美國海軍通信與網絡系統發展分析

朱 榮，魏 玉，喬貝貝，夏文澤

(1. 中國人民解放軍92665部隊，湖南 張家界 427200；2. 國電四川映秀灣電廠，四川 阿壩藏族羌族自治州618853；3. 中國船舶重工集團公司第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

美國海軍把“部隊網”計劃的總體發展劃分為4個階段，分別為：第1階段（2002-2007年），實現海上的網絡連通；第2階段（2007-2009年），實現海上和陸地的連通，即改進決策能力；第3階段（2010-2014年），實現網絡的使能化，即實現基于網絡的指揮與控制；第4階段（2015-2020年）實現完全的網絡化，即保證惡劣條件下的決策能力。

目前已經完成前3階段，正在開展最后一階段的能力建設。本文以美國海軍通信與網絡系統建設情況為抓手，分析美國海軍電子信息系統能力情況及發展趨勢，主要從天基網、作戰群網、艦載網絡和陸上網四方面入手分析。

1 天基通信

1.1 窄帶衛星通信

窄帶通信衛星主要使用特高頻（UHF）頻段，主要支持需要語音或低數據率戰術移動通信的用戶，支持小型便攜終端話音與低速率數據業務。美國先后發展了艦隊衛星通信（FLTSATCOM）、特高頻后繼衛星（UHF UFO）、移動用戶目標系統（MUOS）窄帶衛星通信系統。

最新的MUOS在通信能力方面超過了特高頻后繼衛星和艦隊衛星。MUOS改變了美國海軍30多年來的特高頻窄帶戰術通信的網絡體系、通信波形和使用方式，提供網絡化戰術移動通信能力，更好地支持網絡中心戰：采用WCDMA的3G移動通信體制，單星容量大幅提升，可同時接入4 198個用戶，總通信容量40 Mbps，是特高頻后繼衛星的10倍；能夠為所有作戰環境中高機動部隊的指揮人員提供更大的窄帶通信容量；具有“動中通”能力，解決了原有衛星通信系統必須暫停下來使天線向上指向衛星通信的弊端；提高了衛星通信系統的抗干擾和抗毀能力，通過星地一體化傳輸設計，多個點波束可以避免特高頻后繼衛星采用全球波束容易遭受任何地區上行干擾的問題。

1.2 寬帶衛星通信

寬帶衛星提供大容量干線傳輸，用于戰略和戰術通信，支持雙向寬帶通信、單向信息廣播等服務。美國先后發展了國防衛星（DSCS）、寬帶全球衛星（WGS）寬帶衛星通信系統。

最新的寬帶全球通信衛星2007年開始發射，美軍將至少發射10顆寬帶全球衛星（目前已經發射9顆），將代替國防衛星通信系統，提供語音、數據、圖像通信，可覆蓋南北緯65°范圍內的19個獨立的地區。寬帶全球衛星根據不同的用戶終端、數據率和調制方式單星總通信容量可達1.2-3.6 Gbps，是第3代國防衛星通信系統的10倍。

寬帶全球衛星通信系統將大幅提高目前軍事通信的帶寬，將大幅提高國防部軍事行動能力，加強情報收集和后勤保障能力，提高遠程視頻電話和話音服務能力，改善地理空間圖像和戰場管理系統，是美軍軍事通信衛星能力實現數量級躍升的重要系統；具有可重新配置的覆蓋區，可向不同覆蓋區進行廣播和多點廣播，寬帶全球衛星天線數量，19副天線可形成19個覆蓋波束，提供覆蓋區域的形成和調整能力、全球覆蓋能力；全球廣播服務（GBS）將由全球全帶衛星提供，帶寬將翻倍，特高頻后繼衛星系統每條信道的數據傳輸速率最高可達23.5 Mbps。全球寬帶衛星每條信道的數據傳輸速率最高可達45 Mbps。在輻射控制（EMCON）或反介入/區域拒止環境中，全球衛星服務系統還能完成關鍵信息的傳輸。

1.3 受保護的衛星通信

美國海軍受保護衛星通信系統具有抗干擾性、保密性及核生存能力，通常使用極高頻頻段，能夠滿足現在戰爭對實時戰術影像、戰場態勢和目標跟蹤數據等戰術通信的需求，并且安全性高、抗干擾性好、不易截獲、不易探測。美國海軍先后發展了“軍事星”（MILSTAR）一、二、三代，第3代也被稱為先進極高頻衛星（AEHF）。

