美海軍通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀分析*

姜志勇，張海燕

(1.海司信息化部，北京 100041; 2.西南通信技術(shù)研究所，四川 成都 610041)

美海軍通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀分析*

姜志勇1，張海燕2

(1.海司信息化部，北京 100041; 2.西南通信技術(shù)研究所，四川 成都 610041)

美海軍通信系統(tǒng)發(fā)展受網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)思想引領(lǐng)，裝備體系完善、一體化程度高，進(jìn)入了以網(wǎng)絡(luò)為中心的綜合一體化建設(shè)新階段。目前已形成完整架構(gòu)，并反映在其發(fā)展戰(zhàn)略和裝備發(fā)展規(guī)劃中。對(duì)美海軍通信系統(tǒng)架構(gòu)、海軍聯(lián)合通信網(wǎng)絡(luò)以及美海軍通信技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行了分析，明確了對(duì)技術(shù)的需求和對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的影響，提出了未來基于網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的美海軍通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和特點(diǎn)，為我國海軍通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和建設(shè)提供參考。

力量網(wǎng)；海上網(wǎng)絡(luò)企業(yè)服務(wù)；海軍聯(lián)合規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)；自動(dòng)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

0 引 言

美國海軍乃至美軍的通信系統(tǒng)變革始于上世紀(jì)90年代后期，順應(yīng)美軍從“平臺(tái)中心戰(zhàn)”向“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”(NCW)轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的目標(biāo)，美國防部及各軍兵種都發(fā)展了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。FORCEnet(力量網(wǎng))[1]是美海軍實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)理論的實(shí)際過程和基礎(chǔ)架構(gòu)，是GIG的海軍部分，實(shí)現(xiàn)美軍C4IRS網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。

1 美海軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)

1.1 美海軍通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

美海軍通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展目標(biāo)是使美海軍“煙囪”式指揮集成為高效、統(tǒng)一的指揮體系，是美海軍在強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)和信息基礎(chǔ)設(shè)施的支撐下，實(shí)現(xiàn)美參聯(lián)會(huì)在《2020聯(lián)合構(gòu)想》中提出的“四個(gè)正確”，即在正確的時(shí)間內(nèi)，將正確的信息以正確的形式送交給正確的接收者。改善美海軍與美空軍、美陸軍的互通、互聯(lián)、戶操作，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)下的信息優(yōu)勢(shì)、知識(shí)優(yōu)勢(shì)、決策優(yōu)勢(shì)，提高聯(lián)合作戰(zhàn)的整體能力和水平。

圖1 美海軍通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

從美海軍通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以看出，其無線通信支撐主要由三個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：美海軍聯(lián)合合成航跡網(wǎng)絡(luò)(JCTN)、聯(lián)合規(guī)劃網(wǎng)(JPN)和聯(lián)合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(JDN)，其定位和特點(diǎn)分別如下：

(1)JCTN用于提供武器控制層面的通信支撐

1)覆蓋范圍為海上編隊(duì)的作戰(zhàn)范圍，網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量相對(duì)較少；

2)用于作戰(zhàn)單元間傳感器與武器系統(tǒng)直接交聯(lián)，對(duì)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求極高。

(2)JDN用于提供兵力控制層面的通信支撐

1)覆蓋范圍為海上編隊(duì)的作戰(zhàn)范圍，網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)量相對(duì)較少；

2)對(duì)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求高，因此，技術(shù)體制上采用數(shù)據(jù)鏈，提供高效、時(shí)延可預(yù)期的傳輸能力，而在通信手段上逐步增強(qiáng)高頻寬帶方面的建設(shè)；

3)直接與作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)交聯(lián)。

(3)JPN用于提供兵力協(xié)調(diào)層面的通信支撐

1)節(jié)點(diǎn)遍及全球，必須實(shí)現(xiàn)全球范圍的廣域覆蓋，以衛(wèi)星通信手段為主；

2)對(duì)信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求相對(duì)較低，又必須支持各種類型的節(jié)點(diǎn)/平臺(tái)接入網(wǎng)絡(luò)，因此技術(shù)體制強(qiáng)調(diào)開放性并通過自動(dòng)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(ADNS)匯聚到IP體制。

綜上，JPN、JDN、JCTN位于不同層次，要求的覆蓋范圍、網(wǎng)絡(luò)容量、信息類型、實(shí)時(shí)性等都不同，因此三個(gè)網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)體制和通信手段上都不同，保持相互獨(dú)立。武器控制、兵力控制、兵力協(xié)調(diào)間的相互交聯(lián)主要通過作戰(zhàn)指揮等應(yīng)用系統(tǒng)間的交互完成，交互主要發(fā)生在有線局域網(wǎng)內(nèi)。

