航天試驗信息網絡戰時生存能力研究

黃雅琳 王宇

摘要：航天試驗信息網絡主要面向常規航天科研試驗任務，戰時生存能力相對有限，不能適應未來戰爭環境。分析了未來戰爭的發展趨勢，提出航天試驗信息網絡面對的戰場威脅模型，對航天試驗信息網絡現狀及戰時生存能力綜合分析的基礎上，綜合運用傳輸技術、交換技術、網絡管理技術和安全保密技術，提出了滿足戰場環境需求的航天試驗信息網絡體系架構。

關鍵詞：航天試驗信息網絡；戰時生存能力；機動性；抗毀性；抗干擾

中圖分類號：TP7文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2019）10-62-4

0引言

當前國際形勢風起云涌，對空間資源的占領和爭奪成為現代戰爭的焦點之一，航天裝備在未來軍事領域中將發揮舉足輕重的作用。目前，我國長期在軌運行的航天器數目已逾百顆，空間資產超千億。航天試驗信息網絡作為各類航天試驗任務的綜合承載平臺，是確保各子系統互連、互通、互操作，并充分發揮其綜合效能的重要保證。面對復雜的國際局勢，航天試驗信息網絡如何在戰時環境下抵御軍事打擊，切實提高戰時生存能力，最大限度保障極端情況下的信息傳輸支持能力，是現階段亟待研究的一個問題。

1戰場環境及威脅

1.1未來戰場環境的發展趨勢

自20世紀90年代以來，世界軍事領域興起了以信息化為核心的“新軍事變革”，這一變革大大加快了轉向信息化戰場的進程，未來戰場環境的發展趨勢可歸納為以下幾點。

①戰場信息網絡化、智能化、自動化、實時化，未來信息化戰爭將是信息、網絡和火力的戰爭。網絡環境是信息化作戰指揮極為重要的因素，對網絡環境目標進行精確偵察、定位、控制并實施打擊，將成為未來信息化戰爭的突出特征。

②戰場空間全球化、多維一體化，并向太空和網絡空間擴展。隨著各種空間攻防武器的部署，空間對抗將越來越激烈，對空間目標進行全程、全域、全時空的精確打擊是未來戰爭的另一個突出特征。

③作戰武器裝備信息化、精確化、隱身化、智能化，通過“武器智能化”、“戰場網絡化”和“指揮自動化”，實現超視距作戰、遠程精確打擊和作戰過程全程監控，取得更大的戰場優勢，從而精確打擊空中、空間和地面目標。

1.2威脅模型

航天試驗信息網絡由指控中心、測控中心及各測控站等信息單元組成，各信息單元之間經有線和無線通信鏈路連接為一個有機整體，完成航天試驗各類信息獲取、傳輸和處理。在信息化戰場環境下，航天試驗信息網絡可被敵方攻擊目標的環節包括線路、節點及各類傳感器（信息獲取設備），敵方可采用的攻擊手段主要有以下幾個。

①線路：利用硬損傷手段切斷有線鏈路、搭接線路實施信息截獲及干擾注入、利用電磁干擾手段干擾無線通信鏈路，并進行信息截獲、病毒注入以及網絡攻擊。

②節點：對系統各組成部分的連接點（有形設備）實施電磁或火力打擊，破壞軟件系統和數據庫文件，直至系統摧毀或崩潰。

③傳感器：對各類信息獲取設備實施電磁或火力打擊，直至破壞、摧毀地面和空間信息獲取能力。

航天試驗信息網絡所面對的戰場威脅模型，如圖1所示。

2現狀及其戰時生存能力分析

2.1航天試驗信息網絡現狀

目前，航天試驗信息網絡采用“傳送層+業務承載層+業務系統”及相應的“運行管理系統+安全保密系統”組成。其中，傳送層提供信息底層傳輸手段，主要利用光傳輸電路和衛星通信網，光傳輸電路主要依托長途干線光纜。衛星通信網采用頻分多址和載波預分配技術體制，網絡結構以星形為主。業務承載層統一采用TCP/IP技術體制，利用IP網實現各類業務接入和綜合傳輸。承載網底層采用預設置靜態路由完成廣域網數據轉發。業務層提供試驗任務指揮調度、任務數據及任務圖像等各類業務應用。通信安全保密采用網絡加密、防火墻及入侵檢測等手段，實現各類節點和傳輸網的安全防護。通信網絡管理利用SNMP協議，完成通信系統的運行狀態監視、設備遠程監控等功能。

