外軍JRE發(fā)展情況淺析

崔宗星，范義龍，李富強(qiáng)

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，西安710068）

0 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)復(fù)雜電磁環(huán)境中，數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)后方指揮控制單元、前方作戰(zhàn)單元與分散在各處的偵察單元間戰(zhàn)術(shù)信息安全高效傳輸?shù)男畔⑾到y(tǒng)。數(shù)據(jù)鏈連接了作戰(zhàn)系統(tǒng)的聽(tīng)視覺(jué)與骨骼肌肉，支撐偵、控、打、評(píng)殺傷鏈的閉環(huán)。在以美軍為代表的外軍數(shù)據(jù)鏈發(fā)展與應(yīng)用歷程中，因使用環(huán)境與作戰(zhàn)需求的不同，不同軍種研制了不同技術(shù)體制、消息標(biāo)準(zhǔn)及形態(tài)功能各異的數(shù)據(jù)鏈裝備，使得數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展出現(xiàn)了諸多分支。隨著戰(zhàn)場(chǎng)全球化進(jìn)程加快，廣域跨軍種聯(lián)合作戰(zhàn)的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，各軍種不同數(shù)據(jù)鏈類(lèi)型平臺(tái)間態(tài)勢(shì)、指令、情報(bào)信息端到端超視距互通的問(wèn)題亟需解決。

1 JRE發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 JRE的概念

聯(lián)合范圍擴(kuò)展JRE（Joint-Range Extension）是指對(duì)視距數(shù)據(jù)鏈的作用范圍進(jìn)行擴(kuò)展，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈消息超視距傳輸?shù)囊环N技術(shù)體制。JRE的概念既不與特定設(shè)備綁定，也不與特定作戰(zhàn)平臺(tái)綁定。美國(guó)防部通過(guò)建立JRE的標(biāo)準(zhǔn)，即聯(lián)合范圍擴(kuò)展應(yīng)用層協(xié)議JREAP，來(lái)指導(dǎo)相關(guān)系統(tǒng)、設(shè)備、軟件的研制與集成工作。從網(wǎng)絡(luò)角度看，JRE實(shí)現(xiàn)了孤立數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)間通過(guò)衛(wèi)星鏈路或地面網(wǎng)、第三代軍用保密電話(huà)等信道媒介的信息鉸鏈，在每一個(gè)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中，都存在承擔(dān)網(wǎng)關(guān)責(zé)任的特殊平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈消息與JREAP封裝消息間的格式轉(zhuǎn)換與處理；從平臺(tái)角度看，JRE實(shí)現(xiàn)了面向用戶(hù)的任務(wù)界面與面向鏈路的信道終端間的集成鉸鏈。

1.2 JRE的由來(lái)與發(fā)展

上世紀(jì)90年代初，為解決戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)信息鏈J（TADIL J，北約稱(chēng)Link 16）向超視距作戰(zhàn)單位發(fā)送目標(biāo)航跡等信息時(shí)，總是需要空基平臺(tái)使用大量網(wǎng)絡(luò)中繼時(shí)隙進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)，引起整個(gè)聯(lián)合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)時(shí)隙資源與網(wǎng)絡(luò)容量緊張的問(wèn)題［1］，美國(guó)戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御局考慮采用衛(wèi)星中繼的方式來(lái)解決這一問(wèn)題，美國(guó)防部于1994年通過(guò)了TADIL-J范圍擴(kuò)展計(jì)劃及其演示驗(yàn)證試驗(yàn)，這一計(jì)劃是JRE的雛形，有效解決了戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御局的超視距態(tài)勢(shì)共享需求。經(jīng)過(guò)近三十年發(fā)展，JRE已成為主要的數(shù)據(jù)鏈范圍擴(kuò)展與集成應(yīng)用手段之一，并形成了成熟的標(biāo)準(zhǔn)與裝備體系。

