艦艇網絡技術發展研究與趨勢展望

引用格式：，，.艦艇網絡技術發展研究與趨勢展望[J].指揮控制與仿真，2025，47（4）：14-117.WUJL，XUZL，FUMJ.Researchonthdevelopmentofwarshipnetworktechnologyanditstrendprospect[J].CommandControlamp;Simulation，2025，47（4） ：114-117.

中圖分類號：U674 文獻標志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1673-3819.2025.04.017

Abstract：Asanimportantpartofshipinformation infrastructure，thetechnical developmentofshipnetworkisofgreatsignificance to enhance thecombat efectiveness of shipequipment.Thispaperdescribes theconceptandconnotationof warship network.Basedontheanalysisofthedevelopmentsandmaintrendsofwarshipnetworktechnologyinthe UnitedStates，combinedwith thedevelopmentneedsof warshipequipment，thedevelopmenttrendofwarship network technologyisprospected fromtheaspectsofnetwork intellgence，deterministicguaranteeandsecurityimprovement，whichcanprovideusefulreference for the development and efficiency improvement of warship network technology.

Keywords：warship network；technical development；trend outlook

艦艇裝備的快速發展對網絡互聯互通能力提出了越來越高的要求，以數據、視頻、音頻等多業務融合傳輸信息網絡為依托的艦艇信息的獲取、存儲、處理、轉發成為取得信息優勢的重要手段。艦艇網絡作為與新型顯控臺、公共計算服務系統并列的艦艇三大信息基礎設施之一，在艦艇裝備互聯、互通、互操作等方面發揮著重要作用。

1艦艇網絡的概念和內涵

艦艇網絡是指用于艦艇內部信息傳輸、處理和服務的網絡基礎設施，它以作戰服務為核心，主要由網絡交換、網絡安全、運維管理等軟硬件構成，覆蓋艦艇各個艙室，為平臺、作戰、動力等各類業務提供便捷就近接入、融合共網傳輸、跨域安全隔離的信息交換[1]。

中大型艦艇網絡一般采用兩層交換架構，核心層形成核心交換設備、設備間級聯鏈路冗余備份，接入層形成接入交換設備、設備級聯鏈路進行冗余備份，同時核心交換設備與接人交換設備間級聯鏈路也進行冗余備份，各類終端設備按照部署位置就近以雙冗余方式接入核心交換設備或接人交換設備；中大型艦艇網絡通常支持OSPF、VRRP、PIM等路由交換特性;通常提供配置管理、資源管理、狀態監視等網絡可管可控功能。小型艦艇網絡通常根據實際需要在交換架構、功能支持、網管部署等方面進行適當裁剪。

艦艇網絡承載業務按照業務類型主要分為數據、視頻和語音等三類，其中數據業務對網絡可靠性、實時性和安全性有較高要求，如端到端傳輸延遲不大于1ms，故障切換時間不大于 50ms ，不同業務之間進行隔離等;視頻業務通常要求高帶寬支持，如5Mbps以上的帶寬才能保證單路1080P高清壓縮視頻的流暢傳輸；語音業務對傳輸延遲相對敏感，單向端到端延遲小于 150ms 才能確保通話質量的高品質。

2美軍艦艇網絡發展與趨勢分析

2.1美軍艦艇網絡技術發展歷程

2000年后，美軍艦艇網絡開始從光纖分布式數據接口FDDI走向光纖以太網，并逐步統一融合為精簡的海上公共網絡系統。

2.1.1光纖分布式數據接口

2002年，美國海軍為了提高艦艇的集成設計能力，開始倡導并推行開放式體系架構計算環境OACE，按開放的程度分為5個等級[2]，如圖1所示：

美國海軍為航母和兩棲艦提供綜合作戰指揮能力的艦艇自防御系統是首個基于OACE開發的系統，該系統通過光纖分布式數據接口FDDI將艦艇上所有硬殺傷和軟殺傷武器系統、傳感器系統和指揮控制系統集成在一起。FDDI傳輸速率 100Mbps ，采用雙環結構，包括主環和備份環，主環用于正常通信，當主環發生故障時，數據在備份環上傳輸，實現故障自愈。

2.1.2 光纖以太網

2004年，美國雷神公司在DDG1000型驅逐艦的研制中積極推進“全艦計算環境TSCE”理念的應用，在作戰系統和平臺系統中全面采用 TSCE^[3-4]

TSCE網絡采用雙層光纖以太網結構，包括3臺萬兆核心交換機和20多臺千兆接入交換機。每臺接入交換機都與三臺核心交換機相連，以提供高帶寬、低延遲和快速故障恢復的網絡服務。此外，TSCE還進行了包括網絡語音電話、視頻會議以及網絡安全、服務質量和網絡管理等方面的充分設計。

