SDH光纖環(huán)網(wǎng)在艦船通信系統(tǒng)改造中的應(yīng)用＊

曾 耀

（中國艦船研究設(shè)計中心 武漢 430064）

1 引言

通信是現(xiàn)代軍事指揮的基本要素，是軍隊指揮系統(tǒng)的神經(jīng)。特別是對于在海上遂行作戰(zhàn)任務(wù)的艦船來說，通信聯(lián)絡(luò)顯得尤為重要?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭對于通信快速、抗干擾、可靠、準確和保密的要求，使得艦船通信必須采用一切可能的技術(shù)手段來滿足信息傳輸?shù)囊?。近年來國?nèi)外大型水面艦船通信系統(tǒng)開始采用雙冗余SDH光纖環(huán)網(wǎng)，通過網(wǎng)絡(luò)單元分布式連接各信道設(shè)備、終端設(shè)備及用戶設(shè)備等實現(xiàn)用戶間信息的交換傳輸。

對于部分已經(jīng)服役若干年的現(xiàn)役艦船，為提高艦船通信能力和信息共享水平，在艦船總體資源允許的基礎(chǔ)上結(jié)合通信系統(tǒng)改造機會，將基于集中接入和控制體系結(jié)構(gòu)的中控系統(tǒng)改造成基于雙冗余SDH光纖環(huán)網(wǎng)的綜合控制寬帶傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)了艦船平臺上多部位的各類通信終端分布接入和集中控制，不僅使得平臺傳感器信息可以共享，而且編隊內(nèi)不同艦船平臺間的各種態(tài)勢及目標信息可以共享，本艦、編隊、海區(qū)內(nèi)戰(zhàn)況等各種狀態(tài)及信息可以通過多種通信手段暢通的上傳下達，實現(xiàn)綜合控制和處理，實現(xiàn)了編隊內(nèi)各平臺及編隊間不同平臺之間信息高效、迅速、準確、可靠的傳輸。

2 SDH光纖環(huán)網(wǎng)在艦船上的應(yīng)用

2.1 光纖在艦船上的應(yīng)用

作為海軍在艦艇大規(guī)模使用光纖技術(shù)的開始，美國海軍海洋司令部早在1981年開始研制AEGIS艦載光纖通信系統(tǒng)，其目的是在CC－47AEGIS巡洋艦上建立光纖通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括三個部分，即艙室間光纖業(yè)務(wù)系統(tǒng)、綜合話音通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線以及光纖損傷控制管理系統(tǒng)。為了解決艦艇通信存在嚴重電磁干擾、射頻干擾和電磁泄漏問題，使艦艇通信系統(tǒng)適合未來戰(zhàn)爭的需求，美國海軍曾提出了一個“艦載高級光纖敷設(shè)網(wǎng)絡(luò)（SAFENET）”計劃，擬上世紀90年代在全部航空母艦、巡洋艦、驅(qū)逐艦和潛艇上普遍采用標準的SAFENET光纖通信網(wǎng)。

光纖傳輸相對普通導線傳輸而言具有傳輸頻帶寬、通信容量大、誤碼率低、抗電磁干擾能力和抗輻射能力強、重量輕、尺寸小以及可以較好地支持系統(tǒng)升級擴充改造要求等顯著優(yōu)點，在艦艇通信系統(tǒng)中使用具有較多的優(yōu)勢并得到廣泛應(yīng)用，成為艦船大容量信息傳輸線路的首選。艦船設(shè)備間的連接電纜重量一般達到設(shè)備重量的10%～20%，部分設(shè)備間的連接電纜重量甚至達到設(shè)備重量的100%～150%；艦船設(shè)計中盡可能用光纖替代原有電纜，能一定程度上減少上艦線纜重量，有利于改善艦船的重量重心和穩(wěn)性等重要指標。

2.2 SDH在艦船上的應(yīng)用

進入20世紀90年代，傳輸網(wǎng)正面臨著從點到點通信的準同步數(shù)字傳輸體制，向以光纖為主要傳輸媒質(zhì)的同步數(shù)字傳輸網(wǎng)（SONET／SDH）體制的轉(zhuǎn)變。同步光通信網(wǎng)是一種成熟的高速率、高可靠自愈光纖雙環(huán)拓撲、具有實時性和優(yōu)先處理能力的先進通信網(wǎng)絡(luò)。目前，新一代艦載C3I系統(tǒng)已廣泛采用了SDH光通信網(wǎng)絡(luò)。例如：洛杉磯攻擊型核潛艇、杜魯門號航母、里根號航母、尼米茲號航母等。

