2021年外軍通信與網(wǎng)絡(luò)發(fā)展綜述

唐 寧

(中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081)

0 引 言

2021年，為應(yīng)對大國競爭局勢下日益復(fù)雜、對抗性更加激烈的作戰(zhàn)環(huán)境以及所謂對等對手帶來的新興威脅，外軍從政策、裝備、技術(shù)等多個層面著力解決通信網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)、僵化以及韌性、敏捷性、互操作性和抗毀能力不足等問題，力求實(shí)現(xiàn)陸、海、空、天、網(wǎng)絡(luò)、電磁域內(nèi)各作戰(zhàn)要素的動態(tài)無縫連接和信息共享，為聯(lián)合全域指揮控制提供支持。美軍在國防部總體指導(dǎo)下，在太空域繼續(xù)加深與商業(yè)領(lǐng)域的合作，推動聯(lián)合全域指揮控制(JADC2)天基骨干——國防太空架構(gòu)傳輸層的建設(shè)；在地面域，出臺頂層政策規(guī)劃，指導(dǎo)戰(zhàn)術(shù)與企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的整合，為陸軍向多域作戰(zhàn)部隊(duì)轉(zhuǎn)型提供網(wǎng)絡(luò)支持；在軍用5G領(lǐng)域，國防部5G技術(shù)試驗(yàn)范圍繼續(xù)擴(kuò)大并陸續(xù)取得成果，軍方和業(yè)界對5G軍事應(yīng)用的探索進(jìn)一步深入，逐漸從后勤支持、仿真訓(xùn)練等發(fā)展為直接支持作戰(zhàn)；在對新型作戰(zhàn)概念的支持方面，國防創(chuàng)新機(jī)構(gòu)相繼啟動兩個新型通信網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目，為“馬賽克戰(zhàn)”最終愿景的實(shí)現(xiàn)提供關(guān)鍵支撐。

1 商業(yè)系統(tǒng)與技術(shù)廣泛助力軍事衛(wèi)星通信發(fā)展

當(dāng)前，商業(yè)系統(tǒng)與技術(shù)與軍事衛(wèi)星通信發(fā)展的融合已越來越廣泛和深入。蓬勃發(fā)展的商業(yè)衛(wèi)星通信與網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新技術(shù)為軍用衛(wèi)星通信注入了新的活力，軍方不斷增加對商業(yè)衛(wèi)星通信能力的采購，“國防太空架構(gòu)”、“商業(yè)空間互聯(lián)網(wǎng)國防應(yīng)用實(shí)驗(yàn)(DEUCSI)”等重要軍事項(xiàng)目在商業(yè)力量的助力下不斷推進(jìn)并取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。

1.1 借助商業(yè)力量，重要防務(wù)衛(wèi)星通信項(xiàng)目取得進(jìn)展

(1)國防太空架構(gòu)傳輸層建設(shè)按期推進(jìn)

國防太空架構(gòu)是美國太空發(fā)展局(SDA)自2019年成立后便開始重點(diǎn)打造的新型太空架構(gòu)，由七層構(gòu)成，其中傳輸層是整個架構(gòu)的傳輸骨干，也是其余各層發(fā)揮功效及實(shí)現(xiàn)層內(nèi)和層間聯(lián)合并形成完整體系的基礎(chǔ)，將為美軍全球作戰(zhàn)平臺提供有保證、韌性、低延遲的軍事數(shù)據(jù)和連通能力。SDA目前正在開發(fā)國防太空架構(gòu)的傳輸層“0期”，2020年已為傳輸層“0期”采購了20顆衛(wèi)星，計(jì)劃于2022財(cái)年發(fā)射。2021年，SDA繼續(xù)推進(jìn)國防太空架構(gòu)發(fā)展，開始征詢傳輸層“1期”建議，并積極組織演示試驗(yàn)，在傳輸層的建設(shè)上取得重要進(jìn)展。

根據(jù)2021年4月SDA發(fā)布的國防太空架構(gòu)“1期”方案征詢，傳輸層“1期”將由約150顆由多家供應(yīng)商開發(fā)制造的衛(wèi)星組成，計(jì)劃于2024財(cái)年發(fā)射。SDA規(guī)劃的傳輸層“1期”星座包括6個近極軌圓平面。每個平面包含數(shù)十顆衛(wèi)星，軌道高度1 000 km。與此前“0期”星座有所不同，SDA更有意在“1期”采用“同構(gòu)星座設(shè)計(jì)”，即所有衛(wèi)星都配備基線任務(wù)有效載荷。

傳輸層是美軍實(shí)現(xiàn)聯(lián)合全域指揮控制(JADC2)概念的通信骨干網(wǎng)，而光學(xué)星間鏈路(OISL)則是傳輸層的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)要素。為此，SDA發(fā)布了《SDA光通信標(biāo)準(zhǔn)(草案)》等文檔，為傳輸層光通信奠定技術(shù)基礎(chǔ)。同時還計(jì)劃發(fā)射演示性有效載荷，對星間光鏈路進(jìn)行試驗(yàn)，包括利用美國國防高級研究計(jì)劃局(DARPA)和美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)開發(fā)的兩顆“黑杰克”項(xiàng)目Mandrake II衛(wèi)星演示星間光學(xué)交叉鏈路，利用通用原子公司開發(fā)的兩顆衛(wèi)星演示星間光學(xué)鏈路以及與MQ-9無人機(jī)的連接。

