有關(guān)本科通信學(xué)畢業(yè)論文
人類活動(dòng)離不開(kāi)信息交互,信息交互離不開(kāi)通信技術(shù)。通信技術(shù)發(fā)展和人類文明進(jìn)步齊頭并進(jìn),相互促進(jìn),相互發(fā)展。下面是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的有關(guān)本科通信學(xué)畢業(yè)論文，供大家參考。
有關(guān)本科通信學(xué)畢業(yè)論文范文一：M2M移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究
【摘 要】文章對(duì)M2M業(yè)務(wù)特征和MTC通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行了探討。首先詳細(xì)分析M2M業(yè)務(wù)特征以及對(duì)現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)的影響;然后借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織提出的M2M網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和M2M業(yè)務(wù)需求提出了3G網(wǎng)絡(luò)階段適用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】M2M 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) PCRF 核心網(wǎng) 專用網(wǎng)元
1 引言
物物通信(M2M，Machine to Machine)是一種涉及一個(gè)或多個(gè)實(shí)體的不需要人為干預(yù)的數(shù)據(jù)通信，也稱為機(jī)器類型通信(MTC，Machine-Type Communication)。隨著M2M業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的MTC正日益成為一種主要的移動(dòng)通信方式，但是傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)畢竟是面向人人通信(H2H，Hu-man to human)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的，適應(yīng)H2H的業(yè)務(wù)需求，卻不能滿足M2M業(yè)務(wù)需求。具體來(lái)說(shuō)，MTC和傳統(tǒng)人人通信的不同之處包括以下方面[1]：
(1)基于MTC通信的應(yīng)用場(chǎng)景比H2H通信的場(chǎng)景豐富很多，而且具有差異性。根據(jù)功能特性劃分大致可歸納為位置感知和共享、環(huán)境信息感知、遠(yuǎn)程控制與執(zhí)行、數(shù)據(jù)收集發(fā)布、視頻監(jiān)控、近場(chǎng)通信等。這些應(yīng)用的差異化一方面表現(xiàn)為功能上的多樣性;另一方面也體現(xiàn)在應(yīng)用特征以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求上的差異化。
(2)數(shù)據(jù)通信為主，包括小流量數(shù)據(jù)包、視頻流等。
(3)要求MTC通信成本比H2H更低。由于M2M業(yè)務(wù)是在H2H業(yè)務(wù)之后發(fā)展起來(lái)的，最小化成本是M2M業(yè)務(wù)生存的重要考慮。不同的應(yīng)用因其重要性不同，對(duì)通信的要求也是不同的，需要結(jié)合事件發(fā)生的可能性和需要付出的通信等綜合成本來(lái)考慮進(jìn)行成本的最小化。
(4)M2M終端數(shù)目巨大，需要更靈活和有策略的終端管理。潛在的海量M2M終端接入通信網(wǎng)絡(luò)，而且M2M終端無(wú)論是從傳輸特性、QoS要求和移動(dòng)性，還是從終端的分布密度方面，都與H2H終端有很大不同。
(5)以小數(shù)據(jù)量傳輸為主。
如果繼續(xù)使用傳統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行MTC通信，其系統(tǒng)的效率、成本和適用性都無(wú)法達(dá)到最優(yōu)。因此，在考慮M2M業(yè)務(wù)特征的同時(shí)減少對(duì)H2H業(yè)務(wù)的影響，從而設(shè)計(jì)MTC專用的通信系統(tǒng)，是當(dāng)前物物通信不斷發(fā)展背景下的一個(gè)重要課題。
2 M2M業(yè)務(wù)特征分析
網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)，需要以網(wǎng)絡(luò)所承載的具體業(yè)務(wù)為出發(fā)點(diǎn)[2]。也就是說(shuō)，M2M網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)需要充分分析M2M業(yè)務(wù)特征和需求，結(jié)合終端上下行數(shù)據(jù)量、頻度、QoS需求等方面的業(yè)務(wù)特征，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用分為如下五類。其中，對(duì)各類應(yīng)用的部分需求和特征進(jìn)行了分析，包括移動(dòng)性、群組通信、鑒權(quán)以及按計(jì)劃周期性處理等，不同場(chǎng)景間有較大差異。
(1)監(jiān)控報(bào)警類：傳感器本地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)生不符合預(yù)期的數(shù)據(jù)變化時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通知應(yīng)用層進(jìn)行報(bào)警。
平均數(shù)據(jù)傳輸速率：低，僅在某些觸發(fā)條件下發(fā)送少量上行數(shù)據(jù)流量。
尖峰數(shù)據(jù)傳輸速率：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求確定的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容有關(guān)。
QoS要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求以及當(dāng)前數(shù)據(jù)所代表的含義有關(guān)。
數(shù)據(jù)安全要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。
數(shù)據(jù)可靠傳遞要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。
數(shù)據(jù)持續(xù)性：低，僅在發(fā)生預(yù)置的事件時(shí)存在短暫的或者持續(xù)時(shí)間較短的數(shù)據(jù)傳輸。
與人交互性：低，通常由系統(tǒng)根據(jù)預(yù)置處理方式自動(dòng)處理。
對(duì)連接性的需求：需要監(jiān)控連接性以防破壞或無(wú)效。
終端移動(dòng)性：因無(wú)下行流量需求，所以無(wú)移動(dòng)性需求。
舉例：輸血車(chē)血液環(huán)境監(jiān)測(cè);井蓋監(jiān)控;移動(dòng)資產(chǎn)跟蹤。
(2)數(shù)據(jù)收集類
平均數(shù)據(jù)傳輸速率
上行流量：中，數(shù)據(jù)量較大，持續(xù)的數(shù)據(jù)上報(bào)或者周期性數(shù)據(jù)上報(bào);下行流量：低，更多的是用于修改上報(bào)規(guī)則等。
尖峰數(shù)據(jù)傳輸速率：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求確定的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容有關(guān)。
QoS要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求以及當(dāng)前數(shù)據(jù)所代表的含義有關(guān)。