2.2現有網絡戰時生存能力分析

航天試驗信息網絡的生存能力主要從機動性、抗毀性、抗干擾、反偵察以及通信保密5個方面進行分析。

（1）機動性

航天試驗信息網絡的通信手段一般為固定設置，而信息化作戰背景下，機動通信的內涵及范圍已由傳統的車載非動中通通信擴展到遠距離、高機動性情況下也可保持通信的不間斷。因此，試驗信息網絡的現有通信能力距離戰場環境下的快速機動、動中通信的要求還有差距，需要加強。

（2）抗毀性

航天試驗信息網絡基本無隱蔽設施且一般在城鎮或鄉村人員密集區域集中設置。由于手段單一、目標易暴露，現有網絡在戰場環境下，對抗軍事打擊的能力不足。雖然部分節點對外通信具備冗余，但由于采用預設置靜態路由策略，導致在部分節點或電路失效時網絡頑存自愈能力不足。

（3）抗干擾

戰場環境下，信息傳輸很大程度依賴無線通信，無線通信在惡劣電磁環境中的生存能力決定著信息系統在戰時的生存能力。目前，航天試驗信息網絡遠距離通信手段主要采用國防光纜干線網和衛星通信網，現有傳輸技術均未考慮戰場環境下抗干擾通信的要求，技術體制也未采用軍事抗干擾通信技術，不具備抗干擾通信能力。

（4）反偵察

反偵察技術的關鍵在于基帶信號抗破譯和射頻信號抗截獲。目前，航天試驗信息網絡的基帶信號采用了信息加密手段，但是射頻信號的抗截獲技術尚未加以應用，成為反偵察能力的一道短板。網絡協議采用國際標準，信息一旦遭遇截獲，破譯風險較大。

（5）通信保密

航天試驗信息網絡目前已在局域網出口處部署了密碼設備，負責對需要遠距離傳輸的信息進行加密，密碼設備的密鑰是動態分發，基本滿足信息保密需求，但病毒防范和入侵防范能力不足。

面對日益嚴峻的國內外形勢，現有航天試驗信息網絡在極端情況下的戰場生存能力較為薄弱，固定通信設施目標明顯，機動通信能力薄弱，戰時易遭受敵方攻擊；衛星通信等無線通信手段中技術體制未采取有效抗干擾、反偵察等電子防御手段，通信信號易被干擾和截獲；承載層網絡協議采用國際標準協議，傳輸隱蔽性不夠，反偵察能力較弱；網絡路由多為靜態設置，自愈能力和資源動態調配能力不足。因此，通信系統在極端條件下的生存能力薄弱，需進行一體化設計，構建面向戰時的航天試驗信息網絡，提高航天科研試驗系統在多重威脅條件下的生存能力。

3航天試驗信息網絡體系架構設計

3.1信息網絡生存能力提升要素

信息網絡生存能力整體提升的重要前提是信息節點無單點故障。因此，通過利用隱形化、分散化和小型化的通信設施提高系統抗毀頑存能力，利用地下、山區等各類掩體，結合小型通信設施和分布式網絡結構，保證網絡的抗毀性。對于中心級信息節點，采用異地綜合備份、設置地下陣地等方式提升抗毀性；對于分布在各地的小型信息節點，采用機動載體等方式提升抗毀頑存能力。在此基礎上，從信息系統體系架構角度進行一體化設計，進一步提升網絡的生存效能。

3.1.1傳送層

航天試驗信息網絡覆蓋范圍大、組網類型多，需要根據不同的應用場景綜合部署光纖通信、衛星通信、微波散射通信、短波通信及流星余跡通信等多種傳輸手段，不同傳輸手段相互備份，以增強體系的生存能力。

（1）光纖通信

光纖通信傳輸損耗低、抗干擾性能好，可作為航天試驗信息網絡的主要傳輸手段之一。光纖通信的主要問題是線路易受人為破壞、機動靈活性較差、傳輸節點和環節多以及可控性不夠。在現有基礎上，一方面需通過地埋光纜方式與地下陣地相配合，增加隱蔽性；另一方面，需多層級、多地域構建光纖自愈環網，增加抗毀性。

（2）衛星通信

衛星通信作為航天試驗信息網絡的另一主要傳輸手段，在各級節點之間建立直達路由，與光纖通信相互備份和補充，增強傳輸可靠性。

衛星通信的最大問題是易被偵測和干擾。為此，充分采用軍用衛星通信技術體制滿足戰時通信要求，利用FH/DS-TDMA技術用于機動情況下的中高速數據抗干擾通信，利用窄帶CDMA技術進一步實現關鍵數據的隱蔽抗干擾通信。在分散布設的機動點位裝載Ku/Ka頻段動中通、抗干擾衛星通信系統，采用相控陣天線技術，實現隱蔽抗干擾通信以及系統小型化、快速機動。

