美军通讯网络与信息体系70年
  发表时间:2024-04-19 01:22:59 | 作者:米乐首页 

  美军信息体系的开展一向处在国际先进水平,阅历了单体系、独立体系、集成体系、网络中心化、联合信息环境、数字现代化战略等时期,文中介绍了各开展阶段的特色与功用,并剖析启示。针对通讯网络,文中对各战术级与战略级通讯网络的要害技能、到达才能、建造状况、最新开展等进行了简略总结。针对运维管控范畴,文中对GIG网络运作、JIE办理网络、DoDIN运维的组成、使命、功用和最新开展等进行了扼要介绍。

  跟着新式技能的呈现和现代化战役理念的开展,军事信息体系在不断地更新迭代以习惯改动的军事需求。美军作为处于国际领先地位的戎行,对其信息体系开展进程的研讨可为开展供给参阅。作为信息体系的重要组成部分,通讯网络为戎行间的通讯互联供给确保,对军事通讯网络的有用运维管控关于确保其高效和安全运用至关重要。当时对美军通讯网络和运维管控范畴的体系研讨存在滞后性,探求这两个范畴最新进展,对现代化军事开展具有重要的学习含义。

  本文首要整理美军信息体系的开展进程并讨论对开展带来的启示。接着从战略级和战术级两个方面探求美军在通讯网络范畴的开展现状。终究聚集美军通讯网络的运维管控范畴,对相关技能的最新进展进行总结。

  2011年,美军提出联合信息环境(Joint Information Environment,JIE)概念,将美军信息环境建造的导向从“以网络为中心”转向“以数据为中心”。

  半主动地上环境体系(SAGE)初次将地上戒备雷达、通讯设备、电子核算机等设备链接起来,完结了防空中的部分指挥信息功用,完结了方针数据处理和航迹显现的部分主动化,构建了指挥信息体系的雏形[1]。

  该时期体系呈现三个特色。首要是网络化和半主动化,SAGE体系在全国规模内布置更多的小型雷达,在掩盖区域之间树立通讯线路,并运用会集的主动化体系处理信息[1] 。其次是单一化,SAGE体系的功用单一(首要功用是指挥操控),使命、结构也单一,不具有与其他兵种体系协同作战才能[2]。终究是高灵活性,SAGE可以将这些新技能或设备合并到SAGE体系中,而对指示中心来说只需求进行很小的改动。

  SAGE体系由两个部分组成:AN/FSQ-7战役指挥中心和AN/FSQ-8战役操控中心。AN/FSQ-7战役指挥中心是数据处理设备,可以操控防空炮兵和,并将其放置在间隔方针足够近的方位,以便完结阻拦。AN/FSQ-8战役操控中心是按指令区分等级装置在操控中心的数据处理设备。

  作为一个防空体系,SAGE体系需求在空袭中消除敌人,其功用可分为侦测、辨认、阻拦和炸毁。

  离岸部队、纠察舰和德克萨斯塔楼侦测到飞机挨近时会进行正告,随之长途雷达和空隙填充雷达会进行盯梢。接着通过Mark X (IFF)信号、多走廊辨认体系(MCIS)和飞翔方案(军用或商用)对飞机进行辨认。当一架飞机被确以为仇视飞机时,可通过阻拦机、防空单位和制导导弹等兵器进行阻拦和炸毁。

  在这一时期,美国各兵种依据本身需求建造专用的信息体系,如战术陆军战术指挥体系(ATCCS)、水兵战术指挥体系(NTCSS)、战术空军操控体系(TACS)和美国DoD的全球军事指挥体系(WWMCCS)。

  因为各军信息体系独立建造,跨军兵种的信息同享才能比较弱[2],故具有“烟囱化”的特色。其次,军兵种内各级指挥信息体系环绕情报获取、处理、作战指挥和兵器操控,完结纵向逐层互联,呈现出“纵向单线]