數(shù)據(jù)安全要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。
數(shù)據(jù)可靠傳遞要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。
數(shù)據(jù)持續(xù)性：取決于數(shù)據(jù)傳輸間隔和傳輸方式的選擇。[論文網(wǎng)]
與人交互性：低，通常由系統(tǒng)根據(jù)預(yù)置處理方式自動(dòng)處理。
對(duì)連接性的需求：需要監(jiān)控連接性以防破壞或無(wú)效。
終端移動(dòng)性：因偶爾有下行數(shù)據(jù)，所以需要優(yōu)化的移動(dòng)性管理。
舉例：氣象信息監(jiān)測(cè);火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集;路況信息收集。
(3)信息推送類
平均數(shù)據(jù)傳輸速率
上行流量：通常較低，主要用于提供應(yīng)用所需的過(guò)濾或輸入條件(如位置信息);下行流量：通常較大，主要用于傳遞所推送的信息(如廣告、視頻媒體等)，持續(xù)的、基于交互等外界條件出發(fā)的或者周期性的數(shù)據(jù)推送。
尖峰數(shù)據(jù)傳輸速率：具有明顯的尖峰數(shù)據(jù)特征，在條件觸發(fā)后下發(fā)匹配的信息。
QoS要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求以及當(dāng)前數(shù)據(jù)所代表的含義有關(guān)。
數(shù)據(jù)安全要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。
數(shù)據(jù)可靠傳遞要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。
數(shù)據(jù)持續(xù)性：通常具有較長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)性。
與人交互性：高，通常用戶會(huì)做出反饋，系統(tǒng)根據(jù)反饋對(duì)推送的信息進(jìn)行調(diào)整。
對(duì)連接性的需求：較強(qiáng)，需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接以便于進(jìn)行數(shù)據(jù)的正確傳輸。
終端移動(dòng)性：兩極分化。部分終端有很強(qiáng)的移動(dòng)性;部分終端則通常不移動(dòng)。
舉例：智能博物館等。
(4)視頻監(jiān)控類
平均數(shù)據(jù)傳輸速率
上行流量：高，主要用于傳遞所監(jiān)控的多媒體數(shù)據(jù);下行流量：低，主要用于傳遞控制和調(diào)節(jié)命令等。
尖峰數(shù)據(jù)傳輸速率：無(wú)明顯的尖峰數(shù)據(jù)特征，數(shù)據(jù)傳輸通常維持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的傳輸速率。
QoS要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。
數(shù)據(jù)安全要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。
數(shù)據(jù)可靠傳遞要求：不同時(shí)刻有不同的要求。如在正常情況下要求適中，但一旦發(fā)生某些預(yù)置的事件則需要較高的可靠性傳遞。
數(shù)據(jù)持續(xù)性：通常具有長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)性。
與人交互性：低，用戶偶爾會(huì)對(duì)視頻監(jiān)控過(guò)程進(jìn)行干預(yù)。
對(duì)連接性的需求：較強(qiáng)，需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接以便于進(jìn)行數(shù)據(jù)的正確傳輸。
終端移動(dòng)性：兩極分化。部分終端有很強(qiáng)的移動(dòng)性;部分終端則通常不移動(dòng)。
舉例：家庭安防中的視頻監(jiān)控等。
(5)遠(yuǎn)程控制執(zhí)行器類
平均數(shù)據(jù)傳輸速率
上行流量：通常較低，主要用于提供應(yīng)用所需的過(guò)濾或輸入條件(如預(yù)置事件的發(fā)生);下行流量：取決于控制對(duì)象和控制命令的復(fù)雜程度。
尖峰數(shù)據(jù)傳輸速率：通常具有明顯的尖峰數(shù)據(jù)特征。
QoS要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。
數(shù)據(jù)安全要求：不同場(chǎng)景間有較大差異，與應(yīng)用需求有關(guān)。
數(shù)據(jù)可靠傳遞要求：要求較高，因涉及到控制過(guò)程是否能夠正常實(shí)現(xiàn)。
數(shù)據(jù)持續(xù)性：通常具有長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)性。
與人交互性：高，通常是對(duì)人操作指令的具體反映。
對(duì)連接性的需求：較強(qiáng)，需要維護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接以便于進(jìn)行數(shù)據(jù)的正確傳輸。
終端移動(dòng)性：兩極分化。部分終端有很強(qiáng)的移動(dòng)性;部分終端則通常不移動(dòng)。
舉例：工業(yè)自動(dòng)化等。
3 M2M業(yè)務(wù)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)的影響
從對(duì)現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)的影響來(lái)說(shuō)，M2M業(yè)務(wù)可以分為兩類：A類是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)不能滿足需要網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的業(yè)務(wù)，這類業(yè)務(wù)需要過(guò)載控制功能來(lái)避免網(wǎng)絡(luò)過(guò)載，以及針對(duì)客戶的業(yè)務(wù)需求提供差別化的服務(wù);B類是對(duì)于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)影響較小的業(yè)務(wù)，這類業(yè)務(wù)是對(duì)時(shí)效性要求不高的MTC業(yè)務(wù)，而且這些業(yè)務(wù)和現(xiàn)在的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)有類似的需求。從整體來(lái)說(shuō)，M2M業(yè)務(wù)中大部分是A類業(yè)務(wù)，以下分析的是A類業(yè)務(wù)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)的影響[3]。
M2M業(yè)務(wù)的多樣性、差異化，網(wǎng)絡(luò)的多種接入方式，M2M終端的海量性、差異化，以及M2M業(yè)務(wù)表現(xiàn)出來(lái)的傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)所不具有的各種特點(diǎn)，都對(duì)現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)和網(wǎng)元設(shè)備產(chǎn)生了很大影響，其直接后果是現(xiàn)網(wǎng)的核心網(wǎng)元如HLR/PCRF/GGSN的能力已經(jīng)不能滿足M2M業(yè)務(wù)所帶來(lái)的信令、流量沖擊和業(yè)務(wù)控制需求，主要體現(xiàn)在以下方面：
