采用柵格技術實現防空情報組網

李宏權,周 俊,燕海濤

(1.空軍指揮學院 研究生管理大隊,北京 100097;2.空軍雷達學院 預警監視情報系,武漢 430019)

1 引 言

柵格就是“構筑在高速互聯網上、將高性能計算機、大型數據庫、傳感器和遠程設備等融為一體,為用戶提供更多的資源、功能和交互服務的一組新興技術”[1]。軍事信息柵格就是按照柵格技術體系,在統一的框架下,通過高性能計算機、大型軍事數據庫、戰場探測監視設備、指揮通信設備、火力控制系統的跨地域高速無縫鏈接,建立一個安全、可靠、統一和互聯、互通、互操作的信息基礎平臺,以實現計算機網、傳感器網和作戰平臺網的綜合集成。

隨著信息化戰爭的發展,信息網絡化的戰場將把偵察、指揮、控制、通信、打擊、毀傷評估等“作戰職能”以及所有的作戰力量連成一個有機的整體,使得陸、海、空、天戰場上的每一個指揮官、每一個士兵、每一個作戰平臺均能獲得戰場信息共享[2]。長期以來,對空雷達、電子對抗、氣象和偵查等情報信息各成體系,互不連通,這種空中情報保障方式與現代戰爭的需要存在較大差距。情報通信只與有隸屬關系的上級和有關航空兵部隊的信息系統建立了連通關系,而未與其它軍兵種的信息系統實現更加廣泛的連通。隨著近幾年來計算機網絡技術的發展,在組網工程的推動下,這一情況得到初步改善,重要作戰方向的情報連通和共享范圍取得了很大的進步,但從整個情況看,連通范圍仍然有限。各空情保障系統得之不易的信息仍然不能在作戰時快速產生“情報—決策—行動”的效能。隨著國防信息基礎設施的加速建設,防空情報已具備了組網條件,如何構建一個科學、合理、高效的防空情報綜合保障網是當前急需研究的問題之一。

2 防空情報組網系統網絡結構

防空情報組網系統是集信息收集、處理、管理、分發為一體的信息系統,它為各作戰平臺提供一致的公共作戰圖像,是現代戰爭中聯合作戰、協同作戰、精確打擊不可缺少的手段,使各參戰平臺對戰場的態勢感知能力得到巨大提升。系統的主要任務是完成情報收集、指揮引導、輔助決策和武器控制等工作。隨著防空情報系統的種類、數量和規模的不斷增加,通信網絡系統不斷擴大,通信方式不斷多樣化,防空情報系統組網工作越來越復雜。由于某些局限性和軍事領域的特殊性,防空情報系統在許多方面不能直接使用因特網技術和設備,這就需要構建一個先進的防空情報網絡結構,使其能夠適應未來作戰需要。

軍事信息柵格是一個具有分布處理能力的綜合集成網絡系統,它將整個一體化指揮信息系統劃分為若干個信息柵格單元,可以做到情報信息分布處理,柵格單元抗毀接替,信息服務按需定制。系統能夠針對不同用戶提供所需要的、可處理的信息,能在正確的時間、將正確的信息以正確的形式傳送到正確的使用者手中,從而幫助用戶將信息獲取能力最大限度地轉化成為科學的決策能力。防空情報組網將按照柵格技術體系,在現有通信條件下,依托指揮專網和各軍兵種支線網,構建一體化、扁平式的防空情報保障網絡。使用IP及計算機網絡技術把戰場傳感器、處理單元、作戰系統等組織起來,形成防空情報柵格網。防空情報組網系統柵格網絡結構如圖1所示。

圖1 情報組網系統柵格網結構Fig.1 Architecture of intelligence grid system

各類情報源包括對空雷達、電子對抗、技術偵察、飛行和氣象等,以及聯指、其它軍兵種、人防、民航等支援情報,同時也支持預警機、警戒機、三軍聯合信息分發系統(JIDS)、地空數據鏈系統和機動雷達等新裝備的隨遇入網。

