美海軍“綜合海上網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)服務(wù)”項(xiàng)目研究

張 偉，董曉明，王 娜，翁 平

(1.海軍裝備部武漢局，湖北 武漢 430064；2.中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢 430064； 3.海軍駐436廠代表室，上海 201913)

0 引 言

美國(guó)海軍的海上網(wǎng)絡(luò)(Afloat Network)是為海軍艦船提供組網(wǎng)能力的所有網(wǎng)絡(luò)組合，包括艦內(nèi)局域網(wǎng)(LAN，如艦載一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)ISNS)，連接艦與艦、艦與岸、艦與飛機(jī)等外部作戰(zhàn)平臺(tái)或作戰(zhàn)指揮單元的戰(zhàn)術(shù)廣域網(wǎng)(WAN，如自動(dòng)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)ADNS)，業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)(如全球指揮控制系統(tǒng)海軍型GCCS-M)，衛(wèi)星通信和支持全球作戰(zhàn)的岸基基礎(chǔ)設(shè)施(如戰(zhàn)術(shù)交換)等。

目前，美海軍的300多艘艦船上一共裝備了數(shù)千套傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中，僅ISNS系統(tǒng)就有297套，CENTRIXS有151套，SCI有144套，SUBLAN有50套，它們都是主要的海上網(wǎng)絡(luò)。以特定艦船為例，航母(CVN)或兩棲艦(如LPD、LHA)等作戰(zhàn)艦船上有50多個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，“洛杉磯”級(jí)攻擊型核潛艇和“俄亥俄”級(jí)彈道導(dǎo)彈核潛艇上用于支持關(guān)鍵任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不少于10個(gè)。每個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)都有自己專用的機(jī)柜和服務(wù)器，彼此之間不能共享服務(wù)和存儲(chǔ)資源，每個(gè)特定應(yīng)用也都有自己專用的網(wǎng)絡(luò)和硬件，不僅在安裝、培訓(xùn)和后續(xù)保障服務(wù)上帶來(lái)成本預(yù)算急劇上升和人員增加的問(wèn)題，更重要的是，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)被設(shè)計(jì)成支持單一的作戰(zhàn)功能，這就造成了大量煙囪式海上網(wǎng)絡(luò)的存在，它們之間的信息共享和互操作能力很差，無(wú)法滿足海軍“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”的需求。

為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的要求，美海軍提出“2016海軍網(wǎng)絡(luò)環(huán)境”戰(zhàn)略(NNE 2016)，旨在推動(dòng)傳統(tǒng)的煙囪式結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為公共的服務(wù)、應(yīng)用、計(jì)算環(huán)境、通信與網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)真正的信息共享和互操作性(各層次的“水平融合”)。“綜合海上網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)服務(wù)”(Consolidated Afloat Networks and Enterprise Services，CANES)項(xiàng)目作為NNE 2016戰(zhàn)略的一部分，旨在通過(guò)創(chuàng)建統(tǒng)一的公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)合并、替代先前多種分散式的C4I網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以減少網(wǎng)絡(luò)種類、安裝空間及人員配置，提高互操作能力。

C4I項(xiàng)目執(zhí)行辦公室(PEO C4I)是美國(guó)管理CANES項(xiàng)目的最高機(jī)構(gòu)，它行政上直接隸屬于空間與海戰(zhàn)系統(tǒng)司令部(SPAWAR)。當(dāng)前，CANES項(xiàng)目發(fā)展與美國(guó)其他主要裝備的采辦一樣，也是采用項(xiàng)目管理的組織形式。PEO C4I下設(shè)5個(gè)負(fù)責(zé)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和維持的項(xiàng)目辦公室，其中戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目辦公室(PMW160)具體負(fù)責(zé)CANES項(xiàng)目管理[1]。

本文根據(jù)公開(kāi)資料，介紹美海軍綜合海上網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)服務(wù)項(xiàng)目的定位、目標(biāo)、功能、構(gòu)成、開(kāi)發(fā)策略、進(jìn)展及其效益，提供參考借鑒。