最新的AEHF已經投入使用，形成初始作戰能力。AEHF將發射6顆衛星（目前已發射3顆），系統覆蓋南北緯65°之間的廣大地區，單星通信總容量為430 Mbps（第 2代軍事星為43 Mbps），可同時支持 6 000個通信終端、4 000個通信網絡，系統具有高數據傳輸率。AEHF比上兩代“軍事星”通信性能更高，業務容量和數據率有了很大提升，用于戰術通信的數據率是8.192 Mbps，用于戰略通信數據率是19.2 kbps，遠超過上一代衛星系統（數據傳輸率增加25倍，信道數量增加2～3倍），可為戰術部隊提供高質量、實時信息，包括實時視頻、戰場地圖和目標跟蹤數據。AEHF大幅提升了衛星通信的抗干擾能力和靈活性。AEHF采用可抗核加固技術，突破了核武器造成的電磁干擾，是國家領導人與軍事指揮官在沖突區域建立傳輸敏感信息的安全通信鏈路，是唯一一個可抵抗全頻譜威脅的系統，可對抗高技術干擾機、竊聽和網絡攻擊，即使地面控制系統被摧毀，系統還能夠自主正常工作約6個月。可在特種作戰、核戰爭、打擊海盜和人道主義救援任務中，向兼容飛機、艦艇和機動部隊安全發送圖像、視頻和其他任務數據。AEHF采用星上處理，提供重建網絡的靈活性。星上處理技術把戰場上所有梯隊連接成具有太空路由的虛擬網絡，以滿足動態的指控要求，還能為需要快速、精確信息的用戶提供實時地圖、目標信息和先進的智能監視及偵查圖像，也可直接對來自用戶終端的請求做回答，并根據優先級提供點對點通信和網絡服務（見圖1）。

圖1 AEHF衛星通信系統可以在任何時候為美軍提供全球范圍的安全軍事通信服務Fig.1 AEHF communications satellite system can provide secure military communications services for the U.S.military worldwide at any time

2 數據鏈

2.1 指揮控制數據鏈

指揮控制數據鏈是傳送指揮控制命令和態勢信息的數據鏈，主要用于作戰指揮控制和武器控制系統的命令傳遞、戰情匯報和請示、勤務通信及戰術行動的指揮引導。

經過數十年的發展，用于指揮控制的數據鏈技術已經比較成熟，近年來沒有重大發展。美軍主要的指揮控制數據鏈包括Link 4（艦-空；指令）、Link 11（艦-艦，艦-岸，艦-空，空-岸；戰術數字信息）、Link 16（綜合數據鏈 4 和數據鏈 11）、Link 22，均比較成熟，能夠實現艦艇、飛機、岸基指揮所之間的視距和超視距戰術通信，通信速率在5～238 kbps。

除了數據鏈之外，美國海軍正在發展作戰部隊戰術網絡（BFTN），通過傳統的特高頻（UHF）和高頻（HF）無線電，為艦船、潛艇和飛機之間提供直接的“平臺-平臺”的高頻互聯網協議（HFIP）和子網中繼（SNR）數據傳輸能力，使海軍相關作戰人員能夠在實時戰術環境中制定和執行計劃。作戰部隊戰術網絡高頻互聯網協議工作在高頻頻段，數據傳輸速率可達9.6 kbps/19.2 kbps；子網中繼工作在特高頻頻段，其數據傳輸速率可達64 kbps。美國海軍計劃在2020財年之前對約213艘（架）艦船、潛艇和飛機部署BFTN，并實現全面作戰能力。

作戰部隊戰術網絡的主要特點包括：支持聯盟、同盟和聯合互操作能力和信息交換，提供電子郵件、網絡服務、協作、全球指揮與控制系統綜合成像和情報（GCCS-I3）、通用戰役圖（COP）和通用情報圖（CIP）、同盟/聯盟伙伴進行艦-艦和艦-岸WEB復制、電子郵件等功能；實現編隊內部視距/超視距數據傳輸，實現美軍及聯盟艦船、潛艇和飛機在打擊群中的聯通性；可作為部分衛星通信業務的備份，水面平臺利用作戰部隊戰術網絡，可共享衛星通信資源擁有發送和接受信息的能力，在SIPRNET網絡無法進行衛星通信時，作戰部隊戰術網絡可作為備份，是對抗A2/AD能力的重要保證。

