美海軍通信系統發展現狀分析*

姜志勇，張海燕

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

美海軍通信系統發展現狀分析*

姜志勇1，張海燕2

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

美海軍通信系統發展受網絡中心戰思想引領，裝備體系完善、一體化程度高，進入了以網絡為中心的綜合一體化建設新階段。目前已形成完整架構，并反映在其發展戰略和裝備發展規劃中。對美海軍通信系統架構、海軍聯合通信網絡以及美海軍通信技術發展趨勢等進行了分析，明確了對技術的需求和對通信網絡建設的影響，提出了未來基于網絡中心戰的美海軍通信系統的發展趨勢和特點，為我國海軍通信網絡的設計和建設提供參考。

力量網；海上網絡企業服務；海軍聯合規劃網絡；自動數字網絡系統

0 引 言

美國海軍乃至美軍的通信系統變革始于上世紀90年代后期，順應美軍從“平臺中心戰”向“網絡中心戰”(NCW)轉型的趨勢。為實現網絡中心戰的目標，美國防部及各軍兵種都發展了相應的網絡基礎設施。FORCEnet(力量網)[1]是美海軍實現網絡中心戰理論的實際過程和基礎架構，是GIG的海軍部分，實現美軍C4IRS網絡聯接。

1 美海軍網絡中心戰

1.1 美海軍通信系統網絡架構

美海軍通信網絡的發展目標是使美海軍“煙囪”式指揮集成為高效、統一的指揮體系，是美海軍在強大的網絡和信息基礎設施的支撐下，實現美參聯會在《2020聯合構想》中提出的“四個正確”，即在正確的時間內，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、戶操作，實現聯合作戰下的信息優勢、知識優勢、決策優勢，提高聯合作戰的整體能力和水平。

圖1 美海軍通信系統網絡架構

從美海軍通信系統網絡架構可以看出，其無線通信支撐主要由三個大的網絡構成：美海軍聯合合成航跡網絡(JCTN)、聯合規劃網(JPN)和聯合數據網絡(JDN)，其定位和特點分別如下：

(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的作戰范圍，網內節點數量相對較少；

2)用于作戰單元間傳感器與武器系統直接交聯，對信息傳輸的實時性和準確性要求極高。

(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的作戰范圍，網內節點數量相對較少；

2)對信息傳輸的實時性要求高，因此，技術體制上采用數據鏈，提供高效、時延可預期的傳輸能力，而在通信手段上逐步增強高頻寬帶方面的建設；

3)直接與作戰指揮系統交聯。

(3)JPN用于提供兵力協調層面的通信支撐

1)節點遍及全球，必須實現全球范圍的廣域覆蓋，以衛星通信手段為主；

2)對信息傳輸的實時性要求相對較低，又必須支持各種類型的節點/平臺接入網絡，因此技術體制強調開放性并通過自動數字化網絡系統(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、網絡容量、信息類型、實時性等都不同，因此三個網絡在技術體制和通信手段上都不同，保持相互獨立。武器控制、兵力控制、兵力協調間的相互交聯主要通過作戰指揮等應用系統間的交互完成，交互主要發生在有線局域網內。

2 海軍聯合規劃網絡(JPN)

美海軍聯合規劃網絡主要作用在美海軍通信網絡黑邊無線側，以高可靠IP保密機(HAIPE)[2]為分界，紅邊為各種有線的業務系統網絡，黑邊為無線部分。岸基和艦船平臺都通過ADNS路由器實現無線側的綜合路由選擇，無線側的路由生成、維護和交換都在黑邊網絡內完成。岸基可通過有線及無線的方式接入GIG核心網，艦船平臺通過各種無線方式接入GIG核心網。

2.1 自動數字化網絡系統(ADNS)

JPN體系中由ADNS[3]構建海上戰術無線廣域網，可為海上艦艇和岸基用戶提供端到端(ETE)的傳輸服務。ADNS可采用并發多種鏈路進行互聯，艦艇之間、海岸之間、海空之間通過LOS鏈路構建海上戰術網，艦艇通過衛星通信網(SATCOM)連接GIG。

圖2 美海軍戰術廣域網架構[4]

ADNS目前正處于增量3階段：

圖3 ADNS增量發展階段及特征

2.2 海上網絡企業服務

海上網絡企業服務(CANES)[5]的目的是廢除海軍許多傳統、獨立的網絡，同時提供一個靈活且反應靈敏的網絡體系結構，以便對不斷變化的海軍業務需求快速做出修正。該項目鞏固和加強了多個艦載傳統網絡，建立一個通用計算環境基礎設施，用于指揮和控制、通信、情報等應用。該項目的其他目標是減少海軍艦船上的信息技術基礎設施的種類和數量，加強網絡基礎設施的能力，提高安全性，減少當前硬件的影響，并降低艦載設備部署成本。通過采用通用的裝備、訓練系統，CANES也將為海軍減少運作和維持的成本和工作量。

CANES將艦艇上已存在的多個網絡系統(包括SCI、CENTIRX、GENSER、UNCLAS等)融合成一個艦載局域網，并通過ANDS接口和廣域網互聯。CANES將形成一個開放的、虛擬的計算環境，所有計算資源統一調度管理，可為其他領域的應用提供服務，所有應用軟件均分布在這個虛擬的計算環境中。所有傳感器、受動器、激勵器和武器通過適配器與全艦計算環境連接。