  ATCCS是陆军的战术指挥、操控、通讯和情报体系,为陆军队伍及部属部队供给机动操控、火力援助、近程防空、勤务援助、情报与电子战五大指挥操控功用[4]。NTCSS是一套软件运用程序和必要的商用现成硬件,用于向水兵和水兵陆战队作战部队、海上和岸上的作战部队供给船只和航空维护办理、库存办理、供应和财政事务办理、行政和人事办理。TACS为空军分队指挥官供给方案、指挥和操控战术空中作战以及与其他部队和谐空中作战所需的安排和设备的体系。WWMCC作为一个全球性的指挥和操控体系,可为国防部供给战略正告、情报和其他相关信息,可以满意日常的指挥操控活动、危机处理和战时指挥操控部队。

  1991年的海湾战役暴露出美军各兵种之间“烟囱式”信息体系的坏处[3],在1992年美国提出了“武士C4I”(C4IFTW)方案,依据此建造全球指挥操控体系(GCCS),并逐步代替WWMCCS。GCCS是一个高度机动,具有兼容性、互操作性和集成性的指挥、操控、通讯、核算机和情报(C4I)体系[5]。

  GCCS将国防部、陆军、空军和水兵的指挥体系联合起来,一起与联合作战部队、特种部队及联邦组织C4I体系衔接[6],具有高度集成化的特色。GCCS运用了散布式核算,确保指挥和操控功用的软件及数据被散布在通过网络互联的异构与互操作的核算机上[6]。

  GCCS包含四个部分:全球指挥操控体系-联合(GCCS-J)、全球陆军指挥与操控体系(GCCS-A)、全球空军指挥与操控体系(GCCS-AF)和全球水兵指挥与操控体系(GCCS-M)。GCCS-J将国家指挥组织与联合特遣部队、分队指挥官联系起来。GCCS-A为陆军的战略、战区和战术指挥的操控和通讯体系,可完结GCCS-J到陆军战区作战信息和要害数据之间的无缝链接。GCCS-AF为空军供给通用的根底设备硬件和软件,在司令部、司令部组件和GCCS-J之间传递空军指挥与操控(C2)数据,供给全套联合基线才能(包含通用作战图)和AF特定运用。GCCS-M为水兵的现场指挥与操控体系,可以协助作战指挥官搜集战场信息,并为决议方案供给协助。

  GCCS遵从信息办理技能架构结构(TAFIM)。TAFIM由国防信息体系局(DISA)开发,为DoD技能根底架构的开展供给辅导。

  1997年4月,美国水兵初次提出网络中心战(NCW)的概念,从“途径中心战”改动为“网络中心战”。

  1999年初次提出了“全球信息栅格”的建议。2003年又发布了GIG2.0版。GIG供给了一个用户可以主动提取所需信息,而不依赖于情报生成中心被迫推送的网络中心环境。

  美军联合参谋部在2009年发布的文件《The Global Information Grid (GIG) 2.0》中指出GIG2.0应满意的五个特色:大局身份验证、拜访操控和目录服务;确保作战人员在作战空间边际能及时取得所需的数据和服务;联合根底设备:此单一信息环境可以安全、牢靠、无缝地互连GIG2.0用户;一起的方针和标准;指挥的一致。

  GIG的七个组成成分为:兵士、大局运用、核算、通讯、网络运作(NetOps)、信息办理和根底设备。这使GIG具有四类才能:核算才能、通讯才能、表明才能和NetOps才能。这四类才能可进一步细分为七种底子才能,分别为信息处理、存储、传输、人机交互、网络办理、信息分发办理和信息确保。

  2013年,美军文件明确指出,为满意“全球一体化作战”需求,需求建造联合信息环境(JIE)[8]。JIE希望通过对各兵种共建一个一致的安全架构,依据云完结整个国防部无缝、互通、高效的端对端信息同享。

  GIG完结了“三个一致”,即数据一致、网络一致和体体系一。具有较强的安全性和互操作性的GIG,不只树立了企业级的信息环境,还初次运用了云技能。

  文献[9]指出JIE的组成元素,包含单一安全架构、网络优化、身份与拜访办理(IdAM)、数据中心和节点、软件运用合理化及服务器虚拟化、桌面虚拟化、移动服务、企业服务,以及使命同伴环境。

