美軍部隊網實施戰略分析＊

周立軍 鄧建球 趙 媛

(海軍航空工程學院基礎實驗部1) 煙臺 264001)(海軍航空工程學院兵器科學與技術系2) 煙臺 264001)

1 引言

網絡中心戰是信息時代軍事革命最重要的碩果之一,由美國海軍作戰部長杰伊?約翰遜于1997年4月首次提出,為了盡快實現“從平臺中心戰向網絡中心戰的根本性轉變”的目的,美國海軍于1999年提出“部隊網”(FORCEnet)概念,其發展目標是在2015年至2020年實現完全的網絡化,即保證惡劣條件下的決策能力[1]。部隊網是美國海軍實現網絡中心戰和全球信息柵格(GIG)的關鍵,不僅對美軍實現“21世紀海上力量”(Sea Power 21)的新構想至關重要,也是“海上打擊”、“海上盾牌”、“海上基地”三種核心作戰概念和“海上試驗”、“海上企業”、“海上勇士”三個支持倡議的實現手段,代表著美國海軍未來電子信息系統的發展趨勢。

2 部隊網的定義與能力

2.1 部隊網的定義

美海軍作戰部長和戰略研究小組提出并由海軍陸戰隊司令官認可的部隊網定義如下：

部隊網是信息時代海戰的作戰構想和體系框架,它將人員、傳感器、網絡、指揮與控制、平臺和武器集成起來,形成一種網絡化、分布式的作戰力量,靈活應對從海底到太空、從海上到陸地的各種沖突[2～3]。

從以上定義可以看出,在部隊網內構想出來了兩個不同的要素和兩項截然不同的任務：一個要素的任務是定義和實現作戰構想;另一個要素的任務是設計和打造使這種作戰構想能發揮作用的體系結構框架,與之一起的還有全球作戰概念和21世紀海上力量支柱的海上打擊、海上盾牌和海上基地。

2.2 部隊網的能力

2003年5月,美海軍作戰部長在遞交國會的部隊網報告中指出,部隊網應具有如下能力：

1)遠程、多級傳感器和武器信息;

2)分布式、協同指揮和控制;

3)動態、多路徑和生存能力強的網絡;

4)自適應的自動決策輔助;

5)以人為中心的集成;

6)信息武器[4]。

為了使部隊網能提供上述能力,部隊網自身應具有如下能力：

1)通用作戰和戰術圖

提供任務計劃、作戰管理同步化;提供通用定位、導航、定時和環境信息;集成和分發傳感器信息;跟蹤并促進時敏性目標的交戰;跟蹤并促進非時敏性目標的交戰。

2)情報、監視和偵察

執行傳感器管理和信息處理;檢測和識別目標(包括固定的陸地目標、移動的陸地目標、空中和導彈目標、水上目標、水下目標、水雷);提供提示和瞄準信息;評估交戰結果。

3)通信和數據網

提供通信基礎設施;提供網絡保護;提供網絡同步化;提供信息傳遞[5]。

以上這些任務能力包構成“部隊網海軍能力支柱”。這種能力支柱將提供可實現基于知識作戰的信息,支持迅速、精確地做出決策。它的功能包括：將大量不同的、廣為分散的傳感器進行集成;共享和處理傳感器數據,并可在任何時間和地點為決策提供相關信息的傳送手段,同時通過這些手段將決策付諸實施。

3 關鍵技術和面臨的挑戰

3.1 可靠的寬帶移動通信

目前,美國海軍的移動平臺通信和個人通信在連通性的方面難以保持暢通,數據傳輸速率也很低。大多數艦艇只具備衛星通信能力,且獲得的數據傳輸速率不超過100kb/s,但大型艦船(如航空母艦)的數據傳輸速率能達到每秒數兆比特。小型艦艇的衛星通信連通率往往在80%左右,天線阻擋可能是最主要的限制因素,但也可能與機動過程中的電磁干擾(EMI)和追蹤有關。潛艇和離車部隊的數據傳輸速率和聯通性問題更嚴重。未來部隊網網絡中心環境的軍事行動需要更高的數據傳輸速率(預計艦隊對每艘大型艦艇傳輸速率的需求高達50Mb/s)和更穩固的連通性[3,6]。同時保持與衛星、傳感器節點、空中中繼站以及其他艦船的連接將對天線提出更高的要求,而且當網絡節點和用戶不斷移動時,要保持因特網類(如基于IP)的網絡正常運行也將在技術上面臨巨大的挑戰。

