蔡藏賦，高春梅

（中國電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引言

應(yīng)急通信系統(tǒng)以各類通信手段的互補(bǔ)互備及整合運(yùn)用為基礎(chǔ)，在非常規(guī)環(huán)境中提供快速建立、穩(wěn)定使用、安全可靠的通信網(wǎng)絡(luò)，確保業(yè)務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)互通，保障重要信息、應(yīng)急指令及時(shí)、準(zhǔn)確、暢通地傳遞[1-4]。應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，包括抗險(xiǎn)救災(zāi)、處突維穩(wěn)、領(lǐng)導(dǎo)隨行、重大活動(dòng)、軍事行動(dòng)等，是快速處理突發(fā)事件的中樞神經(jīng)，是確保應(yīng)急指令上通下達(dá)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其應(yīng)用場景具備環(huán)境不確定、業(yè)務(wù)多樣化等特點(diǎn)。如何根據(jù)通信環(huán)境、承載業(yè)務(wù)、應(yīng)急任務(wù)等條件，選擇合適應(yīng)急通信預(yù)案，充分發(fā)揮應(yīng)急通信手段效能，是設(shè)計(jì)應(yīng)急通信系統(tǒng)必須考慮的問題。

應(yīng)急通信系統(tǒng)效能評估對各類應(yīng)急通信手段的有效作用程度進(jìn)行評價(jià)和估量，對判斷應(yīng)急通信手段有效性、評估應(yīng)急通信預(yù)案合理性有著重要指導(dǎo)意義。合理、科學(xué)的應(yīng)急效能評估指標(biāo)體系以及效能評估算法有助于應(yīng)急通信手段在實(shí)際環(huán)境中發(fā)揮作用。當(dāng)前應(yīng)急通信效能評估主要以通信手段的技術(shù)特點(diǎn)為基礎(chǔ)來構(gòu)建評估指標(biāo)體系、設(shè)計(jì)評估算法，沒有考慮應(yīng)急業(yè)務(wù)特點(diǎn)。本文從應(yīng)急通信手段、應(yīng)急通信業(yè)務(wù)角度，對現(xiàn)有指標(biāo)體系進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種基于層次分析法的應(yīng)急通信系統(tǒng)效能評估方法。

1 現(xiàn)狀分析

在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域關(guān)于效能評估的研究已經(jīng)非常深入，相關(guān)評估方法、模型等都取得了一定豐富的研究成果，這為應(yīng)急通信系統(tǒng)的效能評估研究打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。當(dāng)前，應(yīng)用較多的效能評估方法包括ADC 分析法、層次分析法（AHP）、專家調(diào)查法、模糊分析法、灰色評估法等。

在應(yīng)急通信系統(tǒng)方面，目前主要通過建立效能評估指標(biāo)體系、選擇適當(dāng)評估算法相結(jié)合的方式，來解決系統(tǒng)效能評估問題。雷飛鵬等人采用層次分析法與模糊綜合判決相結(jié)合的評估方法,基于系統(tǒng)功能體系架構(gòu)對影響系統(tǒng)效能因素，以模糊理論為基礎(chǔ)對應(yīng)急機(jī)動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)用效能進(jìn)行評估[5]。吳偉等人通過分析空軍應(yīng)急機(jī)動(dòng)通信系統(tǒng)的活動(dòng)特點(diǎn)和影響因素,運(yùn)用層次分析法構(gòu)建了相應(yīng)的指標(biāo)體系模型,并提出各項(xiàng)指標(biāo)的判別標(biāo)準(zhǔn)[6]。曲凱等人基于MDA 方法,運(yùn)用模型組合技術(shù)和插件式開發(fā)技術(shù)，將評估對象、評估指標(biāo)體系、評估方法等抽象為模型，通過模型組合技術(shù)實(shí)現(xiàn)效能評估系統(tǒng)的按需定制[7]。樊自甫等人針對造成突發(fā)事件的部分因素具有不確定性或難以量化的特點(diǎn)，基于綜合層次分析法和模糊綜合評價(jià)法構(gòu)建了應(yīng)急預(yù)案有效評價(jià)指標(biāo)體系,對應(yīng)急預(yù)案有效性進(jìn)行評估,為全面、準(zhǔn)確、科學(xué)地評估應(yīng)急預(yù)案有效性提出了新思路[8]。張杰等人將灰色系統(tǒng)理論與層次分析法相結(jié)合,建立了軍事信息系統(tǒng)綜合能力評估的多層次灰色分析模型,并給出了模型實(shí)現(xiàn)的計(jì)算方法和基本步驟[9]?；粲廊A等人針對Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò),提出一種基于層次分析法的應(yīng)急效能評估算法,設(shè)計(jì)相應(yīng)的估算模型參數(shù)并得出評估結(jié)果[10]。

