2020第八届中国指挥控制大会系列报告之一：
从“网络中心”到“决策中心”—— 解读美军马赛克战（MOSAIC WARFARE）
中国工程院院士
信息系统安全重点实验室主任
于全
报告背景
2020年9月22-24日，由中国科学技术协会指导，中国指挥与控制学会主办，北京洞见未来会展有限公司承办的第八届中国指挥控制大会暨第六届中国（北京）军事智能技术装备博览会在京隆重召开。本届大会的主题是“智能 C2：承载未来军事创新”，旨在全面贯彻落实国家创新驱动发展战略和习近平主席关于“加快军事智能化发展，提高基于网络信息体系的联合作战能力、全域作战能力”的重要指示，引领C4ISR体系的创新发展，促进军事智能指挥控制技术的进步和产业的可持续发展。于全院士做题为《从网络中心到决策中心——解读美军“马赛克战”》的开场报告。
于全院士做大会开场报告
报告内容
摘要：为了解决网络中心战在强敌对抗环境下的战术通信网络受限问题，DARPA开展了决策中心战的研究，马赛克战作为决策中心战的一种作战样式，其核心理念是以决策为中心，将各种作战功能要素打散，利用自组织网络将其构建成一张高度分散、灵活机动、动态组合、自主协同的“杀伤网”，进而取得体系对抗的优势。基于可组合的军力设计和以情境为中心的C3（Command、Control、Communication），马赛克战实现了一种全新的作战方式，能够比对手更快、更有效地做出决策。通过在作战前和作战中动态地组合和重组部队，提升部队的灵活性和适应性，同时给予对手更大的复杂性和不确定性。
在军事理论方面，多年来美军的作战概念创新从未间断，可以说是花样繁多、层出不穷。自上世纪90年代开始，美军陆续提出了网络中心战、空海一体战、多域战、算法战以及最近提出的决策中心战等，对美军的作战方式、技术变革以及能力构建都具有重大而深远的影响。马赛克战（MOSAIC WARFARE），作为决策中心战的一种作战样式，无论是从理论的原创性还是从实战的可操作性方面，都具有里程碑意义，值得我们认真分析研究并思考应对之法。
1、马赛克战提出的背景
自第二次世界大战结束以来，美军为了应对外部强敌、夺取军事竞争中的优势地位，共提出过三次抵消战略。第一次抵消战略诞生于上世纪50年代，美军为了应对苏联常规军事力量的规模优势，提出以核武器技术优势抵消常规军事力量优势的军事战略。随着苏联核武器快速发展，美军第一次抵消战略效果并不理想。第二次抵消战略诞生于上世纪70年代末期，美军总结越战中的经验教训，提出了以精确制导武器、隐形飞机等先进武器装备为标志的第二次抵消战略。通过将各类传感器和武器平台进行组网互联，使美军的体系作战能力大幅提升，第二次抵消战略比较成功，美军逐渐构建了以网络中心战主导的作战体系。第三次抵消战略诞生于2015年前后，美军提出以自主系统、人机协同以及作战辅助系统等为依托的第三次抵消战略。随着中俄等对手综合国力的提升，美军正在逐步失去在第二次抵消战略中确立的技术优势，隐身能力、精确导航、网络化传感器等军事技术已经扩散到对手。美军为了续保持优势，特别是有代差的绝对优势，必须重新设计军力和作战方式，改变传统以消耗为主的作战理念，依靠对抗环境下的决策优势提升己方的作战能力。以决策为中心的作战概念可以利用新兴的技术，如人工智能（AI）和自主系统（AS），创造一种新的作战样式，就如同当年将隐身飞机和精确制导技术与远程打击作战样式相结合一样。通过将新技术与新的作战样式相结合，新技术的效用才能得以充分发挥。
在地缘战略方面，美军认为自己存在一定的劣势，比如跟中国相比，在台湾地区，跟俄罗斯相比，在波罗的海地区，均存在远离冲突区域的不利因素。中俄两国可以在自己的国土上建立传感器和精确打击网络，威胁到数百英里外的美军及其盟军，成功实施反介入/区域拒止（A2/AD）战略。美军30年来组建的由多任务单元和平台相结合的大型编成部队，在中俄的反介入/区域拒止（A2/AD）战略下极易被探测和遭受攻击，灵活性大大受限。