2 海軍聯(lián)合規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)(JPN)

美海軍聯(lián)合規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)主要作用在美海軍通信網(wǎng)絡(luò)黑邊無線側(cè)，以高可靠IP保密機(jī)(HAIPE)[2]為分界，紅邊為各種有線的業(yè)務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，黑邊為無線部分。岸基和艦船平臺(tái)都通過ADNS路由器實(shí)現(xiàn)無線側(cè)的綜合路由選擇，無線側(cè)的路由生成、維護(hù)和交換都在黑邊網(wǎng)絡(luò)內(nèi)完成。岸基可通過有線及無線的方式接入GIG核心網(wǎng)，艦船平臺(tái)通過各種無線方式接入GIG核心網(wǎng)。

2.1 自動(dòng)數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(ADNS)

JPN體系中由ADNS[3]構(gòu)建海上戰(zhàn)術(shù)無線廣域網(wǎng)，可為海上艦艇和岸基用戶提供端到端(ETE)的傳輸服務(wù)。ADNS可采用并發(fā)多種鏈路進(jìn)行互聯(lián)，艦艇之間、海岸之間、海空之間通過LOS鏈路構(gòu)建海上戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)，艦艇通過衛(wèi)星通信網(wǎng)(SATCOM)連接GIG。

圖2 美海軍戰(zhàn)術(shù)廣域網(wǎng)架構(gòu)[4]

ADNS目前正處于增量3階段：

圖3 ADNS增量發(fā)展階段及特征

2.2 海上網(wǎng)絡(luò)企業(yè)服務(wù)

海上網(wǎng)絡(luò)企業(yè)服務(wù)(CANES)[5]的目的是廢除海軍許多傳統(tǒng)、獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)提供一個(gè)靈活且反應(yīng)靈敏的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，以便對(duì)不斷變化的海軍業(yè)務(wù)需求快速做出修正。該項(xiàng)目鞏固和加強(qiáng)了多個(gè)艦載傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，建立一個(gè)通用計(jì)算環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施，用于指揮和控制、通信、情報(bào)等應(yīng)用。該項(xiàng)目的其他目標(biāo)是減少海軍艦船上的信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的種類和數(shù)量，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的能力，提高安全性，減少當(dāng)前硬件的影響，并降低艦載設(shè)備部署成本。通過采用通用的裝備、訓(xùn)練系統(tǒng)，CANES也將為海軍減少運(yùn)作和維持的成本和工作量。

CANES將艦艇上已存在的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(包括SCI、CENTIRX、GENSER、UNCLAS等)融合成一個(gè)艦載局域網(wǎng)，并通過ANDS接口和廣域網(wǎng)互聯(lián)。CANES將形成一個(gè)開放的、虛擬的計(jì)算環(huán)境，所有計(jì)算資源統(tǒng)一調(diào)度管理，可為其他領(lǐng)域的應(yīng)用提供服務(wù)，所有應(yīng)用軟件均分布在這個(gè)虛擬的計(jì)算環(huán)境中。所有傳感器、受動(dòng)器、激勵(lì)器和武器通過適配器與全艦計(jì)算環(huán)境連接。

CANES依靠云計(jì)算和虛擬化計(jì)算技術(shù)，在這些技術(shù)中，應(yīng)用通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交付，而不綁定與特定的計(jì)算機(jī)。對(duì)必須處理運(yùn)行各種操作系統(tǒng)的海軍用戶來說，變化會(huì)非常大。用戶將不必?fù)?dān)心、甚至不用關(guān)心LINUX應(yīng)用是否能運(yùn)行于windows計(jì)算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)將確保應(yīng)用的正常運(yùn)行。虛擬化意味著網(wǎng)絡(luò)某部分的用戶能利用整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的C4ISR系統(tǒng)上未使用的計(jì)算機(jī)容量，虛擬化不但不會(huì)增加艦載計(jì)算機(jī)容量，反而會(huì)降低艦載的總?cè)萘俊Ｌ摂M化也能轉(zhuǎn)換成生存能力，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的某一部分被損壞時(shí)，可通過其他部分的空閑容量加以彌補(bǔ)。

CANES能減少培訓(xùn)和管理需求，因?yàn)樽詣?dòng)化系統(tǒng)所需的監(jiān)控工作量很小，無需操作人員時(shí)刻監(jiān)控，只要有人待命既可。CANES也能為海軍網(wǎng)絡(luò)帶來其他一系列的改進(jìn)：提高可用性，改善話音、視頻和無線通信；提供更魯棒的災(zāi)難恢復(fù)能力；降低功耗和供熱需求；提供高級(jí)網(wǎng)絡(luò)管理工具等。