2.2 情報監視偵察數據鏈

情報監視偵察數據鏈主要用于傳輸偵察圖像、視頻等寬帶信息，解決網絡中心戰中圖像、視頻等大容量偵察情報高速傳輸的難題。

美國海軍現役的情報監視偵察數據鏈主要有通用數據鏈（CDL）和戰術通用數據鏈（TCDL）等寬帶ISR數據鏈，連接指控平臺與空中平臺，主要傳輸圖像和情報信息，執行偵察任務的空中平臺可通過通用數據鏈對合成孔徑雷達、光學照相、紅外照相的圖像進行實時傳輸。NTCDL將在2019年實現初始作戰能力，將滿足航母、兩棲艦艇、飛機、小型艦艇、潛艇和岸基手持式使用裝置及移動平臺的使用要求。

部隊級別艦艇（如航母和兩棲攻擊艦）上的網絡戰術通用數據鏈系統包括網絡戰術通用數據鏈及其處理器、單位級別（如驅逐艦和巡洋艦）艦艇上裝備通用數據鏈（CDL）。NTCDL將使不同源的ISR信息跨網共享，增強海軍態勢感知能力與戰場優勢。NTCDL可同時實現對不同源的（空中，水面，水下，便攜式）情報、監視和偵查（ISR）數據的實時傳送和接收，并與各不相同的聯軍、軍種、盟軍、民用網絡交換指揮控制信息（語音，數據，圖像，全運動視頻），支持多項網絡化作戰同步開展。當前配有通用數據鏈（CDL）的平臺，以及新一代有人平臺與無人平臺將獲得超視距傳感器系統數據，并利用情報、監視和偵察聯網功能支持任務分配、收集、處理、開發和分發。

圖2 數據鏈 Link11, Link16 和 Link22Fig.2 Data Link11, Link16 and Link22

2.3 武器協同數據鏈

武器協同數據鏈的主要作用是突破單一武器平臺和傳感器資源的局限性，充分利用作戰區域內的各種傳感器及武器資源，在作戰武器平臺間建立實時、高效的數據交換網絡以及分布式、實時協同處理機制，實現對戰術目標快速、準確的跟蹤定位和精確打擊控制。

美國海軍目前使用Link 16數據鏈作為武器協同數據鏈，用于連接海軍的艦艇、艦載機等裝備。而正在發展的TTNT數據鏈，將在2020年左右形成作戰能力。

TTNT數據鏈是解決“從傳感器到射手”的數據鏈問題的一種傳輸量大、反應時間短的解決方案，也可以使美軍能夠迅速瞄準移動目標及時間敏感目標，實現快速的目標瞄準與再瞄準，使網絡中心傳感器技術能夠在多種高機動平臺間建立信息聯系，不但適用于高達8 Ma的戰斗機，也適用于指控平臺和情報偵察平臺；TTNT數據鏈基于自組織的Ad-Hoc網絡，能夠組建在跨平臺、跨域戰術網絡，網絡組織結構靈活，支持實時重構和靈活配置，支持動態網絡容量分配，可很好地滿足動態應用環境需求；TTNT數據鏈數據傳輸速率高、延時小、支持的用戶量多。數據鏈吞吐量比 Link 16提高 20倍，信息傳輸速率快 50倍（TTNT每秒可傳輸8幅圖像，Link 16傳輸1幅靜態圖像需要20～40 s），TTNT可支持200個成員，比Link 16的成員數量高出一個數量級。

3 艦載網絡

3.1 海上統一網絡系統

海上統一網絡系統（CANES）是海軍唯一一個替代原有網絡的計劃，為當前和未來的任務派遣、信息收集、處理、利用與傳播的迭代計算和存儲能力提供基礎設施、系統和服務。CANES目前正在部署過程中，將在2023財年實現全面作戰能力。

CANES融合的主要艦載網絡系統有綜合艦載網絡系統（ISNS）、潛艇局域網（SUBLAN）、海上聯合軍種地區信息交換系統（CENTRIXS-M）、絕密信息局域網（SCI LAN）以及視頻信息交換系統（VIXS）和艦載視頻分配系統（SVDS）。

圖3 CANES 融合了多個艦載網絡系統Fig.3 CANES integrates multiple shipborne network systems

CANES減少機柜數量，降低安裝成本。CANES通過通用計算環境有效地將艦載網絡硬件整合到通用網絡核心中，以取代相似的硬件獨立的操作。CANES將通過高機密專藏專管信息系統為海軍各種水面艦艇、潛艇、海上作戰中心和飛機的所有基礎網絡服務提供完整的基礎設施——硬件、軟件、處理、存儲和終端用戶設備。另外，約有36種支持指揮和控制、情報、監視和偵察、信息戰、后勤和業務領域的應用程序和系統需要CANES基礎設施，以在戰術層面運行。