为推进决策中心战的研究，2017年8月，DARPA首次提出马赛克战概念，其核心理念是以决策为中心，将各种作战功能要素打散，利用自组织网络将其构建成一张高度分散、灵活机动、动态组合、自主协同的“杀伤网”，进而取得体系对抗的优势。2019年3月，DARPA开始大规模布局马赛克战使能技术项目研发，9月发布《恢复美国的军事竞争力：马赛克战》，概述了马赛克战的内涵、组成和原则等。2019年12月，DARPA等机构运用兵棋推演方法对马赛克战进行了评估，其有效性得到初步验证。2020年2月11日，美战略与预算评估中心（CSBA）发布《马赛克战：利用人工智能和自主系统实施决策中心战》，提出以马赛克战为抓手，实施决策中心战构想。在2020财年预算中，DARPA安排与马赛克战相关的项目就有50多项，占DARPA项目总数的23%。
2、马赛克战的核心思想
美军自上世纪90年代提出网络中心战概念，并以此为指南进行作战体系的构建。首先美军利用约10年时间，将各作战要素通过公共网络平台互连起来，即全球信息栅格（GIG）。第二阶段，美军又利用了约10年时间，通过将各类信息资源云化，建设联合信息环境（JIE）。通过两个阶段的建设，美军基本形成了形成“一朵云”、“一张网”，即构成所谓的网-云-端体系架构。
美军网-云-端体系架构
网络中心战的基本特点，一方面，网络中心战通过强化集中式指挥来提高决策能力；另一方面，网络中心战依赖强大的通信网络来支撑战区指挥官对广域战场态势的充分掌握和与下属所有部队的可靠信息交互。然而，在复杂的战场环境中，通信网络，特别是末端战术通信网络常常受限甚至中断。特别是在与强敌对抗条件下，对手不断提升的电子战和反C2ISR能力将削弱指挥官对战场态势的理解和对部队的通信指挥，高抗毁高可靠的战术通信网几乎无法实现，即使短暂达成也难以持续保持。
针对网络中心战面临的问题，通过强化技术手段解决战场可靠通信问题并不容易，而博伊德（Boyd）的OODA（Observation, Orientation, Decision, Action）环路理论给出了另外一条思路。OODA环路最初来源于空军作战实践，以侦察、判断、决策以及行动循环描述基本的作战过程，现在被扩展到一般意义的决策问题上，在军事理论中应用广泛。传统对OODA环的理解，即作战双方根据即时战场态势侦察，判断战场形势，做出己方决策，部署作战行动并快速进入下一轮次的侦察环节，双方比拼的是己方的OODA环迭代速度，尽可能做到快速响应战场态势。其实，在对抗条件下应用OODA环作战理论，可以得到决策中心战的核心思想，即决策中心战聚焦破击对手的“判断”环节，敌方即使掌握战场态势信息，也难以判断己方作战意图，进而难以确定打击重心和防御方向，做出有效的战场决策。
马赛克战作战概念的核心思想是由人类指挥官负责指挥、由AI赋能的机器负责控制，对己方高度分散的部队快速组合和重组，使得战场态势复杂化，在提升己方适应性和灵活性的同时，让敌方难以判断战争形势，进而陷入决策困境。决定马赛克战成败的关键是给敌方造成困境的数量及施加困境的速度，其作战重点是扰乱敌方OODA环路的判断环节。因此，网络中心战依赖战场的高度透明和可控，而决策中心战却拥抱战场迷雾和混乱。
目前美军的作战平台主要由有人驾驶的独立的或一体化集成的多任务单元（如飞机、舰艇、部队编队）组成，具备传感器、电子战系统、指挥控制系统以及武器系统等。然而，独立的多任务作战平台和一体化集成系统配置不够灵活，限制了作战力量可重组性，降低了部队的适应能力，其行动更容易被预测，也削弱了迷惑敌方的能力。马赛克战的军力设计思想是将多任务平台分解为数量更多规模更小的作战单元，每个单元的功能更少，可组合性更强。通过作战单元临机、灵活的组合和重组，己方能更好地获取决策优势。例如，一艘护卫舰和几艘无人水面舰船可以取代由多艘驱逐舰组成的水面战斗群。一个空中战斗机群编队可以由一架攻击战斗机以及几架搭载传感器和电子战装备的无人机取代。
