基于实装和构造技术的大规模网络电子战仿真与评估系统* 1

余　君

(中国人民解放军95814部队，甘肃 酒泉 735018)



基于实装和构造技术的大规模网络电子战仿真与评估系统* 1

余君

(中国人民解放军95814部队，甘肃 酒泉 735018)

摘要：国外先进国家开展基于分布交互仿真的研究，美国的JNE系统利用各种实装和构造技术进行网络中心战的仿真与评估研究，使得只要用很少或者根本不用任何实装就能进行大规模网络运行测试，加快了系统开发周期并节约了成本。借鉴美军JNE系统的思路，研究了基于STK和Exata的大规模网络电子战仿真与评估系统，该系统利用SKT实现3D态势显示和信道传播仿真，利用Exata进行通信网络性能仿真，通过同一系统在不同想定下性能仿真和网络攻防对抗仿真验证了该系统的有效性。

关键词：网络电子战;仿真;通信网络;评估

0引言

随着世界各国军队向网络中心战演进，传统的点对点或广播式通信被网络化取代，平台的对抗变为了体系的对抗。电子装备试验也出现了相应的改变，即由过去的小规模对抗试验变为大规模网络化对抗，目标也由电磁空间扩展到网电赛博空间。要应对这种变化，就必须建立起一个和目标相当规模的电子对抗网络。如进行师级规模的红蓝电子对抗，需要对红蓝双方的数字化师全部电子通信和对抗装备进行测试，显然这样的试验环境是难以实现的，这就需要研究建设一个网络模拟系统来完成实装难以部署情况下的装备测试和分析[1]。

1美军JNE系统

为了在实装较少条件下能对新研制的系统进行测试和分析，美军在美国防部直属的联合战术无线电系统项目执行办公室小型商业创新研究基金(JPEOSBIR)、美国陆军旅战斗队现代化(BCTM)项目执行办公室基金和美国陆军作战测试司令部(OTC)基金的资助下，研制了基于JTRS网络仿真器(JNE)的试验与评估系统[2]，该系统具有真实网络的全部复杂性和现实性—采用作战指挥应用可能发出的实时逼真的混合通信。

JNE的架构如图1所示。

图1　JNE网络仿真器的架构

JNE组成部分包括：1)美军旅战斗队现代化(BCTM)使用的通信效果服务器(CES)模拟WNW、SRW和GMR、SINC-GARS与EPLRS等电台波形；2)Exata通信环境建模并行仿真引擎；3)与电台相连的硬件在环接口；4)与网络管理软件的接口；5)与训练、战斗模拟与测试工具的接口，如OneSAF和STORMC2/SA；6)与下列系统的接口：(a) 运行在虚拟电台上的态势感知、指控、交互短信和视频流等IP业务；(b)抓包和网络分析工具，如Wireshark；(c)基于SNMP的网络管理程序。JNE主要完成下列任务：

a)测试网络的可扩缩性；

b)测试网管和战术侦查与指控应用；

c)无线通信环境传播效果的建模；

d)部队的网络中心战能力训练。

2网络测试与评估系统架构

借鉴JNE网络仿真器的做法，本文提出基于实装和构造技术的大规模网络仿真与评估系统架构，如图2所示。

图2　基于实装和构造技术的大规模网络测试与评估系统架构

基于实装和构造技术的大规模网络仿真与评估系统具体包括以下几方面内容：

(1)实时并行计算引擎

系统采用实时并行计算引擎，能够支持大规模网络的实时仿真计算。如虚拟节点接收到来自外部实装的数据包后，必须以实时的速度进行处理并转发给目的实装，这样整个系统不会由于虚拟网络规模造成较大的延时影响。JNE采用Exata平台作为实时并行计算引擎[3-4]。该引擎已在美军多军兵种司令部的项目中得到了广泛应用，专用于解决大规模网络的测试与评估，本架构中也采用Exata作为计算引擎。

(2)虚拟电子设备

虚拟电子设备要求在数据结构和协议算法都要和实装相同，保证实装电台发来的数据包被虚拟电台接收到以后进行正确的解析，从而根据协议做出进一步的收发判断。

(3)虚拟地理气象与电磁环境

STK可定义战场复杂电磁环境，包含自然环境模型库与电磁环境模型库，如图3所示。

图3　虚拟地理气象与电磁环境模型

(4)实装电子装备

实装电子装备与传统试验场所需的实装电子装备相同。需要指出的是，虚拟网络中的装备与实装电子装备必须采用相同的数据结构和协议算法。

(5)实装侦察指控终端

作为通信系统的数据源，系统承载的信源需要和实际作战当中的信源类型、数量和频度完全相同，这样才能对目标的通信效果进行客观评价。

不同的地形和地貌会有不同的传播效果，基于真实的高程地图计算传播效果将会得到更加精准的结果。

(6)三维可视化显示

系统聚焦于通信和对抗的效果测试与评估，因而在三维可视化方面结合现有的先进工具平台STK进行三维可视化显示。除了良好的三维可视化显示效果以外，STK还提供了成熟的天线模型与信道传播损失模型，与Exata联合仿真可以充分利用双方的优势，达到更好的效果，如图4、图5所示。

图4　STK仿真三维可视化

图5　STK高精度天线模型和信道传播损失模型

(7)计算机生产兵力

计算机生成兵力用于模拟特定的作战环境，使网络测试特定的作战想定中进行试验和测试，需要引入虚拟兵力生成软件来设置特定的作战想定，并使得通信对抗测试与评估与之相同步，如各个作战实体的位置坐标和损毁状态。