1 CANES的定位和目標(biāo)

1.1 NNE 2016

美海軍NNE 2016戰(zhàn)略是一個(gè)反復(fù)迭代的綜合性、階段性項(xiàng)目集，將指導(dǎo)海軍構(gòu)建1個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為中心的企業(yè)環(huán)境，優(yōu)先關(guān)注作戰(zhàn)需求，其數(shù)據(jù)、服務(wù)和應(yīng)用可供海軍用戶隨時(shí)隨地獲取和調(diào)用，能確保所有海軍網(wǎng)絡(luò)(包括未來(lái)的海上網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施)都具有完全的互操作性，并具有較高的安全性和可靠性。NNE 2016的目標(biāo)是減少和替代傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，使應(yīng)用與具體的軟/硬件不再相關(guān)。根據(jù)NNE 2016戰(zhàn)略，現(xiàn)有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、核心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、功能程序、應(yīng)用等都將納入一個(gè)與網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)思想相一致的通用企業(yè)架構(gòu)與標(biāo)準(zhǔn)體系中。

圖1 NNE 2016戰(zhàn)略的范圍Fig.1 Scope of the NNE 2016 strategy

如圖1所示，NNE 2016包括下一代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)(NGEN)、CANES、美國(guó)大陸外海軍企業(yè)網(wǎng)絡(luò)(ONE-NET)、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)(MCEN)以及海軍部隊(duì)認(rèn)可的其他傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還包括在通用企業(yè)架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)下運(yùn)行在各種海軍網(wǎng)絡(luò)上的企業(yè)核心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、功能程序和應(yīng)用[2-3]。按照NNE 2016接口控制原則，所有的這些聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之間均能實(shí)現(xiàn)一定程度上的協(xié)同、互操作、數(shù)據(jù)訪問(wèn)和信息保障等能力。NNE 2016將采用基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)(Open Architecture，OA)，這不僅可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)可承受性，還能使海軍部隊(duì)快速地適應(yīng)新的任務(wù)和威脅。

1.2 CANES的定位

為減少網(wǎng)絡(luò)種類、安裝空間及艦員配置并提高信息共享與互操作能力，美海軍一直在努力改進(jìn)C4I網(wǎng)絡(luò)，如ISNS系統(tǒng)就是將原有的NTCSS(海軍戰(zhàn)術(shù)指揮支持系統(tǒng))和GCCS-M集成在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，提供統(tǒng)一的指揮控制服務(wù)。為徹底改變C4I網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀，根據(jù)海軍NNE 2016戰(zhàn)略以及FORCEnet企業(yè)結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)，海軍提出了基于開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的C4I網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并于2006年提出CANES項(xiàng)目，2008年11月確定CANES開(kāi)發(fā)決策。在現(xiàn)有的科技水平和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)條件下，從2011年起，CANES項(xiàng)目提供包括網(wǎng)絡(luò)硬件和網(wǎng)絡(luò)軟件基礎(chǔ)設(shè)施在內(nèi)的計(jì)算機(jī)環(huán)境建設(shè)。

CANES將以ISNS系統(tǒng)為基礎(chǔ)，逐步把絕密信息網(wǎng)絡(luò)(SCI)、潛艇局域網(wǎng)(SUBLAN)、聯(lián)合區(qū)域信息交換系統(tǒng)(CENTRIXS)、視頻信息交換系統(tǒng)(VIXS)、艦載視頻分發(fā)系統(tǒng)(SVDS)也集成進(jìn)來(lái)，將這些傳統(tǒng)煙囪式網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用都遷移到CANES中。根據(jù)硬件需求，CANES將利用標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和通用化的機(jī)柜體系結(jié)構(gòu)來(lái)創(chuàng)建統(tǒng)一的計(jì)算環(huán)境，并通過(guò)企業(yè)服務(wù)為作戰(zhàn)和管理應(yīng)用程序提供“托管”(hosting)服務(wù)，以提高互操作能力，減少傳統(tǒng)硬件的數(shù)量和安裝空間。

1.3 CANES的目標(biāo)

CANES項(xiàng)目是為了處理早期艦載網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的相關(guān)問(wèn)題，具體目標(biāo)是：