马赛克战的指挥控制机制是基于实时可用通信网络而构建，而不是反过来，预先设计指挥控制方式，然后为此构建特定的通信网络。分散的作战单元在保证一定程度的信息共享前提下，其相互之间的通信状态可能是断续和局部的，无法与所有其他作战单元保持持续的、全局的连通关系，由机器实现的控制系统将自动匹配当前可用的作战单元与指挥官，进而构建马赛克战特有的指挥控制机制。
基于可组合的军力设计和以情境为中心的C3（Command、Control、Communication），可实现一种全新的作战方式，其特点在于比对手更快、更有效地做出决策。通过在作战前和作战中动态地组合和重组部队，提升部队的灵活性和适应性，同时给予对手更大的复杂性和不确定性。
综上所述，马赛克战军力设计的优势可总结如下：
一是分散化的作战单元更易融入新技术和新战术；
二是更多的组合方式可应对更多的威胁，提高部队的适应性；
三是大量分布式作战单元使对手难以判断和应对战场态势，给对手增加复杂性和不确定性；
四是适应不同作战任务，精准调配合适的作战单元，提高整体效能，扩大作战行动范围。
3、指挥控制流程的变革
为实施决策中心战，需要对指挥控制（C2）流程进行变革；为充分利用作战单元的分散化以及动态重组性等优势，指挥控制流程将实现由人主导转变为依赖人类指挥和机器控制的结合。
人类指挥体现在由人类指挥官制定整体作战方案，在遵循上级指挥官战略意图的前提下，充分发挥指挥官的创造性和指挥艺术；当指挥官通过计算机接口给机器控制系统下达要完成的作战任务后，由机器主导的控制系统询问通信可达的参与作战单元或军力要素，作战单元根据与战场的距离、与任务相关的能力以及自身物理特性等指标作出反应，随后控制系统识别可以接受任务的作战单元并反馈给指挥官，以此实现以情境为中心的C3。
根据人在控制流程中的地位和作用，控制系统主要分为半自主系统、有监督的系统和完全自主系统三种（如下图）。
控制系统分类
半自主系统：半自主系统由人控制整体控制流程，指挥员负责做出决策和实施控制。目前大部分指挥控制系统都属于人在回路中的半自主系统。
有监督的自主系统：人处于监视者地位，机器主要负责做出决策，就形成了人在回路上的有监督的自主系统。
完全自主系统：人完全脱离了整个控制流程，由机器做出自主决策，就形成了人在回路外的完全自主系统。
面对战场紧急情况，需要实时做出决策的时候，行动的速度是首要因素，此时适用于人在回路上的有监督的自主系统；当战场通信受限的情况，指挥员无法参与有效决策的时候，就有必要引入人在回路外的完全自主系统。
马赛克战实现的以情境为中心的C3，主要依赖自主系统和人工智能技术的发展。依托无人机、无人车、无人船以及水下潜航器等各类无人平台，通过信任授权的方式激活自主系统，把决策权交给机器，在受限的战场通信情况下，实现以情境为中心的C3。
纵观指挥控制系统的发展和变革，指控系统经历了四次大的迭代演进。传统的指控系统功能单一，属于相对独立的系统。第二代指控系统是将各类功能单一武器平台各类要素综合集成，形成一个一体化的指控系统。第三代指控系统在第二代指控系统静态功能的基础上，采用网络化的方式形成动态组合作战要素，构成所谓的杀伤网络，形成具有动态功能特性的指控系统。随着人工智能等技术的发展，马赛克战作战概念将指挥控制系统推进到更高层次，根据战场实时态势将作战要素临机、动态组合，形成高度灵活的自组织杀伤网络，体现出高度分散重组性和自适应能力。这类指挥控制系统摒弃了传统的自顶向下的作战规划模式，通过将自顶向下的作战规划与自底向上的行动计划相结合，由人类指挥员负责作战指挥，由机器负责控制，从而大大提升了己方在强敌对抗下的适应能力。首先在战略层面，由指挥员发挥创造性，制定宏观作战意图。一旦作战意图达成，通过当前可用的战场网络，自主系统分解并下发作战意图。在战术层面，一旦各作战单元接收到作战意图，就会根据自身跟战场的距离、作战任务的关系以及物理特性来响应作战意图。最后AI赋能的系统辅助临机的区域决策中心自动形成作战规划，并控制本区域的作战单元开展作战行动，从而达到一种人机结合、优势互补的指挥体系。