CANES于2012年起開始安裝到作戰(zhàn)單元級(jí)艦艇上，并于當(dāng)年底完成有限部署安裝。2021年，190艘軍艦、潛艇和海上作戰(zhàn)中心有望具備此項(xiàng)能力。海軍C4I計(jì)劃執(zhí)行辦公室負(fù)責(zé)CANES，管理與洛.馬和諾.格公司的競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)開發(fā)合同。

3 美海軍通信系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

從海軍通信系統(tǒng)和設(shè)備的發(fā)展演進(jìn)過程來看，美海軍通信系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)集中在以下幾個(gè)方面：

(1)通信始終圍繞作戰(zhàn)使用需求發(fā)展

在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)[6]的背景下，美海軍的通信系統(tǒng)始終是為作戰(zhàn)服務(wù)的，以IT-21為例，IT-21是一種以網(wǎng)絡(luò)為中心的結(jié)構(gòu)，聯(lián)接所有的傳感器、武器和指揮員，其集成的C4ISR的能力覆蓋了指揮控制、導(dǎo)航、傳感器、水文氣象、人事管理、醫(yī)療信息乃至武器控制等。

圖4 IT-21通信能力需求

(2)在寬帶化、遠(yuǎn)距離方面提升通信能力

1)帶寬需求

美海軍在向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的轉(zhuǎn)型過程中，對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和技術(shù)方面最首要的能力需求就是通信帶寬的問題。美海軍的IT-21計(jì)劃明確要求海軍帶寬要求與陸地、空間的帶寬要求達(dá)到同步。美軍的軍事通信衛(wèi)星只能滿足巨大需求的小部分，對(duì)帶寬的需要更多采用了商用衛(wèi)星系統(tǒng)。IT-21計(jì)劃升級(jí)美海軍艦載衛(wèi)星系統(tǒng)，以提供更寬帶寬。ADNS作為IT-21計(jì)劃的組成部分，能有效增加帶寬4倍。

圖6 美軍例次戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)帶寬的需求增加情況

2)遠(yuǎn)距離需求

在遠(yuǎn)距離通信需求方面，由于其作戰(zhàn)行動(dòng)的特點(diǎn)及作戰(zhàn)地域的跨度，對(duì)于遠(yuǎn)程通信能力的需求尤其迫切。美國海軍IT-21計(jì)劃相關(guān)費(fèi)用預(yù)測(cè)表明其總費(fèi)用的80%將與遠(yuǎn)程通信接力有關(guān)。美軍主要依靠衛(wèi)星提供遠(yuǎn)程以及到岸基網(wǎng)絡(luò)的連通性，但衛(wèi)星資源本來就屬稀缺資源，且戰(zhàn)時(shí)易遭破壞，難以及時(shí)恢復(fù)。

(3)網(wǎng)絡(luò)一體化

美國海軍的ADNS系統(tǒng)將岸基節(jié)點(diǎn)、艦艇平臺(tái)、升空平臺(tái)等綜合在一起構(gòu)建了海上的無線廣域網(wǎng)絡(luò)，即通過這一個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了編隊(duì)內(nèi)的艦艇間、艦艇編隊(duì)之間以及艦艇與岸基核心網(wǎng)之間的連通。ADNS系統(tǒng)將ADNS路由器作為艦船統(tǒng)一的對(duì)外出口，且該路由器與各無線手段之間采用商用的路由協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了艦對(duì)艦、艦對(duì)空、艦對(duì)岸以及編隊(duì)間采用統(tǒng)一的設(shè)備、統(tǒng)一的技術(shù)體制進(jìn)行綜合組網(wǎng)。

圖7 美軍網(wǎng)絡(luò)一體化設(shè)計(jì)

采用網(wǎng)絡(luò)一體化的設(shè)計(jì)使美軍“煙囪”式指揮集成為高效、統(tǒng)一的指揮體系，使美海軍在強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)和信息基礎(chǔ)設(shè)施支持下，實(shí)現(xiàn)美參聯(lián)會(huì)在《2020聯(lián)合構(gòu)想》中提出的“四個(gè)正確”[7]。

4 小 結(jié)

