美海军通信系统发展现状分析*

2015-03-25姜志勇张海燕

通信技术 2015年9期

关键词：美海军海军无线

姜志勇，张海燕

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

美海军通信系统发展现状分析*

姜志勇1，张海燕2

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

美海军通信系统发展受网络中心战思想引领，装备体系完善、一体化程度高，进入了以网络为中心的综合一体化建设新阶段。目前已形成完整架构，并反映在其发展战略和装备发展规划中。对美海军通信系统架构、海军联合通信网络以及美海军通信技术发展趋势等进行了分析，明确了对技术的需求和对通信网络建设的影响，提出了未来基于网络中心战的美海军通信系统的发展趋势和特点，为我国海军通信网络的设计和建设提供参考。

力量网；海上网络企业服务；海军联合规划网络；自动数字网络系统

0 引言

美国海军乃至美军的通信系统变革始于上世纪90年代后期，顺应美军从“平台中心战”向“网络中心战”(NCW)转型的趋势。为实现网络中心战的目标，美国防部及各军兵种都发展了相应的网络基础设施。FORCEnet(力量网)[1]是美海军实现网络中心战理论的实际过程和基础架构，是GIG的海军部分，实现美军C4IRS网络联接。

1 美海军网络中心战

1.1 美海军通信系统网络架构

美海军通信网络的发展目标是使美海军“烟囱”式指挥集成为高效、统一的指挥体系，是美海军在强大的网络和信息基础设施的支撑下，实现美参联会在《2020联合构想》中提出的“四个正确”，即在正确的时间内，将正确的信息以正确的形式送交给正确的接收者。改善美海军与美空军、美陆军的互通、互联、户操作，实现联合作战下的信息优势、知识优势、决策优势，提高联合作战的整体能力和水平。

图1 美海军通信系统网络架构

从美海军通信系统网络架构可以看出，其无线通信支撑主要由三个大的网络构成：美海军联合合成航迹网络(JCTN)、联合规划网(JPN)和联合数据网络(JDN)，其定位和特点分别如下：

(1)JCTN用于提供武器控制层面的通信支撑

1)覆盖范围为海上编队的作战范围，网内节点数量相对较少；

2)用于作战单元间传感器与武器系统直接交联，对信息传输的实时性和准确性要求极高。

(2)JDN用于提供兵力控制层面的通信支撑

1)覆盖范围为海上编队的作战范围，网内节点数量相对较少；

2)对信息传输的实时性要求高，因此，技术体制上采用数据链，提供高效、时延可预期的传输能力，而在通信手段上逐步增强高频宽带方面的建设；

3)直接与作战指挥系统交联。

(3)JPN用于提供兵力协调层面的通信支撑

1)节点遍及全球，必须实现全球范围的广域覆盖，以卫星通信手段为主；

2)对信息传输的实时性要求相对较低，又必须支持各种类型的节点/平台接入网络，因此技术体制强调开放性并通过自动数字化网络系统(ADNS)汇聚到IP体制。

综上，JPN、JDN、JCTN位于不同层次，要求的覆盖范围、网络容量、信息类型、实时性等都不同，因此三个网络在技术体制和通信手段上都不同，保持相互独立。武器控制、兵力控制、兵力协调间的相互交联主要通过作战指挥等应用系统间的交互完成，交互主要发生在有线局域网内。

2 海军联合规划网络(JPN)

美海军联合规划网络主要作用在美海军通信网络黑边无线侧，以高可靠IP保密机(HAIPE)[2]为分界，红边为各种有线的业务系统网络，黑边为无线部分。岸基和舰船平台都通过ADNS路由器实现无线侧的综合路由选择，无线侧的路由生成、维护和交换都在黑边网络内完成。岸基可通过有线及无线的方式接入GIG核心网，舰船平台通过各种无线方式接入GIG核心网。

2.1 自动数字化网络系统(ADNS)

JPN体系中由ADNS[3]构建海上战术无线广域网，可为海上舰艇和岸基用户提供端到端(ETE)的传输服务。ADNS可采用并发多种链路进行互联，舰艇之间、海岸之间、海空之间通过LOS链路构建海上战术网，舰艇通过卫星通信网(SATCOM)连接GIG。

图2 美海军战术广域网架构[4]

ADNS目前正处于增量3阶段：

图3 ADNS增量发展阶段及特征

2.2 海上网络企业服务

海上网络企业服务(CANES)[5]的目的是废除海军许多传统、独立的网络，同时提供一个灵活且反应灵敏的网络体系结构，以便对不断变化的海军业务需求快速做出修正。该项目巩固和加强了多个舰载传统网络，建立一个通用计算环境基础设施，用于指挥和控制、通信、情报等应用。该项目的其他目标是减少海军舰船上的信息技术基础设施的种类和数量，加强网络基础设施的能力，提高安全性，减少当前硬件的影响，并降低舰载设备部署成本。通过采用通用的装备、训练系统，CANES也将为海军减少运作和维持的成本和工作量。

CANES将舰艇上已存在的多个网络系统(包括SCI、CENTIRX、GENSER、UNCLAS等)融合成一个舰载局域网，并通过ANDS接口和广域网互联。CANES将形成一个开放的、虚拟的计算环境，所有计算资源统一调度管理，可为其他领域的应用提供服务，所有应用软件均分布在这个虚拟的计算环境中。所有传感器、受动器、激励器和武器通过适配器与全舰计算环境连接。