  JIE白皮书指出,JIE应具有六项才能[10]:具有从网络中心转向数据中心的解决方案;完结一体化云服务的交给和运用;可以供给实时赛博态势感知;运用安全、弹性和固化的结构;运用通用标准和操作战术、技能和规程;晋级改善动态辨认和登陆办理东西。

  2019年7月12日,美国国防部发布《国防部数字现代化战略》。2020年7月,国防部首席信息官同意了DMI履行委员会规章,开端将JIE改称国防部数字现代化战略(Digital Modernization Strategy,DMS)。

  DMS完结了IT现代化,其间心是“加快过渡”到企业级服务和产品办法。它初次构建并迁移到作战云,并改动劳动力和文明,以支撑数字和网络需求。除此之外,还构建了跨整个生命周期和技能仓库的安全层,无缝、灵敏、弹性、主动化、通明和安全的根底设备和服务。

  DMS具有四个总方针:通过创新来取得竞赛优势、通过优化来进步功率和才能、开展网络安全和完结灵敏而弹性的防护态势;培育数字人才。完结网络安全的办法记录在《网络安全参阅架构》中。

  DMS在战略层面上对上承接了国防方针层面的战略,对下导出了国防部各个IT范畴的战略。在作战层面,DMS向作战部队供给无缝、灵敏、弹性、通明和安全的根底设备和服务,优化与使命同伴的信息同享。DMS将进步联合作战人员的杀伤力,增强新的使命同伴关系,并施行新的变革,以进步整个信息企业的才能。国防部的IT变革活动将使数字环境标准化和现代化,消除不必要体系,缩小国防部网络空间要挟进犯的规模。

  DMS中有运用远景的技能首要包含:人工智能(AI)、大数据剖析、Evergreen IT Approaches(IT常青办法)、IT开发安全与运作(DevSecOps)、超会聚根底设备(HCI)、无服务器型核算或事情驱动型核算、软件界说组网、区块链网络安全防护、加密现代化、量子核算、物联网(IoT)、5G通讯、IPv6、无源光网(PON)、零信赖安全(Zero Trust Security)和微电子。

  美军信息体系各开展阶段比照如表1所示。跟着技能开展与现代化战役的需求改动,美军信息体系由单一走向联合与一体化,向着安全与同享的方向不断开展。

  国防信息体系网(Defense Information System Network,DISN)是美国防部全球信息传输的骨干网络,为国防部用户供给话音电话、格局报、视频等方法的信息服务。

  DISN遵从开放式体系环境(OSE),选用异步传输形式(ATM),同步光纤传输网(SONET)、宽带归纳事务数字网(B-ISDN)等技能,为DoD用户供给包含话音电话、格局报、数据网络和视频在内的大规模信息服务。

  当时国防部信息网(DoDIN)是美国防部最新的通讯网络,DISN是DoDIN的中心,是国防部的全球企业级电信根底设备,为国防部的装置和布置的部队供给底子的DoDIN服务。DoD要求对广域网和都市网络运用DISN。

  国防卫星通讯体系(DSCS)是美军前期的战略长途通讯支柱,共开展了三代,均现已到达了执役寿数。DSCS选用了频分多址(FDMA)、展宽频谱多址(SSMA)等技能,为美军供给加密且牢靠的全球通讯服务。

  2007年,美空军开端布置功率更高、传输才能更强的宽带全球卫星通讯体系(WGS),逐步代替DSCSⅢ。WGS选用数字信道化、射频旁路、星上载荷数字化等技能,大幅进步单星容量,加强了情报、监督及侦办才能,供给杰出的长途视频电话与语音服务。现在,WGS已成功发射10颗卫星,WGS-11正在建造中,估计2024年交给。