1)根據(jù)海軍和聯(lián)合作戰(zhàn)的需求，建立一個(gè)安全的海上網(wǎng)絡(luò)。

2)通過(guò)使用成熟的跨領(lǐng)域技術(shù)和信息基礎(chǔ)設(shè)施，統(tǒng)一和減少海上網(wǎng)絡(luò)數(shù)量，并加以技術(shù)更新，提高網(wǎng)絡(luò)之間的互操作性?，F(xiàn)有的海上網(wǎng)絡(luò)具有獨(dú)立運(yùn)行、分散管理的特點(diǎn)，而借助于新興的CDS技術(shù)，可以對(duì)傳統(tǒng)煙囪式的非密網(wǎng)絡(luò)、秘密網(wǎng)絡(luò)等加以整合和統(tǒng)一。在這方面，SCI和CENTRIXS-M就是先例，通過(guò)運(yùn)用CDS方案，其基礎(chǔ)設(shè)施的成本和復(fù)雜性得以顯著降低。此外，CANES還利用CCE等技術(shù)創(chuàng)建了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，在對(duì)ISNS、SCI、CENTRIXS-M、SUBLAN等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整合的同時(shí)，保留了它們?cè)械墓δ?。通過(guò)提供通用的體系結(jié)構(gòu)和接口，并利用最新的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，CANES能頻繁而簡(jiǎn)單地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)升級(jí)。

3)減少海上網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)現(xiàn)象，減少其安裝空間和相關(guān)硬件的費(fèi)用。CANES可以為所有的C4ISR應(yīng)用和服務(wù)提供“托管”。例如，在CANES項(xiàng)目中，應(yīng)用提供者只需將磁盤(pán)帶上艦船下載軟件即可，而不必像過(guò)去一樣還要購(gòu)買、安裝相關(guān)的服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、客戶端和網(wǎng)絡(luò)部件等，也不必再開(kāi)展配套的保障和訓(xùn)練工作。如此以來(lái)，硬件的數(shù)量、成本、安裝空間就得到有效縮減。

4)提供更可靠、更安全的作戰(zhàn)應(yīng)用及其他能力，滿足當(dāng)前和未來(lái)的作戰(zhàn)需求。除了能夠減少硬件安裝空間和成本外，CANES提供的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)，還能夠形成網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)(NCES)海上核心服務(wù)(ACS)戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)，支持國(guó)防部(DoD)所有的C4ISR系統(tǒng)應(yīng)用程序遷移到面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)(SOA)環(huán)境中去，同時(shí)借助于CDS和CCE技術(shù)，簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)流程，將應(yīng)用/服務(wù)與具體的硬件分離開(kāi)來(lái)，從而滿足當(dāng)前和未來(lái)戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)任務(wù)的需求。

5)拓寬網(wǎng)絡(luò)整合范圍，擴(kuò)大整合目標(biāo)。CANES的網(wǎng)絡(luò)整合范圍絕不僅僅局限于當(dāng)前規(guī)劃的這幾種傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，還包括其他一些網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。例如，當(dāng)前許多海上系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)自己的功能需求都擁有配套的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，CANES將繼續(xù)進(jìn)一步調(diào)查這些系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)哪些網(wǎng)絡(luò)功能，如果目前CANES沒(méi)有提供這些功能，將在未來(lái)的增量開(kāi)發(fā)計(jì)劃中將其作為特定服務(wù)添加進(jìn)來(lái)，以供所有類型的艦載網(wǎng)絡(luò)加以利用。

