外軍JRE發(fā)展情況淺析

崔宗星，范義龍，李富強

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安710068）

0 引言

在現(xiàn)代戰(zhàn)場復雜電磁環(huán)境中，數(shù)據(jù)鏈是實現(xiàn)后方指揮控制單元、前方作戰(zhàn)單元與分散在各處的偵察單元間戰(zhàn)術信息安全高效傳輸?shù)男畔⑾到y(tǒng)。數(shù)據(jù)鏈連接了作戰(zhàn)系統(tǒng)的聽視覺與骨骼肌肉，支撐偵、控、打、評殺傷鏈的閉環(huán)。在以美軍為代表的外軍數(shù)據(jù)鏈發(fā)展與應用歷程中，因使用環(huán)境與作戰(zhàn)需求的不同，不同軍種研制了不同技術體制、消息標準及形態(tài)功能各異的數(shù)據(jù)鏈裝備，使得數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展出現(xiàn)了諸多分支。隨著戰(zhàn)場全球化進程加快，廣域跨軍種聯(lián)合作戰(zhàn)的需求愈發(fā)強烈，各軍種不同數(shù)據(jù)鏈類型平臺間態(tài)勢、指令、情報信息端到端超視距互通的問題亟需解決。

1 JRE發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 JRE的概念

聯(lián)合范圍擴展JRE（Joint-Range Extension）是指對視距數(shù)據(jù)鏈的作用范圍進行擴展，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈消息超視距傳輸?shù)囊环N技術體制。JRE的概念既不與特定設備綁定，也不與特定作戰(zhàn)平臺綁定。美國防部通過建立JRE的標準，即聯(lián)合范圍擴展應用層協(xié)議JREAP，來指導相關系統(tǒng)、設備、軟件的研制與集成工作。從網(wǎng)絡角度看，JRE實現(xiàn)了孤立數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡間通過衛(wèi)星鏈路或地面網(wǎng)、第三代軍用保密電話等信道媒介的信息鉸鏈，在每一個數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡中，都存在承擔網(wǎng)關責任的特殊平臺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈消息與JREAP封裝消息間的格式轉(zhuǎn)換與處理；從平臺角度看，JRE實現(xiàn)了面向用戶的任務界面與面向鏈路的信道終端間的集成鉸鏈。

1.2 JRE的由來與發(fā)展

上世紀90年代初，為解決戰(zhàn)術數(shù)據(jù)信息鏈J（TADIL J，北約稱Link 16）向超視距作戰(zhàn)單位發(fā)送目標航跡等信息時，總是需要空基平臺使用大量網(wǎng)絡中繼時隙進行消息轉(zhuǎn)發(fā)，引起整個聯(lián)合數(shù)據(jù)網(wǎng)絡時隙資源與網(wǎng)絡容量緊張的問題［1］，美國戰(zhàn)區(qū)導彈防御局考慮采用衛(wèi)星中繼的方式來解決這一問題，美國防部于1994年通過了TADIL-J范圍擴展計劃及其演示驗證試驗，這一計劃是JRE的雛形，有效解決了戰(zhàn)區(qū)導彈防御局的超視距態(tài)勢共享需求。經(jīng)過近三十年發(fā)展，JRE已成為主要的數(shù)據(jù)鏈范圍擴展與集成應用手段之一，并形成了成熟的標準與裝備體系。

1.3 JRE的應用與裝備

JRE起初作用于多個孤立的Link 16數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡間，通過衛(wèi)星鏈路或地面有線網(wǎng)絡，建立超視距的戰(zhàn)術信息共享網(wǎng)絡。通過采用JREAP及多鏈集成技術，可使那些原本難以互通的數(shù)據(jù)鏈裝備實現(xiàn)部分乃至全部消息的互通。JREAP訂立之初，美國空軍戰(zhàn)機就已采用JREAP-A（代指JREAP附錄A，即傳輸幀頭與應用幀頭采用JREAP全棧協(xié)議組建了半雙工令牌環(huán)網(wǎng)絡），依托機載UHF頻段DAMA（按需分配多址接入）信道設備，與UFO、Milstar系列衛(wèi)星實現(xiàn)遠程超視距態(tài)勢與指令信息的傳輸；2005年，美國太平洋司令部（現(xiàn)印太司令部）站點也安裝了JRE系統(tǒng)及UHF衛(wèi)星信道設備；2008年，美國海軍在測試兩棲登陸艦Tarawa的戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈功能時，驗證了系統(tǒng)JREAP-C（代指JREAP附錄C，即傳輸層采用TCP／UDP協(xié)議，應用層采用JREAP應用協(xié)議）傳輸能力，該能力基于艦上指控系統(tǒng)與通用鏈路管理系統(tǒng)CDLMS實現(xiàn)，且能夠?qū)崿F(xiàn)與宙斯盾彈道導彈防御系統(tǒng)的關鍵信息互操作；2014年，美國空軍E-8C聯(lián)合星預警機通過加裝JREAP-C設備，實現(xiàn)了基于衛(wèi)星信道的Link16范圍擴展……