圖1 SDH傳輸平臺示意圖

艦船上采用以SDH傳輸體制為平臺，以光纜作為傳輸介質(zhì)，這種新一代的理想傳輸體制和傳輸介質(zhì)的結(jié)合，極大的提高了艦船的綜合指標。這種應(yīng)用可以透明傳輸艦船的各種通信信號，具有寬帶化、分布化、數(shù)字化、模塊化、綜合化的特點，能有效避免功能重疊現(xiàn)象，提高通信系統(tǒng)的可靠性。通過SDH平臺，艦船上的通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)各種用戶設(shè)備、終端設(shè)備和信道設(shè)備的接入、控制、交換、傳輸和管理。這些用戶設(shè)備包括SDH網(wǎng)管、通信監(jiān)控臺、通信服務(wù)器、用戶單元、文電終端、外線服務(wù)臺、勤務(wù)電話、廣播系統(tǒng)、分組聲力電話等。同時艦上視頻監(jiān)視網(wǎng)和指控網(wǎng)也能接入通信系統(tǒng)，如圖1所示。系統(tǒng)中傳輸?shù)男畔ㄔ捯?、音頻、數(shù)據(jù)及視頻，因而該傳輸系統(tǒng)是已具有接入、控制、交換、傳輸和管理等功能的綜合業(yè)務(wù)平臺。

3 基于SDH光纖環(huán)網(wǎng)的綜合控制寬帶傳輸系統(tǒng)

綜合控制寬帶傳輸系統(tǒng)是連接通信系統(tǒng)內(nèi)部和外部各種信道設(shè)備及終端設(shè)備，完成設(shè)備分散配置接入，在相關(guān)設(shè)備間提供各種通信及控制信息的交換、傳輸功能，實現(xiàn)系統(tǒng)運行狀態(tài)的集中監(jiān)視和控制管理的平臺。它改變了通信系統(tǒng)中內(nèi)部通信與外部通信分離的格局，避免設(shè)備功能重疊的現(xiàn)象，使艦船通信系統(tǒng)成為內(nèi)外通綜合一體的完整系統(tǒng)。

綜合控制寬帶傳輸系統(tǒng)一般由艦艇光纖寬帶傳輸交換系統(tǒng)、SDH網(wǎng)管設(shè)備、通信監(jiān)控臺和通信服務(wù)器、無線接入設(shè)備等設(shè)備組成（見圖2）?；谂炌Ч饫w寬帶傳輸交換系統(tǒng)構(gòu)建了艦內(nèi)綜合信息傳輸網(wǎng)，作為艦內(nèi)通信系統(tǒng)信息骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)。SDH網(wǎng)管設(shè)備、通信監(jiān)控臺、通信服務(wù)器和無線接入設(shè)備則為通信系統(tǒng)綜合管理控制部分。

圖2 綜合控制寬帶傳輸系統(tǒng)框圖

3.1 艦艇光纖寬帶傳輸交換系統(tǒng)

艦艇光纖寬帶傳輸交換系統(tǒng)采用SDH（同步數(shù)字體制）以及雙環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，采用通道保護、自愈環(huán)結(jié)構(gòu)等保護措施，其可靠性和抗毀性較好，并能根據(jù)艦船情況，將網(wǎng)元（NE）靈活的配置到艦船的各個部分，利于通信系統(tǒng)或其他系統(tǒng)各種信息的接入。艦艇光纖寬帶傳輸交換系統(tǒng)作為艦船上骨干傳輸交換網(wǎng)絡(luò)，具有網(wǎng)絡(luò)傳輸容量大，擴容方便的特點，并能較好地支持艦船通信系統(tǒng)改造和功能擴展。

3.2 SDH網(wǎng)管設(shè)備

SDH網(wǎng)管設(shè)備（NMS）實現(xiàn)對全部網(wǎng)絡(luò)單元（NE）的性能管理、配置管理、安全管理和故障管理，并負責將內(nèi)部通信的通信計劃下載到網(wǎng)元（NE）。SDH網(wǎng)管設(shè)備提供以太網(wǎng)接口，接入通信綜合管理網(wǎng)絡(luò)，為通信綜合管理提供所需的相關(guān)信息和控制信號。SDH網(wǎng)管設(shè)備采用主／備機方式運行，以確保整個通信系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。

