CN110059948B - 一种ooda环的分层网络分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种OODA环的分层网络分析方法，属于装备体系网络的分析领域。该方法包括步骤：基于OODA环的分层系统在选择节点对敌方节点进行侦察时，根据费用最优原则，优先选择费用较低层的节点；若不满足故障模型，则考虑上一层节点，采用递归法，直到打击节点层无法满足故障模型；此时，进行降级处理，继续逐层考虑分析，计算出侦察敌方节点需要的费用。本发明将由OODA环组成的系统进行分层，根据上述方法，在故障模型下选择侦查节点，保证侦察信息的准确性，并基于费用最低原则，使侦察费用最低。最后计算出侦察敌方节点需要的费用。

Description

一种OODA环的分层网络分析方法

技术领域

本发明涉及计算机领域，涉及一种OODA环的分层网络分析方法。

背景技术

OODA(Observe，Orient，Decide，Act，观察-判断-决策-行动)模型在军事领域得到了广泛应用，如使用OODA分析武器系统间关系，指导构建武器装备体系模型，然后以此模型为基础采用其它方法研究武器装备体系问题。然而，OODA模型难以描述武器装备体系中协同决策过程，而协同决策过程影响了武器装备体系模型及其他问题的研究精度，所以有必要对协同决策过程的描述模型进行研究。

OODA决策循环的基本观点是：武装冲突可以看作是敌对双方互相较量谁能更快更好的完成“观察-判断-决策-行动”的循环程序。双方都从观察开始，观察自己、观察环境、观察敌人。基于观察，获取相关的外部信息，根据感知的外部威胁，及时调整系统，做出相应对策，并采用相应行动。

一个复杂的作战体系对抗过程是由多个层级的OODA环并行、嵌套、迭代组合而成的复杂网络，但从总体层面上看，整个作战过程最终可抽象为一个大的OODA环。为了简化分析，将这个环抽象为由观察、判断、决策、行动4个节点集以及环节与环节之间的通信链路组成，其中每个环节是由一个或多个功能属性相同的子节点组成的节点集。从体系对抗过程中抽象出4类实体集，即目标实体集(targets)、侦察探测实体集(sensors)、判断决策实体集(deciders)、攻击实体集(attackers)。

武器装备体系是为了满足一定的战略需求或作战任务需要，根据作战规律，特别是信息化条件下一体化联合作战的规律，由多种武器、装备系统按照特定的结构组成的功能整体。武器装备体系的基本组成单元是各个武器及装备系统。从系统工程的角度看，武器装备体系也可看作是一类系统，但却是在武器和装备系统层次之上的更高层次的系统，即系统的系统。

装备保障网络是由具备获取、处理、传递以及响应信息能力的无数个装备保障单元，通过相互联系和作用形成的庞大的体系。体系对抗是典型的复杂作战系统之间的对抗，是一种重要的信息化作战样式。研究体系对抗的复杂性及其方法，是适应信息化条件下作战发展规律，提高体系作战能力的迫切需要。网络化体系对抗的一个重要特点是通过网络优势获得信息优势，进而获得认知优势、决策优势、组织优势和行动优势，从而将已方的行动节奏置于敌方的反应周期内。

网络化是体系形成的基础，为了强调体系的网络化特征，在信息系统的支撑下，集成了各种信息网络(包括物理网络和逻辑网络)且具有显著的网络化特征的战争复杂体系系统称为网络化体系。网络化体系可以看成是各类信息网络的综合集成，这些网络体现的是组分系统间复杂的交互作用关系是体系能力的源泉。体系效能评估应该以网络为重点，特别关注基于网络的耦合交互作用效果，以及由此产生的体系整体效能。

复杂网络是具有复杂拓扑结构和动力学行为的大规模网络，主要采用数学图论作为理论基础，结合统计物理学的基本方法和工具，对网络的特性、形成机制以及演变规律等展开分析。目前，比较成熟的复杂网络模型有规则网络模型、随机网络模型、层次网络模型、确定网络模型、自相似网络模型等几种。通常情况下，层次网络是由若干彼此相连的模块组成的。所谓模块是在物理或功能上连接在一起的、共同完成某个独立功能的节点。

