Trendy i uwarunkowania rozwojowe systemów wspomagania decyzji

Transkrypt

1 DELA Piotr Trendy i uwarunkowania rozwojowe systemów wspomagania decyzji WSTĘP Obserwowany w ostatnim czasie rozwój cywilnych systemów telekomunikacyjnych i informatycznych zaowocował nowym podejściem do tworzenia i organizacji wojskowych systemów wspomagania decyzji. Podejście to określane jest w literaturze angielskojęzycznej, jako COTS (ang. Commercial of the shelves), co w tłumaczeniu na język polski można zinterpretować, jako powszechne wykorzystanie w wojsku komercyjnych technologii telekomunikacyjnych i informatycznych[1]. Umożliwiło ono odejście od starego sposobu projektowania wojskowych systemów wspomagania decyzji polegającego na kosztownym i czasochłonnym projektowaniu tych systemów od podstaw. Nowoczesne technologie telekomunikacyjne i informatyczne są bezpośrednio wykorzystywane w nowo projektowanych wojskowych systemach łączności i informatyki, co przerodziło się na ich szybsze wdrażanie przy jednoczesnym obniżeniu ich kosztów. Należy jednocześnie zauważyć, że stosowane podejście pomimo wielu swoich zalet posiada także istotne, z punktu widzenia bezpieczeństwa, wady. Polegają one głównie na tym, że technologie te obarczone są różnego rodzaju błędami wynikającymi ze stosowanego przez ich producentów podejścia do ich wdrażania ukierunkowanego na zmniejszanie kosztów poprzez rezygnację w głównej mierze z etapu testów, który charakteryzuje się dużą czasochłonnością i kosztownością. Ich zastosowanie w systemach wojskowych obarczone jest niebezpieczeństwem nieprawidłowego funkcjonowania. Jest to szczególnie niebezpieczne w dobie wykorzystania, przez różnego rodzaju nie do końca zidentyfikowane grupy, błędów w systemach w celu uzyskania nieuprawnionego dostępu do informacji, jej niszczenia, blokowania do niej dostępu lub też jej modyfikacji. W niniejszym referacie uwagę skupiono na trendach i uwarunkowaniach rozwoju w dwóch głównych obszarach a mianowicie infrastrukturze teleinformatycznej, wykorzystywanej do przesyłania informacji i systemach wspomagania decyzji, wykorzystywanych do przetwarzania informacji. 1. SIECI TELEINFORMATYCZNE Motorem napędowym rozwoju sieci teleinformatycznych jest integracja systemów telekomunikacyjnych i informatycznych. Polega ona na konwergencji usług, medium transmisyjnego i technologii w jedno środowisko teleinformatyczne świadczące usługi jego użytkownikom. W efekcie powyższego zjawiska została uproszczona struktura wykorzystywanych systemów i sieci teleinformatycznych opartych na jednym, spójnym środowisku transmisyjnym zdolnym do zapewnienia jej użytkownikom wszystkich, niezbędnych do realizacji zadań, usług. Zostały zintegrowane sieci stacjonarne i mobilne w jedną wspólną platformę teleinformatyczną posiadającą zdolność do przechowywania i współdzielenia informacji na potrzeby wspólnej świadomości sytuacyjnej, zgodnie z koncepcją NEC (ang. Network enabled capability). Konwergencja usług w wojskowych systemach teleinformatycznych zgodna jest z podejściem COTS, a wiodącym protokołem do tego wykorzystywanym jest protokół IP (ang. Internet protocol) warstwy 3 modelu ISO OSI. W sieciach radiowych pola walki można zaobserwować istotne zmiany polegające na integracji usług i możliwości radiostacji pracujących w poszczególnych zakresach częstotliwości. W klasycznym ujęciu, radiostacje pola walki były urządzeniami dedykowanymi do pracy w różnych zakresach częstotliwości (np. UKF i KF). Skutkowało to potrzebą posiadania różnorodnych radiostacji na potrzeby dowodzenia i współdziałania. Wnioski z ostatnich konfliktów zbrojnych wykazały, że takie podejście powoduje często niemożność nawiązania łączności z elementami posiadającymi 314