1.4 CANES的功能

CANES是一種信息技術(shù)的應(yīng)用策略，直接滿足關(guān)鍵的信息安全/計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防御(CND)需求，提供更加安全和可靠的海上網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。CANES的主要功能(能力)包括話音服務(wù)、視頻服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)和系統(tǒng)管理等，其所創(chuàng)建的企業(yè)信息環(huán)境，可為水面艦船、潛艇、空中作戰(zhàn)平臺(tái)和岸基設(shè)施執(zhí)行常規(guī)業(yè)務(wù)、作戰(zhàn)、情報(bào)偵察等任務(wù)提供有效支持，有關(guān)CANES的詳細(xì)功能描述見(jiàn)空間與海戰(zhàn)系統(tǒng)司令部(SPAWAR)發(fā)布的“CANES Capability Matrix”文件。特別應(yīng)注意的是，CANES不僅僅提供公共的網(wǎng)絡(luò)硬件基礎(chǔ)設(shè)施(如網(wǎng)絡(luò)傳輸、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)與計(jì)算)，更重要的是還提供C4ISR應(yīng)用中最基礎(chǔ)、最核心的海上企業(yè)服務(wù)(全球信息柵格GIG的9種核心企業(yè)服務(wù))，所有的C4ISR應(yīng)用都可調(diào)用這些核心服務(wù)開(kāi)發(fā)自身的應(yīng)用程序。

將傳統(tǒng)的海上網(wǎng)絡(luò)整合成一個(gè)精簡(jiǎn)型的公共網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是其最終目標(biāo)。按照規(guī)劃，CANES將首先整合ISNS、SCI、CENTRIXS-M、SUBLAN、VIXS/SVDS這幾種C4I網(wǎng)絡(luò)；第2階段將逐步整合一些其他網(wǎng)絡(luò)，如海軍核反應(yīng)推進(jìn)裝置網(wǎng)絡(luò)(PPLAN，裝備在“尼米茲”級(jí)航母上)等[4-5]。

CANES將整合、集成以下網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)：

1)ISNS。ISNS是由艦隊(duì)水面艦艇網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施硬件和軟件組成的綜合系統(tǒng)，源于早期為所有美國(guó)海軍艦船提供基本局域網(wǎng)服務(wù)的計(jì)劃。ISNS中不同等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)使用獨(dú)立的硬件，以支持所有的涉密等級(jí)(從絕密到非密)。

2)SUBLAN。SUBLAN本質(zhì)上是ISNS的潛艇版本，具有同樣的涉密級(jí)別，可提供相似的功能服務(wù)，但服務(wù)對(duì)象僅為美國(guó)海軍潛艇。

3)CENTRIXS。CENTRIXS的用途是實(shí)現(xiàn)美國(guó)海軍同盟軍艦艇之間進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)通訊(電子郵件、網(wǎng)絡(luò)、對(duì)話)。這個(gè)獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)與ADNS連接，可以實(shí)現(xiàn)在7個(gè)盟軍，包括日本、韓國(guó)、北約和全球反恐特遣部隊(duì)在內(nèi)的盟軍間的高速數(shù)據(jù)傳輸。

4)SCI。SCI提供了一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，用于接收和傳送特殊情報(bào)(SI)和特殊絕密信息(SCI)數(shù)據(jù)，用以滿足美國(guó)海軍計(jì)算機(jī)安全的標(biāo)準(zhǔn)。這樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)在具有絕密信息能力的平臺(tái)中進(jìn)行聲音、視頻和數(shù)據(jù)的加密傳輸。

圖2 CANES網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施遷移策略Fig.2 Migration strategy of CANES network infrastructure

5)VIXS/SVDS。它們是安裝在艦船上的一種附加網(wǎng)絡(luò)，支持視頻交換、流媒體視頻分發(fā)和視頻會(huì)議。

CANES是在保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)完整性的同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行現(xiàn)代化改造，即在不破壞現(xiàn)有海軍多種網(wǎng)絡(luò)的情況下將現(xiàn)代開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)集成到海軍艦隊(duì)中[6]。

2 CANES的構(gòu)成

CANES的任務(wù)是提供一種企業(yè)信息環(huán)境，為水面艦船、潛艇、空中作戰(zhàn)平臺(tái)和岸基設(shè)施執(zhí)行常規(guī)任務(wù)、作戰(zhàn)、情報(bào)偵察等活動(dòng)提供有效支持。從體系結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，CANES的主要目標(biāo)包括：1)將現(xiàn)有的海上物理網(wǎng)絡(luò)整合成一個(gè)統(tǒng)一的物理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；2)對(duì)物理服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)施進(jìn)行虛擬化管理；3)在虛擬化資源之上開(kāi)發(fā)一種面向服務(wù)的核心服務(wù)架構(gòu)，為信息應(yīng)用提供一種平臺(tái)，將這些應(yīng)用遷移到SOA架構(gòu)中。