分层系统各层元素的可靠性信息具有显著的不均衡性特点。可靠性信息包括可靠性试验数据及先验信息。系统底层元素(如器件)一般选自标准产品库，可靠性信息易于获得且较为丰富。而接近顶层的元素，其可靠性信息常常缺乏甚至不存在，特别是整系统，其可靠性试验耗费耗时巨大，积累信息十分有限。对系统各层元素的可靠性信息进行融合使用，能够提高分层系统可靠性模型的准确度。

分层异构网络应用于大量应急数据，在不断应对突发事件过程中，应急信息资源高效调度是提高灾害救助必要条件，对在指定救援时间期限情况下，充分考虑最小费用问题，在救援行动中资源供应延误成本非常高，因此，在对信息资源调度路径选择时，应找到一个可靠路径进行信息传输。平台中心战中指挥控制机构具有严格的层级结构，指挥控制过程以个体决策为主。

在具有分层递阶特性的网络中，不同层级的关键节点不一定相同。只对网络的某一层进行分析时，可能忽略了某些在其他层占据重要位置的节点，从而使结果并不能反映整个网络的真实状况。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种OODA环的分层网络分析方法，在该方法的分层结构中，对于敌方节点的侦察不再局限于仅以观察节点进行侦察，克服了故障模型下的观察节点数量较少时无法对敌方节点进行侦察的不足。系统根据费用来选择用作侦察的节点，并计算出系统对敌对节点进行侦察所需的最低费用。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种OODA环的分层网络分析方法，该方法包括以下步骤：

基于OODA环的分层系统在选择节点对敌方节点进行侦察时，根据费用最优原则，优先选择费用较低层的节点；若不满足故障模型，则考虑上一层节点，采用递归法，直到打击节点层无法满足故障模型；此时，进行降级处理，继续逐层考虑分析，计算出侦察敌方节点需要的费用。