近年來JRE相關設備已在外軍多國部隊大量列裝使用，據(jù)近年披露資料，典型的JRE設備包含：

（1）HUNTR戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈轉(zhuǎn)換網(wǎng)關。美國防高級計劃研究局引進的HUNTR戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈轉(zhuǎn)換網(wǎng)關支持Link 16、可變消息格式（VMF）、目標光標（CoT）、聯(lián)合距離擴展應用協(xié)議（JREAP）、態(tài)勢感知數(shù)據(jù)鏈（SADL）和協(xié)同電子支援措施行動（CESMO）等多種消息格式轉(zhuǎn)換處理。在德國空軍的Timber Express 2020演習期間通過該網(wǎng)關進行了雙向Link 16、CESMO、VMF和JREAP-C的操作，包括通過HUNTR在所有設備上建立文本聊天鏈接和共享態(tài)勢圖。HUNTR允許地面部隊使用基于Android和Windows操作系統(tǒng)的軟件與Link 16戰(zhàn)斗機一起執(zhí)行近距離空中支援（DACAS）任務，并且實現(xiàn)了歷史上第一例Link 16戰(zhàn)斗機指揮空中客車無人機聯(lián)隊（MUM-T）遠程攻擊指定目標。HUNTR戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈轉(zhuǎn)換網(wǎng)關人機操作界面包含有共用態(tài)勢圖、目標參數(shù)信息欄、對話框與消息轉(zhuǎn)換開關控制矩陣。

圖1 HUNTR戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈轉(zhuǎn)換網(wǎng)關人機界面

（2）賽克（SAIC）公司JRE系列產(chǎn)品。賽克公司是一家美國JRE軟件提供商。其JRE軟件產(chǎn)品能夠經(jīng)濟可靠地向作戰(zhàn)人員提供態(tài)勢感知與指揮控制信息。純軟件的產(chǎn)品能夠在幾乎所有處理器上運行，方便購買和集成。軟件可橋接不兼容的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡，并提供情報獲取和執(zhí)行任務所需的共用態(tài)勢圖。賽克宣稱其基于JRE的產(chǎn)品能夠提供準確、可靠、近實時的戰(zhàn)場感知能力，在需要的時間、地點向用戶提供需要的數(shù)據(jù)。賽克提供的JRE戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)關設備支持北美航空航天防御司令部的骨干網(wǎng)，能夠向美國和加拿大提供準確的陸地、空中、海上威脅的態(tài)勢感知圖；支持美國空軍中東戰(zhàn)區(qū)戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈架構的心跳信息；且支持澳大利亞國土防御網(wǎng)的戰(zhàn)術數(shù)據(jù)記錄程序。此外，賽克還擁有JRE戰(zhàn)術平板終端等面向單兵的設備。

（3）泰雷茲（THALES）公司JRE系列產(chǎn)品。法國泰雷茲公司的TopLink系列產(chǎn)品已在十幾個國家服役。TopLink-Core是一種數(shù)據(jù)路由器和轉(zhuǎn)發(fā)器，作為軟件模塊運行在計算機上，支持異構數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)間通信。它可以獨立在網(wǎng)絡中工作，也可以寄宿于任務系統(tǒng)主機。此外，泰雷茲還有專用于指控平臺的終端TopLink-Commander和專用于武器平臺的TopLink-Core plus軟件模塊。Commander可實現(xiàn)沖突與告警等監(jiān)視功能、指控命令、武器協(xié)調(diào)管理及任務控制等功能；Core plus則支持態(tài)勢共享、空中任務控制、編隊內(nèi)任務／目標分配等功能。

2 JRE消息標準

JRE消息標準是聯(lián)合范圍擴展應用層協(xié)議互操作性標準（JREAP）。其標準號為美軍標MIL-STD-3011，或北約STANAG-5518。JREAP的最新版本是2019年發(fā)布的MIL-STD-3011D。