在CANES項(xiàng)目中，有2點(diǎn)是反復(fù)強(qiáng)調(diào)的：1)CANES采用智能技術(shù)和現(xiàn)有的商用成熟技術(shù)進(jìn)行集成，項(xiàng)目中的所有技術(shù)均已驗(yàn)證；2)更多的網(wǎng)絡(luò)管理功能以減少人員和維護(hù)要求為目標(biāo)，艦隊(duì)首席信息官(Fleet CIO)對(duì)海上網(wǎng)絡(luò)具有“可見(jiàn)性”(Visibility)。CANES特別強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視、健康評(píng)估、設(shè)備管理以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)防御等功能。

CANES是采用開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，主要由3個(gè)核心部件構(gòu)成[7]。

2.1 通用計(jì)算環(huán)境(CCE)

通用計(jì)算環(huán)境(Common Computing Environment，CCE)能有效地利用“虛擬化”技術(shù)將艦載網(wǎng)絡(luò)硬件(交換機(jī)和路由器)、機(jī)架、服務(wù)器和通信媒介等整合到公共網(wǎng)絡(luò)核心中，以取代相似的硬件、獨(dú)立的操作，從而實(shí)現(xiàn)硬件基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化管理。目前，一臺(tái)服務(wù)器上僅能同時(shí)運(yùn)行一種操作系統(tǒng)，但是借助于采用SOA架構(gòu)的虛擬化技術(shù)后，不同種類的操作系統(tǒng)(如Linux, Solaris, Windows等)以及它們各自所支持的所有應(yīng)用程序都可以在同樣的硬件和服務(wù)器設(shè)施上同時(shí)運(yùn)行，即1臺(tái)“虛擬化服務(wù)器”將允許表面上不兼容的系統(tǒng)和多個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的應(yīng)用程序同時(shí)運(yùn)行在1臺(tái)單獨(dú)的服務(wù)器上，最終實(shí)現(xiàn)將多種計(jì)算功能整合到一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器組中的目標(biāo)，這將有效擴(kuò)展計(jì)算機(jī)能力，并能夠使硬件設(shè)施投資和資源得到最大化利用，如圖3所示。

圖3 CCE硬件基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化Fig.3 Virtualization of CCE hardware infrastructure

需要注意的是，CCE主要側(cè)重于硬件和硬件的虛擬化管理，而不涉及到應(yīng)用和服務(wù)對(duì)象，艦隊(duì)所使用的應(yīng)用和服務(wù)都將“托管”在CCE的硬件基礎(chǔ)設(shè)施上，在1臺(tái)服務(wù)器上可以調(diào)用任意一種操作系統(tǒng)所支持的全部應(yīng)用[8]。

虛擬化是一種軟硬件策略，允許大量的虛擬機(jī)(操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序或網(wǎng)絡(luò))在一套通用物理硬件上獨(dú)立且同時(shí)運(yùn)行，可顯著提高信息系統(tǒng)的可靠性和效率，減少實(shí)際硬件的安裝數(shù)量和空間，降低維修需求[9]。

在實(shí)現(xiàn)硬件基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化管理后，所有艦載網(wǎng)絡(luò)的硬件和操作軟件都將由記錄程序(POR)進(jìn)行集中式管理，而不是像目前這樣只是基礎(chǔ)設(shè)施的簡(jiǎn)單復(fù)制[10]。同時(shí)，CCE也使信息安全傳輸問(wèn)題實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，允許進(jìn)行全艦隊(duì)范圍的硬件和軟件升級(jí)，以確保艦載網(wǎng)絡(luò)保持先進(jìn)水平。

2.2 基于SOA的海上核心服務(wù)(ACS)

