网络信息体系(Networking Information-Centric System-of-Systems,NIC-SoS)[1]是为应对军事领域“体系现象”提出的战略性概念。它突出以网络为中心、信息为主导、体系为支撑的指挥控制方式和系统建设特点，以支撑信息化条件下的联合作战指挥和军队管理。现代战争是联合作战和体系对抗，要求网络信息体系建设的立项、装备研制和采办必须是自上而下进行顶层设计。因此，网络信息体系顶层规划和建设需求的获取及分析，决定了体系各要素的规模结构、能力水平，关系国家安全和未来军事斗争胜负，具有重要军事意义和研究价值。
然而，网络信息体系的需求具有抽象层次高、覆盖业务领域广、迭代演化周期长等特点，一般意义上的需求工程，难以应对网络信息体系的复杂性对需求开发和管理带来的挑战。体系建设受自身结构等多种因素制约，体系内各组成要素呈现出从无到有的形成，从不完整到完整的进化，以及从有到无的退化等一系列演化现象[2]，研究体系演化机理及内在规律，对于预测体系发展、指导体系建设具有重要意义。
20世纪90年代，以颜泽贤教授为代表的学者编写了《复杂系统演化论》专著[3]，详细说明并分析了复杂系统的演化及其判据与标度、演化的一般条件、机制、过程和原理等重要内容。晓峰教授[4-6]对复杂网络(系统)与体系之间的关系进行了系统论述，指出“复杂网络为体系的基础理论研究提供了可能，因为从本质上看，体系也可以看成是‘网络的网络’，两者具有很大的相似性和同构性”。体系有复杂系统的特点，但体系的内涵与复杂系统不尽相同。传统复杂系统演化论在解决体系演化时面临新的挑战。
网络信息体系是军事领域专有概念，国内相关研究多出现在军内刊物。文献[7]将信息网络与作战结合，探索了信息环路和作战环路在网络拓扑中的相互耦合和相互作用。文献[8]指出：制定武器装备体系的发展策略时需要对装备体系结构的动态对抗变化过程进行建模和仿真分析，提出了武器装备体系结构演化博弈方法及其分析框架。文献[9]以体系演化为切入点，围绕装备体系动态演化的涵义，从3个层次综述了装备体系演化研究进展。文献[10]提出了一套网络信息体系能力演化分析框架，给出体系能力演化机理。
国外没有与“网络信息体系”完全等同的概念，与其相类似的概念主要就是“体系(System of Systems，SoS)”。文献[11-12]以体系能力为考察目标，将体系成员系统的能力需求分析过程映射到马尔可夫模型，该方法以严格的数学理论为体系能力的需求分析提供了新思路。文献[13-14]指出体系能力不是简单的单个系统能力叠加，而是系统能力间相互作用和依赖的结果，提出了基于证据网络的体系能力演化方法。
虽然目前国内外研究成果在解决体系演化这一问题时有诸多可借鉴之处，但针对网络信息体系能力需求演化这一新课题，现有成果并不完全适用。文章以网络信息体系能力需求分析为背景，提出了一套基于能力价值的网络信息体系演化建模及分析方法。首先，基于VFT(Value-Focused Thinking)[15]讨论了网络信息体系能力需求分析过程；其次，给出网络信息体系能力需求价值模型，实现对能力价值的定量计算；在此基础上，构建网络信息体系能力需求演化模型，并给出能力需求演化分析方法；最后以一个案例给出网络信息体系能力演化建模及分析方法的具体应用。
1 基于VFT的网络信息体系能力需求分析
网络信息体系能力演化研究具有很强的前瞻性、不确定性，需要充分利用不同领域专家群体的主观定性分析结论。本研究采用以价值为中心的决策思维方法(VFT)进行网络信息体系能力需求分析。基于VFT的网络信息体系能力需求分析过程如图1所示。
基于VFT的网络信息体系能力需求分析过程划分为从战略到任务的分析阶段，从任务到活动的设计阶段，从活动到能力需求的开发阶段。从战略到任务的分析过程与传统军事需求分析过程基本一致；从任务到活动设计阶段依据军事战略目标、任务的细化，形成作战活动选项；从活动到能力的开发阶段针对每项作战活动分析支撑其执行的军事能力，所有的能力选项又被划分为相对可度量的各种能力属性，能力属性值则通过各个能力属性评分函数来度量。
图1 基于VFT的网络信息体系能力需求分析过程框图
2 网络信息体系能力需求价值模型
网络信息体系能力需求价值模型是对基于VFT的能力需求分析过程的具体实现，其内容包括3个部分：价值模型基础框架、能力属性评分函数和价值模型权重体系。
2.1 价值模型基础框架
军事战略催生不同的使命任务，使命按照一定的层次结构不断分解，直到能够确定可度量、可操作和可理解的底层基本属性。
