爱华网以信息技术为代表的高新技术的广泛应用，使得系统之间的联系和交互变得越来越频繁和紧密。系统间的联系多以信息为介质，以网络为载体，通过互联、互通和互操作实现系统间的交互和协同，以完成共同的使命，实现共同的目标。在这一背景下，不论是在能源交通、科技教育、信息网络、生态环境、航天、军事、管理等领域，还是在国家安全和社会经济领域，体系工程与网络科学已经成为新的研究热点和前沿研究领域。 2005年美国建立了两个体系研究中心，一个是美国国防部支持、由国防采办大学组织的体系工程研究中心（SoS Engineering Center of Excellence，SOSECE），另一个是美国老道名大学（Old Dominate University）的国家体系工程研究中心（National Centers of SoS Engineering，NCOSE）。麻省理工学院（MIT）和普渡大学（Purdue University）也分别从工程系统和智能交通领域开始致力于体系设计相关技术的研究。卡内基 · 梅隆大学在软件体系结构整合度评估、体系结构风险评估和体系结构设计方面也取得了大批研究成果。美国能源部支持的Sandia国家实验室开展体系问题研究，开发了体系分析工具集SoSAT (System of Systems Analysis Toolset)。IEEE体系工程国际会议由IEEE SMC（System, Man, and Cybernetics Society）和IEEE Systems Council共同发起，每年召开一次。体系工程的主要研究方向有体系需求与体系试验、体系结构设计、体系及其组织结构、体系的全寿命周期管理与采办、体系能力工程与敏捷性、复杂系统理论、体系建模与仿真等。 1999年，美国学者在对万维网拓扑结构进行研究时发现，万维网具有许多个有少量链接的网站、少量具有中等数量链接的网站和为数极少的具有大量链接的网站，万维网的结构被少数链接极多的网站所主宰。也就是说钟形曲线的连接平均数或比例不见了，它所产生的是一条不断递减的曲线，其特征是物理学家们所说的一种“幂法则”。由于这类网络节点的度没有明显的特征长度，故称为无标度网络（Scale free network）。随着无标度性的发现和复杂网络研究热潮的兴起，《自然》（Nature）和《科学》（Science）上相继出版了多期与复杂性和网络科学相关的专辑，将我们带入了一个网络科学的新时代。网络科学着眼于复杂网络的定性与定量特征，开展发现网络性质、建立网络模型、分析网络行为、设计网络结构、优化网络性能、管控网络安全等方面的研究工作。 正如复杂网络研究的开拓者之一Barabási在第三届国际网络科学大会（NetSci08，英国）上指出的那样，“在我们弄清楚系统各组成部分的连接关系之前，我们不可能完全理解复杂系统”。这里所讲的复杂系统指的就是系统的系统，即System of Systems，国内外很多学者称之为体系。复杂网络的研究在过去10年得到了迅速发展，其研究者来自图论、统计物理、计算机、生物学、社会学以及系统科学、管理科学等各个不同领域。复杂网络作为一种新的研究范式，正成为研究复杂系统或体系的新视角和新途径。网络科学理论强调系统的结构如何影响系统的性质、行为和功能。其中结构是事物的基本属性，表示系统中组分之间的连接关系。用网络科学的理论方法对体系进行描述与建模，更加有利于分析体系中各组分系统之间的关联关系及其对体系能力和效能的影响。正因为如此，人们开始关注体系工程与复杂网络，关注用复杂网络理论方法研究体系工程问题。 体系与体系工程 体系（System of Systems，SoS）是由多个系统组合而成的复杂大系统。在不同领域和应用背景中体系的定义也不完全相同。国内外文献中有关体系的经典定义主要有：（1）Maier在1996年提出体系是为实现共同目标聚合在一起的大型系统集合或网络。