CANES的SOA架構(gòu)旨在為服務(wù)使用者提供一種結(jié)構(gòu)平臺(tái)，在此平臺(tái)上可以利用開(kāi)源和COTS軟件對(duì)各種基本能力和核心服務(wù)等進(jìn)行混搭和匹配，快速地創(chuàng)建、調(diào)用、執(zhí)行和管理各種基于服務(wù)的新應(yīng)用以及以網(wǎng)絡(luò)為中心的核心企業(yè)服務(wù)等，從而滿足不斷變化的作戰(zhàn)需求[11]。

基于SOA的海上核心服務(wù)(Afloat Core Services，ACS)創(chuàng)建一種可升級(jí)的服務(wù)交互分層模型(見(jiàn)圖 4)[12-13]，將現(xiàn)有煙囪式系統(tǒng)的傳統(tǒng)應(yīng)用分解、轉(zhuǎn)換為面向用戶、數(shù)據(jù)的可復(fù)用式公共服務(wù)和應(yīng)用，這些公共服務(wù)和應(yīng)用能夠利用現(xiàn)有的基本信息服務(wù)、架構(gòu)服務(wù)、ACS和特定的服務(wù)。其中，基本信息服務(wù)可以提供普遍的信息共享能力；架構(gòu)服務(wù)對(duì)應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)、戰(zhàn)略服務(wù)等提供托管和傳送交付功能。通過(guò)采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口，系統(tǒng)可以調(diào)用這些公共服務(wù)，有益于減少成本，統(tǒng)一系統(tǒng)的維護(hù)工作。

ACS利用SOA方式將硬件從專屬軟件中分離出來(lái)，允許軟件開(kāi)發(fā)人員使用現(xiàn)有的插入式方法提供或者轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，從而避免必須重寫(xiě)某些重復(fù)功能。例如，如果一個(gè)程序員實(shí)現(xiàn)將艦艇傳感器搜集的信息顯示到地圖上的功能，他不必寫(xiě)下每個(gè)部分的詳細(xì)代碼——因?yàn)榈貓D顯示功能和傳感器信息采集功能已經(jīng)作為服務(wù)存在了，因此程序員只需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)載入并使用這些標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，致力于如何提高性能而不是重寫(xiě)已經(jīng)存在的代碼。通過(guò)開(kāi)發(fā)ACS，可將GIG的核心企業(yè)服務(wù)應(yīng)用到作戰(zhàn)人員，以支持海軍作戰(zhàn)人員在中斷、時(shí)斷時(shí)續(xù)和有限制通信的場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)C4ISR應(yīng)用。

CANES核心服務(wù)在CCE網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，這種配置將戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用遷移到更加靈活和經(jīng)濟(jì)可承受更好的面向服務(wù)方式。CANES項(xiàng)目負(fù)責(zé)人稱：通過(guò)將少量主應(yīng)用程序并入核心服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將至少為海軍節(jié)省23億美元。

2.3 跨域解決方案(CDS)

跨域解決方案(Cross-Domain Solutions，CDS)能實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同安全保密級(jí)別(MLS)的系統(tǒng)運(yùn)行在同一個(gè)客戶端工作站，其當(dāng)前技術(shù)成熟度為3級(jí)。CDS也允許用戶設(shè)置數(shù)據(jù)訪問(wèn)的許可級(jí)別，以便在不同的安全級(jí)別內(nèi)均可訪問(wèn)同樣的數(shù)據(jù)，同時(shí)阻止信息流在不同安全域中的傳輸。即允許不同安全等級(jí)(絕密、秘密、解密、非密)的數(shù)據(jù)在公共網(wǎng)絡(luò)設(shè)施CCE上傳輸[14-15]。

圖5 CANES CDS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖Fig.5 CANES CDS topology structure

在CDS設(shè)計(jì)和跨安全域的架構(gòu)整合過(guò)程中，為了降低風(fēng)險(xiǎn)，專門開(kāi)發(fā)了一個(gè)CDS原型樣機(jī)加以演示和驗(yàn)證。