2 inny rodzaj radiostacji (np. wojska lądowe i siły powietrzne) oraz powoduje przeciążenie dowódców poprzez konieczność obsługiwania wielu różnorodnych radiostacji w tym samym czasie. W efekcie powyższych doświadczeń dąży się obecnie do integracji radiostacji, jako urządzeń uniwersalnych, zdolnych do pracy w różnych zakresach częstotliwości. Koncepcja ta była rozwijana między innymi w ramach programu JTRS (ang. Joint tactical radio system) oraz SDR (ang. Software defined radio). Należy jednocześnie zaznaczyć, że we współczesnych radiostacjach zaimplementowano protokół IP i zintegrowano je z urządzeniami warstwy trzeciej, co umożliwiło wymianę informacji z innymi sieciami opartymi o powyższy protokół. W zakresie wykorzystania systemów satelitarnych w działaniach bojowych, obserwowane jest zwiększenie możliwości współczesnych systemów do wymiany informacji w ruchu (ang. Command on the move). Prym w tym zakresie wiodą Amerykanie, którzy wykorzystują systemy satelitarne do transmisji danych od szczebla plutonu. Niemniej jednak należy zaznaczyć, że stworzenie bezpiecznego i w pełni autonomicznego systemu teletransmisyjnego w oparciu o systemy satelitarne wymaga spełnienia jednego podstawowego warunku, którym jest posiadanie własnych satelitów. Istotnym zagadnieniem jest odporność systemów satelitarnych na zakłócenia, które w konflikcie na terytorium Polski, mogą być generowane przez potencjalnego przeciwnika. 2. ROLA I ZNACZENIE SIECI TELEINFORMATYCZNYCH Rolą sieci teleinformatycznych jest spojenie trzech elementów składowych systemu dowodzenia: organizacji dowodzenia, procesu dowodzenia i środków dowodzenia w jeden spójny i sprawnie działający mechanizm umożliwiający realizację zamierzonych celów prowadzonych działań[2]. Na rysunku 1. zostało zobrazowane umiejscowienie sieci teleinformatycznej w systemie dowodzenia. System dowodzenia Organizacja dowodzenia Więzi informacyjne struktura sieci Środki teleinformatyczne - ograniczenia Sieć teleinformatyczna Środki dowodzenia Dokumenty dowodzenia - przepustowość sieci - usługi Proces dowodzenia Rys 1. Miejsce sieci teleinformatycznych w systemie dowodzenia [2] W zakresie organizacji dowodzenia sieci teleinformatyczne powinny zapewnić wymianę informacji w ramach stworzonych (funkcjonujących) więzi informacyjnych. Z powyższego wynika, że struktura (architektura) sieci teleinformatycznych powinna być pochodną przyjętej organizacji dowodzenia i pokrywać się ze wszystkimi zdefiniowanymi więziami 315

3 informacyjnymi. Należy jednocześnie zauważyć, że organizacja dowodzenia jest jednocześnie uwarunkowana posiadanymi zasobami sił i środków łączności. Realizacja procesu dowodzenie określa w stosunku do sieci teleinformatycznych wymagania dotyczące przepustowości, które wynikają z tworzonych, przetwarzanych i przesyłanych dokumentów rozkazodawczych. Ilość, postać, priorytet i rodzaj informacji przesłanej w ramach realizacji procesu dowodzenia stawia również przed sieciami teleinformatycznymi wymagania w stosunku do: struktury sieci; mobilności sieci; poziomu (jakości i ilości) świadczonych usług sieciowych. Można zatem stwierdzić, że proces dowodzenia określa w stosunku do sieci teleinformatycznych wymagania uwzględniając jednocześnie ograniczenia wynikające z posiadanych sił i środków łączności, co zobrazowano na rysunku 2. Ograniczenia Możliwości sił i środków Ilość