TSCE是一個全以太網、全IP協議、基于Linux的復雜解決方案，其軟件代碼有700萬行之多，使得其在可持續性和可支持性方面存在較大挑戰[5]，后續逐步過渡到統一海上網絡與企業服務CANES。

2.1.3統一海上網絡

美國海軍傳統艦艇各種C4I和作戰系統的開發、部署和支持在很大程度上相互獨立，每一個特定應用都有其專屬的網絡，導致了ISNS、CEN-TRIXS、SUBLAN、SCI、VIXS、SVDS等大量海上煙肉網絡存在[6]

ISNSJ綜合艦載網絡系統，用于實現在艦艇和海岸之間語音、視頻和數據的安全交換，同時整合全球海上指揮控制系統GCCS-M和海軍戰術指揮支持系統NTCSS的網絡能力，并與其他海軍局域網集成在一起。

CEN-TRIXS是聯合區域信息交換系統，用于美國海軍同盟軍艦艇之間的IP通信。

SUBLAN是潛艇局域網，ISNS的潛艇版本，提供與水面艦艇相似的功能服務。

SCI是特殊絕密信息網，用于收發特殊絕密信息數據。

VIXS/SVDS是視頻信息交換系統/視頻分發系統，用于支持視頻交換、流媒體視頻分發和視頻會議。

2006年，美國海軍提出了CANES項目，以ISNS為基礎，逐步整合CEN-TRIXS、SUBLAN、SCI、VIXS、SVDS等傳統網絡，建立統一精簡的公共網絡系統，以減少網絡類型并提高系統的互操作性。

CANES項目采用階段性遞增開發策略，共分為3個增量。第一個增量旨在將準實時作戰支持系統（C4ISR應用）遷移到CANES平臺上；第二個增量的目標是將船機電（HMamp;E）網絡中的應用和實時作戰系統應用遷移到CANES平臺上；而第三個增量則致力于構建一個統一的海上網絡，以整合和統一不同安全等級的網絡系統。

2012年，CANES進入生產與部署階段，開始進行單艘艦艇的安裝，其間歷經多次迭代升級。

2019年7月，美國海軍在“斯特瑞特”號驅逐艦（DDG104）上完成了對CANES新基線（HW1.2/SW3.0）的首次安裝，進一步優化了艦載網絡的性能，可以快速監視艦船的網絡狀態、健康狀況和性能[7]

2020年4月，美國海軍在羅納德·里根號航空母艦（CVN-76）上安裝了CANES新基線，從而加強了網絡基礎設施，提高安全性[8]。

2023年1月，美國海軍向BAE、LeonardoDRS等8家公司授出了一份價值41億美元的合同，該合同是CANES項目的一部分，用于未來10年為水面艦艇和潛艇提供先進的計算和網絡設備[9]。

2.1.4各階段網絡主要特點

筆者從技術體制、網絡架構、傳輸速率、應用范圍、冗余容錯等方面對各階段網絡特點進行總結，具體見表1。

表1各階段網絡特點

Tab.1Characteristics ofnetwork ineach stage

2.2發展動態與趨勢分析

2.2.1 發展動態

2020年10月，美國海軍啟動超越工程（projecto-vermatch），旨在利用人工智能、機器學習以及信息網絡等先進技術，通過海軍作戰架構（NOA）將有人/無人平臺、武器和傳感器連接起來，打造更具殺傷力、互聯能力更強的未來艦隊，以此支持美全軍層面的聯合全域指揮控制（JADC2）構想[10]

2022年9月，美國防務新聞網站發布消息稱，美國海軍2023年將在航母打擊群上部署先進的網絡系統，以推進聯合全域指揮與控制愿景。航母先進的網絡能力通過“超越工程”實現，該計劃的最終自的是實現陸地、空中、海上、太空和網絡空間的無縫信息共享，進而提升美軍對威脅的快速響應能力[]

2.2.2 主要趨勢

（1）架構開放、軟硬分離、基線發展

CANES采用開放式體系架構，將計算、存儲、網絡、顯控等硬件設備及其基礎支撐軟件集成為一套可組合的計算服務平臺；通過增量開發方案，組建一個統一的海上網絡，集成不同安全等級的網絡系統。

（2）強調網絡監視，提升可見性

CANES特別強調網絡監視功能，網絡管理以減少人員配置和降低維護復雜度為目標，提升海上網絡可見性。CANES新基線進一步優化了艦載網絡的性能，可以快速監視艦船的網絡狀態、健康狀況和性能[7]