(1)由于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的特殊性，可能會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)大量的信令，會(huì)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵信令控制設(shè)備(STP/HLR/PCRF)造成影響而導(dǎo)致全網(wǎng)的癱瘓。因此，一方面要大規(guī)模提高相關(guān)信令控制設(shè)備的容量或設(shè)備的信令處理能力;另一方面需要進(jìn)行差異化、分優(yōu)先級(jí)的接入控制;此外，關(guān)鍵信令控制和處理設(shè)備要具備一定的設(shè)備過(guò)載保護(hù)機(jī)制以及高容災(zāi)、高流控能力，避免關(guān)鍵網(wǎng)元的過(guò)載，從而有效提升整網(wǎng)的可靠性。
(2)由于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的特殊性，其接入方式的多樣性，涉及行業(yè)及用戶和設(shè)備的多樣性、海量性，因此需要對(duì)用戶數(shù)據(jù)管理HLR網(wǎng)元進(jìn)行相應(yīng)增強(qiáng)，包括其數(shù)據(jù)庫(kù)的可擴(kuò)展性和靈活性，除了標(biāo)準(zhǔn)的用戶簽約信息，還有設(shè)備序列號(hào)、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序信息、位置信息和配額信息等運(yùn)營(yíng)商、M2M客戶私有字段等;對(duì)多種接入類型的支持，可對(duì)由不同接入類型(2G/3G/LTE)接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備進(jìn)行鑒權(quán);對(duì)用戶標(biāo)識(shí)和尋址的靈活動(dòng)態(tài)支持，支持一卡多號(hào)或一號(hào)多卡;支持對(duì)終端設(shè)備基本狀態(tài)的查詢，能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)側(cè)下發(fā)終端“蘇醒”請(qǐng)求，發(fā)現(xiàn)設(shè)備被盜時(shí)能夠立刻鎖死等。
(3)由于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的特殊性及多樣性、群組性，因此有必要對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行區(qū)分，包括業(yè)務(wù)分類分級(jí)、QoS分級(jí)、用戶分組、設(shè)備分組，從而進(jìn)行流量管理和業(yè)務(wù)管理，根據(jù)忙閑時(shí)、地理位置等各種特性采取不同的接入和傳輸處理策略等。此外，在現(xiàn)網(wǎng)PCC架構(gòu)中疊加物聯(lián)網(wǎng)策略控制，因其特殊性，PCRF(Policy and Charging Rules Function，策略與計(jì)費(fèi)規(guī)則功能)進(jìn)行策略控制時(shí)需先判斷是個(gè)人用戶還是物聯(lián)網(wǎng)用戶，而且物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的瞬時(shí)爆發(fā)性會(huì)影響現(xiàn)網(wǎng)PCC架構(gòu)，所以有必要設(shè)置專用的物聯(lián)網(wǎng)M2M PCRF。
總之，需要對(duì)相關(guān)網(wǎng)元進(jìn)行能力的增強(qiáng)和升級(jí)，可以改造現(xiàn)有相關(guān)網(wǎng)元，也可以設(shè)置M2M的專用網(wǎng)元疊加在現(xiàn)有H2H網(wǎng)絡(luò)上來(lái)解決相應(yīng)問(wèn)題。
4 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織提出的M2M網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織如ITU、ETSI和3GPP等分別從不同角度提出了M2M的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[4]。
根據(jù)ITU-T發(fā)布的定義，物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)主要可劃分為三個(gè)層面：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。如圖1所示，該架構(gòu)基本達(dá)成業(yè)界共識(shí)，但是其體系架構(gòu)過(guò)于抽象屬于概念模型，在轉(zhuǎn)化為技術(shù)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中還需要細(xì)化。
在ITU-T物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，ETSI提出了一種可看作邏輯模型的M2M應(yīng)用頂層架構(gòu)[5]。如圖2所示，ETSI把M2M體系架構(gòu)劃分為M2M設(shè)備及網(wǎng)關(guān)和M2M網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)大域。M2M設(shè)備及網(wǎng)關(guān)域包括M2M設(shè)備、M2M網(wǎng)關(guān)和M2M局域網(wǎng)，可以基于現(xiàn)有的各類標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn);M2M網(wǎng)絡(luò)域則包括廣域網(wǎng)和M2M應(yīng)用系統(tǒng)。
相較于ITU的概念模型，ETSI的邏輯模型側(cè)重于M2M服務(wù)能力層，通過(guò)對(duì)服務(wù)能力和接口的定義來(lái)實(shí)現(xiàn)屏蔽網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)的M2M應(yīng)用、M2M服務(wù)能力及網(wǎng)絡(luò)三者之間的相互調(diào)用，可供在研究平臺(tái)和網(wǎng)關(guān)設(shè)備功能及接口時(shí)參考。
在ETSI的體系架構(gòu)基礎(chǔ)上，3GPP也提出了一種支持MTC應(yīng)用的通信架構(gòu)。如圖3所示，涉及到的實(shí)體包括MTC終端、承載網(wǎng)絡(luò)、MTC服務(wù)器和MTC應(yīng)用。其中，MTC服務(wù)器是MTC業(yè)務(wù)的管理平臺(tái);MTC應(yīng)用負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)。承載M2M通信的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)包括GPRS、EPC以及短消息和IMS網(wǎng)絡(luò)。
3GPP提出的MTC通信架構(gòu)側(cè)重于M2M網(wǎng)絡(luò)層，對(duì)M2M網(wǎng)絡(luò)中各通信網(wǎng)元的功能和接口進(jìn)行了定義，其適用于研究MTC業(yè)務(wù)的管理平臺(tái)以及M2M核心網(wǎng)絡(luò)的功能和接口時(shí)參考。
以上標(biāo)準(zhǔn)組織雖然都提出了M2M的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，但是有其局限性。ITU和ETSI的架構(gòu)過(guò)于框架性，對(duì)于實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)部署沒(méi)有較好的指導(dǎo)意義;3GPP雖然對(duì)于網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元功能增強(qiáng)有一定的研究，但是由于目前部署的H2H網(wǎng)絡(luò)大多處于R7或R8版本，而MTC網(wǎng)絡(luò)體系的研究是在R10以上版本的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。因此，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中按照標(biāo)準(zhǔn)來(lái)部署MTC網(wǎng)絡(luò)還為時(shí)尚早，需要研究一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)既具有在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上投資和部署的可行性，又能滿足現(xiàn)階段MTC業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求。