按照图1所示的网络信息体系能力需求分析过程，网络信息体系能力需求价值模型的基础框架可采用“军事战略(Strategy，S)→使命(Mission，M)→任务(Task，T)→活动(Activity，A)→能力(Capability，C)→子能力(SubCapability，Csub)→能力属性(Property，P)”的树形层次结构描述体系“自顶向下”的能力需求分解。能力价值的聚合按照“自底向上”的过程进行。其基本结构如图2所示。
图2 网络信息体系能力需求价值模型基本结构框图
2.2 能力属性评分函数
在价值模型中，用于度量基本属性的就是能力属性评分函数。能力属性评分函数为每一项评价指标提供了度量性能的定量方法，将网络信息体系的能力属性(性能)映射为网络信息体系对于能力需求价值模型相应能力属性的价值分数： f: Performance→Value。
本研究采用基于Bézier曲线的数值拟合方法设计属性—能力的映射函数，拟合出评分函数的数学构造形式。
2.2.1 Bézier曲线
一个具有n+1个控制点的Bézier曲线p∈(p0,…,Pn)的形式是：
其中
是伯恩斯坦多项式。由于f(t,n,p)∈R2，通常指派 f(t,n,p)=[fx(t,n,x),fy(t,n,y)]T，其中x∈(x0,…,xn)，y∈(y0,…,yn)。
Bézier曲线可以保证能力属性评分函数曲线不会落到数据点组成的控制区域外，从而准确逼近领域专家提供的实验数据；同时，可以保证领域专家在构建能力属性评分函数时能够在实验数据范围内灵活调整函数形式，反映使命任务和外界因素对属性评分的影响变化。
2.2.2 能力属性量化算法
考虑能力属性的特点，本方法将能力属性评分函数定义为3类：单调递增曲线fL(x)、单调递减曲线fR(x)以及由左右两条单调变化的Bézier曲线fL(x)和fR(x)组成的函数，它们的曲线如图3所示。
结合使命任务和领域知识构建好评分函数后，可以借助以下算法，计算得出相应价值分数。
上述公式中，xk为能力属性原始数据，yk为领域专家提供的分值数据。样本值(xk, yk)越多，系数k越准确，曲线的拟合度越高，从而使得需求分析人员对能力属性的量化越为准确。
图3 基于Bézier曲线的能力属性评分函数曲线
2.2.3 价值模型权重体系
网络信息体系能力的生成表现出明显的非线性、开放性和动态性等特点。传统的递阶层次结构指标体系对指标间的依存、反馈等关联性考虑不足，弱化了“指标网”中指标间相互作用对能力生成的影响。因此，本研究将复杂系统决策方法：网络分析法(ANP)引入网络信息体系能力评估领域，提出了一种网络信息体系能力相关性模型。本研究根据ANP基本原理，构建网络信息体系能力评估指标网络模型。不失一般性，网络模型划分为两层：控制层和网络层。基于ANP的网络信息体系价值模型权重如图4所示。
图4 基于ANP的网络信息体系价值模型权重
3 网络信息体系能力需求演化模型及分析
3.1 网络信息体系能力需求演化模型
网络信息体系能力需求演化模型应包含图2框架中的要素外，还应包含用于能力价值计算的能力属性的评分函数和权重体系。将网络信息体系能力需求演化模型描述为一个二元组：
CapEvoModel=〈QT,η(CT,T)〉, T=T1,T2,…,Tn
其中，QT=〈M,Ta,A,C,P,U,F〉为T时刻网络信息体系发展的能力需求价值模型。M为一定时期内的军事使命；Ta为任务集，是对使命M的分解结果；A为活动集，是对任务Ta分解的结果；C为能力集，是支撑活动A的各种能力；P为属性集，是评价能力C的能力属性；U={{u(M,Tai)},{u(Tai,Aj)},{u(Aj,Ck)},{u(Ck,Pm)}}，为能力需求价值模型的权重体系。F={fk: Performancek→Valuek}为能力需求价值模型的能力属性评分函数集。
3.2 网络信息体系能力需求演化分析方法
对于网络信息体系能力演化的分析可以从两个方面进行：首先，分析网络信息体系演化过程中每个时刻(或每个时间段内)体系的结构状态(体系演化轨迹的一个瞬态)对于能力需求的满足程度；然后，将体系演化轨迹的所有瞬态分析结论在时间轴上进行综合，从而得到网络信息体系演化轨迹的综合评价。
网络信息体系本身是一个复杂巨系统，其能力指标之间并非完全的线性关系。在计算能力价值时需要考虑指标之间隐含的依赖关系，设置阈值V1，V2和系数k，具体数值由专家确定。
在底层能力属性逐层向上层能力聚合时，考虑根据层次间的不同关联，采用不同的聚合方法，常用的聚合方法包括求和、求积等。若下层能力指标仅为上层能力指标达成的可选项，即充分非必要条件，则其向上层指标聚合时采用求和方式，以子能力Csub l瞬态能力价值计算为例，设np为Csub l能力属性的总数量，则有：