2.1 標準定位

JREAP用于在通用信道和網(wǎng)絡上傳輸戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈消息。格式化消息嵌入到JREAP幀格式的數(shù)據(jù)內(nèi)容字段，可在衛(wèi)星鏈路或者地面鏈路進行遠程傳輸。JREAP擴展了那些通信范圍有限的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡，提供超視距接入的能力，減少了對數(shù)據(jù)鏈中繼平臺的依賴，降低了網(wǎng)絡負載壓力，在視距數(shù)據(jù)鏈不可用情況下提供了一種備份的通信手段，并對那些沒有專門裝備數(shù)據(jù)鏈設備的平臺，提供了一種通過衛(wèi)星或其他手段連接到平臺的方式。

2.2 格式分析

JREAP根據(jù)傳輸鏈路的物理特性與其OSI網(wǎng)絡分層模型，分為全棧協(xié)議與應用協(xié)議兩種封裝格式和處理方法。全棧協(xié)議適用于無可靠傳輸層協(xié)議衛(wèi)星信道如UHF令牌環(huán)網(wǎng)絡（JREAP-A）、SHF／EHF點對點網(wǎng)絡（JREAP-B）［2］。全棧協(xié)議消息結構如圖2所示。

圖2 JREAP全棧協(xié)議消息結構

JRE傳輸塊頭主要包含發(fā)送源信息、發(fā)送時間及精度、幀長信息等。傳輸塊頭確保信息在不具有送達保障的鏈路中可靠傳輸，支撐冗余發(fā)送、序列號定位、整包校驗等傳輸功能，另外描述發(fā)送源時間精度、時間有效性、發(fā)送時間，以支撐接收單位結合接收時間，確定傳輸及處理時間，推測數(shù)據(jù)內(nèi)容的真正產(chǎn)生時間。JRE消息組頭主要包含后方具體數(shù)據(jù)鏈消息源信息、產(chǎn)生時長信息、類型及數(shù)據(jù)長度、控制應答信息等。消息組頭指示內(nèi)容中各組數(shù)據(jù)的產(chǎn)生源、本組數(shù)據(jù)經(jīng)過的傳輸與處理時間，以及本組消息要求的確認應答方式。在JRE的消息組中還定義了網(wǎng)絡管理消息組頭與相關的網(wǎng)絡管理消息，用于解決鏈路上的時間同步、消息確認應答、遠程過濾、特殊事件、拓撲維護等功能。

應用協(xié)議適用于JREAP嵌入TCP／UDP等有保障傳輸層協(xié)議的信道數(shù)據(jù)包中，適合因特網(wǎng)等傳輸媒介（JREAP-C）。應用協(xié)議消息結構如圖3所示。

圖3 JREAP應用協(xié)議消息結構

應用層頭中主要定義了數(shù)據(jù)鏈消息源信息、產(chǎn)生時長信息、類型及數(shù)據(jù)長度。功能與消息組頭相當，此外還規(guī)定了協(xié)議的版本信息。

3 JRE關鍵技術

JRE除定義了一種面向通用信道的傳輸格式，最重要的功能還包含網(wǎng)絡共用時間基準確立、態(tài)勢信息外推、態(tài)勢信息過濾、網(wǎng)絡拓撲維護等幾個方面。

3.1 共用時間基準確立

為解決數(shù)據(jù)鏈互聯(lián)與消息處理時時間統(tǒng)一問題，JRE設計了基于狀態(tài)機的共用時間基準確立流程與JRE成員之間協(xié)調(diào)時間基準的消息格式。該格式通過兩組比特位標識每個參與者可用時間源、基于權值運算的建議時間源。通過在JRE成員間周期交互共用時間基準消息，各參與者不斷更新自身建議源的權重，最終在建議源統(tǒng)一的基礎上完成時間狀態(tài)向穩(wěn)定的轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)網(wǎng)絡時間同步。該方式適合鏈路時延較低且?guī)捵銐虻逆溌罚鳭REAP附錄A的令牌環(huán)網(wǎng)絡則采用了一種簡化的共用時間基準確立過程，通過指定鏈路固定傳輸時延，采用網(wǎng)絡控制器周期廣播共用時間基準消息，其他參與者基于消息接收時戳加鏈路固定傳輸時延的方式實現(xiàn)全網(wǎng)時間同步。JRE網(wǎng)絡共用時間基準確立流程如圖4所示。