美海軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的概念提出時(shí)基于信息技術(shù)的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的架構(gòu)清晰，實(shí)現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜，美海軍正處于以網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)為基礎(chǔ)的作戰(zhàn)方式轉(zhuǎn)型歷程中，其發(fā)展思路是多網(wǎng)逐漸融合，從編隊(duì)?wèi)?zhàn)術(shù)網(wǎng)擴(kuò)展到海上廣域網(wǎng)，再融合到GIG。美海軍從例次軍事行動(dòng)中突出了通信系統(tǒng)對(duì)帶寬需求，采用網(wǎng)絡(luò)中心化后，通信帶寬的需求還將增加。美海軍面臨跨地域行動(dòng)，遠(yuǎn)程通信能力的需求也很迫切，遠(yuǎn)程通信技術(shù)主要以衛(wèi)星通信支持，短波通信受到窄帶通信能力的限制，只作為遠(yuǎn)程通信的備用手段。美軍針對(duì)岸海通信和遠(yuǎn)程通信的應(yīng)用，大量利用現(xiàn)有的商用衛(wèi)星系統(tǒng)滿足通信系統(tǒng)對(duì)帶寬的需求，同時(shí)采用加密措施保證通信安全。參考及借鑒以網(wǎng)絡(luò)為中心的作戰(zhàn)思想和行動(dòng)對(duì)我軍應(yīng)對(duì)多種安全威脅、完成多樣化軍事任務(wù)起著積極的作用。

[1] 劉俊杰.“海上力量網(wǎng)推動(dòng)海軍通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展”,通信技術(shù), 2009(6):183-184,187. LIU Jun-jie.Noval Forcenet Promoting the Development of Navy Communication Network,Communications Technology,2009(6):183-184,187.

[2] 張海燕,叢鍵. “一種新型SCA電臺(tái)的分析與設(shè)計(jì)”, 通信技術(shù), 2012(9):21-24,28. ZHANG Hai-yan,CONG Jian.Analysis and Design of A Novel SCA Tactical Radio,Communications Technology,20012(9):21-24,28.

[3] 王志文.“美海軍自動(dòng)化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全研究”,信息安全與通信保密,2011(12):47-49,53. WANG Zhi-wen.Security Mechanism of Automated Digital Network System in GIG Tactical Network,Information Security and Communications Privacy, 2011(12):47-49,53.

[4] KurtFiscko.“Navy SATCOM Overview”,10_Fiscko_NavySATCOM.pdf,26 October 2011[2015/7/27].URL: www.afcea-la.org/filebrowser/download/619.

[5] RDML Jerry K. Burroughs，“PEO C4I Overview”，100510_AM_RDML_Burroughs_PEO_C4I_brief.pdf, 5 October 2010[2015/7/27].URL:www.public.navy.mil/spawar/Press/.../1.29.2013_AFCEA[PEOC4I].pdf

[6] 梁百川, "網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)及網(wǎng)格技術(shù)", 艦船電子對(duì)抗, 2008(4)：32-35,42. LIANG Bai-chuan.Network Centric Warfare & Grid Technique，Shipboard Electronic Countermeasure,2008(4):32-35,42.

[7] 尤擎濤, “美軍轉(zhuǎn)型通信系統(tǒng)對(duì)美海軍C4ISR的作用” 世界海軍,2007(1)：56-57. YOU Qing-tao.“US Transformed Communication System and Its Effect on US Navy C4ISR”,World Navy,2007(1):56-57.

Development of US Tactical Naval Communications

JIANG Zhi-yong, ZHANG Hai-yan

(1.Information Department of Navy Command，Beijing 100041，China; 2.South-West Research Institute of Communications, Chengdu Sichuan 610041, China)

Under the influence of network centric warfare, the equipment system of US Navy communication system is increasingly perfected and integrated, and now enters a new stage of comprehensive integration with network as the center. Nowadays, the complete structure is constructed and reflected in development strategy and equipment development planning of US Navy. This paper analyzes naval communications infrastructure, JPN(Joint Project Network)and the development direction of communication technologies, describes the technical demands and effects of the communication network construction, discusses the trend and feature of the future tactical naval communications based on network-centric warfare, thus providing a reference for designing and constructing China’s navy communication network.

FORCEnet；CANES；JPN；ADNS

10.3969/j.issn.1002-0802.2015.09.001

2015-05-01；

2015-08-21 Received date:2015-05-01；Revised date：2015-08-21

TN924

A

1002-0802(2015)09-0987-06

姜志勇(1975—)，男，學(xué)士，工程師，主要研究方向?yàn)檐娛峦ㄐ?、系統(tǒng)架構(gòu)；

張海燕(1979—)，女，碩士，高工，主要研究方向?yàn)闊o線通信系統(tǒng)、軟件無線電。