C4ISR 網絡安全態勢的可拓云理論綜合評估方法

王 豐，孫 江，林 瑜

（海軍航空大學，山東 煙臺 264001）

0 引言

信息化條件下，自動化指揮系統［1-4］（C4ISR）是以計算機和電子設施設備為網絡核心，具有控制、指揮、通信、預警、偵察、探測以及監視等功能的復雜網絡系統，是一體化聯合作戰控制指揮的神經中樞。其在現代信息化戰爭中的作用越來越明顯，各種外界因素、不確定性因素和多變性攻擊時刻威脅著C4ISR 系統的安全和系統效能。如何在復雜的戰場環境下實時感知C4SIR 網絡態勢，精準綜合評估網絡的運行健康狀況，及時發現威脅，確保C4ISR系統的安全穩定就顯得尤為重要。

本文通過構建C4ISR 網絡安全態勢的評價指標體系，在此基礎上，利用云理論［5］、可拓學理論［6-7］和主客觀綜合賦權法等，構建C4ISR 網絡安全態勢的綜合評估方法。與單純的可拓識別方法［8］相比，該方法既能考慮定性評價指標，又能考慮定量評價指標，而且還能全面兼顧各安全級別關于各評價指標量值邊界的模糊性和離散性問題。為C4ISR 網絡安全態勢的綜合評估提供了一個新思路和新途徑，為有針對性地尋找安全評估中的弱項評價指標提供了理論參考支持，也豐富了可拓學和其他領域學科的交叉融合發展。

1 云理論和可拓學相關介紹

1.1 可拓學理論

可拓學［6］是由蔡文提出的一門原創性橫斷學科，以形式化模型，研究探討事物的拓展性及解決矛盾問題的智能化處理思路和途徑。其包括基元理論、可拓集理論、可拓邏輯和可拓方法等。并與信息科學、工程科學、管理科學等領域交叉，取得了一些研究成果。物元理論是可拓學研究的基礎理論。一般用有序的三元組

1.2 云理論

云理論是李德毅院士在模糊數學和概率論的基礎上提出的一個模型，能夠實現定性指標和定量值間的相互轉換，很好地解決了評估方法中，定性指標賦值的隨意性和模糊性。正態云模型是多個分布形態中的一種云，是在正態分布與正態隸屬函數基礎上形成的一個新模型，在多個領域都有較好的應用。

1.3 可拓云物元模型

2 網絡安全態勢的可拓云綜合評估

2.1 流程圖

繪制C4ISR 網絡安全態勢的可拓云綜合評估的流程，如圖1 所示。

圖1 C4ISR 網絡安全態勢的可拓云綜合評估流程

2.2 可拓云綜合評估的步驟

2.2.1 篩選評估指標

2.2.2 構建可拓云物元模型

依據C4ISR 系統網絡在某段時間內的評估指標數據，結合專家組經驗、建議，由專家組給出某段時間內安全態勢評估的5 個等級，分別記為十分危險（SD），危險（D），中等（M），較高（JH），很高（HH）。利用已有文獻資料，對安全態勢評估各等級的邊界值進行統一量化處理，得到表1。

表1 安全態勢各評估指標的等級界限值

其中，d 的值要根據戰場環境和作戰目標對各評估指標的具體要求，由專家組進行調整給出。

2.2.3 確定權重系數

為了客觀、準確刻畫各評估指標對C4ISR 系統整體安全態勢的影響程度，利用AHP 方法、G1 方法和熵值法結合得到各評估指標的綜合權重系數［16］。

2.2.4 計算關聯度

表2 安全態勢評估的可拓云物元模型

全部關聯度組成綜合評估矩陣，如下

2.2.5 確定評估級別

利用式（7），計算出待評估C4ISR 系統關于各級別的隸屬度。

由于關聯度式（5）計算過程中存在的隨機性，采用多次計算的方法，以減弱其隨機性。即利用公式得到綜合隸屬度。

根據隸屬度最大原則，確定C4ISR 系統整體安全態勢的級別［7-8，15］。若

則C4ISR 系統整體安全態勢的級別為j 級。

3 實例分析

通過對某C4ISR 模擬訓練系統近8 次仿真訓練中的數據進行分析，研究其安全態勢，給出安全態勢評估的級別。

表3 經過處理后的各評估指標量值

由于保密要求，關于6 個評估指標的量值已經過相關處理，詳細量值如表3 所示。

安全態勢各評估指標的級別界限值仍然為表1。

利用式（2）～式（4），經過對正態云模型的期望值Ex、熵En和超熵He的值，構造出可拓元物元模型，如表4 所示。

利用式（5）～式（6），計算得到該C4ISR 系統的綜合評估矩陣［7-8，15］D 為

表4 某C4ISR 系統安全的可拓云物元模型

利用式（7）～式（9），并對該系統進行100 次計算，得到綜合隸屬度，分別為

根據分析結果，可以為C4ISR 系統安全態勢的評估提供一個新思路和新方法。也可以為決策者尋求安全態勢的弱項提供理論支撐。

4 結論

本文在分析影響C4ISR 系統安全態勢各項評估指標的基礎上，利用逐步線性回歸模型，篩選出C4ISR 系統安全態勢的評估指標。并以此為基礎，將人工智能領域中的云理論和可拓學中的物元模型相結合，構建了一種安全態勢級別評估的全新方法和思路。該方法既能實現定量評估指標取值的準確刻畫，又能考慮到定性評估指標取值的隨機性和模糊性問題。是云理論和可拓學理論在C4ISR 系統安全態勢級別評估中的全新嘗試和應用。實例分析結果也表明了該方法的有效性和可操作性。