（3）微波散射通信

微波散射通信技術受地理地形等環境條件制約小、傳輸距離遠以及抗毀抗擾能力強，在美、俄等國一直受到軍事通信重視。在航天信息網絡中，將其補充為備份傳輸手段，實現超視距通信或者接入國防通信干線進行通信，可以大幅提高系統的可靠性和通信能力。

（4）短波通信

短波通信成本低廉、機動靈活及抗毀性強，雖然通信容量受限，但航天試驗信息網絡可將短波通信網作為獨立網系，保障極端條件下最低限度應急通信。總部、基地各節點通過短波通信互聯組成短波主站網，測站為短波通信網用戶節點，根據需要接入短波主站網主站節點。

3.1.2承載層

現階段，承載網絡急需提升網絡資源實時感知、網絡快速自愈和快速收斂三方面的能力：①盡可能采用自主知識產權網絡協議實現承載層組網；②網絡控制信息適時調整為帶外方式，建立獨立、可靠的網絡控制信息傳輸信道；③在保持目前承載層雙平面、多路由組網設計的基礎上，優化網絡拓撲結構、調整路由策略，由靜態路由向動態路由轉變，由預先設置向面向服務的動態設置模式轉變。

3.1.3網絡管理

沿用目前航天試驗信息網絡所采用的集中控制的分級分布式管理體制，完成系統規劃、資源分配及網絡的控制與管理。設置總部一級網管中心、基地二級網管中心和測站三級網管模塊，實現對航天試驗信息網絡的三級管理。根據需要，網管系統可扁平化為一級網管中心和三級網管模塊的兩級管理架構。

3.1.4安全與保密

采用覆蓋應用、承載及傳輸等多層面綜合立體的安全防護體系增強信息網絡安全的保密性能。對于IP業務和網絡的安全，繼續采用信息過濾技術建立訪問規則，拒絕非法數據訪問；使用入侵檢測系統檢測入侵攻擊；采用VPN技術建立安全隧道進行可信通信。網內計算機系統采用自主可控操作系統，建立安全管理機制、身份認證機制、訪問控制機制及覆蓋信息傳輸、網絡和主機的安全防護體系。

3.2架構設計

3.2.1網絡體系架構設計

根據上述分析，在確保信息節點和通信設施隱形化、分散化和小型化部署的基礎上，通過在信息網絡的傳輸、承載、運維管理及安全保密等多層分別部署不同技術手段，可達到增強航天試驗信息網絡戰時生存能力的總體目標，面向戰時航天試驗信息網絡的體系架構如圖2所示。

3.2.2新型網絡體系架構的優勢

①隱蔽性和機動性增強：對于總部和中心節點采用異地綜合備份及設置地下陣地等方式提升隱蔽性，增強抗毀能力，對于分散的小型節點采用機動方式，裝載抗干擾和隱蔽通信手段提升抗毀頑存能力。

②高可用性：利用光纖通信、抗干擾和隱蔽衛星通信、微波散射通信及短波通信等多種傳輸層技術，具備有線和無線傳輸方式相結合、高速和保底手段按需切換的傳輸能力，實現不間斷通信。

③快速重構和按需重組能力增強：通過采用自主產權網絡協議實現信息綜合承載和交換，通過采用雙平面組網、多路由融合及動態路由組網等方式，提高路由和網絡自愈能力。

④平時、戰時一體化組網：兼顧航天試驗信息系統平時大容量和高速率的傳輸要求以及戰時抗干擾、機動性和隱蔽化傳輸要求，實現平時和戰時相結合的一體化組網模式。

⑤網管系統抗毀頑存性增強：采用集中控制下的分級分布式管理體制，利用帶外傳輸模式增強網管信息流程設計的完備性，提高網管系統的抗毀頑存能力。

⑥抗截獲、防破譯和防入侵能力提高：采用信息加密、信息過濾、網絡隔離、主機可信及身份鑒權等多種技術，實現網絡安全防護有手段、用戶身份有認證、用戶行為有審計和輸入輸出有管控的網絡安全保密系統。

4結束語

現代戰爭對軍事衛星的依賴程度，決定了在未來戰爭中航天試驗信息網絡必然成為敵方攻擊的重要目標。因此，構建滿足戰場環境要求的航天試驗信息網絡，切實保障戰場環境下信息實時、有效的傳輸是迫切和有必要的。文章提出的在航天試驗信息網絡體系中，通過采用多種傳輸技術相互備份、多路由組網及物理隱蔽等技術保障其抗毀性；通過小型化和機動設備提高機動性；通過擴、跳頻抗干擾技術增強抗干擾性和抗截獲性；通過信息加密、信息過濾、主機可信及身份鑒權等多種措施保障其通信保密性；整體提高了通信系統的戰場環境下的生存能力，對于后續航天試驗信息網絡的發展具有一定的借鑒意義。

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