5 3G網(wǎng)絡(luò)階段的M2M網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
在現(xiàn)有的3G網(wǎng)絡(luò)階段，為解決發(fā)展M2M業(yè)務(wù)面臨的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)和網(wǎng)絡(luò)資源問(wèn)題，運(yùn)營(yíng)商可以通過(guò)采用物理上隔離的網(wǎng)絡(luò)來(lái)單獨(dú)承載機(jī)器通信業(yè)務(wù)，在初期可以通過(guò)核心網(wǎng)中專設(shè)的網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的隔離，在后期演進(jìn)也可以延伸到采用專用的接入網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入隔離。此外，物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)也是物聯(lián)網(wǎng)解決方案中必不可少的組成部分。物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)與物聯(lián)網(wǎng)獨(dú)立網(wǎng)元配合，在物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展的初期階段主要實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)獨(dú)立碼號(hào)集中管理和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)有效管控等功能。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，平臺(tái)的功能也會(huì)逐步支撐更多資源管控與更多的業(yè)務(wù)流程，并開(kāi)放更多資源及能力。可以根據(jù)M2M業(yè)務(wù)的特性，實(shí)現(xiàn)基于位置、時(shí)間段、接入類型的QoS控制和相應(yīng)的計(jì)費(fèi)策略;還可以根據(jù)用戶的屬性及行為進(jìn)行相應(yīng)的分組，實(shí)行基于群組的流量統(tǒng)計(jì)、事件分發(fā)和策略執(zhí)行等，這體現(xiàn)在核心網(wǎng)中PCRF/SPR/M2MSP的功能實(shí)現(xiàn)。綜上所述，在3G發(fā)展階段，M2M網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特征具體體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：
(1)在無(wú)線接入側(cè)對(duì)Wi-Fi、2G、3G、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)等多種方式的整合，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的廣覆蓋，構(gòu)建面向行業(yè)的M2M移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。
(2)在核心側(cè)構(gòu)建M2M專用的HLR、GGSN、SMSC等網(wǎng)元，實(shí)現(xiàn)對(duì)M2M等物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的集中運(yùn)維和管理，并能夠?qū)崿F(xiàn)與“現(xiàn)網(wǎng)”的有效隔離，有利于網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定、擴(kuò)容及升級(jí)。
(3)在核心網(wǎng)中部署M2M專用的PCRF等策略控制網(wǎng)元，利用M2M業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)特性和用戶屬性，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用和對(duì)業(yè)務(wù)服務(wù)的精細(xì)支撐。
(4)在核心網(wǎng)中搭建M2M業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)和終端的統(tǒng)一管理。
在物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展的初期階段，考慮針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通信需求，進(jìn)行最小成本隔離：只新建核心網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)支撐隔離。對(duì)于業(yè)務(wù)系統(tǒng)，需要單獨(dú)建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)承載隔離;對(duì)于接入網(wǎng)絡(luò)，則公用，不考慮單獨(dú)建設(shè)。如圖4所示，是一種在現(xiàn)網(wǎng)上疊加專用M2M核心網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。在該方案中，與現(xiàn)網(wǎng)共用無(wú)線和SGSN，新建物聯(lián)網(wǎng)專用的GGSN/DPI，通過(guò)APN選路將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)路由到處理物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的GGSN，新建物聯(lián)網(wǎng)專用的PCRF+SPR，完成對(duì)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的流量、安全、QoS控制，新建物聯(lián)網(wǎng)專用的HLR進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備簽約信息、標(biāo)識(shí)及安全管理。
3G階段的M2M網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖5所示。
其中，主要網(wǎng)元的功能如下：
HLR：由于現(xiàn)網(wǎng)的HLR都是支持H2H的HLR，支持的能力和M2M的支持能力還是有所不同。HLR也有自己特殊的一些需求，包括：需要支持群組簽約數(shù)據(jù)能力;支持終端監(jiān)控(如位置監(jiān)控、IMEI監(jiān)控等)能力，支持某個(gè)時(shí)間段接入控制，支持?jǐn)U展ID到MSISDN、IMSI的映射能力，支持終端特征簽約(如終端的低優(yōu)先級(jí)、是否為PS only等)，供SGSN控制UE的行為;HLR要支持多profile的簽約，降低終端漫游時(shí)的資費(fèi)，支持一卡多號(hào)和一號(hào)多卡的M2M業(yè)務(wù)。
GGSN：擴(kuò)展的GGSN需要增強(qiáng)支持基于群組流量統(tǒng)計(jì)，基于流的計(jì)費(fèi)信息、QoS策略執(zhí)行和基于群的事件上報(bào)等。
短消息中心：除了現(xiàn)有的短消息的功能外，需要支持短消息完成設(shè)備觸發(fā)的功能，支持在一號(hào)多卡的M2M業(yè)務(wù)中短消息的群發(fā)功能。
PCRF：支持群組的策略數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)下發(fā)、更新和刪除，支持群組用戶的流量監(jiān)控。