圖4 JRE網(wǎng)絡共用時間基準確立流程

3.2 態(tài)勢信息外推

JRE繼承了Link 11與Link 16態(tài)勢共享［3］時采用間接接口單元轉(zhuǎn)換的方式，通過間接消息格式向Link 16網(wǎng)絡推送外部我方態(tài)勢信息；而在進行非我方的航跡消息轉(zhuǎn)發(fā)時保持數(shù)據(jù)鏈消息格式。JRE消息格式可承載數(shù)據(jù)鏈消息無法承載的消息生成、鏈路處理各環(huán)節(jié)的時間信息及位置質(zhì)量信息，根據(jù)平臺航向、速度、航跡質(zhì)量［4］等參數(shù)，JRE可決定是否進行態(tài)勢外推，即通過外推處理算法［5］消除因媒介鏈路傳輸時延引起的位置偏差。態(tài)勢信息外推的過程是可控的，通常由進行消息處理的上層應用軟件決定，JRE可提供經(jīng)過外推處理的態(tài)勢信息，也可向上層提供包含有各環(huán)節(jié)詳細處理時間的原始數(shù)據(jù)信息。

3.3 態(tài)勢信息過濾

為了避免繁雜的作戰(zhàn)單位信息出現(xiàn)在用戶作戰(zhàn)視窗中，形成一種可由用戶控制的多圖層態(tài)勢顯示方式。JREAP支持向網(wǎng)內(nèi)成員平臺設置基于消息類型、消息時效、特定地理區(qū)域等條件的消息過濾器，以支持濾除特定消息的上報與轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡中通常定義專門一類過濾器消息，通過數(shù)據(jù)鏈射頻網(wǎng)絡向特定成員分發(fā)以實現(xiàn)其發(fā)送或接收消息的過濾。JRE充分考慮了與現(xiàn)役外軍數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)過濾器的兼容性，設計了一類在媒介鏈路發(fā)送的過濾消息格式及轉(zhuǎn)換方法。該類消息能夠在擴展鏈路上進行發(fā)送，同時支持轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)鏈過濾器消息類型，在數(shù)據(jù)鏈射頻網(wǎng)絡發(fā)送。作戰(zhàn)平臺可基于敵我屬性、環(huán)境類型、身份編號、地理區(qū)域等信息過濾態(tài)勢信息，在局部戰(zhàn)場形成特定航跡監(jiān)控能力。

3.4 網(wǎng)絡拓撲維護

為了維持網(wǎng)絡拓撲動態(tài)變化，高效實現(xiàn)消息尋址與網(wǎng)絡管理，JREAP設計了直接連接表、網(wǎng)絡連接矩陣消息等用于交換JRE網(wǎng)絡參與者鏈路連接與連通性關系的消息。基于周期廣播消息的接收，在衛(wèi)星鏈路上的JRE成員平臺具備維持自身數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡內(nèi)鄰接平臺連通性的能力。通過將收集的信息轉(zhuǎn)換為直接連接表消息并在衛(wèi)星等擴展鏈路發(fā)送，如圖5所示。位于地面的管理中心可獲取全網(wǎng)拓撲關系并通過一種網(wǎng)絡鄰接矩陣消息向特定平臺發(fā)送全網(wǎng)拓撲。通過維持周期廣播與請求應答，JRE成員均可動態(tài)獲取全網(wǎng)及鄰接節(jié)點的網(wǎng)絡連通關系，并自動維護更新，基于網(wǎng)絡拓撲維護功能，JRE網(wǎng)絡在異構信道間進行消息轉(zhuǎn)發(fā)尋址功能得到了保障。

圖5 JRE單元維護網(wǎng)絡拓撲

4 結語

外軍在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的發(fā)展與綜合集成方面具有領先的科研與應用經(jīng)驗，為解決遠程數(shù)據(jù)鏈消息傳輸與鏈間信息互操作這一質(zhì)樸的需求，曾探索過許多方式與道路。JRE作為其中的一種延續(xù)至今，最大的特點就是體制引領與兼容并包。通過不斷更新相關技術標準引導新興裝備適配自身運行模式，同時考慮多種信道媒介、數(shù)據(jù)鏈消息格式集成的可能性，面向具體技術問題提出解決方案，這一模式本身就具有較強的適配性與可操作性，具有借鑒意義。