2 指標(biāo)建立

為了能從通信能力、業(yè)務(wù)能力、運(yùn)維管理以及安全保密等各個(gè)方面客觀、準(zhǔn)確地反映應(yīng)急通信系統(tǒng)的使用效能，效能評估指標(biāo)的選擇不能隨意挑選。結(jié)合應(yīng)急通信系統(tǒng)的建設(shè)和使用情況，效能評估指標(biāo)的選取應(yīng)滿足相應(yīng)要求：

（1）完備性：效能指標(biāo)的選取要相對全面、正確，以盡可能包含影響應(yīng)急通信系統(tǒng)效能各類指標(biāo)。同時(shí)，效能指標(biāo)過多為帶來一定的復(fù)雜性。為提高系統(tǒng)效能的評估效率，可適當(dāng)刪減影響力較小的指標(biāo)。

（2）獨(dú)立性：考慮到不同指標(biāo)之間存在的關(guān)聯(lián)性，會(huì)影響評估權(quán)值的設(shè)定，影響評估結(jié)果正確性。應(yīng)確定各指標(biāo)之間彼此相互獨(dú)立，不存在因果關(guān)系。

（3）客觀性：應(yīng)從應(yīng)急通信系統(tǒng)的實(shí)際使用為出發(fā)點(diǎn)，盡量選取能夠客觀反映系統(tǒng)特點(diǎn)的指標(biāo)，減少主觀因素影響程度。同時(shí)，為保證效能評估準(zhǔn)確性，效能評估體系的分層要合適，指標(biāo)含義要準(zhǔn)確。

（4）可測性：選擇的效能評估指標(biāo)應(yīng)能采用定量表示方式。在應(yīng)急通信系統(tǒng)使用過程中，用于描述指標(biāo)的相關(guān)信息能夠通過設(shè)備監(jiān)測或者數(shù)學(xué)計(jì)算的方法獲取，既確保指標(biāo)的客觀性，又方便利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析。

本文采用層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，AHP）來建立應(yīng)急通信系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系。層次分析法的特點(diǎn)是通過目標(biāo)、中間層、方案等逐漸細(xì)化的層次，對決策目標(biāo)影響因素以及內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行建模，并以此為基礎(chǔ)開展定性與定量分析。層次分析法一般分為四個(gè)步驟：

（1）建立層次模型：分析與決策目標(biāo)相關(guān)的因素，并建立各因素相互聯(lián)系的層次結(jié)構(gòu)模型；

（2）構(gòu)造判斷矩陣：對同一層次的決策要素進(jìn)行兩兩比較，形成比較判斷矩陣；

（3）矩陣權(quán)重計(jì)算：根據(jù)判斷矩陣，計(jì)算判斷因素的相對權(quán)重；

（4）層次排序：計(jì)算各層決策要素對決策目標(biāo)的合成權(quán)重，并進(jìn)行層次總排序。

通過對應(yīng)急通信系統(tǒng)運(yùn)行過程影響因素的分析，影響應(yīng)急通信效能的因素主要包括通信互聯(lián)、運(yùn)行管理、業(yè)務(wù)支撐和安全可靠等方面。其中：

通信互聯(lián)是指應(yīng)急通信系統(tǒng)在應(yīng)急通信環(huán)境高適應(yīng)性、靈活協(xié)作的能力，主要體現(xiàn)在應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力、節(jié)點(diǎn)容量、傳輸帶快、互聯(lián)互通等方面，是實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信保障的前提。

運(yùn)行管理是指應(yīng)急通信系統(tǒng)為技術(shù)保障人員提供的便捷、快速操作維護(hù)的能力，是系統(tǒng)效能能否正常發(fā)揮的基礎(chǔ)，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)開通、專業(yè)技術(shù)依賴、排故、配置響應(yīng)等方面。

業(yè)務(wù)支撐是指應(yīng)急通信系統(tǒng)能夠支撐應(yīng)急通信業(yè)務(wù)的種類和能力程度，主要體現(xiàn)在語音、文電、視頻等業(yè)務(wù)支撐程度上，是判斷應(yīng)急通信系統(tǒng)能夠滿足業(yè)務(wù)需求的關(guān)鍵。

安全可靠是指不可預(yù)知情況（如網(wǎng)絡(luò)攻擊、突發(fā)事件）下，應(yīng)急通信系統(tǒng)對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)機(jī)密性、可用性和完整性的保護(hù)能力，主要體現(xiàn)在安全保密、抗毀容災(zāi)等方面，是確保應(yīng)急通信系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的保障。