SCP：完成M2M業(yè)務(wù)中的緊急呼叫等語(yǔ)音呼叫的計(jì)費(fèi)，產(chǎn)生語(yǔ)音呼叫話單。
OCS：實(shí)時(shí)信用控制、預(yù)付費(fèi)使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)。
M2MSP業(yè)務(wù)平臺(tái)：M2M平臺(tái)為集團(tuán)客戶提供統(tǒng)一的M2M終端管理、終端設(shè)備鑒權(quán)。提供數(shù)據(jù)路由、監(jiān)控、用戶鑒權(quán)等管理功能;承載信息上報(bào)、參數(shù)配置、終端狀態(tài)檢測(cè)、終端注冊(cè)等業(yè)務(wù)功能的短信上下行通道;支持一卡多號(hào)和一號(hào)多卡的M2M業(yè)務(wù)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的號(hào)碼管理。在實(shí)際部署中，物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)支撐管理平臺(tái)按照功能劃分為總部平臺(tái)、省平臺(tái)兩個(gè)層面。
6 結(jié)語(yǔ)
M2M業(yè)務(wù)的多樣性、差異化以及M2M業(yè)務(wù)表現(xiàn)出來(lái)的傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)所不具有的各種特點(diǎn)，都對(duì)現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)和網(wǎng)元設(shè)備產(chǎn)生了很大影響。本文在研究M2M業(yè)務(wù)特征及其對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織提出的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了在現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)上部署具有可行性，又能一定程度上滿足MTC業(yè)務(wù)應(yīng)用需求的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。
運(yùn)營(yíng)商發(fā)展M2M業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)與發(fā)展移動(dòng)通信是一致的，在專用的M2M網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，必須長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)資源，根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展實(shí)施網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和數(shù)據(jù)分流，加強(qiáng)平臺(tái)建設(shè)，完善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，加大網(wǎng)絡(luò)容量，從根本上滿足M2M業(yè)務(wù)需求，同時(shí)又不影響當(dāng)前的人人通信業(yè)務(wù)，提高用戶體驗(yàn)。
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有關(guān)本科通信學(xué)畢業(yè)論文范文二：體系對(duì)抗下的跨層協(xié)同指揮與控制網(wǎng)絡(luò)的性能分析
【摘 要】文章以未來(lái)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境為前提，以傳統(tǒng)的指揮與控制網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，對(duì)未來(lái)一體化聯(lián)合作戰(zhàn)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，構(gòu)建跨層協(xié)同指揮與控制網(wǎng)絡(luò)模型，并采取網(wǎng)絡(luò)建模和仿真的方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)、抗毀能力進(jìn)行詳細(xì)探討。
【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn) 跨層協(xié)同 指揮與控制網(wǎng)絡(luò) 抗毀能力
1 引言
傳統(tǒng)的作戰(zhàn)思想以作戰(zhàn)平臺(tái)為中心，編制呈樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，各個(gè)平臺(tái)依靠自身的傳感器和武器，平臺(tái)之間缺乏信息共享和協(xié)同能力，從而限制了整體作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。
美國(guó)國(guó)防部提出的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)[1]是一種全新概念的戰(zhàn)爭(zhēng)模式，它是一種典型的網(wǎng)絡(luò)體系之間的對(duì)抗作戰(zhàn)。美軍利用強(qiáng)大的信息網(wǎng)絡(luò)將多種類型的偵察定位系統(tǒng)、指揮機(jī)構(gòu)、武器裝備等互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)情報(bào)信息共享，作戰(zhàn)指揮與控制一體化[2-3]，獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息主導(dǎo)權(quán)，快速掌握戰(zhàn)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)，實(shí)現(xiàn)對(duì)敵方關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的確定性打擊，以最短的時(shí)間、最小的代價(jià)破擊敵方作戰(zhàn)體系。
網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)將系統(tǒng)中的各個(gè)作戰(zhàn)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化，極大地增強(qiáng)了平臺(tái)間的橫向聯(lián)系，呈扁平化結(jié)構(gòu)，以提高信息獲取和共享能力，增強(qiáng)了戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知能力，加快決策和指揮速度，實(shí)現(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)，提高作戰(zhàn)效能。自上世紀(jì)90年代以來(lái)，這種信息化戰(zhàn)爭(zhēng)模式在多次戰(zhàn)爭(zhēng)的應(yīng)用效果已充分地展示其強(qiáng)大的打擊能力，目前已被世界各國(guó)公認(rèn)為最先進(jìn)的作戰(zhàn)模式，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)必然成為未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的主要形式。
網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)平面模型如圖1所示：