4、通信组网模式的演进
根据马赛克战的核心思想，指挥控制流程发生了重大变革，也对战术通信产生巨大影响，完全颠覆了传统战术通信的逻辑。相对于传统战术通信，马赛克战的通信组网模式有了更高的技术需求，主要表现在两个方面：一是在网络层次方面。传统的组网模式下，网络规模一旦增大，都要将网络分层，划分为核心网、接入网、末端子网，通过网络分层把各类子网串联起来。而马赛克战中的通信组网，完全摒弃了层次化网络结构，取而代之的是一种超级扁平化网络，即规模庞大的自组织网络。二是在自组网模式方面。相较于传统需要预先规划、相对静态的自组网模式，马赛克战中的自组网要实现从静态组网到动态自组织网络的演进，节点临机加入和退出，参数动态调整，随遇入网互通。
这种新的组网模式技术上有非常大的挑战，一方面是无中心自组网的服务质量保证问题，另一方面是自组网网络吞吐量随节点数量指数下降问题。近年来美军重点发展所谓的宽带自组织网络（MIMO Ad-Hoc），其涉及的关键技术见下图。
宽带自组织网络关键技术
宽带自组织网络的核心要点是有效应对信道的复杂性、网络拓扑的动态性，提供有保证的服务质量。具体来说，就是通过宽带自组织网络的两个机制，即波束成形和空间分集，设计两种工作模式，将数据平面和控制平面进行分离。传统Ad Hoc网络中数据面和控制面无法分离，无法解决马赛克战通信组网面临的两个挑战。采用宽带自组织网络技术后，数据平面和控制平面相互分离，一系列新型关键技术，如动态自适应调制编码、波束成形算法、基于网络态势感知的空时频资源调度、基于业务感知的端到端路由机制和基于情境感知的网络拓扑动态重构等均可以应用到马赛克战通信组网设计中。
此外，DARPA专门开展了弹性网络化分布式马赛克通信关键技术研究。其基本思想是，针对远距离通信面临的设备体积大、重量重、功耗大、成本高，不适用于小平台特别是无人平台的难点问题，通过将多个小的通信单元连接起来，构建一个分布式MIMO（即“电台云”），这样组合形成波束成形，并通过协作、反馈和信道探测，实现远距离通信。DARPA计划按照三个阶段、通过三四年的时间来逐步实现，先是用18个月时间实现多个电台组成的“电台云-电台”通信的原型，然后再用15个月时间实现“电台云-电台云-电台云”的系统演示，最后用12个月时间把战术电台的分布式协作构成一个通用服务。
5、总结
马赛克战作为一种全新的作战概念，并不是对网络中心战的全盘否定，主要是针对强敌对抗的条件下，在战术末端实施的一种全新的作战样式。马赛克战的基本理念是，通过将无人化和智能化技术引入指挥控制流程，采用分散性、重组性的军力设计原则，充分发挥自主系统和人工智能技术优势，增强己方的战场适应性和灵活性，同时给敌方带来决策困境。马赛克战作战概念将对传统的指挥控制流程以及战术通信组网技术产生重大影响。
个人简介
于全院士是军事科学院系统工程研究院研究员，中国工程院院士，信息系统安全重点实验室主任，国家自然科学基金“空间信息网络基础理论与关键技术”重大计划指导专家组组长，《Journal of Communication and Information Networks》指导委员会主席，中国指挥与控制学会副理事长。研究方向包括无线自组织网络、空间信息网络、软件无线电、认知无线网、网络体系架构以及类脑神经元异构网络以及类生物免疫网络安全防御等学科。先后获得何梁何利基金“科学与技术进步奖”，国家科技进步一等奖1项、二等奖1项，军队科技进步一等奖4项、二等奖2项。
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