2021年8月，SDA又發(fā)布了傳輸層“1期”建議征詢書，就傳輸層“1期”航天器、演示測試、發(fā)射服務(wù)、地面段及任務(wù)運(yùn)維等向業(yè)界征詢建議。

(2)商業(yè)空間互聯(lián)網(wǎng)國防應(yīng)用實(shí)驗(yàn)成功測試

商業(yè)空間互聯(lián)網(wǎng)國防應(yīng)用實(shí)驗(yàn)(DEUCSI)是美軍近幾年開展的利用非地球靜止軌道(NGSO)商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星星座實(shí)現(xiàn)高韌性、高帶寬、高可用性的空軍通信與數(shù)據(jù)共享能力的項(xiàng)目。2021年，美軍與SES及等向性系統(tǒng)(Isotropic Systems)公司成功進(jìn)行了兩次天線原型試驗(yàn)，驗(yàn)證了Isotropic Systems的高性能多波束終端同時連接多顆衛(wèi)星、以及捕獲跟蹤SES O3b中軌道衛(wèi)星的能力。接下來還將測試該天線在不同衛(wèi)星間無縫切換的能力以及戰(zhàn)時通信的冗余、韌性跳躍能力。

美軍還將在DEUCSI項(xiàng)下對F-35戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行商業(yè)空間互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用測試?？傊滦偷蛙壭l(wèi)星星座，如OneWeb和SpaceX的星鏈，通過提供全球范圍的低延遲互聯(lián)網(wǎng)連接，為美軍改善通信能力提供了可能。例如，美國北方司令部正在北極地區(qū)進(jìn)行OneWeb連接試驗(yàn)。在北極地區(qū)，傳統(tǒng)衛(wèi)星服務(wù)可用性差。同時，美國空軍一直在測試使用星鏈和其他衛(wèi)星星座與飛機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

1.2 探索混合架構(gòu)，構(gòu)建無縫網(wǎng)絡(luò)

政府和商業(yè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)之間的不兼容一直是美軍多年來試圖解決的一個棘手問題。美國太空軍司令約翰·雷蒙德將軍在《美國太空軍衛(wèi)星通信愿景》文件中稱，目前衛(wèi)星通信系統(tǒng)的“松散聯(lián)盟”結(jié)構(gòu)無法為美軍全球軍事行動提供足夠的韌性和網(wǎng)絡(luò)安全[1]。為解決這一問題，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)于2021年2月與衛(wèi)訊(Viasat)公司簽署合同，欲通過Viasat公司的混合自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)概念構(gòu)建一個“混合架構(gòu)”，將商業(yè)衛(wèi)星與政府衛(wèi)星進(jìn)行整合，形成無縫網(wǎng)絡(luò)?！盎旌献赃m應(yīng)網(wǎng)絡(luò)”是Viasat提出的一種獨(dú)有的解決方案。它由商業(yè)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、軍用衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)或二者混合構(gòu)成，采用混合自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)管理、開放式標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口、多模用戶終端等先進(jìn)技術(shù)將各網(wǎng)絡(luò)分層構(gòu)成一個多網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更高彈性，并允許用戶在多個網(wǎng)絡(luò)之間無縫漫游。此次合同簽訂表明，這一方案已得到了軍方的支持和認(rèn)可，通過這一項(xiàng)目，美軍將開始探索以更綜合的方式利用商業(yè)星座和技術(shù)。

美國國防部也在尋求一種混合太空架構(gòu)，將應(yīng)急商業(yè)太空傳感器和通信能力與美國政府空間系統(tǒng)相集成，同時結(jié)合一流的商業(yè)實(shí)踐來保護(hù)跨多域網(wǎng)絡(luò)。2021年10月，美國國防創(chuàng)新部門(DIU)發(fā)布混合太空架構(gòu)項(xiàng)目招標(biāo)，尋求對能夠在不同政府和商業(yè)網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行通信的有效載荷進(jìn)行演示驗(yàn)證。為實(shí)現(xiàn)這一演示，需開展多路徑通信、可變信任協(xié)議、多源數(shù)據(jù)融合和基于云的分析四個領(lǐng)域的技術(shù)研究，使信息能夠跨多密級網(wǎng)絡(luò)傳輸，使用戶能夠根據(jù)不同任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整信任因素，可跨多種情報(bào)來源請求數(shù)據(jù)，并能夠在美國政府云上使用來自多源接口的數(shù)據(jù)。

1.3 開展演示試驗(yàn)，驗(yàn)證多軌道衛(wèi)星傳輸與切換能力

為使作戰(zhàn)人員能夠在高對抗作戰(zhàn)環(huán)境中擁有靈活、冗余的多路徑選擇，美軍近來極為重視多軌道衛(wèi)星星座間的無縫切換能力，聯(lián)合業(yè)界開展了一系列演示驗(yàn)證。這類解決方案增強(qiáng)了軍方的“主要、備用、應(yīng)急和緊急”(PACE)能力，能夠使作戰(zhàn)士兵在對抗性電子戰(zhàn)環(huán)境中生存下來并出色完成任務(wù)。