通過(guò)基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)將整個(gè)作戰(zhàn)空間的各種傳感器和武器裝備(包括陸基、海基、空基、天基等)組成一個(gè)包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、指揮與控制網(wǎng)絡(luò)、作戰(zhàn)武器裝備網(wǎng)絡(luò)的一體化強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)。傳感器網(wǎng)絡(luò)從各個(gè)傳感器收集信息，并快速生成戰(zhàn)場(chǎng)感知，指揮與控制網(wǎng)絡(luò)根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)感知網(wǎng)絡(luò)提供的態(tài)勢(shì)信息以及武器交戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)反饋的作戰(zhàn)效果，動(dòng)態(tài)地調(diào)整作戰(zhàn)命令，保證各交戰(zhàn)單元的同步進(jìn)行，并動(dòng)態(tài)分配任務(wù)，最終通過(guò)火力打擊網(wǎng)絡(luò)單元實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)精確打擊。
作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)是由超大規(guī)模的傳感、指揮、交戰(zhàn)實(shí)體或系統(tǒng)經(jīng)由射頻等各種無(wú)線或光/電纜等有線連接形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[4]。從圖論拓?fù)鋄5]角度，在該系統(tǒng)中，傳感、作戰(zhàn)和指揮實(shí)體抽象為節(jié)點(diǎn)，這些實(shí)體間的信息/物質(zhì)/能量交互可以抽象為鏈接邊。
(1)傳感節(jié)點(diǎn)：獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息，發(fā)現(xiàn)、鎖定和跟蹤目標(biāo)，并將目標(biāo)信息傳給其它節(jié)點(diǎn)。
(2)指揮與控制節(jié)點(diǎn)：是作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)的核心。對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息和作戰(zhàn)雙方軍事實(shí)力進(jìn)行綜合分析，形成指揮決策，再交由其它節(jié)點(diǎn)進(jìn)行執(zhí)行。它接受上級(jí)任務(wù)，對(duì)下級(jí)進(jìn)行指揮決策，從全局層次上協(xié)調(diào)、監(jiān)督、控制各個(gè)交戰(zhàn)單元，對(duì)系統(tǒng)的目標(biāo)、資源等進(jìn)行合理安排和調(diào)度。
(3)交戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)：由硬殺傷和軟殺傷武器組成。交戰(zhàn)單元只接受唯一指揮與控制節(jié)點(diǎn)指揮控制。交戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)要與其它交戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行作戰(zhàn)協(xié)同，必須通過(guò)與其連接的指揮與控制節(jié)點(diǎn)間接實(shí)現(xiàn)協(xié)同。交戰(zhàn)網(wǎng)是指由部署在陸、海、空、天的各種武器系統(tǒng)以及干擾設(shè)備經(jīng)由有線或無(wú)線通信協(xié)議聯(lián)結(jié)而成的受指揮控制網(wǎng)絡(luò)支配的網(wǎng)絡(luò)。
在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，作戰(zhàn)一方通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)偵察探測(cè)敵方目標(biāo)信息，這些感知信息包括反射光、紅外信號(hào)、無(wú)線電頻譜能量、通信或音頻能量等，然后通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)傳輸與分發(fā)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)融合、分析與處理后，傳遞到指揮所加以利用，從而形成作戰(zhàn)方案、計(jì)劃和命令，實(shí)施火力打擊。
作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)之間的信息流主要特點(diǎn)如下：
(1)體系對(duì)抗之初，所有節(jié)點(diǎn)都是可控的。傳感節(jié)點(diǎn)和交戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)必須在指揮與控制單元的控制下，各指揮與控制單元都有上下級(jí)關(guān)系。
(2)指揮與控制單元同時(shí)指揮控制多個(gè)傳感單元和交戰(zhàn)單元。指揮控制依托信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)直接地鏈接到重要/關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)[6]。重要節(jié)點(diǎn)是連接度大的節(jié)點(diǎn)，如前方指揮所;關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是連接度不高的節(jié)點(diǎn)，但擔(dān)負(fù)重要的任務(wù)，如衛(wèi)星站。
(3)傳感單元為多個(gè)指揮與控制單元提供傳感信息，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信息共享。
(4)傳感單元之間共享目標(biāo)傳感信息，減少自身獲取信息的時(shí)間，提高傳感信息質(zhì)量。
(5)傳感單元對(duì)己方交戰(zhàn)單元的探測(cè)、跟蹤和定位等信息感知，并將感知信息發(fā)送到指揮與控制單元，便于指揮與控制單元及時(shí)掌握其任務(wù)完成和毀傷等信息。
(6)交戰(zhàn)單元只能執(zhí)行唯一確定的指揮與控制單元發(fā)出的指令，避免命令沖突。
2 指揮與控制網(wǎng)絡(luò)的特征參數(shù)
主要的網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)如下：
(1)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)。其定義為網(wǎng)絡(luò)中所包含的全部節(jié)點(diǎn)數(shù)量，反映了作戰(zhàn)雙方的參戰(zhàn)規(guī)模。
(2)網(wǎng)絡(luò)邊數(shù)。其定義為網(wǎng)絡(luò)中所包含邊的總數(shù)，反映了作戰(zhàn)體系中各單元之間關(guān)系的復(fù)雜程度。但是，指揮與控制系統(tǒng)中的有線或無(wú)線通信裝備數(shù)量、指揮與控制機(jī)構(gòu)和裝備的信息處理能力以及信道傳輸能力都受到限制，因此網(wǎng)絡(luò)的邊數(shù)也不宜過(guò)多。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中邊的總數(shù)與節(jié)點(diǎn)總數(shù)的比值超過(guò)一定限度時(shí)，網(wǎng)絡(luò)有可能由于過(guò)多的向前或向后的反饋環(huán)路導(dǎo)致癱瘓。
(3)節(jié)點(diǎn)的度。其定義為該節(jié)點(diǎn)與其它節(jié)點(diǎn)鏈接的數(shù)量。在交戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)的度在一定程度上反映了它的重要程度，度值越大表明節(jié)點(diǎn)越重要，是己方保護(hù)的重點(diǎn)，更是敵方打擊的重點(diǎn)目標(biāo)。