因此，應(yīng)急通信系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系從通信互聯(lián)、運(yùn)行管理、業(yè)務(wù)支撐、安全可靠等角度，細(xì)化應(yīng)急通信系統(tǒng)效能指標(biāo)，最終采用層次分析法方式構(gòu)建整個(gè)指標(biāo)體系，如圖1 所示。

圖1 應(yīng)急通信系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系

3 權(quán)重計(jì)算

在上述基礎(chǔ)上，首先，制定評估指標(biāo)的評分等級標(biāo)準(zhǔn)。其次，通過構(gòu)造判斷矩陣，依據(jù)專家對客觀情況判斷，對同一層次決策要素進(jìn)行兩兩比較，形成判斷矩陣。針對多個(gè)專家的情況，通過算術(shù)平均進(jìn)行綜合取值，并通過標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行去噪。最后，進(jìn)行矩陣一致性判斷。專家在對決策要素進(jìn)行兩兩比較時(shí)，需要將比較結(jié)果表示為具體數(shù)值，以便于后續(xù)權(quán)重計(jì)算。為方便量化計(jì)算，本文采用Satty的九標(biāo)度法，將評分等級標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)。九標(biāo)度法的定義如表1 所示。

表1 九標(biāo)度法定義[11]

根據(jù)九標(biāo)度法，將第s個(gè)專家ES對第m層次的各類決策要素評價(jià)結(jié)果轉(zhuǎn)化為判斷矩陣

是一個(gè)正互反矩陣，其均值aij和標(biāo)準(zhǔn)差σij的計(jì)算方法如下：

判斷矩陣求均值aij：

判斷矩陣標(biāo)準(zhǔn)差：

對于標(biāo)準(zhǔn)差σij超過閾值的情況，則需要專家進(jìn)行重新評價(jià)。標(biāo)準(zhǔn)差σij的閾值可根據(jù)應(yīng)急通信系統(tǒng)實(shí)際使用要求進(jìn)行設(shè)定。最終第m層次判斷矩陣Am表示為：

設(shè)λmax為判斷矩陣Am的最大特征值，則權(quán)重向量wm=(w1,…,wi)T。λmax與wm滿足：

λmax一般可采用和法、冪法、方根法求得。計(jì)算過程不再重復(fù)闡述。由于主觀評價(jià)存在一定的片面性，需要對判斷矩陣進(jìn)行一致性驗(yàn)證。一致性指標(biāo)CI的定義為：

其中，n表示判斷矩陣Am的階數(shù)。當(dāng)CI/CR＜0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣Am滿足一致性，否則重新構(gòu)建判斷矩陣。隨機(jī)性指標(biāo)CR的取值如表2 所示。

表2 隨機(jī)性指標(biāo)CR 數(shù)值

4 效能評估

在應(yīng)急通信系統(tǒng)實(shí)際使用過程中，獲取相應(yīng)指標(biāo)所需的測量值，并根據(jù)上述指標(biāo)體系和指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，便可對應(yīng)急通信系統(tǒng)效能進(jìn)行量化評估。指標(biāo)分為可量化指標(biāo)和不可量化指標(biāo)。可量化指標(biāo)由于計(jì)量單位各不相同，觀測數(shù)量級也不一樣，無法進(jìn)行比較。因此，需要對可量化指標(biāo)的觀測值進(jìn)行預(yù)處理，消除指標(biāo)在單位量級、數(shù)量級上的差異。常用的預(yù)處理方法包括：均值法、線性變換、歸一化處理、標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化等。本文采用歸一化處理方式來實(shí)現(xiàn)對效能指標(biāo)觀測值的無量綱化處理，在消除單位量級差異的同時(shí)，也消除了數(shù)量級差異，簡化效能值計(jì)算方法。以一級指標(biāo)“通信保障”為例：

一是，獲取“通信保障”二級指標(biāo)的觀測值X={x1,…,xm}。在“通信保障”指標(biāo)中m取值為7，分別對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率、信道容量、建鏈成功率、傳輸誤碼率、通信節(jié)點(diǎn)容量、通信傳輸時(shí)延、鏈路傳輸帶寬等二級指標(biāo)的觀測值。

二是，針對每個(gè)二級指標(biāo)的取值范圍(xmin,xmax)，對xi進(jìn)行線性變化，將觀測值映射到(0,100)內(nèi),即xi′=(xi-xmin)*100/(xmax-xmin)。

三是，為防止評估指標(biāo)數(shù)量級指標(biāo)存在趨小優(yōu)型和趨大優(yōu)型的評估方式[12]。本文通過xi′=(100-xi′′)的方式來,將趨小優(yōu)型評估指標(biāo)轉(zhuǎn)換為趨大優(yōu)型。