(1)演示多軌道星座間傳輸與無縫切換能力

2021年11月，Intelsat和OneWeb等商業(yè)衛(wèi)星公司面向美國國防部和美國陸軍演示了地球靜止軌道(GEO)和低地球軌道(LEO)星座之間的多樣化傳輸能力和無縫切換能力。通過在多條路徑上同時發(fā)送數(shù)據(jù)并實(shí)時調(diào)整GEO軌道和LEO軌道衛(wèi)星星座之間的業(yè)務(wù)流量，通信可靠性得到了顯著提高。Intelsat和OneWeb同時使用GEO軌道和LEO軌道服務(wù)，在數(shù)據(jù)包級別即時切換軌道之間的數(shù)據(jù)流，利用軟件根據(jù)終端服務(wù)的技術(shù)要求確定哪種連接將提供最佳體驗(yàn)。

(2)演示遙控飛機(jī)與多種軌道衛(wèi)星通信能力

2021年9月，休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)公司和SES公司宣布首次成功演示了遙控飛機(jī)與地球同步軌道和中地球軌道(MEO)衛(wèi)星的新型通信能力。該演示使用了一個典型的無人情報(bào)、監(jiān)視和偵察(ISR)任務(wù)，將高清視頻和傳感器數(shù)據(jù)從無人機(jī)傳輸?shù)街笓]中心。根據(jù)任務(wù)預(yù)設(shè)策略，即使在信號遇到干擾的情況下，通過休斯公司的資源管理系統(tǒng)(RMS)也能自動切換衛(wèi)星信號以保持連接，并且只需幾秒鐘就能即時平穩(wěn)完成波束切換。此次演示展示了業(yè)界首個遙控飛機(jī)與多軌道衛(wèi)星的聯(lián)網(wǎng)能力，這種高韌性航空連接能力為MQ-9等無人機(jī)提供了新的超視距任務(wù)機(jī)會，可極大提高其性能，同時使用戶能夠自主調(diào)配網(wǎng)絡(luò)以滿足ISR工作需求。

(3)演示單部終端與LEO和GEO星座的動中通/暫停通能力

2021年7月，在一年一度的美國軍事作戰(zhàn)實(shí)驗(yàn)室演習(xí)中，Kymeta公司的u8終端成功演示了在GEO衛(wèi)星和開普勒公司LEO衛(wèi)星之間的自動無縫切換。當(dāng)前作戰(zhàn)人員需要訪問指揮控制(C2)網(wǎng)絡(luò)，使用消息業(yè)務(wù)、電子郵件、VoIP和電視會議服務(wù)，并需要能發(fā)送和接收大量數(shù)據(jù)的高吞吐量通信。雖然如今在偏遠(yuǎn)環(huán)境中作戰(zhàn)的機(jī)動部隊(duì)可通過傳統(tǒng)甚小孔徑終端(VSAT)或傳統(tǒng)動中通終端進(jìn)行通信，但他們無法訪問高吞吐量的LEO星座。而此次演示證明，單使用一部綜合u8終端就可以訪問GEO衛(wèi)星和LEO衛(wèi)星，并實(shí)現(xiàn)兩種軌道衛(wèi)星間的無縫切換。它具備動中通和暫停通能力，并可實(shí)現(xiàn)高吞吐量。

2 整合網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化工作，構(gòu)建統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)支持多域作戰(zhàn)

為適應(yīng)未來作戰(zhàn)環(huán)境，支持多域作戰(zhàn)，美國陸軍正在進(jìn)行轉(zhuǎn)型，目標(biāo)是到2028年具備初步多域作戰(zhàn)能力，到2035年具備完備多域作戰(zhàn)能力。而強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)是美國陸軍實(shí)現(xiàn)多域作戰(zhàn)愿景的基礎(chǔ)。為此，美國陸軍也在不斷調(diào)整其網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化方向和方法。近年來，隨著綜合戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)(ITN)能力集的逐步部署，美軍在戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化方面已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成就，但在戰(zhàn)略和作戰(zhàn)層面的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化工作上明顯滯后，這種不平衡的方法造成了美軍戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)的割裂。為此，美國陸軍一方面繼續(xù)推進(jìn)戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化建設(shè)和能力集部署，一方面制定了《統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃》，對各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化工作進(jìn)行整合和協(xié)調(diào)，特別是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)的集成，構(gòu)建未來多域作戰(zhàn)部隊(duì)所需的無縫統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。

2.1 大幅增加預(yù)算，采購升級戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)裝備

在美國大幅削減其他軍種項(xiàng)目預(yù)算的背景下，美國陸軍戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)采辦團(tuán)隊(duì)在2021年提出的2022財(cái)年預(yù)算申請中，要求增加5.37億美元的戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目預(yù)算，突顯出戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化對于美軍的重要性。作為2022財(cái)年26億美元網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化預(yù)算的一部分，增加的資金將用于美國陸軍裝備無線電臺和對其他先進(jìn)士兵通信系統(tǒng)進(jìn)行升級。

按照計(jì)劃，美國陸軍每兩年向部隊(duì)交付一批稱為“能力集”的新型通信網(wǎng)絡(luò)裝備。目前美國陸軍正在部署“能力集21”，增加的預(yù)算將支持其繼續(xù)采購戰(zhàn)術(shù)無線電臺和其他商業(yè)通信設(shè)備，以支持“能力集21”的后續(xù)部署，包括購買手持/背負(fù)式/小型(HMS)無線電臺和“領(lǐng)隊(duì)”電臺。美國陸軍還計(jì)劃通過“低成本戰(zhàn)術(shù)無線電替換項(xiàng)目”替換和升級傳統(tǒng)“單信道地面和機(jī)載無線電系統(tǒng)”(SINCGARS)。