部隊網實現整個網絡中心行動構想所必須解決的關鍵通信技術難題包括：

1)通信鏈路和天線孔徑。艦船上的環境對射頻天線孔徑不利,這使得它成為未來優先改造的重點。天線孔徑的改進主要包括：(1)在不同功能(雷達、通信等)之間和不同的頻率上共用天線孔徑;(2)利用多(或捷變)天線射束,實現與多個獨立節點的通信高頻段運行將使孔徑大小一定的發送和接收天線具備更高的性能,但是由于射束寬度變窄,這將加大定向和跟蹤的難度。在大氣環境允許的情況下,應該研究無人機中繼站或衛星與艦船之間通信的光頻率以提高帶寬。在解決因大氣而引發的失真問題上,可變鏡面是一種可行的技術方案,但尚未找到可有效解決海洋環境大氣散射問題的辦法。

2)軍事環境中的網絡服務質量和資源管理。在軍事通信中,高優先級業務必須優于低優先級業務,否則超載的低優先級業務難免會侵占高優先級的信息資源。IPv4過渡到IPv6將是一種解決辦法,但是對于不斷變化的軍事任務來說,要實現網絡基礎設施的重新配置,還有很多工作要做。為了對隨時間變化的需求進行響應,需要監控從網絡層到鏈路層的基礎設施,監控應盡可能自動地進行,特別是需要快速響應的時候。

3)動態、移動環境中的自動組網。移動的個人和平臺為完成所賦予的軍事使命,需要連續地保持高數據傳輸速率和連通性,這無疑是一個重大的技術挑戰。商用互聯網使用的標準協議適用于固定基礎設施,但是當用戶,尤其是節點和主機移動時,就需要特殊的協議。

如果僅是主機(如使用手提電腦的用戶)移動而路由器保持靜止,就可用移動IP來解決,因而不會給已有的路由協議(如OSPF)帶來負擔或進行設計更改。但如果路由器也在移動就將面臨更大的挑戰。例如,在與野戰部隊、船艦和無人機有關的動態戰場環境中。如果沒有重新設計新的路由協議,系統將無法追蹤用戶的位置(如他們正在使用哪個路由器),連接超時時,通信中斷,這種網絡稱為自組網(MANET)。目前,該技術尚處于試驗階段。

同樣面臨挑戰的問題還有抗延遲組網技術、網絡特有的信息安全保障問題等。

3.2 信息管理

信息管理涉及決定部隊網實施及效率的一系列關鍵問題。信息管理過程包括與數據或信息的收集、存取、處理、分發和表示相關的所有進程,該過程包括技術方面的,也包括政策、規范和條令方面的,其重點是適時地形成正確信息(內容和質量),滿足使命要求。

目前,在戰場管理環境中出現的問題也將在網絡中心環境中頻繁出現,包括如下內容。

1)可信：缺少通知用戶的元數據,包括信息源、中間處理過程和質量。

2)污染：由冗余路徑或不適當的處理而引發的數據損壞,如對不同位置同一目標有多個報告,對含糊目標的雙重報告,混淆實際情況。

3)效用：缺少合適的工具供用戶處理和應用所接收到的數據和信息。GIG支持任務分配、發布、處理和利用(TPPU)、單一信息處理(OHIO)模式,這意味著將會開發一種通用程序,可為網絡節點上的所有用戶調用,使用戶能正確使用和解釋信息;同時表明可用“信息服務”層來補充根據全球信息柵格-全局服務(GIG-ES)而定義的全局服務。