3 CANES的開(kāi)發(fā)策略和進(jìn)展

3.1 增量開(kāi)發(fā)策略

CANES項(xiàng)目采用增量開(kāi)發(fā)的策略，在確定CANES項(xiàng)目基線(CANES Inc0或CANES Lite，也就是ISNS Inc1)條件下，目前初步分為3個(gè)階段CANES Inc1～3(增量1～3)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，應(yīng)用系統(tǒng)逐步遷移到CANES中[16]。

CANES Inc1是在早期的C4I網(wǎng)絡(luò)——ISNS網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)實(shí)時(shí)作戰(zhàn)支持系統(tǒng)(C4ISR應(yīng)用)遷移到CANES中，其能力開(kāi)發(fā)計(jì)劃僅涉及到解密至絕密級(jí)安全域。

CANES Inc2是在CANES Inc1基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)船機(jī)電(HM&E)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用與子系統(tǒng)和實(shí)時(shí)的作戰(zhàn)系統(tǒng)應(yīng)用遷移到CANES中，其能力開(kāi)發(fā)計(jì)劃將覆蓋所有的安全域(非密至絕密級(jí))。

CANES Inc3是在CANES Inc2基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)CANES項(xiàng)目的最終目標(biāo)，構(gòu)建一個(gè)公共的海上網(wǎng)絡(luò)，不同安全保密級(jí)別(非密至絕密級(jí))的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將得到整合和統(tǒng)一，可在同一個(gè)客戶端工作站上運(yùn)行。

總之，遵循CANES Inc1～I(xiàn)nc3的增量開(kāi)發(fā)策略，CANES將不斷朝向其最終目標(biāo)邁進(jìn)，將傳統(tǒng)的海上網(wǎng)絡(luò)逐步整合成一個(gè)精簡(jiǎn)型的公共網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3.2 項(xiàng)目進(jìn)展

CANES實(shí)質(zhì)性的開(kāi)發(fā)決策在2008年11月獲批，2009年4月發(fā)布招標(biāo)書(shū)。2011年1月，CANES項(xiàng)目通過(guò)了里程碑B的評(píng)審驗(yàn)收，開(kāi)始進(jìn)入項(xiàng)目的工程、制造開(kāi)發(fā)與演示階段，并許可生產(chǎn)4套安裝受限的裝備。這些裝備用于作戰(zhàn)和訓(xùn)練，在通過(guò)作戰(zhàn)評(píng)估和里程碑C后將不會(huì)安裝到其他艦艇上。2012年CANES達(dá)到里程碑C并進(jìn)入生產(chǎn)與部署階段，開(kāi)始進(jìn)行單艘艦艇的安裝，包括2套工程開(kāi)發(fā)模型的安裝，隨后將進(jìn)行編隊(duì)艦艇、岸基設(shè)施及其他部隊(duì)級(jí)艦艇的安裝。2012年12月，首批10套CANES系統(tǒng)中的第1套安裝在DDG 69上，安裝時(shí)間持續(xù)18周，第2套于2013年5月安裝在CVN 74上。如果該項(xiàng)目按計(jì)劃進(jìn)行，到2021年，CANES最終將裝備192個(gè)平臺(tái)(包括水面艦船、潛艇和海上作戰(zhàn)中心)[17]。

3.3 CANES的效益

在遵循海軍FORCEnet企業(yè)結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，CANES項(xiàng)目不僅能實(shí)現(xiàn)C4ISR能力一體化(信息共享與互操作能力)，還能在保證節(jié)約經(jīng)費(fèi)開(kāi)支的前提下，增強(qiáng)各艦隊(duì)的作戰(zhàn)能力，大幅減少C4ISR系統(tǒng)的安裝空間和管理人員配置。CANES的成本和減員效益如下：