為支持綜合戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)部署，美國陸軍還將采購Link 16、視距、超視距和戰(zhàn)術(shù)可擴(kuò)展移動自組網(wǎng)(TSM)波形無線電臺等戰(zhàn)術(shù)通信裝備。

另一個預(yù)算增長的項(xiàng)目是戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)現(xiàn)代化(TNT MIS)項(xiàng)目。該項(xiàng)目為地面移動部隊(duì)和駐停部隊(duì)提供網(wǎng)絡(luò)連接和傳輸。撥款將側(cè)重于實(shí)現(xiàn)美國陸軍駐停能力的現(xiàn)代化，包括任務(wù)網(wǎng)絡(luò)更新、備件、部隊(duì)老舊技術(shù)的現(xiàn)代化以及區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)的升級。

在現(xiàn)代化撥款中，美國陸軍將投資進(jìn)行商業(yè)衛(wèi)星通信,包括低軌、中軌、地球同步軌道衛(wèi)星以及高通量衛(wèi)星,與戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼稀＿@些關(guān)鍵技術(shù)都將有助于提高戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的速度和韌性，并在面對對手干擾時獲得多種傳輸路徑選擇[2]。

2.2 開展信息征詢，為下一階段CS 25能力集開發(fā)劃出重點(diǎn)

美國陸軍“能力集21”(CS 21)和“能力集23”(CS 23)的相關(guān)部署開發(fā)工作正在進(jìn)行中。其中，CS 21側(cè)重于遠(yuǎn)征性和直觀性，已于2021財(cái)年部署到4個步兵旅，并計(jì)劃于2022財(cái)年部署到更多步兵旅和一個斯特瑞克旅。CS 23側(cè)重于為中型斯特瑞克旅裝備網(wǎng)絡(luò)工具，正處于設(shè)計(jì)開發(fā)過程中?！澳芰?5”(CS 25)目前處于設(shè)計(jì)階段，預(yù)計(jì)將側(cè)重于重型裝甲旅。它以CS 21和CS 23為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)自動化和網(wǎng)絡(luò)保護(hù)。CS 25還將吸收美國陸軍“融合計(jì)劃”(Project Convergence)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，更加注重利用數(shù)據(jù)管理并集成商業(yè)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力，最終實(shí)現(xiàn)“聯(lián)合全域指揮控制(JADC2)”。

2021年4月，美國陸軍網(wǎng)絡(luò)跨職能小組(NC3 CFT)發(fā)布“白皮書征詢”，將與美國陸軍戰(zhàn)術(shù)指揮控制通信計(jì)劃執(zhí)行辦公室(PEO C3T)合作開發(fā)“能力集25”。此次征詢將重點(diǎn)關(guān)注三項(xiàng)工作，即“指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、情報(bào)、監(jiān)視與偵察/電子戰(zhàn)(C5ISR/EW)模塊化開放套件標(biāo)準(zhǔn)(CMOSS)無線電技術(shù)”、“衛(wèi)星通信現(xiàn)代化”以及“利用人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測戰(zhàn)斗力”。

(1)推行CMOSS模塊化開放式標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)跨平臺通用性和快速能力開發(fā)

CMOSS是美陸軍針對C5ISR/EW系統(tǒng)存在的子系統(tǒng)冗余、布線復(fù)雜、昂貴等各種問題，開發(fā)的一套開放架構(gòu)行業(yè)和軍種標(biāo)準(zhǔn)，其核心目標(biāo)是有效降低C5ISR/EW系統(tǒng)的尺寸、重量和功率(SWaP)，并通過共享硬件和軟件組件，確保C5ISR/EW系統(tǒng)軟硬件的跨平臺通用性，從而實(shí)現(xiàn)能力快速開發(fā)和新技術(shù)整合，增強(qiáng)C5ISR功能之間的互操作性和同步性。

在“2021網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)”演習(xí)中，美國陸軍對CMOSS進(jìn)行了測試。CMOSS讓士兵可以通過將加固標(biāo)準(zhǔn)VPX板卡插入到一個小盒子中，更輕松實(shí)現(xiàn)能力升級。演習(xí)中，研究團(tuán)隊(duì)在采用CMOSS的原型設(shè)備中集成了一種可以在軟件定義無線電(SDR)上使用的TSM波形、一種定位、導(dǎo)航和授時(PNT)解決方案、以及車載任務(wù)指揮應(yīng)用，還演示了CMOSS原型設(shè)備與徒步士兵“奈特勇士”態(tài)勢感知工具和UH-60“黑鷹”直升機(jī)的互操作性。

(2)開發(fā)靈活地面衛(wèi)星通信終端，支持多軌道、多星座、多網(wǎng)絡(luò)連接

美國陸軍非常重視衛(wèi)星通信，在能力集系列中細(xì)致規(guī)劃了衛(wèi)星通信能力的發(fā)展路線。CS 25衛(wèi)星通信現(xiàn)代化工作最大的挑戰(zhàn)是開發(fā)靈活的地面衛(wèi)星通信終端，這些終端需要能夠支持多軌道星座之間的多網(wǎng)絡(luò)連接，并能夠隨環(huán)境和形勢變化自動切換星座。

