰(zhàn).此外,還需要考慮基于ICN 協(xié)議的路由算法設(shè)計(jì),由于天基C2 網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)天基系統(tǒng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)中天基節(jié)點(diǎn)繁多,故在多節(jié)點(diǎn)、高動(dòng)態(tài)的場(chǎng)景下基于ICN 協(xié)議的路由算法設(shè)計(jì)問題,成為構(gòu)建天基C2 網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵一步.完成上述理論研究后,還需考慮構(gòu)建仿真環(huán)境,并搭建實(shí)物平臺(tái),以檢驗(yàn)緩存技術(shù)的增益及路由算法的收斂時(shí)間,從而進(jìn)一步地驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)效率的提高.

5 天基C2 網(wǎng)絡(luò)的資源編排挑戰(zhàn)

前文引入了分布式邊緣C2 代理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),將遠(yuǎn)程指揮中心分為多個(gè)邊緣C2 代理節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)邊緣處執(zhí)行指揮與控制的決策,有效降低網(wǎng)絡(luò)延時(shí).然而,該架構(gòu)的引入也帶來了新的技術(shù)問題.

一是各個(gè)C2 代理節(jié)點(diǎn)之間以及C2 代理與邊緣平臺(tái)之間的信息共享問題,為解決該問題需設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)資源編排算法,通過調(diào)度、部署節(jié)點(diǎn)間的帶寬資源和鏈路資源[53],以實(shí)現(xiàn)情報(bào)的及時(shí)傳遞和信息的實(shí)時(shí)共享,進(jìn)而有助于代理節(jié)點(diǎn)獲取全局信息,從而實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)決策.二是C2 代理節(jié)點(diǎn)本身的計(jì)算資源分配問題.由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)需要并行執(zhí)行多個(gè)任務(wù),因此,節(jié)點(diǎn)內(nèi)的計(jì)算資源需要通過編排算法合理分配.三是網(wǎng)絡(luò)資源與計(jì)算資源的聯(lián)合優(yōu)化問題,考慮到部分C2 代理需調(diào)用多個(gè)邊緣平臺(tái)的信息聯(lián)合作戰(zhàn),因此,需對(duì)不同平臺(tái)動(dòng)態(tài)按需分配多類資源,此時(shí)是網(wǎng)絡(luò)資源與計(jì)算資源的實(shí)時(shí)聯(lián)合優(yōu)化問題.針對(duì)上述問題,調(diào)研了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)編排的現(xiàn)狀,總結(jié)了已有的資源分配算法,以指導(dǎo)天基C2 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè).

我們的調(diào)研主要從以下4 方面展開:

1)基于MEC 的架構(gòu)類問題.考慮到前文所提的分布式邊緣C2 代理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一種MEC 架構(gòu),而文獻(xiàn)[54] 中的綜述內(nèi)容是圍繞MEC 展開的,該文獻(xiàn)與本文的架構(gòu)最為貼切.因此,可充分借鑒該文獻(xiàn)的內(nèi)容以擴(kuò)充分布式邊緣C2 代理的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu).文獻(xiàn)中以MEC 為核心,分別調(diào)研了MEC 的使能技術(shù)、MEC 參考架構(gòu)、基于MEC 的網(wǎng)絡(luò)編排、MEC在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的部署等.尤其是基于MEC 的網(wǎng)絡(luò)編排中,總結(jié)了MEC 的編排流程,介紹了MEC 的編排分類,給出了每一種編排分類算法下的文獻(xiàn)調(diào)研,為分布式邊緣C2 代理架構(gòu)發(fā)展提供有力支撐.

2)編排與優(yōu)化類問題.這一部分將資源分配問題建模為NP-hard 類型的優(yōu)化問題,繼而通過降低算法復(fù)雜度的方式來求解.文獻(xiàn)[55]著重考慮了網(wǎng)絡(luò)編排中的資源編排算法,將資源分配問題建立成一個(gè)NP-hard 問題,通過設(shè)計(jì)HPGP 算法降低算法復(fù)雜度.同時(shí)還提出最小化網(wǎng)絡(luò)擁塞的資源編排模型和最大化運(yùn)營(yíng)商利潤(rùn)的切片資源編排模型.通過設(shè)計(jì)優(yōu)化算法以降低算法復(fù)雜度.在文獻(xiàn)[56?57]中,同樣建立了NP-hard 的優(yōu)化問題,并考慮到不同應(yīng)用程序可能因其異構(gòu)要求而需要不同的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn),并提出了一種分布式資源分配和編排的DRAGON 算法,實(shí)現(xiàn)了以分布式方式編排云服務(wù)或邊緣服務(wù)的目的,以尋求不同參與者之間共享資源的最佳劃分.文獻(xiàn)[58] 中針對(duì)MEC 的資源分配問題,建立了NP-hard的優(yōu)化問題,并提出了MEC 系統(tǒng)中基于定價(jià)機(jī)制的計(jì)算資源置換算法,以提高資源利用率和用戶體驗(yàn),繼而提出了基于自適應(yīng)比特流的視頻緩存更新算法,以降低訪問時(shí)延和視頻的回源率,提高存儲(chǔ)資源的利用率.文獻(xiàn)[59]也提出了一種資源編排模型,文中考慮到不同平臺(tái)間的任務(wù)并行執(zhí)行、分布式處理,并在多云部署中為處理任務(wù)分配資源以優(yōu)化處理效益.文獻(xiàn)[60] 研究了一種虛擬資源嵌入模型,其本質(zhì)仍然是節(jié)點(diǎn)資源與帶寬資源的資源分配模型,文中提出了GR-SP-SAA 算法,并從虛擬網(wǎng)絡(luò)接受率和資源利用率兩維度研究虛擬網(wǎng)絡(luò)嵌入算法,有效地提高了網(wǎng)絡(luò)的資源利用率和網(wǎng)絡(luò)性能,為資源編排模型提供了有力的理論依據(jù).