對于不可量化的指標(biāo)，則采用專家打分法確定指標(biāo)的量化值。E={E1,…,E5}，其中，{E1,…,E5}為“較差、差、中等、良好、優(yōu)秀”等評語，分別對應(yīng)為{20,40,60,80,100}。通過多位專家打分的平均值來表述該指標(biāo)的量化值。

通過上述步驟，我們可以計(jì)算出每一層效能評估指標(biāo)的效能值。由于應(yīng)急通信系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、一級指標(biāo)和二級指標(biāo)等多個(gè)層級。故采用多級評價(jià)的方法，從下而上計(jì)算應(yīng)急通信系統(tǒng)的效能值。具體步驟如下：

一是，對第k個(gè)一級指標(biāo)的二級指標(biāo)值Xk進(jìn)行歸一化處理，并根據(jù)處理結(jié)果Xk′,計(jì)算對應(yīng)的第k個(gè)一級指標(biāo)的效能值Yk。

二是，根據(jù)Y={Y1,…,Yk}來計(jì)算準(zhǔn)則層的第p個(gè)指標(biāo)的效能值。其中，Z1,Z2,Z3,Z4分別對應(yīng)準(zhǔn)則層的通信互聯(lián)、運(yùn)行管理、業(yè)務(wù)支撐和安全可靠等指標(biāo)。

三是，根據(jù)Z1,Z2,Z3,Z4，來計(jì)算應(yīng)急通信系統(tǒng)的效能值。

5 方法驗(yàn)證

根據(jù)上述效能評估方法，對某應(yīng)急通信系統(tǒng)進(jìn)行分析和評估，并根據(jù)應(yīng)急通信系統(tǒng)效能值與現(xiàn)實(shí)狀況的對比，驗(yàn)證本文提出的效能評估方法是否合理。首先，5 位專家根據(jù)九標(biāo)度法，對應(yīng)急通信系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系中的各層次指標(biāo)進(jìn)行量化評價(jià)，通過計(jì)算最終形成各層次的指標(biāo)權(quán)重。各層次的指標(biāo)體系權(quán)重如表3 所示。

表3 某應(yīng)急通信系統(tǒng)指標(biāo)權(quán)重

其次，對該系統(tǒng)二級指標(biāo)所需數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并生成觀測值。以“通信互聯(lián)”為例，觀測值如表4 所示。

最后，根據(jù)二級指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重，計(jì)算通信保障能力的效能值為76.899。以此類推，其余的一級指標(biāo)（機(jī)動(dòng)協(xié)同、操作維護(hù)、調(diào)度響應(yīng)、業(yè)務(wù)支撐、業(yè)務(wù)保障、安全保密、抗毀頑存）的效能值分為75.316、86.082、91.025、99.900、73.797、84.546、84.377。根據(jù)一級指標(biāo)效能值和一級指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算通信互聯(lián)、運(yùn)行管理、業(yè)務(wù)支撐、安全可靠等準(zhǔn)則層指標(biāo)的效能值，計(jì)算結(jié)果分別為75.889、89.117、82.150、84.448。根據(jù)準(zhǔn)則層效能值一級準(zhǔn)則層權(quán)重，計(jì)算該應(yīng)急通信系統(tǒng)的效能值為82.332。

表4 某應(yīng)急通信系統(tǒng)一級指標(biāo)“通信互聯(lián)”觀測值

從效能評估結(jié)果來看，該應(yīng)急通信系統(tǒng)總體效能為良好，與實(shí)際情況較為符合。另外，通過各層級指標(biāo)的評價(jià)結(jié)果可以看出，應(yīng)在通信保障、業(yè)務(wù)保障方面進(jìn)行優(yōu)化。在通信保障方面，應(yīng)重點(diǎn)增大網(wǎng)絡(luò)通信覆蓋率以及拓寬信道容量。在業(yè)務(wù)保障方面，則應(yīng)重點(diǎn)提升信道和節(jié)點(diǎn)的利用率。

6 結(jié)語

本文在綜合考慮應(yīng)急通信業(yè)務(wù)特點(diǎn)和使用偏好的基礎(chǔ)上，采用層次分析法，構(gòu)建了一種應(yīng)急通信系統(tǒng)效能評估指標(biāo)體系，并提出了各項(xiàng)評估指標(biāo)的具體內(nèi)容，最后通過計(jì)算對某應(yīng)急通信系統(tǒng)的效能進(jìn)行了評估和分析。通過實(shí)際運(yùn)用可以看出本文提出的應(yīng)急通信效能評估方法具有一定合理性。下一步工作方向，是將應(yīng)急通信系統(tǒng)的效能評估方法與通信資源管控策略進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信資源的自適應(yīng)調(diào)整。