（3）大力推進人工智能的應用

美海軍正在采取技術措施擴大人工智能的應用范圍，對不斷增長的綜合海上網絡與企業業務進行加固，通過應用人工智能算法不斷提升CANES的功能，尤其是在操作員不干預的情況下，提升了執行分析決策的自動化程度[12-13]

3艦艇網絡技術發展趨勢展望

軍事需求和作戰樣式的變革推動了艦艇裝備的快速發展，艦艇裝備逐漸向“精前端、強后端”方向發展。艦載公共計算環境、艦載云服務等新需求凸顯。以存儲設備、服務器為代表的高性能計算存儲設備提出了10G接入需求，高密度 10G/40G 端口成為艦載公共計算環境互聯主體，全艇一體化網絡也從“千兆接入 + 萬兆骨干”演變至\"1G/10G混合接入 +40G 骨干”，自此艦艇裝備網絡開啟了10G/40G互聯階段，并走向深度融合。

展望艦艇網絡的技術發展趨勢，主要體現在網絡智能化、確定性保障、提升安全性三個方面。

3. 1 網絡智能化

隨著艦艇裝備的智能化發展，智能計算服務、高性能存儲等新技術逐步落地應用，業務多樣化對艦艇網絡提出服務定制化、管理精細化等高要求。傳統“以設備管理為中心”的網絡管理模式通常采用人工方式貫穿“需求分析、部署實施、故障排除全過程，不僅對人員要求高，而且故障排查效率低，嚴重制約了網絡整體效能提升[13]

基于意圖的網絡IBN等智能化網絡將人工智能與網絡技術進行高效融合，將面向業務的需求通過人工智能分析轉譯為必要的網絡配置策略，實現了網絡自適應于用戶需求變化，提升了網絡的自感知、自分析、自優化和自驅動能力[14]。面向艦艇網絡場景，參考網絡智能化相關行業應用成果，未來艦艇裝備應構建意圖驅動智能艦艇網絡體系，推動艦艇網絡管理模式從“以設備管理為中心”向“以業務體驗為中心\"轉變，實現高效網絡資源調配與實際業務需求的彈性匹配。

3.2 確定性保障

在數據、視頻、語音等多業務融合傳輸過程中，傳統以太網無法精確保障帶寬、延遲、抖動等時間敏感參數，尤其在網絡擁塞等異常情況下不能確保關鍵業務傳輸的確定性[15]

時間敏感網絡定義了一系列以太網數據傳輸的時間敏感機制，包括時間同步、整形調度、可靠冗余等，確保了多業務融合共網傳輸情況下關鍵業務傳輸的確定性，具有標準開放、延遲確定、分類保障等優勢。未來艦艇網絡應借鑒時間敏感網絡的確定性整形調度機制，實現從粗粒度的性能隔離（平均延時）向細粒度的性能隔離（最壞延時）轉變；通過并行冗余機制實現從切換丟包向無縫冗余、切換零丟包轉變，消除或降低組件故障對關鍵流量確定性的影響，實現多業務融合傳輸過程中時間敏感參數精確保障。

3.3 提升安全性

當前艦艇網絡基于交換設備內嵌組件（VLAN、ACL、端口綁定等）進行安全設計，網絡性能有保證但安全保障能力弱；加裝專用安全設備進行安全設計，安全保障能力強但網絡性能損耗大，限制了網絡的可擴展性和可部署性。

面向艦艇領域場景應用特點，通過研究輕量化安全機制、安全交換一體化等場景定制安全技術，實現高效業務交換與適度網絡安全的統籌兼顧，系統性提升艦艇網絡安全防護能力。

4結束語

從美國海軍艦艇網絡的發展來看，未來艦艇網絡應通過網絡進一步整合提升裝備的集成優化能力是大勢所趨，同時軍事需求和作戰樣式的變革對艦艇網絡提出了新的發展要求，主要表現為智能化、確定性、安全性等方面。基于意圖的網絡、時間敏感網絡、場景定制安全等技術將從不同維度為艦艇網絡后續發展注入新的活力，促進艦艇網絡效能的進一步優化提升。

參考文獻：

[1］吳建魯，傅明駒.水下系統潛在網絡攻擊與安全威脅研究[J].艦船科學技術，2024，46（16）：130-135.WU JL，FU M J.Research on potential cyber attacks andsecurity threats to underwater systems[J].Ship Scienceand Technology，2024，46（16）：130-135.

［2］馬永龍.美軍艦載信息基礎設施發展研究及啟示［J].艦船電子工程，2022，42（2）：8-11，80.MAYL.Research and enlightenment on the developmentofU.S.shipborne information infrastructure[J].Ship E-lectronic Engineering，2022，42（2）：8-11，80.