  另一方面,20世纪80时代的军事星体系(Milstar)首要作用于极高频(EHF)。第一代Milstar以战略通讯为方针,第二代Milstar以战术通讯为主。它选用星上再生处理、自习惯多波束调零天线、抗核加固、EHF频段扩频跳频、自主工作等技能,抗干扰才能超强,具有抗核加固才能和自主操控才能,能供给实时、保密、抗干扰的通讯服务。现在Milstar已研发并发射了2代6颗星。

  先进极高频通讯卫星(AEHF)是美国新一代受维护军事通讯卫星,首要作业在特高频、超高频或极高频。AEHF卫星仍选用无线电通讯,但它选用了新式相控阵天线、先进的集成电路、更有用的波形以及簇新的天基推进器,逐步代替Milstar体系。2020年3月AEHF-6的发射升空标志着该星座正式组成完结。

  因为依据电路交流的通讯技能较低的带宽资源运用功率,DISA方案于2005年末前建成一个以网络为中心的国防部电信港(Teleport)初级体系。单个电信港上集成了各种接口,用于办理和操控DISN地上和战术卫星通讯(SATCOM)之间的通讯[11]。

  Teleport运用了先进的IP组网等技能,可互连卫星、光纤、微波的纽带,并供给保管功用,是一个电信搜集、传输和分配点[11]。它通过军事和商用卫星通讯设备将天基体系接入地上GIG体系,还为移动用户方针体系(MUOS)、AEHF等新一代体系供给接入点,完结指挥操控情报侦察监督和使命信息的无缝、互通、安全的传输。

  战术级通讯体系首要为了确保部队内部或作战途径内部的通讯顺利进行,首要指集团军以下的各级通讯体系。

  WIN-T遵从联合技能体系结构(JTA),选用网络主动化东西、空中中继途径、个人通讯设备(PCD)等技能,引进空中层,运用无人机充任机载中继节点,扩展WIN-T的网络掩盖规模,一起运用集数字化、网络化、智能化于一体的PCD,进步决议方案功率。WIN-T只到达有限动中通和超视距通讯才能,并未到达全网动中通的方针。

  1997年DoD正式同意联合战术无线电体系(Joint Tactical Radio System,JTRS)方案,它遵从软件通讯结构(SCA)标准。2006年,DoD同意了JTRS重组方案,将本来的5个群集方案改为4个范畴。

  JTRS选用软件界说无线电(SDR)、可编程射频前端、DSP、软件接口和复用、可编程信息安全(INFOSEC)、移动自组网、抗电磁干扰、频谱办理等技能。它支撑多种传统加密算法及高数据率算法,具有动态修正功用、频带穿插和IP路由才能,支撑即插即用,进步了网络通讯水平缓互操作性,并有较强扩展才能[13],确保美军作战的信息优势。

  数据链以面向比特的方法实时传输格局化数字信息[14],被称为“兵器装备的生命线”。其最底子的功用是确保信息高效、实时、牢靠的传递到通讯的意图方针,完结战场信息的互联互通[14]。

  从20世纪五六十时代起,美军研发了从单一功用到多数据链互操作的方向开展的数据链体系。其间Link-4是一种网状的非保密的时分链路,首要用于向战役机传送无线在美军当时数据链体系中占有主导地位,作业在特高频波段,具有加密、扩频、跳频抗干扰才能。

  数据链运用交错检错编码、调制解调、抗干扰、组网通讯和信息交融等技能,确保信息高效、实时、牢靠的传递到通讯的意图方针[14]。当时,大数据、云核算、5G通讯技能等均可与数据链集成。

  依据美军FM-11.55(99)号文件中的描绘,移动用户设备(Mobile Subscriber Equipment,MSE)具有C4I的才能,其间心技能包含洪泛查找路由技能。MSE运用核算机或软件驱动的交流机,在现代战役中,MSE逐步被WIN-T代替。

  美国水兵布置的MUOS是一种支撑以网络为中心的窄带卫星通讯体系。MUOS体系方案发射6颗卫星,已发射5颗。它在原有的窄带体系特高频后继星卫星通讯体系(UFO)上树立,然后代替UFO。MUOS参阅陆地蜂窝第三代宽带码分多址(Wideband Code Division Multiple Access,WCDMA)技能体系,运用WCDMA、抗干扰、RAKE接纳、空中接口、星上处理等技能[15],明显进步了带宽容量和掩盖规模,供给全球掩盖、高鲁棒性灵活性、具有联合互操作性的超视距通讯。