3.3 通信監(jiān)控臺和通信服務(wù)器

通信監(jiān)控臺和通信服務(wù)器為用戶提供操作使用系統(tǒng)的友好人機界面，負責本艦通信系統(tǒng)的管理。通信監(jiān)控臺和通信服務(wù)器為主、備配置，可互相替代。為提高系統(tǒng)可靠性，通信監(jiān)控臺和通信服務(wù)器布置在艦上不同部位。用戶根據(jù)通信文件，可在通信監(jiān)控臺或通信服務(wù)器上運行相應(yīng)軟件，完成通信計劃的編制，生成并貯存本艦的一套或數(shù)套通信計劃。系統(tǒng)管理員可選擇其中一套通信計劃下載作為當前通信計劃運行。

3.4 無線接入設(shè)備

艦艇光纖寬帶傳輸交換系統(tǒng)通過無線接入設(shè)備與信道設(shè)備和終端設(shè)備連接，實現(xiàn)信道設(shè)備和終端設(shè)備接入艦內(nèi)綜合信息傳輸網(wǎng)。信道、終端設(shè)備通過無線接入設(shè)備的E1／E3接口和艦艇光纖寬帶傳輸交換系統(tǒng)網(wǎng)元（NE）的U接口進出SDH光纖傳輸平臺，無線接入設(shè)備與艦艇光纖寬帶傳輸交換系統(tǒng)相互配合，共同實現(xiàn)信道、終端設(shè)備音頻、控制信號的交換傳輸。

4 艦船通信系統(tǒng)改造

4.1 艦船通信系統(tǒng)現(xiàn)狀

在艦船通信系統(tǒng)未采用基于SDH體制的光纖環(huán)網(wǎng)之前，艦船通信設(shè)備通常劃分為內(nèi)部通信設(shè)備和外部（無線電）通信設(shè)備。通信系統(tǒng)內(nèi)外通分離，各類通信終端設(shè)備處于離散狀態(tài)，無集中監(jiān)控和統(tǒng)一管理的手段，只是單機單控。單機單控的體系結(jié)構(gòu)下，通信業(yè)務(wù)功能基本無法擴充，新通信技術(shù)和新通信手段無法加入系統(tǒng)，對外通信保障能力弱，缺乏多數(shù)與三軍互聯(lián)互通的手段。上世紀90年代，通過引進國外技術(shù)和研仿國外設(shè)備，通信系統(tǒng)增加無線電控制分配系統(tǒng)，即中控系統(tǒng)。采用了系統(tǒng)綜合原理，打破了原單機單控局面，實現(xiàn)了集中接入、控制、測試與顯示，將當時的國內(nèi)外通信設(shè)備進行了最大可能的綜合化集成，但通信系統(tǒng)功能擴充受限，設(shè)備集中接入和控制的體系結(jié)構(gòu)，也使系統(tǒng)的中控部位成為全系統(tǒng)的可靠性瓶頸。

本世紀以來，國內(nèi)外大型水面艦船通信系統(tǒng)普遍采用綜合控制寬帶傳輸系統(tǒng)取代了無線電控制分配系統(tǒng)，綜合控制寬帶傳輸系統(tǒng)采用了當時推出不久的基于SDH光纖傳輸平臺，用雙環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的光纖環(huán)網(wǎng)作為艦上通信骨干交換傳輸網(wǎng)絡(luò)，可靈活配置網(wǎng)絡(luò)單元，方便通信系統(tǒng)及其它系統(tǒng)的接入。對于通信設(shè)備，綜合控制寬帶傳輸系統(tǒng)通過外掛通信控制總線方式實現(xiàn)信道設(shè)備、終端設(shè)備的控制接入，信道設(shè)備、終端設(shè)備的音頻信息通過ISDN標準接口（2B＋D）進出SDH光纖傳輸平臺。內(nèi)部通信設(shè)備通過接入光纖輸出平臺，由通信控制管理站統(tǒng)一進行管理。