處理單元由柵格網中的各業務處理系統和處理中心組成。

情報用戶包括航空兵、地空導彈兵、雷達兵等戰場裝備和空軍各級指揮機構,以及陸、海、二炮友鄰軍兵種的指揮信息系統。

3 防空情報組網系統互聯互通標準

五層沙漏模型[1]是柵格網絡中典型的通信協議標準,它是一種以“協議”為中心的分層體系結構模型,定義了每一層的運行機制、接口、模式和協議等。盡管先進的柵格網絡技術為信息傳輸構建了快速通道,但是由于系統與系統之間存在的異構性以及對分布式存儲信息的集中訪問等問題還沒有一個徹底解決方法,造成了一個個孤立于網絡之外的信息“孤島”,從而制約了信息之間的交流,因此需要在柵格網絡協議的基礎上,制定一種新的網絡連接標準,它應當是防空情報網上的各類系統共同遵守的通信規則,以實現各類信息系統之間的互連、互通、互操作。

在防空情報組網系統通信網絡中,信息源、武器平臺或系統等接入防空情報柵格網按照物理層、網絡層、標準轉換層、服務層、作戰接口層5個層次進行交互。每一層遵照自身的協議標準,保證為其上層提供服務,其層次結構如圖2所示。

圖2 情報組網網絡協議結構Fig.2 Protocol of intelligence grid

3.1 物理層

物理層是指用于傳輸信息的通信設施,主要包括光纖通信、無線通信、衛星通信和接入節點等,為系統提供有效的物理信道。防空情報柵格網中可以采用的物理層接口標準有 EIA/TIA-232、V.35、G.703/G.704、ITU-T 、STM-1(OC-3)、IP over SDH(簡稱 POS)、STM-4(OC-12)、IP over SDH和Z接口等。

3.2 網絡層

防空情報組網系統在有線方面可以采用IEEE 802.3網絡傳輸標準,無線網絡方面采用IEEE 802.11網絡傳輸標準。系統選用TCP/IP協議作為統一網絡傳輸協議。首先,IP協議可橫跨局域網、廣域網,幾乎所有局域網、廣域網系統及設備均支持IP協議,是不同媒體傳輸方式的最佳協議。其次,IP協議為數據報類協議,其傳輸的響應時間較好,協議交互少,較適合于數據高速傳輸的需要。目前廣泛使用的是IPv4版,為了克服IP協議的一些不足,又發展了新的IPv6版[3]。IPv6版在原版本基礎上改進端對端的安全,通過減少信息包的丟失,增強移動通信能力,擴展IP地址空間。

3.3 標準轉換層

(1)信息交換標準

當前各個系統都有自己的信息交換標準,為了防空情報組網系統的互通,必須轉換成統一的信息交換標準。雷達、電子對抗、偵查和氣象等情報源要接入系統,就必須進行信息標準的統一,否則接收到的情報無法識別處理。標準轉換層將對接收到的雷達、電子對抗、技術偵察、飛行等原始信息進行格式轉換,生成情報柵格網中的內部通信標準,供上層傳輸使用。

(2)用戶網絡傳輸軟件標準

防空情報組網系統的信息源接入是基于IP的網絡方式,用于信息傳輸的網絡傳輸軟件必須符合統一標準才能實現與各指揮信息系統的信息互通。防空情報組網系統采用統一的網絡傳輸軟件,確保和各類系統互通和通信安全。

3.4 服務層

服務層是指利用通信和網絡設施接收標準轉換層的數據,根據需要調用相應的服務為需要情報的各類用戶服務。主要包括用戶快速入網的即插即用、情報獲取的定制和分發、時間服務、資源調度、系統診斷和監控以及對用戶進行注冊、認證、授權等管理。