［3］董曉明.新一代水面艦艇作戰系統發展理念及途徑[J].中國艦船研究，2015，10（1）：1-6.DONG X M. Development concepts and approaches of thenext generation combat system for surface combatant ships[J].Chinese Journal of Ship Research，2015，10（1）：1-6.

[4]董曉明，馮浩，石朝明，等.全艦計算環境體系結構和系統集成框架[J].中國艦船研究，2014，9（1）：8-13.DONG X M，FENG H，SHI C M，et al. Architecture andsystem integration framework of total ship computing envi-ronment[J].China Ship Research，2014，9（1）：8-13.

[5] RAND.CANES contracting strategies for full deployment[DB/OL].（2012-05-24）.https：//www.rand.org/pubs/technical_reports/TR993.html.

[6]張偉，董曉明，王娜，等.美國海軍“綜合海上網絡與企業服務\"項目研究[J].艦船科學技術，2014，36（2）：152-157.ZHANG W，DONG X M，WANG N，et al. Research ontheU.S. Navy’s\" consolidated afloat networks and enter-priseservices\"program[J]. Ship Science andTechnology，2014，36（2）：152-157.

[7］徐婉清.美海軍完成對統一艦船網絡和企業服務（CANES）系統最新基線的安裝[DB/OL].（2019-08-10）.htps：//mp.weixin. qq. com/s/cXN-BrH-fokyKkqSCb3IP7g.XU WQ. U.S. Navy completes instalation of latest base-linefor consolidated afloat networks and enterpriseservices（CANES） system[DB/OL].（2019-08-10）. ht-tps：//mp.weixin.qq.com/s/cXN-BrHfokyKkqSCb3IP7g.

[8]Elisha Gamboa. NAVWAR enterprise completes CANESinstall in record time；rapidly meets emerging fleet re-quirements[DB/OL]. （2020-04-16）. htps：//www.dvid-shub. net/news/367580/navwar-enterprise-completes-canes-install-record-time-rapidly-meets-emerging-fleet-re-quirements.

[9］DKXX.美國海軍簽訂41億美元統一海上網絡和企業服務（CANES）合同[DB/OL].（2023-01-04）.https：//mp.weixin.qq.com/s/CEaBda1bepcfGeUdg-I0hw.DKXX. The us navy signed a $＼$ 4.1$ billion consolidated a-float networks and enterprise services （CANES） contract[DB/OL]. （2023-01-04）. https：//mp.weixin.qq.com/s/CEaBda1bepcfGeUdg-I0hw.

[10]U.S. NAVAL INSTITUTE STAFF. Report to congress onjoint all-domain command and control[ DB/OL].（2022-01-25）. https：//news. usni.org/2022/01/25/report-to-congress-on-joint-all-domain-command-and-control-4

［11］達文西達.海軍將在航母打擊群上部署“超越計劃\"項目成果[DB/OL].（2022-09-14）.https：//mp.weixin.qq.com/s/ sBDjrSNoJfJ9ulL6ik5b2g.DA W X D. Navy to deploy project overmatch results oncarrier strike groups[DB/OL]. （2022-09-14）.https：//mp.weixin.qq.com/s/sBDjrSNoJfJ9ulL6ik5b2g.

［12］嚴蕾.美國國防部大力推進人工智能在軍事上的應用[DB/OL].（2022-07-26）. https：//mp.weixin.qq.com/s/Tta291ylevZr0YOyddInQA.YANL. U.S. Department of defense pushes hard for AI inmilitary applications[DB/OL].（2022-07-26）.https：//mp.weixin.qq.com/s/Tta291y1evZr0YOyddInQA.

[13］吳建魯，孟廣雅，劉煜.智能化網絡研究進展及艦艇應用分析[J].指揮控制與仿真，2023，45（4）：7-13.WU JL，MENG G Y，LIU Y. Research progressof intel-ligent network andanalysis of warship application[J].Command Controlamp; Simulation，2023，45（4）：7-13.

［14］李福亮，范廣宇，王興偉，等.基于意圖的網絡研究綜述[J].軟件學報，2020，31（8）：2574-2587.LI FL，FANGY，WANGXW，et al.State-of-the-artsurvey of intent-based networking[J]. Journal of Software，2020，31（8） ： 2 574-2 587.

[15］吳建魯，王洋.時間敏感網絡在航空航天及軍事領域的應用研究[J].工業控制計算機，2023，36（8）：14-17，20.WU JL，WANG Y. Research on application of time-sensi-tive network inaerospace and military fields[J]. IndustrialControl Computer，2023，36（8）：14-17，20.

（責任編輯：李楠）