CANES依靠云计算和虚拟化计算技术，在这些技术中，应用通过网络进行交付，而不绑定与特定的计算机。对必须处理运行各种操作系统的海军用户来说，变化会非常大。用户将不必担心、甚至不用关心LINUX应用是否能运行于windows计算机，网络将确保应用的正常运行。虚拟化意味着网络某部分的用户能利用整个网络的C4ISR系统上未使用的计算机容量，虚拟化不但不会增加舰载计算机容量，反而会降低舰载的总容量。虚拟化也能转换成生存能力，计算机网络的某一部分被损坏时，可通过其他部分的空闲容量加以弥补。

CANES能减少培训和管理需求，因为自动化系统所需的监控工作量很小，无需操作人员时刻监控，只要有人待命既可。CANES也能为海军网络带来其他一系列的改进：提高可用性，改善话音、视频和无线通信；提供更鲁棒的灾难恢复能力；降低功耗和供热需求；提供高级网络管理工具等。

CANES于2012年起开始安装到作战单元级舰艇上，并于当年底完成有限部署安装。2021年，190艘军舰、潜艇和海上作战中心有望具备此项能力。海军C4I计划执行办公室负责CANES，管理与洛.马和诺.格公司的竞争系统开发合同。

3 美海军通信系统技术发展趋势

从海军通信系统和设备的发展演进过程来看，美海军通信系统技术发展趋势集中在以下几个方面：

(1)通信始终围绕作战使用需求发展

在网络中心战[6]的背景下，美海军的通信系统始终是为作战服务的，以IT-21为例，IT-21是一种以网络为中心的结构，联接所有的传感器、武器和指挥员，其集成的C4ISR的能力覆盖了指挥控制、导航、传感器、水文气象、人事管理、医疗信息乃至武器控制等。

图4 IT-21通信能力需求

(2)在宽带化、远距离方面提升通信能力

1)带宽需求

美海军在向网络中心战的转型过程中，对于通信网络系统和技术方面最首要的能力需求就是通信带宽的问题。美海军的IT-21计划明确要求海军带宽要求与陆地、空间的带宽要求达到同步。美军的军事通信卫星只能满足巨大需求的小部分，对带宽的需要更多采用了商用卫星系统。IT-21计划升级美海军舰载卫星系统，以提供更宽带宽。ADNS作为IT-21计划的组成部分，能有效增加带宽4倍。

图6 美军例次战争对带宽的需求增加情况

2)远距离需求

在远距离通信需求方面，由于其作战行动的特点及作战地域的跨度，对于远程通信能力的需求尤其迫切。美国海军IT-21计划相关费用预测表明其总费用的80%将与远程通信接力有关。美军主要依靠卫星提供远程以及到岸基网络的连通性，但卫星资源本来就属稀缺资源，且战时易遭破坏，难以及时恢复。

(3)网络一体化

美国海军的ADNS系统将岸基节点、舰艇平台、升空平台等综合在一起构建了海上的无线广域网络，即通过这一个系统实现了编队内的舰艇间、舰艇编队之间以及舰艇与岸基核心网之间的连通。ADNS系统将ADNS路由器作为舰船统一的对外出口，且该路由器与各无线手段之间采用商用的路由协议，实现了舰对舰、舰对空、舰对岸以及编队间采用统一的设备、统一的技术体制进行综合组网。

图7 美军网络一体化设计

采用网络一体化的设计使美军“烟囱”式指挥集成为高效、统一的指挥体系，使美海军在强大的网络和信息基础设施支持下，实现美参联会在《2020联合构想》中提出的“四个正确”[7]。

4 小结

美海军网络中心战的概念提出时基于信息技术的高速发展，网络中心战的架构清晰，实现技术复杂，美海军正处于以网络中心战为基础的作战方式转型历程中，其发展思路是多网逐渐融合，从编队战术网扩展到海上广域网，再融合到GIG。美海军从例次军事行动中突出了通信系统对带宽需求，采用网络中心化后，通信带宽的需求还将增加。美海军面临跨地域行动，远程通信能力的需求也很迫切，远程通信技术主要以卫星通信支持，短波通信受到窄带通信能力的限制，只作为远程通信的备用手段。美军针对岸海通信和远程通信的应用，大量利用现有的商用卫星系统满足通信系统对带宽的需求，同时采用加密措施保证通信安全。参考及借鉴以网络为中心的作战思想和行动对我军应对多种安全威胁、完成多样化军事任务起着积极的作用。

[1] 刘俊杰.“海上力量网推动海军通信网络的发展”,通信技术, 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] 张海燕,丛键. “一种新型SCA电台的分析与设计”, 通信技术, 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.“美海军自动化数字网络系统安全研究”,信息安全与通信保密,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, "网络中心战及网格技术", 舰船电子对抗, 2008(4)：32-35,42. LIANG Bai-chuan.Network Centric Warfare & Grid Technique，Shipboard Electronic Countermeasure,2008(4):32-35,42.

[7] 尤擎涛, “美军转型通信系统对美海军C4ISR的作用” 世界海军,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

1002-0802(2015)09-0987-06