目前美國陸軍營以上指揮所的戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信主要通過GEO衛(wèi)星提供。鑒于傳統(tǒng)GEO通信衛(wèi)星存在的延遲和帶寬限制，美國陸軍在CS 23和CS 25中非常關(guān)注中低軌道衛(wèi)星通信能力的引入。在這方面，需要解決的一個難題是地面終端的兼容性問題，即美國陸軍希望雖然地面終端針對不同用戶需求具有不同的尺寸，但都應(yīng)能兼容LEO、MEO和GEO衛(wèi)星通信服務(wù)，并且能夠自動無縫切換。這將極大提高作戰(zhàn)人員的通信靈活性和可用性。

(3)利用人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)，提高后勤保障自動化和決策水平

美國陸軍目前的持續(xù)保障參謀部門的大量任務(wù)都是以人工方式運(yùn)行的，自動化程度嚴(yán)重不足，工作效率極其低下。在CS 25框架下，美國陸軍希望通過開發(fā)利用人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)(AI/ML)技術(shù)，幫助后勤人員更快更好地預(yù)測、提供信息并做出決策，提高后勤保障自動化水平，以支持未來的任務(wù)行動方案[3]。

2.3 發(fā)布《統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃》，指導(dǎo)戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)與企業(yè)網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展

美國陸軍以往的戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)現(xiàn)代化工作側(cè)重于不同的方向。前者在戰(zhàn)術(shù)級，側(cè)重于任務(wù)指揮網(wǎng)絡(luò)以及滿足戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)的戰(zhàn)場需求；后者在戰(zhàn)略和戰(zhàn)役級，側(cè)重于設(shè)施現(xiàn)代化，而在將這些戰(zhàn)略和作戰(zhàn)能力提供給戰(zhàn)術(shù)編隊(duì)方面卻出現(xiàn)了缺口。

為協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化各項(xiàng)工作，特別是促進(jìn)戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，構(gòu)建支持未來多域作戰(zhàn)的無縫統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，美國陸軍于2021年10月發(fā)布《統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃》，作為指導(dǎo)未來網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代化工作的總體指導(dǎo)框架。該計(jì)劃分析了美國陸軍構(gòu)建統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的必要性，闡述了統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的特征和作用，并給出了統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)近期、中期、遠(yuǎn)期三個發(fā)展階段和五條任務(wù)線。

根據(jù)這份《統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃》，美國陸軍將推進(jìn)綜合戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)和綜合企業(yè)網(wǎng)的工作同步和能力融合，將二者完全集成到一個統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)中；構(gòu)建基于零信任的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化安全架構(gòu)保障統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)安全；調(diào)整信號部隊(duì)結(jié)構(gòu)，由遠(yuǎn)征信號營(ESB)向更靈活、更輕便的增強(qiáng)型遠(yuǎn)征信號營(ESB-E)組織設(shè)計(jì)遷移；同時大力發(fā)展5G、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)編織、人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)等關(guān)鍵技術(shù)。

按照規(guī)劃，美國陸軍最終將構(gòu)建一個抗毀、安全的端到端統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)，使美國陸軍能夠作為聯(lián)合部隊(duì)的一部分，在全域、全環(huán)境中跨所有地形和所有作戰(zhàn)功能進(jìn)行同時、無縫的整合和作戰(zhàn)。鑒于信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)域快速、持續(xù)的發(fā)展變化，統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)代化將是一個不斷發(fā)展的連續(xù)過程，并且沒有設(shè)定的最終狀態(tài)[4]。

3 多角度探索5G軍事應(yīng)用，加強(qiáng)戰(zhàn)場應(yīng)用研究

近幾年來，美國政府及國防各部門、各個智庫等相繼發(fā)布了多份軍用5G相關(guān)的研究報(bào)告，并在多個軍事基地開展5G移動通信技術(shù)試驗(yàn)，從作戰(zhàn)概念、兵力結(jié)構(gòu)、通信能力到網(wǎng)絡(luò)安全、頻譜管理和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等多方面、多角度研究5G軍事應(yīng)用，既有深度也有廣度。2021年，美國繼續(xù)從頂層規(guī)劃、演示試驗(yàn)、創(chuàng)新應(yīng)用等方面積極推動5G軍事應(yīng)用的創(chuàng)新發(fā)展。

3.1 發(fā)布5G戰(zhàn)略實(shí)施計(jì)劃，從試驗(yàn)、技術(shù)、安全三方面推動5G戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)現(xiàn)

為推動5G軍事應(yīng)用，美國曾于2020年5月發(fā)布《美國國防部5G戰(zhàn)略》作為戰(zhàn)略性指導(dǎo)文件。2020年底至2021年初，美國國防部又推出了一份《美國國防部5G戰(zhàn)略實(shí)施計(jì)劃》，提供了實(shí)施5G戰(zhàn)略的更多細(xì)節(jié)，為美國國防部對5G技術(shù)的使用和推進(jìn)提供了路線圖。

按照《美國國防部5G戰(zhàn)略》給出的四條工作線，即促進(jìn)技術(shù)發(fā)展，評估、減少5G漏洞并克服漏洞運(yùn)行5G，影響5G標(biāo)準(zhǔn)和政策，吸引合作伙伴，詳細(xì)描述了美國國防部為實(shí)施5G戰(zhàn)略所正在開展的相關(guān)工作。從這份文件可以看出，美國國防部主要從試驗(yàn)、技術(shù)開發(fā)、安全保障三方面推動其5G戰(zhàn)略的實(shí)施。