sił i środków System dowodzenia Sieć teleinformatyczna Wymagania: Struktura sieci Przepustowość sieci Mobilność sieci Usługi sieci Rys 2. Uwarunkowania sieci teleinformatycznych w systemie dowodzenia [2] 3. WYMAGANIA PRZEPUSTOWOŚCI SIECI TELEINFORMATYCZNYCH Jak wspomniano wcześniej proces dowodzenia stawia także przed sieciami teleinformatycznymi wymagania na przepustowość. Problem ten jest związany bezpośrednio z potrzebami informacyjnymi wojsk prowadzącymi działania zgodnie z koncepcją walki sieciocentrycznej a możliwościami dostępnych środków teleinformatycznych (łączności). Analizując potrzeby informacyjne i związane z nimi wymagania na przepustowość sieci teleinformatycznych można zauważyć, że każdy nowy konflikt zbrojny stawia przed sieciami coraz większe wymagania. Na rysunku 3. przedstawiono wzrost zapotrzebowania na przepustowość sieci teleinformatycznych w czterech ostatnich konfliktach zbrojnych: Pustynna Burza , Kosowo 2000, Afganistan 2002, Iracka wolność Przyjmując wymagania generowane w trakcie operacji Pustynna Burza za 1, zapotrzebowanie na przepustowość sieci w trakcie operacji Iracka Wolność wzrosło aż 10-cio krotnie. Na uwagę zasługuje również fakt, że skala omawianych operacji i zaangażowanych w nie sił były diametralnie różne. Zapotrzebowanie na przepustowość sieci teleinformatycznych w Kosowie było dwukrotnie większe niż podczas operacji Pustynna Burza pomimo tego, że było w niej zaangażowanych 10 razy mniej sił. Dodatkowo stwierdzono, że w czasie największej aktywności wojsk zapotrzebowanie na 316

4 przepustowość względna przepustowość sieci zdecydowanie rosła [5]. Zdaniem Defence Information Systems Agency, w okresie największej intensywności konfliktu Iracka Wolność, w obszarze działań wykorzystywane były łącza satelitarne o przepustowości 3 Gbps Pustynna Burza Kosowo Afganistan Iracka Wolność Rys. 3. Względny wzrost zapotrzebowania na przepustowość sieci teleinformatycznych w ostatnich konfliktach zbrojnych [5] Z drugiej strony wojska realizują swoje potrzeby informacyjne w oparciu o posiadane środki teleinformatyczne (łączności). Ich właściwości taktyczno-techniczne w znaczący sposób ograniczają możliwości realizacji zadań. Na rysunku 4. przedstawiono zestawienie możliwości poszczególnych rodzajów sieci teleinformatycznych w aspekcie: mobilności, przepustowości i zasięgu. Należy zauważyć, że poszczególne wymagania stawiane sieciom teleinformatycznym są ze sobą sprzeczne. Stawiając wymagania na wysoką mobilność sieci teleinformatycznej należy liczyć się z tym, że sieci te będą miały ograniczoną przepustowość. Wysoka mobilność sieci może także ograniczać zasięg jej działania. Wraz ze wzrostem wykorzystywania różnego rodzaju systemów zarządzania polem walki oraz rozwojem koncepcji tworzenia wspólnej świadomości sytuacyjnej zwiększają się zapotrzebowania na przepustowość sieci w zakresie danych związanych z położeniem wojsk własnych i przeciwnika. Źródłami tych informacji są elementy wojsk własnych przesyłające informacje o własnym położeniu, zużyciu zasobów oraz zaistniałych zdarzeniach jak również różnego rodzaju sensory. Szczegółowe oszacowania przepustowość sieci teleinformatycznych na tego typu informacje można znaleźć w opracowaniu Future Army Bandwidth Needs and Capability. Na rysunku 5. przedstawiono przypuszczalne zapotrzebowanie na pasmo generowane przez sensory pola walki w stosunku do pozostałych potrzeb informacyjnych w brygadzie. Można przypuszczać, że zaobserwowane wielkości ulęgną zmniejszeniu w chwili zastosowania odpowiednich narzędzi informatycznych kompresujących postać przesyłanej informacji. Niemniej jednak wraz ze wzrostem kompresji danych będą rosły wymagania na systemy je przetwarzające (kompresja danych w czasie rzeczywistym). Zmniejszenie wymagania na pasmo w stosunku do wybranych metod kompresji przedstawiono na rysunku