(4)節(jié)點(diǎn)/網(wǎng)絡(luò)的聚類系數(shù)。在傳統(tǒng)層級(jí)樹(shù)狀指揮與控制網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)之間不具有區(qū)域協(xié)同能力，只能通過(guò)間接方式進(jìn)行作戰(zhàn)組織協(xié)同，在遭到打擊時(shí)，不能有效地自主網(wǎng)絡(luò)重建。節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)定義為所有與該節(jié)點(diǎn)相鄰接的節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)際連邊數(shù)目占它們之間可能的最大連邊數(shù)目的比例。網(wǎng)絡(luò)的聚類系數(shù)即網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)的平均值。聚類系數(shù)的含義在兩個(gè)方面得到充分體現(xiàn)：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間需要共同完成某一任務(wù)時(shí)，節(jié)點(diǎn)聚類系數(shù)大小反映出相互協(xié)同能力的強(qiáng)弱;網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)反映了交戰(zhàn)單元之間的區(qū)域協(xié)同能力以及網(wǎng)絡(luò)在通信故障或遭到毀傷時(shí)的自重建能力。當(dāng)一些交戰(zhàn)單元通信故障或損毀，聚類系數(shù)較高的其它交戰(zhàn)單元?jiǎng)t通過(guò)鄰近節(jié)點(diǎn)與重要節(jié)點(diǎn)鏈接，從而有效地完成網(wǎng)絡(luò)重建。
(5)平均路徑長(zhǎng)度。即網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間距離的平均值。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間距離定義為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最短路徑上的邊數(shù);網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長(zhǎng)度表征網(wǎng)絡(luò)傳遞信息的能力。一般地，路徑長(zhǎng)度與信息傳遞的延遲時(shí)間呈線性關(guān)系，路徑長(zhǎng)度短，信息的實(shí)時(shí)性程度高，情報(bào)信息的共享程度高，組織協(xié)同時(shí)效性高，從而獲得更好的作戰(zhàn)效能。因此，交戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長(zhǎng)度需要設(shè)計(jì)得盡量短小。
3 指揮與控制網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的指揮與控制網(wǎng)絡(luò)取決于軍事體制編制、作戰(zhàn)規(guī)則、指揮機(jī)構(gòu)、作戰(zhàn)平臺(tái)、作戰(zhàn)武器裝備性能等因素，它是一個(gè)特殊的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。一體化聯(lián)合作戰(zhàn)是網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)思想的具體體現(xiàn)，它是兩個(gè)或兩個(gè)以上軍兵種的統(tǒng)一作戰(zhàn)行動(dòng)，在傳統(tǒng)的層級(jí)樹(shù)狀垂直的指揮體系的基礎(chǔ)上增加橫向聯(lián)系，具有作戰(zhàn)體系橫向鏈接的特征，以縱向聯(lián)通為前提，強(qiáng)調(diào)橫向聯(lián)通。在戰(zhàn)時(shí)將所需要的作戰(zhàn)力量，快速地拼接成為一個(gè)具有整體作戰(zhàn)能力的作戰(zhàn)系統(tǒng)[7]。目前各國(guó)軍隊(duì)都普遍地在橫向上擴(kuò)大指揮跨度的數(shù)量，在縱向上壓縮指揮層次。如美軍指揮跨度由原來(lái)的5～6個(gè)增加到9個(gè)，空軍指揮層次由原來(lái)的5級(jí)減少到4級(jí)。在指揮方式上，從集中/委托式指揮向多級(jí)跨越、上下互動(dòng)轉(zhuǎn)變，從單級(jí)封閉式集中決策向多級(jí)開(kāi)放式分布決策轉(zhuǎn)變，從計(jì)劃控制向動(dòng)態(tài)控制轉(zhuǎn)變。因此，未來(lái)的指揮與控制網(wǎng)絡(luò)具備以下主要特點(diǎn)：
(1)指揮機(jī)構(gòu)在縱向上呈現(xiàn)層次關(guān)系。指揮機(jī)構(gòu)由上至下具有層次區(qū)分，由上至下節(jié)點(diǎn)的等級(jí)由高到低。指揮層次數(shù)是指揮機(jī)構(gòu)上下級(jí)所區(qū)分的層級(jí)，不同層次的指揮與控制節(jié)點(diǎn)所需的協(xié)同態(tài)勢(shì)信息并不相同。指揮與控制節(jié)點(diǎn)隨著層次等級(jí)的提高，所需要的態(tài)勢(shì)信息更加全面。
(2)交戰(zhàn)單元在橫向上呈現(xiàn)協(xié)同關(guān)系。在同一作戰(zhàn)集團(tuán)內(nèi)部，同一級(jí)別交戰(zhàn)單元之間協(xié)同關(guān)系;在不同作戰(zhàn)集團(tuán)之間，它們的同一級(jí)別交戰(zhàn)單元之間也有協(xié)同關(guān)系。
(3)跨級(jí)指揮。在同一作戰(zhàn)集團(tuán)內(nèi)部，上級(jí)指揮與控制單元可以對(duì)其內(nèi)部的指揮單元進(jìn)行跨級(jí)指揮?？缂?jí)指揮主要對(duì)重要/關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行越級(jí)指揮。指揮跨度是指揮機(jī)構(gòu)在同級(jí)的每一層所指揮和管轄單位的數(shù)量。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)量固定時(shí)，指揮跨度越小，指揮層次越少，意味著橫向指揮的單元越多，因此對(duì)指揮與控制節(jié)點(diǎn)提出了更高的要求，需要節(jié)點(diǎn)具有更強(qiáng)的信息處理能力，穩(wěn)健的信息傳輸需要得到更強(qiáng)的抗干擾技術(shù)支持。此外，一旦某些節(jié)點(diǎn)遭受打擊，受其影響的節(jié)點(diǎn)將會(huì)更多，所以需要加強(qiáng)隱藏偽裝防護(hù)措施。
(4)指揮決策時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)受到嚴(yán)格限制。由于協(xié)同作戰(zhàn)過(guò)程為一個(gè)相互嵌套的“觀察→評(píng)估→決策→行動(dòng)→觀察”循環(huán)，每一個(gè)循環(huán)都必須在規(guī)定的時(shí)間窗口內(nèi)完成。戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境瞬息萬(wàn)變，指揮決策機(jī)構(gòu)在對(duì)所掌握的戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)信息進(jìn)行分析研究時(shí)，可能情報(bào)信息所反映的戰(zhàn)場(chǎng)情況已經(jīng)失去了部分真實(shí)性甚至完全失效，而新的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境信息不斷產(chǎn)生和起效用。指揮決策機(jī)構(gòu)根據(jù)敵我雙方作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)適時(shí)調(diào)整作戰(zhàn)行動(dòng)，快速?zèng)Q策，縮短“目標(biāo)發(fā)現(xiàn)→指揮決策→打擊目標(biāo)”的周期。
4 指揮與控制網(wǎng)絡(luò)的抗毀能力
作戰(zhàn)指揮與控制網(wǎng)絡(luò)是作戰(zhàn)體系對(duì)抗的重要部位，也是體系破壞的主要打擊對(duì)象。信息化條件下的體系攻擊作戰(zhàn)主要采取精確打擊的方式，破壞敵方作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)速勝的目標(biāo)。