进一步，所述基于OODA环的分层系统结构分为四层；

观察节点处于第一层，调整节点处于第二层，决策节点处于第三层，打击节点处于第四层；记i＝1,2,3,4为层数，j为各层节点标号；

随着层数的增加，各层节点进行侦察工作所需的费用也随之增加；每层节点所需费用相同，记为c_i；

系统中各个节点到敌对节点的距离为d_ij，则每个节点侦察敌对节点的费用为：C_ij＝c_i×d_ij；

系统用于侦察敌对节点的节点称为侦察节点，侦察节点的选择是基于费用最低原则；计算侦察敌方节点的总代价：C＝ΣC_ij；

根据故障模型，总节点数和故障节点数的关系为：N≥3f；

当观察节点侦察到敌方节点后，根据故障模型，系统将使用四个节点对敌方节点进行侦察，并允许一个侦察节点出现故障；

对敌对节点的侦察是有范围限制的，称为侦察范围。

进一步，所述侦察范围的确定为：

根据发现敌方节点的观察节点到敌方节点的距离和系统性能，来确定侦察半径D，并以敌方节点为中心，作半径为D的圆，即得侦察范围；在侦察范围内的各层节点记为N_i。

进一步，所述侦察的方法为：

S1：观察节点发现敌方节点后测量两节点间距离；确定侦察半径D后，得到侦察范围；

S2：测量所有节点到敌方节点的距离d_ij，确定在侦察范围内的节点；由C_ij＝c_i×d_ij计算所有节点侦察该敌方节点的费用；

S3：在侦察范围内，即d_1j＜D，若观察节点的数量N₁≥4，选择费用最低的四个观察节点对敌方节点进行侦察；

S4：若观察节点的数量N₁＜4，在侦察范围内，即d_2j＜D，寻找费用最低的四个调整节点对敌方节点进行侦察；

S5：若调整节点的数量N₂＜4，在侦察范围内，即d_3j＜D，寻找费用最低的四个决策节点对敌方节点进行侦察；

S6：若决策节点的数量N₃＜4，在侦察范围内，即d_4j＜D，寻找费用最低的四个打击节点对敌方节点进行侦察；

S7：若打击节点的数量N₄＜4，则系统无可靠节点层对该敌方节点进行侦察；此时进行降级处理；

S8：在侦察范围内，即d_1j＜D，若观察节点的数量N₁＝3，且调整节点的数量N₂≥1，则采用三个观察节点和一个距离敌方节点最近的调整节点来进行侦察；

S9：在侦察范围内，即d_2j＜D，若调整节点的数量N₂＝3，且决策节点的数量N₃≥1，则采用三个调整节点和一个距离敌方节点最近的决策节点来进行侦察；

S10：在侦察范围内，即d_3j＜D，若决策节点的数量N₃＝3，且打击节点的数量N₄≥1，则采用三个决策节点和一个距离敌方节点最近的打击节点来进行侦察；

S11：决策节点的数量N₃＜3，则系统无法对该敌对节点进行侦察；

S12：若满足S3～S10，则根据C＝ΣC_ij计算侦察该敌方节点的总代价。

本发明的有益效果体现在：本发明将由OODA环组成的系统进行分层，根据上述方法，在故障模型下选择侦查节点，保证侦察信息的准确性，并基于费用最低原则，使侦察费用最低。最后计算出侦察敌方节点需要的费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为基于OODA环的分层系统结构示意图；

图2为各层侦察节点侦察敌对节点示意图；图2(a)为第一层，图2(b)为第二层，图2(c)为第三层，图2(d)为第四层；

图3为降级法侦察敌对节点示意图；图3(a)为第一级，图3(b)为第二级，图3(c)为第三级。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

本发明提出的侦察方法如下：系统在选择节点对敌方节点进行侦察时，是根据费用最优原则，会优先选择费用较低层的节点。若不满足故障模型，则考虑上一层节点，采用递归法直到打击节点层也无法满足故障模型。此时，进行降级处理，继续逐层考虑。

图1是基于OODA环的分层系统结构示意图。其中，观察节点处于第一层，调整节点处于第二层，决策节点处于第三层，打击节点处于第四层。记i＝1,2,3,4为层数，j为各层节点标号。

随着层数的增加，各层节点进行侦察工作所需的费用也随之增加。每层节点所需费用相同，记为c_i。

系统中各个节点到敌对节点的距离为d_ij，则每个节点侦察敌对节点的费用为：C_ij＝c_i×d_ij。

系统用于侦察敌对节点的节点称为侦察节点，侦察节点的选择是基于费用最低原则。计算侦察敌方节点的总代价：C＝ΣC_ij。

根据故障模型，总节点数和故障节点数的关系为：N≥3f。

当观察节点侦察到敌方节点后，根据故障模型，系统将使用四个节点对敌方节点进行侦察，并允许一个侦察节点出现故障。

对敌对节点的侦察是有范围限制的，这个范围称为侦察范围。侦察范围的确定由下：根据发现敌方节点的观察节点到敌方节点的距离和系统性能，来确定侦察半径D，并以敌方节点为中心，作半径为D的圆，即得侦察范围。在侦察范围内的各层节点记为N_i。

图2为各层侦察节点侦察敌对节点示意图；图2(a)为第一层，图2(b)为第二层，图2(c)为第三层，图2(d)为第四层；

图3为降级法侦察敌对节点示意图；图3(a)为第一级，图3(b)为第二级，图3(c)为第三级。

具体侦察方法如下：

一、观察节点发现敌方节点后测量两节点间距离。确定侦察半径D后，可得到侦察范围。

二、测量所有节点到敌方节点的距离d_ij，确定在侦察范围内的节点。由C_ij＝c_i×d_ij计算所有节点侦察该敌方节点的费用。

三、在侦察范围内，即d_1j＜D，若观察节点的数量N₁≥4，选择费用最低的四个观察节点对敌方节点进行侦察。

四、若观察节点的数量N₁＜4，在侦察范围内，即d_2j＜D，寻找费用最低的四个调整节点对敌方节点进行侦察。

五、若调整节点的数量N₂＜4，在侦察范围内，即d_3j＜D，寻找费用最低的四个决策节点对敌方节点进行侦察。

六、若决策节点的数量N₃＜4，在侦察范围内，即d_4j＜D，寻找费用最低的四个打击节点对敌方节点进行侦察。

七、若打击节点的数量N₄＜4，则本系统无可靠节点层对该敌方节点进行侦察。此时进行降级处理。

八、在侦察范围内，即d_1j＜D，若观察节点的数量N₁＝3，且调整节点的数量N₂≥1，则采用三个观察节点和一个距离敌方节点最近的调整节点来进行侦察。

九、在侦察范围内，即d_2j＜D，若调整节点的数量N₂＝3，且决策节点的数量N₃≥1，则采用三个调整节点和一个距离敌方节点最近的决策节点来进行侦察。

十、在侦察范围内，即d_3j＜D，若决策节点的数量N₃＝3，且打击节点的数量N₄≥1，则采用三个决策节点和一个距离敌方节点最近的打击节点来进行侦察。

十一、决策节点的数量N₃＜3，则本系统无法对该敌对节点进行侦察。

十二、若满足上述步骤三到步骤十，则根据C＝ΣC_ij计算侦察该敌方节点的总代价。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (3)