  单信道地上与机载通讯体系(SINCGARS)是一种担负、机动车载和机载甚高频/调频系列无线电台,选用微处理机、扩频跳频、反电子干扰、模块化结构等技能,具有高度抗监督、截听以及抗干扰才能,为战术级单位传输加密语音、模仿或数字信号、供给视距通讯服务。

  20世纪90时代,军方运用的很多无线电体系无法相互通讯,因而规划软件界说无线电JTRS以无缝方法传输无线语音、视频等数据。

  MPU5电台是美军新一代无中心自组网智能单兵电台,2018年4月参加陆战队演习。MPU5电台选用了Wave Relay® MANET技能、波中继移动点对点网络技能,声称国际首个依据智能手机的电台。它还选用主动盯梢天线体系,用以增大通讯间隔。

  为了完结现代化方案的首要方针,美陆军领导人确认了美陆军“归纳战术网”(ITN)的作业方向。ITN有三个曾经不具有的长处:通讯冗余、史无前例的态势感知才能、为下级部队供给“安全但非密”(Secure-but-unclassified,SBU)才能,减轻作战部队担负,增强与联盟同伴的信息同享才能。

  在归纳战术网(ITN)的开发进程中,美国陆军运用最新技能,如软件可编程无线电技能、人工智能和多分叉网络技能进步部队的作战才能。

  ITN能供给更好的使命指挥、态势感知和空位一体化才能,可以补偿连级才能的缺乏,也能依据部队作战环境或指挥官的方针进行定制。美陆军希望通过ITN才能为战术边际供给带宽更高、鲁棒性更好、灵敏牢靠的网络。

  美军通讯网络范畴的比照总结如表2所示。战场实践环境难以完结网络中心战“全连通”的要求,美军针对开展进程中发生的问题不断调整改善,在各详细范畴中向着完结“以网络为中心”的方向开展。

  美军FM 6-02.71中指出,NetOps供给运作和防护GIG所需的指挥与操控(C2)、态势感知(Situational Awareness,SA)。NetOps希望分配好有限的资源,尽或许实时地传输信息,确保美军的信息优势。

  NetOps有三个要害组件,即GIG企业办理(GEM)、GIG网络确保(GIG Net Assurance,GNA)、GIG内容办理(GIG Content Management),而且需求在战略层、作战层、战术层及一切作战功用中集成这三个组件。

  依据NetOps的三个组件,它能供给有确保的网络和信息体系的可用性、有确保的信息维护和有确保的跨战略、作战和战术鸿沟的信息传递,确保信息能在正确的时刻以正确的格局流向正确的地址,然后取得信息优势和决议方案优势。

  2001年,DoD发布的《GIG顶层需求文件》中提出了四类才能,其间包含网络运作才能。NetOps的开展进程中,一直着重确保以网络为中心的作战,确保美国的信息优势、决议方案优势。

  现在,呈现了如零触摸装备编列和NETCONF等技能改动网络办理的新办法。一起,也有人将NetOps、DevOps结合,完结网络根底架构办理主动化。别的,软件界说网络(SDN)、网络功用虚拟化(NFV)等新技能也运用其间,完结可编程网络。

  JIE办理网络(JIE Management Network,JMN)是使联合信息环境(JIE)的企业运营中心(EOC)组件可以安全地对其分配的支撑区域(AoS)行使指挥和操控(C2)的体系和元素的调集。JMN是联合信息环境广域网络(JIE WAN)体系架构的组成部分,该架构还包含用户/使命网络(User/Mission Network)和仿制网络(Replication Network),由三种网络完结逻辑和频带别离。