5 Mbps Niska przepustowość Sieci radiowe KF Wysoka mobilność Daleki zasięg Systemy satelitarne Sieci radiowe UKF Systemy komunikacji osobistej Sieci radioliniowe Niska mobilność Sieci kablowe Wysoka przepustowość Sieci WiFi Bliski zasięg Rys. 4. Możliwości sieci teleinformatycznych w aspekcie zasięgu, przerostowości i mobilności [6] 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Dane od sensorów Świadomość sytuacyjna, głos i inne usługi Rys. 5. Szacunkowe zapotrzebowanie na przepustowość sieci generowane przez sensory pola walki [5] 318

6 Kbps Nieskompresowany głos ADPCM GSM STANAG 4591 Rys. 6. Zmniejszenie wymagania na pasmo w stosunku do wybranych metod kompresji danych [5] 4. SYSTEMY WSPOMAGANIA DECYZJI W nomenklaturze NATO systemy wspomagania dowodzenia klasyfikuje się je następująco [1]: C2 (ang. Command & Control) klasyczne systemy dowodzenia, bez zastosowania środków automatyzacji; C3I (ang. Command, Control, Communications & Intelligence) systemy dowodzenia zintegrowane z systemami łączności i rozpoznania; C4I (ang. Command, Control, Communications, Computers & Intelligence) - systemy dowodzenia zintegrowane z systemami łączności i rozpoznania wspomagane technologiami informatycznymi; C4IEW (ang. Command, Control, Communications, Computers, Intelligence & Electronic War) - system C4I, w którym uwzględnia się wspomaganie obszaru walki elektronicznej; C4ISR - (ang. Command, Control, Communications, Computers [Computing], Intelligence, Surveilance &Reconnaissance) - system C4I, w którym uwzględnia się wspomaganie obszaru szeroko rozumianego rozpoznania i monitorowania pola walki. W tym obszarze obserwuje się wyraźny podział na systemy wykorzystywane do wspomagania pracy oficerów na stanowisku dowodzenia w ramach realizacji cyklu decyzyjnego procesu dowodzenia (systemy klasy C4I) oraz systemy wykorzystywane do dostarczania informacji o położeniu i sytuacji wojsk własnych oraz przeciwnika w ramach świadomości sytuacyjnej (systemy klasy C3I). Systemy klasy C4I stanowią zestawy aplikacji i systemów bazodanowych umożliwiające przetwarzanie na SD posiadanych zasobów informacyjnych, co w efekcie przejawia się szybszą i sprawniejszą realizacja cyklu decyzyjnego, a tym samym szybszym podjęciem decyzji i postawieniem zadań podległym wojskom. Systemy klasy C3I, nazywane także systemami zarządzania polem walki (ang. BMS - Battlefield management systems) mają za zadanie dostarczenie żołnierzom informacji o aktualnym położeniu i sytuacji wojsk własnych i przeciwnika w obszarze bezpośredniego zainteresowania. Motorem ich rozwoju były wnioski wyciągnięte z operacji Pustynna Burza w Iraku w 1991 roku, gdzie gro strat poniesionych przez Sprzymierzonych pochodziła od ognia wojsk własnych (ang. Friendly fire). W wyniku tych doświadczeń amerykanie opracowali system BFT (ang. Blue force tracker), który przekazywał informacje o położeniu wojsk własnych. System ten 319