4.2 艦船通信系統(tǒng)改造的必要性

艦船通信系統(tǒng)改造反映了海軍艦船發(fā)展的客觀規(guī)律。一般的作戰(zhàn)艦船，在其航行性能良好的20～30年的服役期內(nèi)，其作戰(zhàn)武器系統(tǒng)可能發(fā)展2～4代，電子設(shè)備可能發(fā)展4～6代。艦船裝備技術(shù)發(fā)展這一特點決定了利用高新技術(shù)改造現(xiàn)有裝備的必然性。結(jié)合國情和軍情，經(jīng)濟不夠發(fā)達、軍費開支有限，用較少的投入辦更多的事情，采用成熟的現(xiàn)有技術(shù)改造現(xiàn)役艦船通信系統(tǒng)，具有技術(shù)風險小、改造周期短等優(yōu)點，可以大大提高我海軍現(xiàn)役艦船的綜合作戰(zhàn)效能。

以某船通信系統(tǒng)為例，由于系統(tǒng)研制及裝備年代的關(guān)系未配備近年來的一些新型通信設(shè)備，數(shù)據(jù)通信能力較弱，缺乏多數(shù)與三軍互連互通的手段，與現(xiàn)有的使命任務(wù)要求不相適應(yīng)。該船通信系統(tǒng)受中控系統(tǒng)技術(shù)體制及容量限制，不能滿足更多信道和終端設(shè)備的加裝和接入，系統(tǒng)功能擴充受限。該船結(jié)合較大規(guī)模的現(xiàn)代化改造工程，將該船中控系統(tǒng)改造為基于SDH光纖環(huán)網(wǎng)的綜合控制寬帶傳輸系統(tǒng)后，可滿足近年來裝備于各型艦船和岸基通信臺站的新型通信設(shè)備的加裝需求，現(xiàn)役艦船通信系統(tǒng)改造是提高現(xiàn)役艦船通信保障能力和綜合作戰(zhàn)能力的必然之路。

4.3 艦船通信系統(tǒng)改造的前景展望

目前國內(nèi)外海軍水面艦船通信系統(tǒng)普遍配置有基于雙冗余光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)的綜合控制寬帶傳輸系統(tǒng)，采用此種體系結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)可靠性高，開放性好，可擴充性強，同時還兼顧了海軍艦船通信系統(tǒng)發(fā)展的統(tǒng)一規(guī)劃，適應(yīng)技術(shù)進步和軍事需求的發(fā)展變化。進入21世紀，在快速發(fā)展的通信技術(shù)推動和新的作戰(zhàn)思想、作戰(zhàn)模式需求牽引下，新型通信設(shè)備研制生產(chǎn)及裝備呈逐年加速之勢。為提供新的通信能力，滿足新的使用要求，各型艦船通信系統(tǒng)改造需求隨之增加。特別是由于作戰(zhàn)使命任務(wù)的變化，迫使通信系統(tǒng)需要覆蓋的通信對象廣泛，擔負的通信任務(wù)繁雜。為適應(yīng)作戰(zhàn)要求的變化，對通信系統(tǒng)的要求變化相對更為頻繁。

表1 中控體制與SDH光纖環(huán)網(wǎng)體制的比較

參照國內(nèi)外艦船裝備使用的規(guī)律，水面艦船平臺的設(shè)計壽命一般為20～30年，而艦載電子設(shè)備的有效壽命為7～10年。中控體制與SDH光纖環(huán)網(wǎng)體制的優(yōu)缺點比較見表1。在艦船總體資源允許的基礎(chǔ)上，充分借鑒海軍新研艦船采用光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)的成功經(jīng)驗，將現(xiàn)役艦船通信系統(tǒng)中控體制下的無線電分配系統(tǒng)改造成基于SDH光纖環(huán)網(wǎng)的綜合控制寬帶傳輸系統(tǒng)，改造后可滿足更多信道和終端設(shè)備的加裝和接入，較易完成系統(tǒng)功能擴充，形成了多種新的通信手段和通信能力。

5 結(jié)語

選用成熟的通信技術(shù)對進行現(xiàn)役艦船通信系統(tǒng)的改造，提高系統(tǒng)接入和擴展能力，使其具備與海軍當前通信體系相適應(yīng)的通信手段和通信能力，在設(shè)計和工程上是合理可行，技術(shù)風險是可控的。充分利用現(xiàn)役艦船平臺，特別是90年代以后服役的優(yōu)良艦船平臺，積極采用SDH光纖環(huán)網(wǎng)對現(xiàn)役艦船通信系統(tǒng)進行改造，是提高海軍現(xiàn)役艦船通信保障能力和信息化共享水平的重要途徑。

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