SDH光纖環網在艦船通信系統改造中的應用＊

曾 耀

（中國艦船研究設計中心 武漢 430064）

1 引言

通信是現代軍事指揮的基本要素，是軍隊指揮系統的神經。特別是對于在海上遂行作戰任務的艦船來說，通信聯絡顯得尤為重要。現代戰爭對于通信快速、抗干擾、可靠、準確和保密的要求，使得艦船通信必須采用一切可能的技術手段來滿足信息傳輸的要求。近年來國內外大型水面艦船通信系統開始采用雙冗余SDH光纖環網，通過網絡單元分布式連接各信道設備、終端設備及用戶設備等實現用戶間信息的交換傳輸。

對于部分已經服役若干年的現役艦船，為提高艦船通信能力和信息共享水平，在艦船總體資源允許的基礎上結合通信系統改造機會，將基于集中接入和控制體系結構的中控系統改造成基于雙冗余SDH光纖環網的綜合控制寬帶傳輸系統，實現了艦船平臺上多部位的各類通信終端分布接入和集中控制，不僅使得平臺傳感器信息可以共享，而且編隊內不同艦船平臺間的各種態勢及目標信息可以共享，本艦、編隊、海區內戰況等各種狀態及信息可以通過多種通信手段暢通的上傳下達，實現綜合控制和處理，實現了編隊內各平臺及編隊間不同平臺之間信息高效、迅速、準確、可靠的傳輸。

2 SDH光纖環網在艦船上的應用

2.1 光纖在艦船上的應用

作為海軍在艦艇大規模使用光纖技術的開始，美國海軍海洋司令部早在1981年開始研制AEGIS艦載光纖通信系統，其目的是在CC－47AEGIS巡洋艦上建立光纖通信系統，該系統包括三個部分，即艙室間光纖業務系統、綜合話音通信系統數據總線以及光纖損傷控制管理系統。為了解決艦艇通信存在嚴重電磁干擾、射頻干擾和電磁泄漏問題，使艦艇通信系統適合未來戰爭的需求，美國海軍曾提出了一個“艦載高級光纖敷設網絡（SAFENET）”計劃，擬上世紀90年代在全部航空母艦、巡洋艦、驅逐艦和潛艇上普遍采用標準的SAFENET光纖通信網。

光纖傳輸相對普通導線傳輸而言具有傳輸頻帶寬、通信容量大、誤碼率低、抗電磁干擾能力和抗輻射能力強、重量輕、尺寸小以及可以較好地支持系統升級擴充改造要求等顯著優點，在艦艇通信系統中使用具有較多的優勢并得到廣泛應用，成為艦船大容量信息傳輸線路的首選。艦船設備間的連接電纜重量一般達到設備重量的10%～20%，部分設備間的連接電纜重量甚至達到設備重量的100%～150%；艦船設計中盡可能用光纖替代原有電纜，能一定程度上減少上艦線纜重量，有利于改善艦船的重量重心和穩性等重要指標。

2.2 SDH在艦船上的應用

進入20世紀90年代，傳輸網正面臨著從點到點通信的準同步數字傳輸體制，向以光纖為主要傳輸媒質的同步數字傳輸網（SONET／SDH）體制的轉變。同步光通信網是一種成熟的高速率、高可靠自愈光纖雙環拓撲、具有實時性和優先處理能力的先進通信網絡。目前，新一代艦載C3I系統已廣泛采用了SDH光通信網絡。例如：洛杉磯攻擊型核潛艇、杜魯門號航母、里根號航母、尼米茲號航母等。

圖1 SDH傳輸平臺示意圖

艦船上采用以SDH傳輸體制為平臺，以光纜作為傳輸介質，這種新一代的理想傳輸體制和傳輸介質的結合，極大的提高了艦船的綜合指標。這種應用可以透明傳輸艦船的各種通信信號，具有寬帶化、分布化、數字化、模塊化、綜合化的特點，能有效避免功能重疊現象，提高通信系統的可靠性。通過SDH平臺，艦船上的通信系統可以實現各種用戶設備、終端設備和信道設備的接入、控制、交換、傳輸和管理。這些用戶設備包括SDH網管、通信監控臺、通信服務器、用戶單元、文電終端、外線服務臺、勤務電話、廣播系統、分組聲力電話等。同時艦上視頻監視網和指控網也能接入通信系統，如圖1所示。系統中傳輸的信息包括話音、音頻、數據及視頻，因而該傳輸系統是已具有接入、控制、交換、傳輸和管理等功能的綜合業務平臺。