在試驗(yàn)方面，美國國防部從2020年便開始選定一批軍事基地進(jìn)行5G技術(shù)測試，目前試驗(yàn)基地的范圍正在進(jìn)一步擴(kuò)大，試驗(yàn)內(nèi)容已從5G支持后勤保障、仿真訓(xùn)練等工作逐步過渡到直接支持作戰(zhàn)指控，構(gòu)建戰(zhàn)場通信網(wǎng)絡(luò)。

在技術(shù)開發(fā)方面，美國國防部將通過促進(jìn)5G技術(shù)創(chuàng)新和成熟來推動5G技術(shù)發(fā)展。具體開展的工作包括加快毫米波技術(shù)開發(fā)，同時推動毫米波與Sub-6吉赫茲協(xié)同發(fā)展；研究先進(jìn)頻譜管理方法，開發(fā)動態(tài)頻譜共享技術(shù)；推進(jìn)5G開放架構(gòu)和虛擬化網(wǎng)絡(luò)等。

在安全保障方面，通過技術(shù)、政策、產(chǎn)業(yè)鏈多方面措施支撐非安全網(wǎng)絡(luò)的安全使用?！秾?shí)施計(jì)劃》強(qiáng)調(diào)在優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)安全性的同時兼顧互操作性和效率，從多層面確保5G網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性[5]。

3.2 廣泛開展業(yè)界合作，探索5G創(chuàng)新技術(shù)與應(yīng)用

(1)美國太空軍發(fā)布信息征詢，探索實(shí)現(xiàn)天基5G通信能力

2021年3月5日，美國太空軍太空與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心發(fā)布了“5G太空數(shù)據(jù)傳輸”項(xiàng)目的信息征詢書，向業(yè)界尋求在太空網(wǎng)絡(luò)中利用5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)軍隊(duì)與指揮機(jī)構(gòu)間快速且安全的數(shù)據(jù)傳輸方法。該項(xiàng)目征求5G多入多出(MIMO)、太空毫米波、無線接入網(wǎng)絡(luò)切片、網(wǎng)絡(luò)切片編排、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)、可信自治網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)安全、5G太空物聯(lián)網(wǎng)(IoST)、多租戶邊緣計(jì)算、5G天地網(wǎng)絡(luò)以及太空網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞燃夹g(shù)方案。

(2)美國國防部授出合同，研發(fā)5G智能倉庫和頻譜共享技術(shù)

2021年4月，美國國防部授予Perspecta實(shí)驗(yàn)室兩份5G合同，用于研發(fā)智能倉庫和頻譜共享技術(shù)。這是美國國防部基于與商業(yè)提供商共享的電磁頻譜帶寬，在全國各地軍事設(shè)施與業(yè)界合作開發(fā)多用途5G能力的舉措之一。

在智能倉庫方面，Perspecta實(shí)驗(yàn)室將在科羅納多海軍基地開發(fā)海軍5G智能倉庫原型。該基地正在開發(fā)海軍部隊(duì)與岸上設(shè)施之間的先進(jìn)貨物跟蹤能力。Perspecta實(shí)驗(yàn)室將為設(shè)備和后勤服務(wù)器之間的5G連接創(chuàng)建端到端安全解決方案，并提供附加網(wǎng)絡(luò)容量，以支持額外的物聯(lián)網(wǎng)連接設(shè)備。

Perspecta實(shí)驗(yàn)室還負(fù)責(zé)美國猶他州希爾空軍基地的動態(tài)頻譜共享計(jì)劃，這一計(jì)劃可在3.1 GHz～3.45 GHz 實(shí)現(xiàn)空軍雷達(dá)與5G蜂窩業(yè)務(wù)共享頻譜。在頻譜共享技術(shù)開發(fā)合同中，Perspecta實(shí)驗(yàn)室將基于機(jī)器學(xué)習(xí)和復(fù)雜信號處理技術(shù)創(chuàng)建一個5G系統(tǒng)控制機(jī)制，以“快速探測和響應(yīng)雷達(dá)活動，解釋混淆雷達(dá)的傳感器數(shù)據(jù)，并提高頻譜利用率?！?/p>

(3)洛克希德·馬丁公司開發(fā)5G.MIL解決方案，提供多平臺跨域高效韌性連接

2021年11月2日，洛克希德·馬丁公司表示與威瑞森(Verizon)公司簽署協(xié)議，共同為美國國防部開發(fā)5G技術(shù)。洛克希德·馬丁公司的5G.MIL項(xiàng)目，將利用威瑞森公司的商業(yè)5G基礎(chǔ)設(shè)施，為美國國防部系統(tǒng)提供超安全可靠連接，將多個高科技作戰(zhàn)平臺整合成一個跨全域的緊密網(wǎng)絡(luò)。此項(xiàng)戰(zhàn)略關(guān)系協(xié)議還將建立一個聯(lián)合研發(fā)實(shí)驗(yàn)室框架，以實(shí)現(xiàn)5G.MIL技術(shù)的原型開發(fā)、演示與測試。之后，兩家公司已成功進(jìn)行了一次聯(lián)合演示，證實(shí)了洛克希德·馬丁公司的開放式戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)關(guān)技術(shù)和威瑞森公司現(xiàn)場5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之間的互操作性。