1.3 JRE的應(yīng)用與裝備

JRE起初作用于多個(gè)孤立的Link 16數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)間，通過(guò)衛(wèi)星鏈路或地面有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，建立超視距的戰(zhàn)術(shù)信息共享網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)采用JREAP及多鏈集成技術(shù)，可使那些原本難以互通的數(shù)據(jù)鏈裝備實(shí)現(xiàn)部分乃至全部消息的互通。JREAP訂立之初，美國(guó)空軍戰(zhàn)機(jī)就已采用JREAP-A（代指JREAP附錄A，即傳輸幀頭與應(yīng)用幀頭采用JREAP全棧協(xié)議組建了半雙工令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)），依托機(jī)載UHF頻段DAMA（按需分配多址接入）信道設(shè)備，與UFO、Milstar系列衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程超視距態(tài)勢(shì)與指令信息的傳輸；2005年，美國(guó)太平洋司令部（現(xiàn)印太司令部）站點(diǎn)也安裝了JRE系統(tǒng)及UHF衛(wèi)星信道設(shè)備；2008年，美國(guó)海軍在測(cè)試兩棲登陸艦Tarawa的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈功能時(shí)，驗(yàn)證了系統(tǒng)JREAP-C（代指JREAP附錄C，即傳輸層采用TCP／UDP協(xié)議，應(yīng)用層采用JREAP應(yīng)用協(xié)議）傳輸能力，該能力基于艦上指控系統(tǒng)與通用鏈路管理系統(tǒng)CDLMS實(shí)現(xiàn)，且能夠?qū)崿F(xiàn)與宙斯盾彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的關(guān)鍵信息互操作；2014年，美國(guó)空軍E-8C聯(lián)合星預(yù)警機(jī)通過(guò)加裝JREAP-C設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了基于衛(wèi)星信道的Link16范圍擴(kuò)展……

近年來(lái)JRE相關(guān)設(shè)備已在外軍多國(guó)部隊(duì)大量列裝使用，據(jù)近年披露資料，典型的JRE設(shè)備包含：

（1）HUNTR戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。美國(guó)防高級(jí)計(jì)劃研究局引進(jìn)的HUNTR戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)支持Link 16、可變消息格式（VMF）、目標(biāo)光標(biāo)（CoT）、聯(lián)合距離擴(kuò)展應(yīng)用協(xié)議（JREAP）、態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)鏈（SADL）和協(xié)同電子支援措施行動(dòng)（CESMO）等多種消息格式轉(zhuǎn)換處理。在德國(guó)空軍的Timber Express 2020演習(xí)期間通過(guò)該網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了雙向Link 16、CESMO、VMF和JREAP-C的操作，包括通過(guò)HUNTR在所有設(shè)備上建立文本聊天鏈接和共享態(tài)勢(shì)圖。HUNTR允許地面部隊(duì)使用基于Android和Windows操作系統(tǒng)的軟件與Link 16戰(zhàn)斗機(jī)一起執(zhí)行近距離空中支援（DACAS）任務(wù)，并且實(shí)現(xiàn)了歷史上第一例Link 16戰(zhàn)斗機(jī)指揮空中客車(chē)無(wú)人機(jī)聯(lián)隊(duì)（MUM-T）遠(yuǎn)程攻擊指定目標(biāo)。HUNTR戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)人機(jī)操作界面包含有共用態(tài)勢(shì)圖、目標(biāo)參數(shù)信息欄、對(duì)話(huà)框與消息轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)控制矩陣。

圖1 HUNTR戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)人機(jī)界面

（2）賽克（SAIC）公司JRE系列產(chǎn)品。賽克公司是一家美國(guó)JRE軟件提供商。其JRE軟件產(chǎn)品能夠經(jīng)濟(jì)可靠地向作戰(zhàn)人員提供態(tài)勢(shì)感知與指揮控制信息。純軟件的產(chǎn)品能夠在幾乎所有處理器上運(yùn)行，方便購(gòu)買(mǎi)和集成。軟件可橋接不兼容的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)，并提供情報(bào)獲取和執(zhí)行任務(wù)所需的共用態(tài)勢(shì)圖。賽克宣稱(chēng)其基于JRE的產(chǎn)品能夠提供準(zhǔn)確、可靠、近實(shí)時(shí)的戰(zhàn)場(chǎng)感知能力，在需要的時(shí)間、地點(diǎn)向用戶(hù)提供需要的數(shù)據(jù)。賽克提供的JRE戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)關(guān)設(shè)備支持北美航空航天防御司令部的骨干網(wǎng)，能夠向美國(guó)和加拿大提供準(zhǔn)確的陸地、空中、海上威脅的態(tài)勢(shì)感知圖；支持美國(guó)空軍中東戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈架構(gòu)的心跳信息；且支持澳大利亞國(guó)土防御網(wǎng)的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)記錄程序。此外，賽克還擁有JRE戰(zhàn)術(shù)平板終端等面向單兵的設(shè)備。