3)編排與博弈類問題.這一部分將資源分配問題建立為博弈模型.文獻(xiàn)[61]建立了基于李雅普諾夫漂移懲罰的優(yōu)化模型,然后根據(jù)分布式基站的部署特性,建立非合作博弈模型,并提出了邊緣計(jì)算資源分配算法以最小化基站成本,并驗(yàn)證了納什均衡解的存在性與可達(dá)性.文獻(xiàn)[62]考慮多級(jí)的能源供應(yīng)商與運(yùn)營(yíng)商之間的博弈問題,基于古諾博弈模型建立了綠色虛擬化邊緣計(jì)算協(xié)同資源分配的博弈模型[63],提出了可以權(quán)衡能源供應(yīng)商與運(yùn)營(yíng)商之間利益的均衡策略解.繼而將該資源分配模型擴(kuò)展為多級(jí)邊緣計(jì)算協(xié)同分配模型,擴(kuò)展了模型的可用性與實(shí)際的貼近性.并分析了在博弈過程中,影響運(yùn)營(yíng)商博弈策略的影響因素,給出了系統(tǒng)性的分析與解讀.

4)較新穎類的問題.文獻(xiàn)[64] 中,將資源分配模型建模為平均成本準(zhǔn)則下的半馬爾可夫決策過程[65],并巧妙地使用線性規(guī)劃技術(shù)解決了優(yōu)化問題.文獻(xiàn)[66] 將人工智能技術(shù)引入到網(wǎng)絡(luò)編排算法中,給出了基于人工智能的編排系統(tǒng)架構(gòu)框圖.在人工智能模塊中添加資源分配模塊、流量調(diào)度模塊、智能運(yùn)維模塊,實(shí)現(xiàn)了從“自動(dòng)化”到“智能化”的轉(zhuǎn)變.文獻(xiàn)[67?68]則從區(qū)塊鏈的角度,提出了基于區(qū)塊鏈的分布式計(jì)算資源分配算法,以實(shí)現(xiàn)可信的存儲(chǔ)與資源的分配,進(jìn)而促使邊緣設(shè)備具有可擴(kuò)展性,并增強(qiáng)了其安全性.

綜合上述調(diào)研可知,天基C2 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)編排問題可以依據(jù)如下思路以尋求解決方案:先明確天基C2 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)隸屬于分布式的邊緣計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),即MEC 架構(gòu).在此架構(gòu)的基礎(chǔ)上,可以研究資源編排問題以最大化網(wǎng)絡(luò)資源利用率,進(jìn)而達(dá)到天基C2 網(wǎng)絡(luò)低延時(shí)、高效率的目標(biāo).針對(duì)資源編排問題,初步的解決思路是建模為NP-hard 優(yōu)化類問題,通過降低算法復(fù)雜度的方式以求解次優(yōu)解.此外,資源編排類問題也可建模為非合作博弈模型,運(yùn)用博弈論的思想刻畫天基C2 網(wǎng)絡(luò)的資源分配過程.通過上述方案及求解過程,可以設(shè)計(jì)天基C2 網(wǎng)絡(luò)的資源編排算法,在保障天基C2 網(wǎng)絡(luò)資源利用率的同時(shí),達(dá)到最大化網(wǎng)絡(luò)性能的目的.

6 結(jié)論

未來C2 網(wǎng)絡(luò)之間的競(jìng)爭(zhēng)是其體系架構(gòu)之間的競(jìng)爭(zhēng).通過C2 網(wǎng)絡(luò)將指揮中心、邊緣指揮代理、執(zhí)行系統(tǒng)、敏感系統(tǒng)等多方位一體化高效鏈接,以達(dá)到各分系統(tǒng)間及時(shí)分享信息、提高系統(tǒng)間的協(xié)同能力、增加指揮中心的指揮效率等目的.

在未來的天基C2 網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中,每一個(gè)天基節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)智能處理體[69],在接收并執(zhí)行指揮中心指令的同時(shí),通過類腦計(jì)算模型來感知外界信息的變化,自主智能決策;各天基節(jié)點(diǎn)間通過高度的配合與協(xié)同,達(dá)到自主優(yōu)化資源、自主配置網(wǎng)絡(luò)、自主保護(hù)節(jié)點(diǎn)的目的;并形成具有智能決策、實(shí)時(shí)反饋和自主調(diào)節(jié)的閉環(huán)知識(shí)驅(qū)動(dòng)式網(wǎng)絡(luò).

此外,天基網(wǎng)絡(luò)與地基網(wǎng)絡(luò)融合形成一體化的綜合處理系統(tǒng)[70]也是未來的發(fā)展方向,由天基網(wǎng)執(zhí)行對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的任務(wù),由地基網(wǎng)執(zhí)行對(duì)實(shí)時(shí)性較低的任務(wù).通過綜合利用各種技術(shù)手段來處理信息的方式,以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的高效傳輸以及實(shí)時(shí)交互的目的,進(jìn)而構(gòu)建全球一體化的C2 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施.