3.3 研究5G技術(shù)戰(zhàn)場應(yīng)用，改善指揮控制和戰(zhàn)場邊緣網(wǎng)絡(luò)

隨著5G網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)的普及以及對手在這一能力上的大量投資，美軍認(rèn)為，了解和探索5G技術(shù)在支持作戰(zhàn)行動方面的潛力至關(guān)重要?？缬蛐畔⒑蛿?shù)據(jù)的快速傳輸對于推進(jìn)多域作戰(zhàn)和實(shí)現(xiàn)聯(lián)合部隊(duì)作戰(zhàn)非常關(guān)鍵。戰(zhàn)術(shù)邊緣基地和移動平臺的5G增強(qiáng)帶寬和連接能力可以為指揮官提供更強(qiáng)大的可見性，增強(qiáng)指揮控制(C2)作戰(zhàn)，并提高作戰(zhàn)人員的態(tài)勢感知能力。

2021年9月，美國國防部授予Viasat公司合同，對5G網(wǎng)絡(luò)在戰(zhàn)場上的使用和實(shí)施情況開展研究。Viasat將幫助美國國防部了解如何最佳利用5G技術(shù)在未來的聯(lián)合作戰(zhàn)計(jì)劃中實(shí)現(xiàn)多域作戰(zhàn)，包括支持聯(lián)合全域指揮控制(JADC2)。

(1)改進(jìn)指揮控制應(yīng)用和服務(wù)

Viasat公司將提供支持指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)、情報(bào)、監(jiān)視和偵察(C4ISR)、組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)安全軟件的C2硬件包，并使用5G技術(shù)將這些能力集成到戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)中，以提高整個戰(zhàn)場的可見性。Viasat公司還將探索5G連接能力如何支持帶寬密集型應(yīng)用,如ISR制圖，如何利用5G技術(shù)來共享實(shí)時態(tài)勢感知信息，以及如何利用它為戰(zhàn)場提供韌性云訪問能力。

(2)在戰(zhàn)術(shù)邊緣快速配置和部署5G增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)

針對對抗環(huán)境中敏捷作戰(zhàn)部署(ACE)行動，Viasat公司將著眼于在戰(zhàn)術(shù)邊緣快速配置和部署行動時所需的5G安全節(jié)點(diǎn)。研究將側(cè)重于了解企業(yè)編排和管理的配置和能力(網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)如何進(jìn)行路由)、戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模確定和規(guī)劃(如何優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)/射頻規(guī)劃工具)和低截獲概率/低探測概率(LPI/LPD)能力(如何防止對手發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò))。

4 啟動支撐馬賽克戰(zhàn)的新型通信網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目

自“馬賽克戰(zhàn)”概念提出以來，美國國防高級研究計(jì)劃局(DARPA)已于2020年啟動了“韌性組網(wǎng)分布式馬賽克通信”(RN DMC)項(xiàng)目為其提供支撐。2021年2月，該項(xiàng)目授出合同，開始了第一階段的研發(fā)工作。

2021年4月和9月，DARPA又分別啟動了“任務(wù)集成網(wǎng)絡(luò)控制(MINC)”項(xiàng)目和“天基自適應(yīng)通信節(jié)點(diǎn)(Space-BACN)”項(xiàng)目征詢，為“馬賽克戰(zhàn)”最終愿景的實(shí)現(xiàn)提供關(guān)鍵支撐。

4.1 “任務(wù)綜合網(wǎng)絡(luò)控制”項(xiàng)目開發(fā)任務(wù)驅(qū)動型韌性自主網(wǎng)絡(luò)

2021年4月，DARPA戰(zhàn)略技術(shù)辦公室啟動“任務(wù)集成網(wǎng)絡(luò)控制”項(xiàng)目建議征詢，尋求構(gòu)建和演示能夠創(chuàng)建安全網(wǎng)絡(luò)覆蓋的軟件，創(chuàng)建的安全網(wǎng)絡(luò)覆蓋層有多個控制機(jī)制，能夠?qū)γ艚葑杂W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布式管理，在高對抗、高動態(tài)環(huán)境中為多域殺傷網(wǎng)提供支持。該項(xiàng)目是馬賽克戰(zhàn)最終狀態(tài)愿景的一個重要組成部分。

MINC項(xiàng)目將解決目前戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)在極端網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中運(yùn)行時面臨的大規(guī)模異構(gòu)通信系統(tǒng)之間網(wǎng)絡(luò)互操作性不足、支持任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)容量不足、以及無法根據(jù)任務(wù)目標(biāo)自主配置和動態(tài)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)等問題。項(xiàng)目將開發(fā)“始終在線”網(wǎng)絡(luò)覆蓋，以訪問可用網(wǎng)絡(luò)和通信資源以及控制參數(shù)；使用跨網(wǎng)絡(luò)方法來優(yōu)化和管理網(wǎng)絡(luò)配置和信息流；創(chuàng)建一種任務(wù)驅(qū)動方法來確定用于殺傷網(wǎng)服務(wù)的關(guān)鍵信息流。