（3）泰雷茲（THALES）公司JRE系列產(chǎn)品。法國(guó)泰雷茲公司的TopLink系列產(chǎn)品已在十幾個(gè)國(guó)家服役。TopLink-Core是一種數(shù)據(jù)路由器和轉(zhuǎn)發(fā)器，作為軟件模塊運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上，支持異構(gòu)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)間通信。它可以獨(dú)立在網(wǎng)絡(luò)中工作，也可以寄宿于任務(wù)系統(tǒng)主機(jī)。此外，泰雷茲還有專(zhuān)用于指控平臺(tái)的終端TopLink-Commander和專(zhuān)用于武器平臺(tái)的TopLink-Core plus軟件模塊。Commander可實(shí)現(xiàn)沖突與告警等監(jiān)視功能、指控命令、武器協(xié)調(diào)管理及任務(wù)控制等功能；Core plus則支持態(tài)勢(shì)共享、空中任務(wù)控制、編隊(duì)內(nèi)任務(wù)／目標(biāo)分配等功能。

2 JRE消息標(biāo)準(zhǔn)

JRE消息標(biāo)準(zhǔn)是聯(lián)合范圍擴(kuò)展應(yīng)用層協(xié)議互操作性標(biāo)準(zhǔn)（JREAP）。其標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為美軍標(biāo)MIL-STD-3011，或北約STANAG-5518。JREAP的最新版本是2019年發(fā)布的MIL-STD-3011D。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)定位

JREAP用于在通用信道和網(wǎng)絡(luò)上傳輸戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈消息。格式化消息嵌入到JREAP幀格式的數(shù)據(jù)內(nèi)容字段，可在衛(wèi)星鏈路或者地面鏈路進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸。JREAP擴(kuò)展了那些通信范圍有限的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)，提供超視距接入的能力，減少了對(duì)數(shù)據(jù)鏈中繼平臺(tái)的依賴(lài)，降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載壓力，在視距數(shù)據(jù)鏈不可用情況下提供了一種備份的通信手段，并對(duì)那些沒(méi)有專(zhuān)門(mén)裝備數(shù)據(jù)鏈設(shè)備的平臺(tái)，提供了一種通過(guò)衛(wèi)星或其他手段連接到平臺(tái)的方式。

2.2 格式分析

JREAP根據(jù)傳輸鏈路的物理特性與其OSI網(wǎng)絡(luò)分層模型，分為全棧協(xié)議與應(yīng)用協(xié)議兩種封裝格式和處理方法。全棧協(xié)議適用于無(wú)可靠傳輸層協(xié)議衛(wèi)星信道如UHF令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)（JREAP-A）、SHF／EHF點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)（JREAP-B）［2］。全棧協(xié)議消息結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 JREAP全棧協(xié)議消息結(jié)構(gòu)