(8)实装硬件接口卡

实装硬件接口卡将各类实装电台硬件接口，物理和逻辑接口都转换为系统所需的以太网网口，从而允许测试与评估系统能够获得实装电台上的数据包，并将之按照预设格式导入到测试与评估系统中的对应虚拟装备。

(9)高层体系架构(HLA)接口

HLA接口用于和其它仿真软件进行联合仿真，其实质是基于Socket的高层协议封装。如虚拟兵力生成软件与通信对抗软件进行联合仿真，就要执行HLA接口通信过程。

(10)后台数据库

后台数据库主要用于读取试验的条件参数，以及记录试验评估结果。

3网络攻防案例仿真

该系统可以支持现有和未来各种的电子装备与网络战攻防手段，能够对不同因素对网络战效能的影响进行评估，从而为装备定型和研制提供参考。一个典型网络攻防测评如图6所示。

图6　网络攻防测评实现示意

在图6中，上方所示的虚拟网络是一个典型的大规模陆海空天战术网络，其中蓝方的侦查节点所采集到的侦查视频图像通过一个真实的笔记本电脑(最右端)导入，经过蓝方网络传输后到达蓝方指挥所，导出到监视器上(最左端)。红方则有一个窃听与攻击节点，来干扰破坏蓝方的正常通信。为了实现作战想定，有一个虚拟兵力软件通过HLA接口与系统互连。

1)起初，蓝方实现了正常通信，目的端指挥所能够看到前方侦查兵通过通信网络手段传来的侦查图像。

2)红方通过窃听技术手段，截获了蓝方的侦查视频。

3)红方向蓝方发起了攻击，手段包括UDP炸弹、ping、木马等网络战措施。

蓝方遭受攻击前后指挥所的显示效果见图7。

图7　蓝方遭受攻击前后指挥所的显示效果

干扰过程中的信噪比和误码率曲线见图8。

图8　干扰过程中的信噪比和误码率曲线

4)蓝方对红方发起反制措施，如物理击毁、分布式拒绝服务攻击(DDOS)、电子干扰和加密等手段，如图9所示。图中，红方用菱形图标表示，圆形等其它图标代表蓝方，蓝方图标中发出到红方图标的箭头表示蓝方发起的反制措施，蓝方图标之间的箭头表示蓝方内部通信和协同。

蓝方发起反制后显示效果如图10所示，在蓝方对红方采取一系列反制措施后，其通信网络逐步恢复正常，指挥所显示终端可以正常显示图像画面，达到了预期效果。

图9　蓝方干扰机打开后的仿真效果(Exata)

图10　蓝方发起反制后指挥所的显示效果

4结语

从仿真实例可以看出，本文提出的大规模电子装备试验与评估系统能够对传统实装试验无法轻易实现的大规模网络化对抗系统进行测试与评估，并充分利用现有实装测试条件与成果，将虚拟构造内场和电子实装外场试验衔接在一起，在确保试验数据真实可信的前提下，以很高的效费比完成红蓝双方数字化部队师级规模的电子装备体系对抗的测试与评估。该系统可在我们开展数量有限且价格昂贵的装备大规模网络对抗测试时，在不需要动用部署大量实装参加的前提下，快速高效的完成系统测试和评估，为装备研制和定型提供参考。

参考文献：

[1]王国民, 丁兆忠, 夏兴宇. 美军战术互联网模拟与运用方法研究[J]. 通信技术, 2013，46(06):69-71.

WANG Guo-min,DING Zhao-zhong,XIA Xing-yu.Simulation and Implementation of U.S. Tactical Internet[J].Communications Technology,2013，46(06):69-71.

[2]Doshi S, Lee U, Bagrodia R, et al. Network Design and Implementation using Emulation-based Analysis[C]// Military Communications Conference, 2007. MILCOM 2007. IEEE. IEEE, 2007:1-8.

[3]Bagrodia R, Tang N K, Goldman S, et al. An Accurate, Scalable Communication Effects Server for the FCS System of Systems Simulation Environment[C]// Simulation Conference, 2006. WSC 06. Proceedings of the Winter. IEEE, 2006:1226-1233.

[4]Doshi S,Lee U,Bagrodia R,et al. JMEE: A Scalable Framework for JTRS Waveform Modeling & Evaluation[C]// Military Communications Conference,2008. MILCOM 2008. IEEE. IEEE,2008:1-8.

Simulation and Evaluation System of Large-Scale Netted Electronic Warfare on the Actual Equipment and Structure Technology

YU Jun

(Unit 95814 of PLA, Jiuquan Gansu 735018,China)

Abstract：Recently, researches on DIS (Distributed Interactive Simulation) conducted by the developed countries undoubtedly speed up the system development cycle and save the cost, with less or no test equipment for operation test of large-scale network, such as the American JNE system for research on network-centric warfare simulation and evaluation based on the actual equipment and the structure technology. In view of the American JNE system, a large-scale netted electronic warfare simulation and evaluation system based on STK and Exata is discussed. With SKT, this system implements 3D situation display and channel-propagation simulation, with Exata, the performance simulation of communication network. Performance simulation and network defensive-offensive confrontation simulation of the same system under different condition indicate the effectiveness.

Key words：netted electronic warfare；simulation；communication networks；evaluation

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2016.05.019

* 收稿日期：2015-12-26；修回日期：2016-04-08Received date:2015-12-26；Revised date：2016-04-08

中图分类号：TP309

文献标志码：A

文章编号：1002-0802(2016)05-0608-05

作者简介：

余君(1984—)，男，学士，工程师，主要研究方向为信息安全与通信抗干扰。