4.1 指揮與控制網(wǎng)絡(luò)可靠性度量指標(biāo)
作戰(zhàn)指揮可靠性定義為在體系對(duì)抗中，當(dāng)指揮控制機(jī)構(gòu)受到敵方攻擊、摧毀、干擾、壓制時(shí)，能夠持續(xù)指揮并完成任務(wù)的可靠程度。對(duì)作戰(zhàn)指揮體系結(jié)構(gòu)的指揮可靠性研究，其重點(diǎn)在于分析指揮體系結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)損毀，以及節(jié)點(diǎn)之間信息傳輸通路遭破壞情況下指揮的穩(wěn)定性，即在刪除網(wǎng)絡(luò)中部分節(jié)點(diǎn)或鏈接邊的情況下，網(wǎng)絡(luò)整體的連通性能，也就是網(wǎng)絡(luò)的抗毀能力分析。
從指揮與控制網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的角度分析，指揮與控制網(wǎng)絡(luò)在遭受攻擊后的網(wǎng)絡(luò)可靠性取決于三個(gè)方面因素的綜合結(jié)果：網(wǎng)絡(luò)中最大連通分量中節(jié)點(diǎn)的數(shù)目、網(wǎng)絡(luò)中連通分量的個(gè)數(shù)和平均路徑長(zhǎng)度。其中，連通分量定義為無(wú)向圖中的極大連通子圖。網(wǎng)絡(luò)中最大連通分量中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)越多，說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)在遭受打擊后的可連通性越好，整體作戰(zhàn)效能發(fā)揮越充分，初始狀態(tài)時(shí)最大連通分量就是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，所有指揮與控制節(jié)點(diǎn)都是連通的;各連通分量的平均路徑越小，說(shuō)明信息流在該連通分量中的傳輸時(shí)效性越高，指揮與控制信息效能發(fā)揮越好;各連通分量的節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，說(shuō)明在節(jié)點(diǎn)總數(shù)一定的情況下連通分量越少，網(wǎng)絡(luò)的破碎程度越小，網(wǎng)絡(luò)可靠性越高。
指揮與控制網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)估指標(biāo)定義為：
(1)
其中，nmax為網(wǎng)絡(luò)中最大連通分量的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，m為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中連通分量的個(gè)數(shù)，nj為第j個(gè)連通分量中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，lj為第j個(gè)連通分量的平均路徑長(zhǎng)度，孤立節(jié)點(diǎn)的最短路徑長(zhǎng)度設(shè)定為無(wú)窮大。
4.2 跨層協(xié)同指揮與控制網(wǎng)絡(luò)抗毀能力分析
隨著精確制導(dǎo)和遠(yuǎn)程攻擊武器的發(fā)展與應(yīng)用，為了達(dá)成預(yù)期作戰(zhàn)效果，只需要對(duì)某些重要或關(guān)鍵目標(biāo)實(shí)施精確打擊。一方的偵察探測(cè)能力和另一方隱藏偽裝的防護(hù)能力，是影響精確打擊效果的兩個(gè)決定性因素。如果一方的偵察探測(cè)能力占據(jù)優(yōu)勢(shì)，那么作戰(zhàn)就成為確定性打擊;如果另一方隱藏偽裝的防護(hù)能力占據(jù)優(yōu)勢(shì)，那么作戰(zhàn)就成為隨機(jī)性攻擊。
隨機(jī)和確定性攻擊模式的仿真流程如圖2所示。
對(duì)作戰(zhàn)指揮與控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的抗毀能力分析，即對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可靠性的分析，本文不涉及節(jié)點(diǎn)和鏈接邊的自身可靠性，假設(shè)各節(jié)點(diǎn)的信息處理和鏈接邊的傳輸速度相同，各指揮節(jié)點(diǎn)之間的指揮可靠性通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的連通性和節(jié)點(diǎn)之間的路徑長(zhǎng)度來(lái)體現(xiàn)。
多級(jí)跨層協(xié)同需要較多的有線或無(wú)線信息傳輸通路，但網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長(zhǎng)度非常小，指揮與控制信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性較好。當(dāng)交戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)固定時(shí)，在指揮與控制節(jié)點(diǎn)信息處理能力和信息傳輸容量等因素許可的條件下，應(yīng)盡可能增加網(wǎng)絡(luò)的指揮跨度，減少網(wǎng)絡(luò)指揮層次，從而提高指揮與控制網(wǎng)絡(luò)的指揮時(shí)效性。相反，指揮跨度越小，指揮層級(jí)越多，作戰(zhàn)指揮信息交互時(shí)效性越差，很可能錯(cuò)失最佳戰(zhàn)機(jī)。
跨層協(xié)同指揮與控制網(wǎng)絡(luò)抗毀性能仿真參數(shù)設(shè)置如表1所示。
隨機(jī)/確定性攻擊模式下的5級(jí)跨層協(xié)同網(wǎng)絡(luò)可靠性如圖3所示。
隨機(jī)/確定性攻擊模式下的8級(jí)跨層協(xié)同網(wǎng)絡(luò)可靠性如圖4所示。
由上述仿真結(jié)果分析，初步得出以下結(jié)論：
(1)對(duì)于多級(jí)跨層協(xié)同指揮與控制網(wǎng)絡(luò)，高效能網(wǎng)絡(luò)的跨度大、層次少，同一作戰(zhàn)集團(tuán)內(nèi)部連接較緊密，不同作戰(zhàn)集團(tuán)連接較少。
(2)確定性攻擊的效果強(qiáng)于隨機(jī)攻擊效果，這個(gè)結(jié)論意味著攻擊前目標(biāo)探測(cè)和偵察的準(zhǔn)確性在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中起著重要地位。一方面，準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的情報(bào)信息是攻擊敵方重要/關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵，從而毀壞敵方作戰(zhàn)體系網(wǎng)絡(luò);另一方面，需要對(duì)己方的重要/關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)采取隱藏偽裝防護(hù)措施，重點(diǎn)加強(qiáng)保護(hù)。
5 結(jié)束語(yǔ)
在未來(lái)的信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中，需要提高偵察與反偵察手段，攻擊敵方重要/關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，同時(shí)保護(hù)己方重要/關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。從武器裝備研發(fā)角度，需要提高武器裝備的攻擊性能，同時(shí)提高戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下武器裝備的偵察與反偵察能力，加強(qiáng)目標(biāo)信息探測(cè)和信息處理等新技術(shù)、新方法的研究。
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