1)成本效益。美國(guó)海軍研究生院的論文中基于CANES項(xiàng)目的預(yù)案分析，對(duì)CANES項(xiàng)目的采辦與安裝成本、軟件成本、能源節(jié)省成本、人力節(jié)約成本等進(jìn)行分析，結(jié)果表明，CANES項(xiàng)目的實(shí)施可有效減少軟件成本，節(jié)約能源成本和人力成本。例如，2011-2026財(cái)年，采用SOA對(duì)節(jié)約軟件更新成本的效果顯著，合計(jì)減少6 656.3萬(wàn)美元；由于減少能源(用于制冷網(wǎng)絡(luò)硬件)的使用，以及減少了物理硬件的需求，從而減少了服務(wù)器的供電需求，所獲得的能源節(jié)約效果達(dá)4 924.2萬(wàn)美元[10]。

2)減員效益。在CANES項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)之前，艦上多個(gè)煙囪式C4ISR網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)需要25～65個(gè)機(jī)柜和12～36個(gè)管理人員(不同的艦艇作戰(zhàn)平臺(tái)在配置數(shù)量上有差異)。在向FORCEnet企業(yè)結(jié)構(gòu)演進(jìn)過(guò)程中，在實(shí)現(xiàn)CANES Inc0后，機(jī)柜數(shù)量可減少到6～10個(gè)，管理人員減少到6～18人；在CANES Inc1階段，采用ACS和應(yīng)用進(jìn)一步優(yōu)化后，系統(tǒng)操作人員的數(shù)量可進(jìn)一步減少到3～12人。人員配置的減少，相應(yīng)的人力成本也會(huì)得到有效縮減[13]。

4 結(jié) 語(yǔ)

“綜合海上網(wǎng)絡(luò)和企業(yè)服務(wù)”(CANES)項(xiàng)目作為美國(guó)海軍未來(lái)“海軍網(wǎng)絡(luò)環(huán)境”(NNE 2016)戰(zhàn)略規(guī)劃的重要組成部分，是在保證現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)完整性的同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行現(xiàn)代化改造，即在不破壞現(xiàn)有海軍多種網(wǎng)絡(luò)的情況下將現(xiàn)代開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)集成到海軍艦隊(duì)中。CANES通過(guò)創(chuàng)建統(tǒng)一的公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)合并多種C4I網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以減少獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)種類，提供可適應(yīng)的環(huán)境以滿足快速變化的作戰(zhàn)需求，降低艦船全壽命周期費(fèi)用。

[1] DJ L.Consolidated afloat networks and enterprise services(CANES).PMW 160,PEO C4I,2012.

[2] ROBERT J C.Naval network environment 2016-connecting the naval warfighting team.Microsoft Navy/Marine Corps Symposium,2010.

[3] Department of the navy naval networking environment(NNE)～2016:Strategic Definition,Scope and Strategy Paper Version 1.1.Department of the Navy CIO,2008.

[4] CANES Vision.SPAWAR,2013.

[5] CHRIS M.PEO C4I Open Architecture Strategy.PEO C4I,2007.

[6] STEVE B.US Navy C4I Roadmap.PEO C4I,2007.

[7] Consolidated afloat networks and enterprise services(CANES):Re-architecting the Navy′s C4I Network Infrastructure.Lockheed Martin,2010.

[8] JESSIE R,et.al.CANES contracting strategies for full deployment.RAND National Defense Research Institute,2012.

[9] STEVEN A D.Lincoln strike group transitions to navy’s virtualized network.SPAWAR,2010.

[10] ALERONl B R.An analysis of return on investment of the CANES and enterprise services program.Naval Postgraduate School,2010.

[11] Service oriented architecture (SOA) in support of the consolidated afloat network and enterprise services (CANES) program.SPAWAR,2013.

[12] DELORES W.CANES Overview to FCC Team.PMW160,2010.

[13] ROCK M.USN C4I migration to a service oriented architecture and common computing environment.PMW120,2007.

[14] NATHANIEL J H.A definitive interoperability test methodology for the malicious activity simulation tool(MAST).Naval Postgraduate School,2013.

[15] Cross domain solution (CDS) prototype in support of the consolidated afloat networks and enterprise services (CANES) program.SPAWAR,2012.

[16] JASON L.Consolidated afloat networks and enterprise services (CANES) program and acquisition overview.PEO C4I,2009.

[17] CANES full deployment (FD) contracting strategy overview.PEO C4I,2012.