3 基于SDH光纖環網的綜合控制寬帶傳輸系統

綜合控制寬帶傳輸系統是連接通信系統內部和外部各種信道設備及終端設備，完成設備分散配置接入，在相關設備間提供各種通信及控制信息的交換、傳輸功能，實現系統運行狀態的集中監視和控制管理的平臺。它改變了通信系統中內部通信與外部通信分離的格局，避免設備功能重疊的現象，使艦船通信系統成為內外通綜合一體的完整系統。

綜合控制寬帶傳輸系統一般由艦艇光纖寬帶傳輸交換系統、SDH網管設備、通信監控臺和通信服務器、無線接入設備等設備組成（見圖2）。基于艦艇光纖寬帶傳輸交換系統構建了艦內綜合信息傳輸網，作為艦內通信系統信息骨干傳輸網絡。SDH網管設備、通信監控臺、通信服務器和無線接入設備則為通信系統綜合管理控制部分。

圖2 綜合控制寬帶傳輸系統框圖

3.1 艦艇光纖寬帶傳輸交換系統

艦艇光纖寬帶傳輸交換系統采用SDH（同步數字體制）以及雙環狀網絡拓撲結構，采用通道保護、自愈環結構等保護措施，其可靠性和抗毀性較好，并能根據艦船情況，將網元（NE）靈活的配置到艦船的各個部分，利于通信系統或其他系統各種信息的接入。艦艇光纖寬帶傳輸交換系統作為艦船上骨干傳輸交換網絡，具有網絡傳輸容量大，擴容方便的特點，并能較好地支持艦船通信系統改造和功能擴展。

3.2 SDH網管設備

SDH網管設備（NMS）實現對全部網絡單元（NE）的性能管理、配置管理、安全管理和故障管理，并負責將內部通信的通信計劃下載到網元（NE）。SDH網管設備提供以太網接口，接入通信綜合管理網絡，為通信綜合管理提供所需的相關信息和控制信號。SDH網管設備采用主／備機方式運行，以確保整個通信系統的穩定可靠運行。

3.3 通信監控臺和通信服務器

通信監控臺和通信服務器為用戶提供操作使用系統的友好人機界面，負責本艦通信系統的管理。通信監控臺和通信服務器為主、備配置，可互相替代。為提高系統可靠性，通信監控臺和通信服務器布置在艦上不同部位。用戶根據通信文件，可在通信監控臺或通信服務器上運行相應軟件，完成通信計劃的編制，生成并貯存本艦的一套或數套通信計劃。系統管理員可選擇其中一套通信計劃下載作為當前通信計劃運行。

3.4 無線接入設備

艦艇光纖寬帶傳輸交換系統通過無線接入設備與信道設備和終端設備連接，實現信道設備和終端設備接入艦內綜合信息傳輸網。信道、終端設備通過無線接入設備的E1／E3接口和艦艇光纖寬帶傳輸交換系統網元（NE）的U接口進出SDH光纖傳輸平臺，無線接入設備與艦艇光纖寬帶傳輸交換系統相互配合，共同實現信道、終端設備音頻、控制信號的交換傳輸。

4 艦船通信系統改造

4.1 艦船通信系統現狀

在艦船通信系統未采用基于SDH體制的光纖環網之前，艦船通信設備通常劃分為內部通信設備和外部（無線電）通信設備。通信系統內外通分離，各類通信終端設備處于離散狀態，無集中監控和統一管理的手段，只是單機單控。單機單控的體系結構下，通信業務功能基本無法擴充，新通信技術和新通信手段無法加入系統，對外通信保障能力弱，缺乏多數與三軍互聯互通的手段。上世紀90年代，通過引進國外技術和研仿國外設備，通信系統增加無線電控制分配系統，即中控系統。采用了系統綜合原理，打破了原單機單控局面，實現了集中接入、控制、測試與顯示，將當時的國內外通信設備進行了最大可能的綜合化集成，但通信系統功能擴充受限，設備集中接入和控制的體系結構，也使系統的中控部位成為全系統的可靠性瓶頸。