(1)即插即用服務

實現情報源和情報用戶的隨遇入網,即時服務。

(2)情報定制和分發

情報定制和分發是防空情報組網系統重要的服務功能,根據用戶的定制,實現情報的適時、準確分發。

(3)時間服務

為情報柵格網上的各個處理單元提供統一的時間服務。

(4)資源調度

定義管理柵格資源的服務協議,管理調度的資源包括計算資源、數據存儲資源、網絡資源、軟件資源和其它系統資源。

(5)系統診斷和監控

對柵格資源的使用情況進行監控,并能對出現的故障進行診斷和恢復。

(6)認證服務

在資源信息、資源管理協議和安全協議的基礎上提供資源的全局策略運用服務。

3.5 作戰接口層

作戰接口層是作戰裝備通過各種協作和資源(主要是綜合防空情報)訪問協議使用情報網柵格資源,包括指揮控制系統、武器平臺、傳感器、數據鏈等。

4 防空情報組網系統接入方法

防空情報組網系統的信息源接入依靠軍用基礎通信資源,包括指揮信息系統網、電話自動交換網、數據交換網、衛星通信網及民用通信設施。主要提供兩種互連方式,一種是系統通過路由器由光纖、無線通信設備接入柵格網或其它系統,通過網絡協議實現互連,滿足 OSI/ISO模型的要求,它支持64 kbit/s～155 Mbit/s以上的高速互連,滿足大容量的情報傳輸;一種是撥號入網方式,它通過電話線接入柵格網,使用極為方便,同樣可實現基于IP的網絡連接,但一般只支持56 kbit/s以下的速率,速度較低,用于快速機動、演習及不具備寬帶通信條件的場合。情報源與系統互連的主要接口如圖3所示。

圖3 情報源接入的主要接口Fig.3 Interface of intelligence source access

各物理接口的使用要求如下:

V.35/G.703接口(Nx64K):用于連接需要傳輸業務量大于64 kbit/s速率的指揮所;

STM-1/STM-4(POS接口):用于 155/622 Mbit/s主干交換節點間的連接;

Z接口:用于撥號入網。

4.1 光纖入網

目前,各級各類的指揮信息系統已經建立,并擁有了較好的光纖通信網,實現了指揮所間的作戰命令和防空情報的互連,具備了較好的防空情報組網的通信條件。防空情報組網的建設主要借助于現役系統已有的網絡交換、路由設備和通信接入設備,現役指揮信息系統大部分以光纖進行互聯。光纖入網的連接如圖4所示。

圖4 光纖入網連接Fig.4 Connection of fiber access

2M光纖入網采用HDLC或PPP協議方式入網,物理層使用V.35/G.703接口。

155M光纜接入一般在地處主干交換節點的指揮所系統,它入網采用IP Over SDH協議的方式,用POS光接口。

4.2 撥號入網

PPP/SLIP就是在串行線路上實現的 IP(Serial Line IP),因此完整的TCP/IP協議可以運行在撥號線或專線上,這給使用低速線路的遠程網絡級互連提供了極大的方便。由于省掉了一對路由器線路,也降低了成本,這在報文流量不是很大的防空指揮信息系統中是很好的選擇。為了提高性能,有些UNIX系統還為SLIP線路提供了TCP報頭壓縮和ICMP報文抑制選項。

電話網是最普及和廉價的通信資源。由于程控交換機的普及,國內民用電話線路已能支持相當高的數據率,如兩端加上壓縮的Modem(調制解調器)可達到28.8 kbit/s。軍用電話線路也能支持2.4 kbit/s的速率,已能滿足機動及普通情報源、機動情報用戶的需求。使用撥號入網的連接如圖5所示。

圖5 撥號入網連接Fig.5 Connection of dialing access

撥號入網作為備用或補充手段,撥號入網必須使用Modem。用戶可以是一臺計算機,也可以是一個計算機網絡。撥號入網采用SLIP/PPP協議方式入網,物理層使用RS-232C接口。

4.3 與JIDS互連

JIDS是今后廣泛使用的一種信息分發方法,預警機、殲擊機、艦船及指揮所系統將大量裝備JIDS。因此,防空情報組網系統必須考慮與它的互連,作為一種情報輸入/輸出的手段。JIDS提供G.703、RJ45兩種網絡接口,用戶可直接接入或通過網絡節點接入。JIDS與情報組網系統的互連如圖6所示。

圖6 JIDS與情報組網系統的互連Fig.6 Interlink of intelligence grid and JIDS

5 結束語

采用柵格技術的防空情報組網,打破了傳統情報處理系統的壁壘,各種戰場傳感器(包括對空雷達、電子對抗、技術偵察、預警機等)、作戰單元和指揮機構同屬于情報信息網中的柵格單元,從而實現了戰場情報多元融合,情報屬性相互印證,增強了情報的可信度。柵格網絡的扁平化結構,縮短了情報傳輸處理的層次,提高了情報處理的效率,擴大了情報融合的范圍。一體化的柵格網絡環境,統一了戰場態勢,情報的處理和分發更加快捷、可靠,可為打贏信息化條件下的戰爭提供有力的保障。

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