CANES依靠云計算和虛擬化計算技術，在這些技術中，應用通過網絡進行交付，而不綁定與特定的計算機。對必須處理運行各種操作系統的海軍用戶來說，變化會非常大。用戶將不必擔心、甚至不用關心LINUX應用是否能運行于windows計算機，網絡將確保應用的正常運行。虛擬化意味著網絡某部分的用戶能利用整個網絡的C4ISR系統上未使用的計算機容量，虛擬化不但不會增加艦載計算機容量，反而會降低艦載的總容量。虛擬化也能轉換成生存能力，計算機網絡的某一部分被損壞時，可通過其他部分的空閑容量加以彌補。

CANES能減少培訓和管理需求，因為自動化系統所需的監控工作量很小，無需操作人員時刻監控，只要有人待命既可。CANES也能為海軍網絡帶來其他一系列的改進：提高可用性，改善話音、視頻和無線通信；提供更魯棒的災難恢復能力；降低功耗和供熱需求；提供高級網絡管理工具等。

CANES于2012年起開始安裝到作戰單元級艦艇上，并于當年底完成有限部署安裝。2021年，190艘軍艦、潛艇和海上作戰中心有望具備此項能力。海軍C4I計劃執行辦公室負責CANES，管理與洛.馬和諾.格公司的競爭系統開發合同。

3 美海軍通信系統技術發展趨勢

從海軍通信系統和設備的發展演進過程來看，美海軍通信系統技術發展趨勢集中在以下幾個方面：

(1)通信始終圍繞作戰使用需求發展

在網絡中心戰[6]的背景下，美海軍的通信系統始終是為作戰服務的，以IT-21為例，IT-21是一種以網絡為中心的結構，聯接所有的傳感器、武器和指揮員，其集成的C4ISR的能力覆蓋了指揮控制、導航、傳感器、水文氣象、人事管理、醫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、遠距離方面提升通信能力

1)帶寬需求

美海軍在向網絡中心戰的轉型過程中，對于通信網絡系統和技術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計劃明確要求海軍帶寬要求與陸地、空間的帶寬要求達到同步。美軍的軍事通信衛星只能滿足巨大需求的小部分，對帶寬的需要更多采用了商用衛星系統。IT-21計劃升級美海軍艦載衛星系統，以提供更寬帶寬。ADNS作為IT-21計劃的組成部分，能有效增加帶寬4倍。

圖6 美軍例次戰爭對帶寬的需求增加情況

2)遠距離需求

在遠距離通信需求方面，由于其作戰行動的特點及作戰地域的跨度，對于遠程通信能力的需求尤其迫切。美國海軍IT-21計劃相關費用預測表明其總費用的80%將與遠程通信接力有關。美軍主要依靠衛星提供遠程以及到岸基網絡的連通性，但衛星資源本來就屬稀缺資源，且戰時易遭破壞，難以及時恢復。

(3)網絡一體化

美國海軍的ADNS系統將岸基節點、艦艇平臺、升空平臺等綜合在一起構建了海上的無線廣域網絡，即通過這一個系統實現了編隊內的艦艇間、艦艇編隊之間以及艦艇與岸基核心網之間的連通。ADNS系統將ADNS路由器作為艦船統一的對外出口，且該路由器與各無線手段之間采用商用的路由協議，實現了艦對艦、艦對空、艦對岸以及編隊間采用統一的設備、統一的技術體制進行綜合組網。

圖7 美軍網絡一體化設計

采用網絡一體化的設計使美軍“煙囪”式指揮集成為高效、統一的指揮體系，使美海軍在強大的網絡和信息基礎設施支持下，實現美參聯會在《2020聯合構想》中提出的“四個正確”[7]。

4 小 結

美海軍網絡中心戰的概念提出時基于信息技術的高速發展，網絡中心戰的架構清晰，實現技術復雜，美海軍正處于以網絡中心戰為基礎的作戰方式轉型歷程中，其發展思路是多網逐漸融合，從編隊戰術網擴展到海上廣域網，再融合到GIG。美海軍從例次軍事行動中突出了通信系統對帶寬需求，采用網絡中心化后，通信帶寬的需求還將增加。美海軍面臨跨地域行動，遠程通信能力的需求也很迫切，遠程通信技術主要以衛星通信支持，短波通信受到窄帶通信能力的限制，只作為遠程通信的備用手段。美軍針對岸海通信和遠程通信的應用，大量利用現有的商用衛星系統滿足通信系統對帶寬的需求，同時采用加密措施保證通信安全。參考及借鑒以網絡為中心的作戰思想和行動對我軍應對多種安全威脅、完成多樣化軍事任務起著積極的作用。

[1] 劉俊杰.“海上力量網推動海軍通信網絡的發展”,通信技術, 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電臺的分析與設計”, 通信技術, 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.“美海軍自動化數字網絡系統安全研究”,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, "網絡中心戰及網格技術", 艦船電子對抗, 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, “美軍轉型通信系統對美海軍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，學士，工程師，主要研究方向為軍事通信、系統架構；

張海燕(1979—)，女，碩士，高工，主要研究方向為無線通信系統、軟件無線電。