JRE傳輸塊頭主要包含發(fā)送源信息、發(fā)送時(shí)間及精度、幀長(zhǎng)信息等。傳輸塊頭確保信息在不具有送達(dá)保障的鏈路中可靠傳輸，支撐冗余發(fā)送、序列號(hào)定位、整包校驗(yàn)等傳輸功能，另外描述發(fā)送源時(shí)間精度、時(shí)間有效性、發(fā)送時(shí)間，以支撐接收單位結(jié)合接收時(shí)間，確定傳輸及處理時(shí)間，推測(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)容的真正產(chǎn)生時(shí)間。JRE消息組頭主要包含后方具體數(shù)據(jù)鏈消息源信息、產(chǎn)生時(shí)長(zhǎng)信息、類(lèi)型及數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、控制應(yīng)答信息等。消息組頭指示內(nèi)容中各組數(shù)據(jù)的產(chǎn)生源、本組數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)的傳輸與處理時(shí)間，以及本組消息要求的確認(rèn)應(yīng)答方式。在JRE的消息組中還定義了網(wǎng)絡(luò)管理消息組頭與相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)管理消息，用于解決鏈路上的時(shí)間同步、消息確認(rèn)應(yīng)答、遠(yuǎn)程過(guò)濾、特殊事件、拓?fù)渚S護(hù)等功能。

應(yīng)用協(xié)議適用于JREAP嵌入TCP／UDP等有保障傳輸層協(xié)議的信道數(shù)據(jù)包中，適合因特網(wǎng)等傳輸媒介（JREAP-C）。應(yīng)用協(xié)議消息結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 JREAP應(yīng)用協(xié)議消息結(jié)構(gòu)

應(yīng)用層頭中主要定義了數(shù)據(jù)鏈消息源信息、產(chǎn)生時(shí)長(zhǎng)信息、類(lèi)型及數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。功能與消息組頭相當(dāng)，此外還規(guī)定了協(xié)議的版本信息。

3 JRE關(guān)鍵技術(shù)

JRE除定義了一種面向通用信道的傳輸格式，最重要的功能還包含網(wǎng)絡(luò)共用時(shí)間基準(zhǔn)確立、態(tài)勢(shì)信息外推、態(tài)勢(shì)信息過(guò)濾、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚S護(hù)等幾個(gè)方面。

3.1 共用時(shí)間基準(zhǔn)確立

為解決數(shù)據(jù)鏈互聯(lián)與消息處理時(shí)時(shí)間統(tǒng)一問(wèn)題，JRE設(shè)計(jì)了基于狀態(tài)機(jī)的共用時(shí)間基準(zhǔn)確立流程與JRE成員之間協(xié)調(diào)時(shí)間基準(zhǔn)的消息格式。該格式通過(guò)兩組比特位標(biāo)識(shí)每個(gè)參與者可用時(shí)間源、基于權(quán)值運(yùn)算的建議時(shí)間源。通過(guò)在JRE成員間周期交互共用時(shí)間基準(zhǔn)消息，各參與者不斷更新自身建議源的權(quán)重，最終在建議源統(tǒng)一的基礎(chǔ)上完成時(shí)間狀態(tài)向穩(wěn)定的轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步。該方式適合鏈路時(shí)延較低且?guī)捵銐虻逆溌?，而JREAP附錄A的令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)則采用了一種簡(jiǎn)化的共用時(shí)間基準(zhǔn)確立過(guò)程，通過(guò)指定鏈路固定傳輸時(shí)延，采用網(wǎng)絡(luò)控制器周期廣播共用時(shí)間基準(zhǔn)消息，其他參與者基于消息接收時(shí)戳加鏈路固定傳輸時(shí)延的方式實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)時(shí)間同步。JRE網(wǎng)絡(luò)共用時(shí)間基準(zhǔn)確立流程如圖4所示。

圖4 JRE網(wǎng)絡(luò)共用時(shí)間基準(zhǔn)確立流程

3.2 態(tài)勢(shì)信息外推

JRE繼承了Link 11與Link 16態(tài)勢(shì)共享［3］時(shí)采用間接接口單元轉(zhuǎn)換的方式，通過(guò)間接消息格式向Link 16網(wǎng)絡(luò)推送外部我方態(tài)勢(shì)信息；而在進(jìn)行非我方的航跡消息轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)鏈消息格式。JRE消息格式可承載數(shù)據(jù)鏈消息無(wú)法承載的消息生成、鏈路處理各環(huán)節(jié)的時(shí)間信息及位置質(zhì)量信息，根據(jù)平臺(tái)航向、速度、航跡質(zhì)量［4］等參數(shù)，JRE可決定是否進(jìn)行態(tài)勢(shì)外推，即通過(guò)外推處理算法［5］消除因媒介鏈路傳輸時(shí)延引起的位置偏差。態(tài)勢(shì)信息外推的過(guò)程是可控的，通常由進(jìn)行消息處理的上層應(yīng)用軟件決定，JRE可提供經(jīng)過(guò)外推處理的態(tài)勢(shì)信息，也可向上層提供包含有各環(huán)節(jié)詳細(xì)處理時(shí)間的原始數(shù)據(jù)信息。