若上层指标的满足必须以下层某一指标的满足为前提和依据，即两者互为充分必要条件，则其向上层指标聚合时采用求积方式。但更多的情况是上述两种情况的复合叠加，针对具体指标通过求和与求积方式得出网络信息体系所有能力演化的瞬态能力价值ValueSoSTransient(QT,T)。
网络信息体系演化的整体分析即将体系能力演化的所有瞬态计算结果在时间轴上进行综合，从而得到网络信息体系能力演化的综合价值。
网络信息体系在T时间段的能力评价需要面向需求演化模型CapEvoModel=〈QT,η(CT,T)〉在时间轴上进行从T1到Tn的综合：
ValueSoS(QT,T)= f (ValueSoSTransient(QT,T), η(CT,T))
4 案例分析
“海上丝绸之路”是习主席提出的“一带一路”重大国家发展战略的主要组成之一。在军事领域，中国海军对于海洋利益的保护是有效推进“海上丝绸之路”的重要保障。
1) 能力需求价值模型基础框架
在“全面保障海洋利益”使命中，海军承担的主要任务主要包含保卫领海主权、维护海洋权益、确保通道畅通3个方面。进一步，对于军事任务的分析即可确定封锁、登陆、核威慑、核打击、驱逐、护航等主要的作战活动。“全面保障海洋利益”使命下的网络信息体系能力需求价值模型基础框架如图5所示。
能力需求价值模型基础框架中能力分为两大类：核心能力和能力外延。核心能力是使命任务完成过程中网信体系必须具备的能力；能力外延是除了核心能力外在完成使命任务过程中起支撑作用的能力。
2) 能力属性评分函数
在完成“全面保证海洋利益”使命中，卫星通信是海上通信的主要手段，而传播时延属性是信息时效性的决定性因素。以传播时延为例，分析能力属性评分函数的构建和价值分数的计算过程。
首先领域专家给出一组关于传播时延与价值分数对应关系的参考数据，依据能力属性评分函数的构建方法，通过参考数据拟合出卫星通信传播时延的评分函数 f(delay)，见图6。
图5 “全面保障海洋利益”能力需求价值模型基础框架
图6 卫星通信传播时延评分函数曲线
3) 能力需求价值模型权重体系
“全面保障海洋利益”能力需求价值模型权重体系分为5层。案例考察2000—2050年50年间网络信息体系能力演化规律，以使命任务层权重为例给出各权重值如表1所示。
4) 网络信息体系能力演化分析
根据上文“全面保障海洋利益”能力需求价值模型基础框架、能力需求价值模型权重体系以及能力属性评分函数，采集部队相关网络、信息装备系统统计数据，结合演训数据及部分模拟数据，进行网络信息体系能力指标价值度量及相关计算。对体系进行演化的瞬态分析和整体规律分析，最终得出“全面保障海洋利益”使命下的网络信息体系能力价值演化过程如图7所示。从图7可以看出：“全面保障海洋利益”能力价值在整个考察期内整体呈现上升趋势，演化过程可划分为3个阶段。
表1 使命任务层权重体系
权重值2000—20052005—20102010—20152015—20202020—20252025—20302030—20352035—20402040—20452045—2050u(Ta1,M)0.550.600.450.400.300.200.250.300.300.30u(Ta2,M)0.400.300.400.450.550.600.450.300.200.15u(Ta3,M)0.050.100.150.150.150.200.300.400.500.55
图7 “全面保障海洋利益”体系能力演化过程
(以美军体系能力为参照标准)
2010年之前，“全面保障海洋利益”体系能力建设处于起步阶段，体系能力价值总体偏低，呈现缓慢上升趋势；2010—2035年，“全面保障海洋利益”体系能力建设处于追赶阶段，能力价值快速提升；2035—2050年，“全面保障海洋利益”体系能力建设达到可与美军抗衡阶段，整体能力价值趋于平稳。
综合上述分析不难发现，使命任务在网络信息体系的发展中起着驱动和导向作用，情报监视侦查、导航控制、通信、指挥控制四类核心能力以及火力、机动力和后装保障力三类基础能力决定了网络信息体系的发展和演化轨迹。因此，在全军网络信息体系建设中要以使命任务为牵引，以四类核心能力建设为抓手，综合考虑国家军事战略、经济、科技、外交等因素，确保网络信息体系又好又快发展，为维护国家主权和安全，打赢高技术条件下局部战争发挥关键作用。
5 结论
本文研究了网络信息体系能力需求演化的建模及分析方法，给出了网络信息体系能力需求价值模型，构建网络信息体系能力需求演化模型，并给出能力需求演化的分析方法，最后给出具体应用案例。
下一步在本文工作基础上，研究如何基于演化分析结果为制订/调整网络信息体系发展战略、规划计划等顶层设计工作提供决策支持。
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