7 został z powodzeniem zastosowany w trakcie operacji Iracka Wolność w 2003 roku. Należy podkreślić, że systemu klasy C4I jak i c3i tworzone są w NATO w oparciu o standardy interoperacyjności programu MIP (ang. Multilateral interoperability programme). Na uwagą zasługuje fakt, że polski przemysł obronny posiada w tym zakresie znaczne osiągnięcia, a system C3IS Jaśmin jest uznawany w NATO za wzór interoperacyjności wg standardów MIP. WNIOSKI Przedstawione w referacie trendy i uwarunkowania rozwoju systemów wspomagania decyzji nie wyczerpują w pełni tego szerokiego zagadnienia. Niemniej jednak pozwalają one na zidentyfikowanie najważniejszych cech i właściwości tego procesu. Polegają one w głównej mierze na powszechnym stosowaniu w tych systemach technologii komercyjnych w oparciu o podejście COTS. Obserwowana jest dalsza integracja sieci teleinformatycznych zdolnych nie tylko do transmisji danych ale również do jej przechowywania i udostępniania na potrzeby tworzenia wspólnej świadomości sytuacyjnej. Sieci te są niezbędnym środowiskiem dla prawidłowej funkcjonalności systemów klasy C3I i C4I, których głównym zadaniem jest umożliwienie ich użytkownikom dostępu do informacji z pola walki, w ramach systemów klasy BMS, a następnie jej szybkiego przetwarzania w ramach realizacji cyklu decyzyjnego. Streszczenie W referacie przedstawiono najistotniejsze aspekty trendów i uwarunkowań rozwojowych systemów wspomagania decyzji wykorzystywanych w siłach zbrojnych. Uwagę skupiono na wykorzystywaniu w tych systemach rozwiązań i technologii stosowanych na rynku cywilnym tak zwane podejście COTS Commercial od the shelves. Zwrócono uwagą zarówno na korzyści jak i zagrożenia wynikające z takiego podejścia. Szczególną uwagę poświęcono rozwojowi wojskowych sieci teleinformatycznych, które integrują w sobie usługi zarówno sieci telekomunikacyjnych jak i informatycznych, oraz odrębne do niedawna sieci radiowe pola walki, sieci kablowe, radioliowo-kablowe i satelitarne. Sieci te stanowią niezbędną platformę transmisyjną do prawidłowego funkcjonowania systemów wspomagania decyzji wykorzystywanych przez żołnierzy. Osobne miejsce poświęcono trendom rozwojowym systemów klasy C3I i C4I, które są nieodzownymi narzędziami wykorzystywanym przez żołnierzy na współczesnym polu walki, umożliwiającymi szybkie i sprawne przetwarzanie posiadanych informacji. Trends and determinants of the development of decision support systems Abstract The article presents the most important aspects of the conditions and trends of development of decision support systems used in the armed forces. Attention has been focused on the use of these systems, solutions and technologies used in the civilian market known as - Commercial from the shelves. Attention has been paid to both the benefits and risks of such an approach. Particular attention was paid to the development of military networks that integrate the services of both telecommunications and information networks. These networks are the necessary platform for transmission to the proper functioning of decision support systems used by soldiers. Separate space devoted to developmental trends of C3I and C4I systems, which are indispensable tools used by soldiers on the modern battlefield, allowing for quick and efficient processing of the information. Bibliografia 1. Dela P., Wybrane aspekty wsparcia teleinformatycznego dowodzenia, Warszawa Dela P., Sieci teleinformatyczne w procesie dowodzenia komponentem wojsk lądowych, Rozprawa habilitacyjna, AON, Warszawa Kręcikij J., Wołejszo J. i inni, Podstawy dowodzenia, AON, Warszawa Kręcikij J., Działania sieciocentryczne. Wybrane problemy, AON, Warszawa Leland Joe, Isaac Porche III, Future Army Bandwidth Leeds and Capability, RAND, Santa Monica Ryan M. J., Frater M. R., Tactical communications for the digitized battlefield, Artech House, Norwood