3.3 態勢感知和識別

在有特殊用戶需求的網絡中心環境中,將有大量諸如通用作戰圖一類的信息。為了提取這些信息,需運用能實現態勢和威脅感知的自動化技術。態勢和威脅感知需要對戰場空間和相關活動事件進行人工推理,以獲知部隊的相互關系,弄清活動的意義并預測對手的意圖。目前還無法實現相關信息(環境和條令)的對象和事件(位置、運動和標識)的機器推理,尤其對軍事范疇(空間時間維、大量對象、事件及活動等)中戰場空間問題和不確定性數據而言。

為解決態勢感知的自動化問題,將需要一種機器推理能力,把通用作戰圖提供的關于作戰空間的信息和有關敵軍的信息相結合,在對象、事件和環境之間建立起相互聯系。這種關系對于認識態勢(如紅軍部署,藍軍的劣勢)和威脅(如紅軍的路徑規劃)至關重要[7]。發展該領域的關鍵技術主要包括：推理引擎(有限空間、有限時間和抽象特性的概率、邏輯等)、知識管理(知識庫、來源、獲取、建立、確認工具、概率和不確定性表示)、大規模的聯系和控制框架、人機協同(交互式的假設管理)、認知建模。

3.4 信息保障

信息源于多個源的綜合數據和解釋數據,這些源包括傳感器、軟件和Agent;信息保障涉及到信息的可用性、可靠性、保密性和可信賴性。部隊網技術體系結構所定義的通信層和協同層規定著信息保障。通信/網絡核心層提供信息傳送的基本功能,確保信息的可用性和可靠性,同時負責對信息傳輸作出響應。協同層則提供信息共享,同時必須確保信息源的互操作性,并提供該信息的密級度和它的來源或可信度[8]。

目前的技術尚不足以為部隊網構想提供所需等級的信息保障。網絡的信息共享需求必須與涉及信息保護的傳統信息保障作用相平衡。這在需要進行可信信息交換的多級獨立安全和協同合作條件下,顯得尤其困難。特別是目前存在下述技術差距：

1)技術標準、自動網絡分析以及能夠適應網絡中心要求和多級安全及故障預測要求的網絡可靠性和安全性監視。

2)在保護等級(包括策略自適應)與維持使命有效性所需的共享之間進行動態平衡。

3)軟件系統和網絡中心行動相關信息的可信度。

4)入侵檢測和確認內部威脅的能力。

3.5 建模和仿真

網絡中心行動系統和體系結構決策需要準確的建模和仿真,同時,需要他們支持網絡中心行動的測試、評估和驗證。目前,僅有少量工具能對非對稱威脅的“What if”問題進行分析,但都不能對非正規部隊、聯合部隊和當地居民混居的城市環境進行建模、仿真和分析。主要面臨的挑戰如下：

1)把建模和仿真擴大到眾多傳感器、平臺和用戶上。

2)系統工程設計,包括在配置之前檢驗大型網絡中心系統的手段(如模擬系統生命周期設計及測試的能力和模擬確認)。

3)穩健的“假設”分析,把它作為任務或威脅環境、性能以及可靠性的一個函數,支持網絡中心系統配置之間的平衡。

3.6 動態可組性和協同

部隊網構想的核心是實現一種能力,即把企業的各組件組合成一種“類似系統”的能力,以適應動態變化的戰場態勢,實現有效作戰。對于作戰和作戰系統來說,“可組性”一詞有很多含義,如圖1所示。

圖1 部隊網支持動態可組合性

圖1說明了部隊網為適應下述各領域而可能表現出的靈活性。

1)技術：通過訪問可用服務實現技術功能的重新配置。

2)組織：采用新功能以改變組織角色和關系。

3)戰術、訓練和規程：賦予新職能和關系以調整過程和規程,從而滿足新的作戰要求[9]。

為實現可組合性構想,需要用上述信息管理技術來滿足使命目標,也需要采用全局性的監督過程來確保總的使命目標滿足戰役要求。前者為滿足各自的任務思路,需要對已分配資產的組合提供支持;后者可以看作是一個將可用資源動態分配給各使命的戰役級控制函數和一個費用、風險和期望值的函數。目前存在的挑戰主要表現在下述方面。