MINC項(xiàng)目為期48個月，分三階段進(jìn)行。項(xiàng)目涵蓋安全控制覆蓋、分布式網(wǎng)絡(luò)編排以及任務(wù)集成三個重點(diǎn)研究領(lǐng)域。

敏捷、韌性、可按需重組的網(wǎng)絡(luò)與通信是實(shí)現(xiàn)“馬賽克戰(zhàn)”作戰(zhàn)概念的基礎(chǔ)。DARPA近年陸續(xù)推出的通信項(xiàng)目，從低層到高層，基本組成了解決馬賽克戰(zhàn)通信問題的完整項(xiàng)目體系。MINC之前的項(xiàng)目主要還是針對OSI模型的下三層，是為了解決通信物理層和特定環(huán)境下的低層組網(wǎng)和互操作問題，甚至是更底層的分布式天線問題。MINC則上升到了“網(wǎng)絡(luò)之網(wǎng)絡(luò)”層面，解決更高層的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源發(fā)現(xiàn)、半自主分布式管控、編排和調(diào)度問題，同時采用了一種面向任務(wù)的方式，將解決的網(wǎng)絡(luò)問題上升到了應(yīng)用層。MINC項(xiàng)目解決的問題針對的不僅僅是通信網(wǎng)而是信息網(wǎng)，項(xiàng)目追求的也不單純是網(wǎng)絡(luò)性能的最優(yōu)化，而是要根據(jù)任務(wù)需求實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與信息的聯(lián)合優(yōu)化，最終目標(biāo)是保證任務(wù)效能。MINC計(jì)劃將利用最新商用組網(wǎng)技術(shù)理念的進(jìn)步，如軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)、信息中心網(wǎng)絡(luò)(ICN)、意圖驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)(IDN)等，減少專用技術(shù)研發(fā)[6]。

4.2 “天基自適應(yīng)通信節(jié)點(diǎn)”項(xiàng)目解決空間通信在軌互操作性問題

2021年9月，DARPA發(fā)布了“天基自適應(yīng)通信節(jié)點(diǎn)(Space-BACN)”技術(shù)領(lǐng)域的項(xiàng)目征詢。該項(xiàng)目旨在克服目前和未來空間通信缺乏完全在軌互操作性問題，幫助各種不同衛(wèi)星星座快速、安全共享數(shù)據(jù)。DARPA將Space-BACN視為“馬賽克戰(zhàn)”目標(biāo)狀態(tài)愿景的重要組成部分，并期待該項(xiàng)目成為聯(lián)合全域指揮控制的重要使能器。

Space-BACN的目標(biāo)是創(chuàng)造一種可重構(gòu)、多協(xié)議、低尺寸、低重量、低功率和低成本(SWaP-C)的星間光通信終端。它易集成，并且能夠連接運(yùn)行不同光學(xué)星間鏈路規(guī)范的、原本無法相互通信的異構(gòu)星座。Space-BACN終端將在低地球軌道平臺上運(yùn)行，可以安裝在專用衛(wèi)星上，充當(dāng)通信和數(shù)據(jù)共享網(wǎng)關(guān)，也可與未來各種衛(wèi)星集成，直接賦予它們這種能力。

Space-BACN提出了一項(xiàng)“3個100”的開發(fā)目標(biāo)——即支持“100 Gbps”的空間單波長波形，功耗低于“100 W”，成本少于“100 k”(10萬)美元。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，項(xiàng)目需要解決三個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的問題，即模塊化低成本光學(xué)孔徑，可重配置調(diào)制解調(diào)器以及“跨星座指揮和控制”架構(gòu)。

Space-BACN是美軍解決政府和商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)之間互操作性問題的一項(xiàng)重要舉措，其研究成果將使美軍多項(xiàng)低軌小衛(wèi)星星座受益，有力推動美軍“國防太空架構(gòu)”愿景的實(shí)現(xiàn)，也為美軍實(shí)現(xiàn)聯(lián)合全域指揮控制提供了有力支撐[7]。

5 結(jié) 語

2021年，以美軍為代表的外軍通信與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)裝備進(jìn)入一個比較穩(wěn)定的漸進(jìn)發(fā)展期，新啟動的大型裝備研制項(xiàng)目比較少，大多動向是以往項(xiàng)目的后續(xù)研發(fā)進(jìn)展。美軍的核心任務(wù)主要還是圍繞聯(lián)合全域指揮控制(JADC2)解決通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的靈活性、韌性和互連互通問題。鑒于天基通信系統(tǒng)覆蓋范圍廣，不受地形地域限制，是跨域連接分布式傳感器和射手的最佳手段，因此天基通信網(wǎng)絡(luò)成為近年來美軍重點(diǎn)建設(shè)的部分。在地面域，在戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)建設(shè)進(jìn)展較快、成果較為顯著的前提下，未來發(fā)展的重點(diǎn)將是企業(yè)網(wǎng)以及戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)與企業(yè)網(wǎng)的進(jìn)一步融合，為支持多域作戰(zhàn)提供真正的無縫統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)。

面臨日益緊縮的國防預(yù)算，外軍在裝備發(fā)展上更注重通過對已有系統(tǒng)進(jìn)行整合、改造來實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間的互連互通。同時廣泛借助行業(yè)力量，引入商業(yè)成熟技術(shù)，通過大量試驗(yàn)測試獲得使用反饋，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約資金，縮短研制周期，保持快速技術(shù)更新等優(yōu)勢。