（2）Cook在2001年提出体系是包含人类活动的社会——技术复杂系统，通过组成系统之间的通讯和控制，实现整体涌现行为。（3）美国国防部定义体系是相互关联起来实现指定能力的独立系统集合或阵列，其中任意组成部分的缺失都会使得整体能力严重退化，体系是能够以不同方式进行关联实现多种能力的独立系统集合或阵列。 体系区别于一般系统的主要特点有：(1)规模大，结构复杂，由组分系统协作集成；(2)组分系统在地理上分布广泛，可独立运行、独立管理，具有独立的功能；(3)目的性强，但目标不固定，可动态配置资源以适应不同任务的需要；(4)组分系统完成共同目标时相互依赖，可同时执行和互操作；(5)开发过程实行集中管理和规划，不断演化发展，涌现新的行为和功能；(6)重视协调和开发来自不同组织或不同利益相关者完成共同目标的能力。 现在要研究和解决的许多问题，例如低碳经济、能源、交通、生态系统、环境保护、城市建设、社会保障、信息网络、社会组织、反恐维稳、科技教育、工业、农业、商业物流、武器装备体系等问题，以及战略预警体系、载人航天、三峡工程、南水北调等重大工程都涉及到多个独立系统，都是我们前面所说的“体系”问题。 在这样的体系问题背景下，体系工程(System of Systems Engineering，SoSE)应运而生。与传统的系统工程相比，体系工程在分析和解决不同种类的、独立的、大型的复杂系统之间的相互协调与相互操作问题上更具有针对性。国际上对体系工程的研究才刚刚起步，与体系的定义一样，体系工程也并未形成一个权威定义，目前较多出现的定义有：（1）美国国防采办手册定义体系工程是对一个由现有或新开发系统组成的混合系统的能力进行计划、分析、组织和集成的过程，这个过程比简单的对成员系统进行能力叠加要复杂得多，它强调通过发展和实现某种标准来推动成员系统间的互操作。（2）美国体系工程研究中心定义体系工程是设计、开发、部署、操作和更新体系的系统工程科学。它所关心的是：确保单个系统在体系中能够作为一个独立的成员运作并为体系贡献适当的能力；体系能够适应不确定的环境和条件；体系的组分系统能够根据条件变化来重组形成新的体系；体系工程整合了多种技术与非技术因素来满足体系能力的需求。 从体系工程的定义可以看出，体系工程是对系统工程的延伸和拓展，它更加关注将能力需求转化为体系解决方案，最终转化为现实系统。一般地，系统工程在系统开发前，明确并建立一个严格的系统边界，针对这个边界来规范一系列的需求，并根据这些需求来完成系统的设计和开发。体系工程则主要通过平衡和优化多个系统之间的相互关系，来实现可互操作的灵活性和应变能力，并最终构造一个可以满足用户需求的体系。表1从多个方面对系统工程和体系工程进行了比较。 体系工程要解决的问题和达到的目标是：(1)实现体系的集成，满足在各种特定环境下的能力需求；(2)体系仿真、计算实验，建立仿真实验系统，对体系的整个寿命周期提供技术与管理支持；(3)达到体系中组分系统间的费用、性能、进度和风险的平衡；(4)确定组分系统的选择与配比；(5)组分系统的交互与协同工作，实现互操作性；(6)管理体系的涌现行为以及动态的演化与更新。 基于复杂网络的体系 复杂网络一般是由多种异构网络系统组成的，其复杂性主要体现在以下几个方面：(1)结构复杂性。网络连接结构错综复杂，且结构随时间变化，节点之间的连接可能具有不同的权重或方向；(2)节点复杂性。网络节点可能是一个智能体和自动器，是具有复杂非线性行为的动力系统，且一个网络中可能有多种不同类型的节点；(3)结构与节点之间相互影响；(4)不同网络之间相互影响。因此，复杂网络是网络的网络（Network of Networks，NoN），这与体系（System of Systems，SoS）形成了一一对应的关系。如何运用复杂网络理论和网络科学来研究体系问题，建立一般体系问题求解的方法就显得尤为重要。 例如武器装备体系是一种特殊的复杂系统，随着科学技术的发展和高技术条件下的作战需要，其组成要素会越来越多，关联关系和体系结构越来越复杂。