CANES有效解決航母C4I網絡跨界安全、資源有效管理等問題。當前，美國航母上C4I網絡包含多種特殊的網絡和軟硬件，其中惠普、戴爾、康柏、阿爾卡特、松下等300多種硬件平臺及Windows、Linux、Solaris等操作系統上運行了642種應用軟件型號。這將產生大量的跨界安全問題。另外，還造成了服務器和存儲資源沒有充分使用。CANES部署以后，所有的操作系統和通用軟件都運行在統一的虛擬設備上，并分成各種密級（機密、秘密、內部）進行信息處理、存儲與傳輸，可有效解決航母C4I網絡的跨界安全問題，有利于系統資源的有效管理。

圖4 CANES簡化了海軍艦船上的信息技術基礎設施Fig.4 CANES simplifies information technology infrastructure on naval ships

3.2 自動數字網絡系統

面對海上繁雜的通信資源與手段，多種異構通信網絡，美國海軍自動化數字網絡系統（ADNS）通過射頻頻譜連接艦上內部網絡和外部網絡，靠港時則連接陸上線纜，對海上各種通信網絡資源進行綜合管理、協調使用、信息格式轉換，使得海上無線通信資源配置更為靈活、信息聯通更為流暢。通過ADNS，海軍實現與國防信息系統網絡（DISN）的互聯，完成各類非保密、機密、絕密的工作以及各類聯軍、盟軍服務。實質上，ADNS相當于聯軍、盟軍戰術裝備的網關，可確保全球信息柵格（GIG）的連通性。海軍計劃在2020財年實現最新的第3代ADNS的全面作戰能力，并與CANES的部署相配合。

ADNS海上無線通信綜合管理不斷進步。美國海軍海上無線通信管理系統通過增量式發展在促進通信IP化、大帶寬、高流量方面不斷取得進步，目前，ADNS已經成為美國海軍實現可靠、安全、自適應的海上通信網絡中心能力的關鍵。

ADNS實現海上無線通信動態分配帶寬。ADNS能夠自動發現海上空閑無線通信帶寬并充分利用起來，實現通信流量的最大化。由于去除了人為操作，實現動態帶寬分配，使得在不增加發射機數量的前提下通信流量增長至少10倍以上。系統能夠在任意2個路由器之間傳輸各類IP數據報，包括文本、圖形、語音或視頻應用，無需另外開發新型昂貴的煙囪式系統用于支持新應用。

4 陸上網絡

美國海軍原使用海軍/海軍陸戰隊內網（NMCI）作為本土基礎網絡，使用境外美國海軍企業網（ONENET）作為境外基礎網絡，目前二者均已經過渡到下一代企業網（NGEN）。

海軍/海軍陸戰隊內網整合了海軍本土岸基網絡。1998年，美國海軍部開始建立起海軍/海軍陸戰隊內網（NMCI），它將計劃、協調和整合海軍信息基礎設施，以取代當時在役的多種各自為陣的海軍岸基網絡。該網絡一直使用到2014年，美國國防部通過NMCI為整個軍種提供信息服務，并在美國本土內為“部隊網”提供岸上網絡基礎設施。

境外美國海軍企業網充當美國海軍境外一體化基礎網絡。2010年之前，美國大陸外的海軍站點使用境外美國海軍企業網（ONE-NET）作為通用和安全的信息技術基礎架構。ONE-NET基于美國海軍和海軍陸戰隊內聯網（NMCI）架構，綜合了新的網絡基礎設施。提供標準化的硬件和軟件服務、綜合平臺服務、境外的電子郵件服務、信息安全服務、秘密因特網協議路由器網（SIPRNET）服務、遠程訪問服務等。ONENET支持超過數萬個前沿部署用戶和2 500個海軍站點。

圖5 美國全集成海軍網絡環境主要包括：海上統一網絡系統（CANES）、下一代企業網（NGEN）、美國海軍企業網（ONE-NET）、海軍陸戰隊企業網（MCEN）Fig.5 The U.S. naval network environment contain: CANES,NGEN, ONE-NET, MCEN

5 結 語

美國海軍網絡正由多個網絡環境組成的復雜網絡向一個統一的完全集成的海軍網絡環境發展。2010年之后，NMCI和ONE-NET先后過渡下一代企業網（NGEN），進入了全集成海軍網絡環境（NNE）的第1階段。NGEN為海軍提安全可靠的語音、視頻與數據網絡環境，提供在世界任何位置獲得數據、服務與應用的能力，能夠滿足作戰艦隊的需求，還能夠使指揮控制與CANES協同。隨著技術的發展和更新，分散的網絡會進一步融合，服務也將共享，最終形成一個完全集成的海軍網絡環境（NNE）。