1)使命可組合管理的復雜性,這一問題的解決可確保一體化的資源配置,可滿足動態使命目標并達到理想的戰役效果。

2)配置給定的情況下的狀態監視,這種監視可確認整個部隊網企業(所有企業層面上的核心和關聯群體)的狀態。

3)人力資源培訓和項目培訓,通過培訓達到傳授并利用組合功能的目的。

4)支持人機自動協調、具有計劃或重新計劃功能的工具。

4 部隊網的未來發展及啟示

4.1 部隊網的未來發展

部隊網的能力的開發過程應當是一個自適應的演進過程,而不是一個工程化的過程。盡管需要制定一個明確的實施計劃,盡管也有可能預測部隊網的一些大致特征,但在開發的開始階段不可能詳細描述出其最終模樣。從來沒有構建過像部隊網這樣復雜和自適應的系統。這種復雜的系統只有在適當的條件下才能形成。部隊網只能隨著時間的推移不斷演進,在條件成熟時形成。關鍵的第一步是將大量的節點和服務連接到一個開放的網絡中,并需要這個網絡提供最大限度的互操作性。第二步是讓所有的操作人員和其他用戶確認各項服務,開發可幫助其完成任務的各種輔助過程或程序。

開發過程應當是敏捷而自適應的,包括進行不斷的試驗和采用增量式發展方式。為了形成“控制”這一過程所需要的快速而有價值的反饋,開發者必須與操作人員和其他使用者密切配合,對用戶提出的需求做出迅速的反應,并與植入新的能力協同起來。

4.2 對我軍的啟示

目前,我軍的信息化建設正處于關鍵階段,美軍部隊網的實施戰略正為我軍開展信息化建設指明了方向。我軍未來的信息化建設應著重從物理維、信息技術維、數據維、認知維、組織維和作戰維這“六維”抓起。其中,物理維包括網絡作戰端的各種平臺、武器和傳感器;信息技術維包括通信和網絡基礎設施;數據維是指在通信網絡中傳輸的信息本身;認知維是指人的判斷和決策,以及支持這些判斷和決策的人機界面;組織維指的是各作戰單元或團隊的結構及其相互間的工作關系;作戰維是指部隊為完成各種任務而采用的各式各樣的方法和手段。

[1]Arthur K.Cebrowski,John J.Garstka.Network Centric Warfare：Its Origin and Future[R].U.S.Naval Institute Proceedings,1998,1：28～35

[2]MajGen James N.Mattis,USMC,Commanding General,1st Marine Division,presentation to the committee on December 16,2003,Camp Pendleton,California

[3]National Research Council.部隊網實施戰略[M].許曉平,周文.譯.北京：國防工業出版社,2009,3：32

[4]張雨相.美軍海軍部隊網分析[J].現代雷達,2007(7)：15

[5]ADM Jay Johnson,USN.Anytime,Anywhere[R].U.S.Naval Institute Proceedings,1997,11：50

[6]Space and Naval Warfare System Command[C]//FORCEnet Government Reference Architecture,Version 1.0,2003,4：24

[7]Arlington,Va.Taxonomy of Technology Limitations to Support the Five Enabling Functions Required for Navy Network Centric Operations,Available at http：//www.onr.navy.mil/02/baa/expired/2003/03_007/default.asp.Accessed July 24,2004

[8]Nathan P.Kroop,Philip J.Koopman,Daniel P.Siewioreak.Automated Robustness Testing of Off-the-Shelf Software Components[J].IEEE Proceedings of the Fault Tolerant Computing Symposium'98,Munich,Germany,Office of Naval Research,2002(7)：1

[9]Robusto John.Navy Transformation.Network Centric Warfare and FORCEnet[R].ADA430763,2004