如何准确地描述体系中的装备以及装备之间的影响关系，建立体系结构描述和分析评估模型，将对体系结构设计与优化、体系能力的评估等具有重要的作用。过去常用的武器装备体系能力描述与评估往往采用具有层次结构的指标体系来进行描述与评估。这种树状的指标体系分解的方法可以较好地展示体系能力之间的层级关系，分析单个装备对体系能力的贡献，但是忽略了体系中同一层次装备之间的相互作用关系。实际上，装备的能力会受到其他相关支撑装备能力的影响，比如导航定位系统精度的提高会使导弹的命中精度提高等。随着高技术条件下装备之间关联关系的加强，这种关联关系对体系整体能力的影响也会越来越大，而传统的树状结构的武器装备指标体系描述与评估方法，难以充分反映这种关联关系对体系能力的影响。因此，传统的树状的武器装备指标体系不能完全反映和代替真实的武器装备体系。这就迫切需要网络科学的理论方法，对武器装备体系中的装备以及装备之间的关系进行描述与建模，以支撑体系结构的优化设计和能力评估工作。 体系是由包括大量物质、设备、设施、信息、人员等相互关联的若干独立系统组成的。体系的网络化描述与建模方法研究就是要研究如何真实、准确地将体系抽象成一系列的网络化模型，应用复杂网络的理论和方法来进行求解。即把需研究解决的特殊体系问题抽象为一般的复杂网络问题，并加以描述，建立网络结构矩阵和网络模型，这是一个抽象过程；在此基础上，开展网络结构分析和网络动力学研究，如传播、同步、控制、博弈等，求解一般复杂网络问题，这是一个求解过程；从一般复杂网络问题的解得到特殊体系问题的解决方案，这是一个解释和解决问题过程。图1所示的是体系的网络化描述建模的一般求解过程。在描述与建模的过程中，既要考虑体系中的系统性能对体系能力的影响，又要突出系统之间的关联关系对体系能力的影响。因此，这种体系网络化描述、建模和仿真推演，其论证与评估的结果集中反映在体系的协同演化和涌现行为上，反映在体系的整体能力和效益上。
体系作战网络的应用 复杂网络在军事领域的研究工作目前主要集中在对作战模型的研究上。例如，在2004年，美国学者Jeffrey R．Cares运用复杂网络理论建立了信息时代的交战模型，根据战场中各兵力扮演的角色不同，把战场中的兵力节点分为决策节点（D）、传感器节点（S）、响应节点（I）和目标节点（T）4类，然后根据节点之间发生的关系建立各种关系环、影响环，由各种关系环、影响环构建复杂网络，并运用网络知识进行分析。虽然Cares只是宏观描述了作战网络，缺乏微观行为的描述，但提出的四类节点，对武器装备体系的网络化建模中节点类型的描述研究具有很好的借鉴和参考价值。2009年老道明大学（Old Dominion University）的Sean Deller等人对Cares建立的信息时代交战模型进行了进一步改进，但是该模型没有考虑节点（装备）性能对作战效果的影响。另外，一些学者将复杂网络理论用于体系对抗仿真中，模拟作战中武器装备的关系，制定网络模型生成规则，建立仿真分析模型，分析网络的度分布、介数、平均距离等指标，赋予这些指标在军事领域的物理意义并得出结论。这种通过仿真建立作战体系的网络模型并分析网络模型特性的方法，对研究装备之间关联关系及其影响具有很好的借鉴意义。 这种研究方法也可以推广到其他网络系统，如能源网络、交通网络、生态系统网络、社会关系网络、互联网、物联网等。这些网络中也包含各种各样的关系环或影响环，影响网络系统的结构和功能，比如生态系统中的食物链构成的捕食关系环，关系环的数量也在一定程度上反映了系统的某些特性。这些网络系统又是一个典型的复杂系统或体系，如生态系统就是一个包含很多系统的体系，其中包括大气生态系统、大地生态系统、流域生态系统、森林与生物生态系统、城市生态系统等，这些系统构成了不同类型的网络，相互关联、耦合。生态系统中的各种食物链构成的捕食关系环的数量一定程度上反映了生态系统的稳定性和自适应性。