本世紀以來，國內外大型水面艦船通信系統普遍采用綜合控制寬帶傳輸系統取代了無線電控制分配系統，綜合控制寬帶傳輸系統采用了當時推出不久的基于SDH光纖傳輸平臺，用雙環狀網絡拓撲結構的光纖環網作為艦上通信骨干交換傳輸網絡，可靈活配置網絡單元，方便通信系統及其它系統的接入。對于通信設備，綜合控制寬帶傳輸系統通過外掛通信控制總線方式實現信道設備、終端設備的控制接入，信道設備、終端設備的音頻信息通過ISDN標準接口（2B＋D）進出SDH光纖傳輸平臺。內部通信設備通過接入光纖輸出平臺，由通信控制管理站統一進行管理。

4.2 艦船通信系統改造的必要性

艦船通信系統改造反映了海軍艦船發展的客觀規律。一般的作戰艦船，在其航行性能良好的20～30年的服役期內，其作戰武器系統可能發展2～4代，電子設備可能發展4～6代。艦船裝備技術發展這一特點決定了利用高新技術改造現有裝備的必然性。結合國情和軍情，經濟不夠發達、軍費開支有限，用較少的投入辦更多的事情，采用成熟的現有技術改造現役艦船通信系統，具有技術風險小、改造周期短等優點，可以大大提高我海軍現役艦船的綜合作戰效能。

以某船通信系統為例，由于系統研制及裝備年代的關系未配備近年來的一些新型通信設備，數據通信能力較弱，缺乏多數與三軍互連互通的手段，與現有的使命任務要求不相適應。該船通信系統受中控系統技術體制及容量限制，不能滿足更多信道和終端設備的加裝和接入，系統功能擴充受限。該船結合較大規模的現代化改造工程，將該船中控系統改造為基于SDH光纖環網的綜合控制寬帶傳輸系統后，可滿足近年來裝備于各型艦船和岸基通信臺站的新型通信設備的加裝需求，現役艦船通信系統改造是提高現役艦船通信保障能力和綜合作戰能力的必然之路。

4.3 艦船通信系統改造的前景展望

目前國內外海軍水面艦船通信系統普遍配置有基于雙冗余光纖環網技術的綜合控制寬帶傳輸系統，采用此種體系結構的通信系統可靠性高，開放性好，可擴充性強，同時還兼顧了海軍艦船通信系統發展的統一規劃，適應技術進步和軍事需求的發展變化。進入21世紀，在快速發展的通信技術推動和新的作戰思想、作戰模式需求牽引下，新型通信設備研制生產及裝備呈逐年加速之勢。為提供新的通信能力，滿足新的使用要求，各型艦船通信系統改造需求隨之增加。特別是由于作戰使命任務的變化，迫使通信系統需要覆蓋的通信對象廣泛，擔負的通信任務繁雜。為適應作戰要求的變化，對通信系統的要求變化相對更為頻繁。

表1 中控體制與SDH光纖環網體制的比較

參照國內外艦船裝備使用的規律，水面艦船平臺的設計壽命一般為20～30年，而艦載電子設備的有效壽命為7～10年。中控體制與SDH光纖環網體制的優缺點比較見表1。在艦船總體資源允許的基礎上，充分借鑒海軍新研艦船采用光纖環網技術的成功經驗，將現役艦船通信系統中控體制下的無線電分配系統改造成基于SDH光纖環網的綜合控制寬帶傳輸系統，改造后可滿足更多信道和終端設備的加裝和接入，較易完成系統功能擴充，形成了多種新的通信手段和通信能力。

5 結語

選用成熟的通信技術對進行現役艦船通信系統的改造，提高系統接入和擴展能力，使其具備與海軍當前通信體系相適應的通信手段和通信能力，在設計和工程上是合理可行，技術風險是可控的。充分利用現役艦船平臺，特別是90年代以后服役的優良艦船平臺，積極采用SDH光纖環網對現役艦船通信系統進行改造，是提高海軍現役艦船通信保障能力和信息化共享水平的重要途徑。

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