3.3 態(tài)勢(shì)信息過(guò)濾

為了避免繁雜的作戰(zhàn)單位信息出現(xiàn)在用戶(hù)作戰(zhàn)視窗中，形成一種可由用戶(hù)控制的多圖層態(tài)勢(shì)顯示方式。JREAP支持向網(wǎng)內(nèi)成員平臺(tái)設(shè)置基于消息類(lèi)型、消息時(shí)效、特定地理區(qū)域等條件的消息過(guò)濾器，以支持濾除特定消息的上報(bào)與轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中通常定義專(zhuān)門(mén)一類(lèi)過(guò)濾器消息，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈射頻網(wǎng)絡(luò)向特定成員分發(fā)以實(shí)現(xiàn)其發(fā)送或接收消息的過(guò)濾。JRE充分考慮了與現(xiàn)役外軍數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)過(guò)濾器的兼容性，設(shè)計(jì)了一類(lèi)在媒介鏈路發(fā)送的過(guò)濾消息格式及轉(zhuǎn)換方法。該類(lèi)消息能夠在擴(kuò)展鏈路上進(jìn)行發(fā)送，同時(shí)支持轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)鏈過(guò)濾器消息類(lèi)型，在數(shù)據(jù)鏈射頻網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。作戰(zhàn)平臺(tái)可基于敵我屬性、環(huán)境類(lèi)型、身份編號(hào)、地理區(qū)域等信息過(guò)濾態(tài)勢(shì)信息，在局部戰(zhàn)場(chǎng)形成特定航跡監(jiān)控能力。

3.4 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚S護(hù)

為了維持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化，高效實(shí)現(xiàn)消息尋址與網(wǎng)絡(luò)管理，JREAP設(shè)計(jì)了直接連接表、網(wǎng)絡(luò)連接矩陣消息等用于交換JRE網(wǎng)絡(luò)參與者鏈路連接與連通性關(guān)系的消息。基于周期廣播消息的接收，在衛(wèi)星鏈路上的JRE成員平臺(tái)具備維持自身數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)內(nèi)鄰接平臺(tái)連通性的能力。通過(guò)將收集的信息轉(zhuǎn)換為直接連接表消息并在衛(wèi)星等擴(kuò)展鏈路發(fā)送，如圖5所示。位于地面的管理中心可獲取全網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系并通過(guò)一種網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣消息向特定平臺(tái)發(fā)送全網(wǎng)拓?fù)?。通過(guò)維持周期廣播與請(qǐng)求應(yīng)答，JRE成員均可動(dòng)態(tài)獲取全網(wǎng)及鄰接節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連通關(guān)系，并自動(dòng)維護(hù)更新，基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚S護(hù)功能，JRE網(wǎng)絡(luò)在異構(gòu)信道間進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)尋址功能得到了保障。

圖5 JRE單元維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

外軍在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的發(fā)展與綜合集成方面具有領(lǐng)先的科研與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，為解決遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)鏈消息傳輸與鏈間信息互操作這一質(zhì)樸的需求，曾探索過(guò)許多方式與道路。JRE作為其中的一種延續(xù)至今，最大的特點(diǎn)就是體制引領(lǐng)與兼容并包。通過(guò)不斷更新相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)新興裝備適配自身運(yùn)行模式，同時(shí)考慮多種信道媒介、數(shù)據(jù)鏈消息格式集成的可能性，面向具體技術(shù)問(wèn)題提出解決方案，這一模式本身就具有較強(qiáng)的適配性與可操作性，具有借鑒意義。