1.一种OODA环的分层网络分析方法，其特征在于：该方法包括步骤：

基于OODA环的分层系统在选择节点对敌方节点进行侦察时，根据费用最优原则，优先选择费用较低层的节点；若不满足故障模型，则考虑上一层节点，采用递归法，直到打击节点层无法满足故障模型；此时，进行降级处理，继续逐层考虑分析，计算出侦察敌方节点需要的费用，

其中，所述基于OODA环的分层系统结构分为四层；

观察节点处于第一层，调整节点处于第二层，决策节点处于第三层，打击节点处于第四层；记i＝1,2,3,4为层数，j为各层节点标号；

随着层数的增加，各层节点进行侦察工作所需的费用也随之增加；每层节点所需费用相同，记为c_i；

系统中各个节点到敌对节点的距离为d_ij，则每个节点侦察敌对节点的费用为：C_ij＝c_i×d_ij；

系统用于侦察敌对节点的节点称为侦察节点，侦察节点的选择是基于费用最低原则；计算侦察敌方节点的总代价：C＝∑C_ij；

根据故障模型，总节点数和故障节点数的关系为：N≥3f；

当观察节点侦察到敌方节点后，根据故障模型，系统将使用四个节点对敌方节点进行侦察，并允许一个侦察节点出现故障；

对敌对节点的侦察是有范围限制的，称为侦察范围。

2.根据权利要求1所述的一种OODA环的分层网络分析方法，其特征在于：所述侦察范围的确定为：

根据发现敌方节点的观察节点到敌方节点的距离和系统性能，来确定侦察半径D，并以敌方节点为中心，作半径为D的圆，即得侦察范围；在侦察范围内的各层节点记为N_i。

3.根据权利要求2所述的一种OODA环的分层网络分析方法，其特征在于：所述侦察的方法为：

S1：观察节点发现敌方节点后测量两节点间距离；确定侦察半径D后，得到侦察范围；

S2：测量所有节点到敌方节点的距离d_ij，确定在侦察范围内的节点；由C_ij＝c_i×d_ij计算所有节点侦察该敌方节点的费用；

S3：在侦察范围内，即d_1j＜D，若观察节点的数量N₁≥4，选择费用最低的四个观察节点对敌方节点进行侦察；

S4：若观察节点的数量N₁＜4，在侦察范围内，即d_2j＜D，寻找费用最低的四个调整节点对敌方节点进行侦察；

S5：若调整节点的数量N₂＜4，在侦察范围内，即d_3j＜D，寻找费用最低的四个决策节点对敌方节点进行侦察；

S6：若决策节点的数量N₃＜4，在侦察范围内，即d_4j＜D，寻找费用最低的四个打击节点对敌方节点进行侦察；

S7：若打击节点的数量N₄＜4，则系统无可靠节点层对该敌方节点进行侦察；此时进行降级处理；

S8：在侦察范围内，即d_1j＜D，若观察节点的数量N₁＝3，且调整节点的数量N₂≥1，则采用三个观察节点和一个距离敌方节点最近的调整节点来进行侦察；

S9：在侦察范围内，即d_2j＜D，若调整节点的数量N₂＝3，且决策节点的数量N₃≥1，则采用三个调整节点和一个距离敌方节点最近的决策节点来进行侦察；

S10：在侦察范围内，即d_3j＜D，若决策节点的数量N₃＝3，且打击节点的数量N₄≥1，则采用三个决策节点和一个距离敌方节点最近的打击节点来进行侦察；

S11：决策节点的数量N₃＜3，则系统无法对该敌对节点进行侦察；

S12：若满足S3～S10，则根据C＝∑C_ij计算侦察该敌方节点的总代价。

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