  与用户/使命网络和仿制网络不同,JMN是Internet协议(IP)网络,它完结了一个独自的专用身份和拜访办理解决方案,称为JMN IdAM解决方案(JIS)。IdAM是创立、界说和办理身份信息的运用/维护的技能体系、战略和进程的组合。其主体功用是依据战略的授权服务、身份与凭据办理、战略办理、资源办理四个方面。其要害是依据特点的拜访操控(ABAC)和授权。

  另一方面,JMN将流量分为CL1(高)、CL2(中)和CL3(低)三个等级。CL1由严厉标准的人员运用最小特权的原则通过封闭式办理网络上的专用办理终端或作业站进行办理;CL2由受严厉监管的人员运用受信赖和受维护的GFE终端或作业站进行办理;CL3由受严厉监管的人员运用受信赖和受维护的GFE终端或作业站进行办理。

  JMN是企业服务办理,支撑联合信息环境的体系作战中心组件发挥效能,确保体系作战中心可以安全有用的施行指挥与操控。它的方针是确保人员和非人员实体在任何地址、任何时刻都可以安全的拜访一切通过授权的国防部资源。

  美军JP3-12号文件说到,DoDIN运维使命包含为维护、装备、工作、扩展、维护和确保国防部网络空间以及创立和维护DoDIN机密性、可用性和完整性而采纳的运维举动。ATP 6-02.71中说到,DoDIN运维使各级作业人员在整个企业中按指挥者的优先级履行其指令,使指挥者之间可以有用地进行通讯和协作,并运用主动化信息体系同享、办理和传达信息。

  相似NetOps,DoDIN运维也包含三个要害使命,即DoDIN企业办理、网络安全、DoDIN内容办理。

  依据相似的要害使命,其到达的才能与NetOps到达的才能十分相似,它能维护、监督、剖析、检测、响应和陈述国防部信息体系和核算机网络内未经授权的活动;装置、运作、维护、防护、和康复通讯网络、信息体系和运用程序所有必要的技能、进程和战略;为国防部跨过战略级、作战级和战术级的作战、情报和事务使命供给牢靠和及时的网络支撑服务;支撑体系和通讯网络可用性、信息维护和信息传递。

  DoDIN运维不断习惯现代化战役,为满意日益增长的宽带需求,不断辨认和收购新式技能,并迁移至云端。相似NetOps,运用软件界说网络(SDN)、网络功用虚拟化(NFV)等技能,可以完结可编程网络。结合DevOps可以完结主动化办理与操控。

  国际各首要国家纷繁开展新式作战力气,以信息技能为中心的军事高新技能一日千里。可汲取美军信息体系开展中的经历,不要走美军“建烟囱”“拆烟囱”的老路,而要提早规划信息现代化开展战略,在建造初期从技能标准、安全架构、互联互通、信息同享等方面做好顶层规划,完结一体化作战。

  可学习美军Link-16,建造相似的三军联合数据链体系,便于信息同享和协同作战,完结“信息优势”。别的云核算、大数据、5G、6G、SDN等一系列前沿技能正在大力开展,这为降低成本、进步功率、改善根底设备等方面供给了很好的机会。

  可学习美军运用优势科技的典型做法,活跃推进开展底层技能,夯实通讯网络与运维管控的技能根底,更好地确保信息体系的安稳和高效工作。

  在运维管控范畴,可学习美军运维管控的技能和经历以协助削减和战胜在该范畴开展进程中或许遇到的问题,例如:

  近年来网络安全要挟层出不穷,各种进犯手法防不胜防。可学习最近国外对网络安全问题的典型做法,注重通讯网络中的安全内在化与运维管控环境中的安全问题,构建多层次、全方位的安全防护体系,并与时俱进地推进和开展网络进犯与防护技能,以应对来自外部和内部的安全要挟。

  美军信息体系通过几代的演化,逐步趋于“三军一体化”和“数据中心化”。打破各兵种间的信息壁垒,树立数据互通互享的途径,可以更及时地感知战场态势改动,更高效地和谐指挥作战。在不断加强顶层规划的一起,也要注重信息体系中根底技能的开展。尤其是军用通讯网络和运维管控的相关技能,可以促进信息的高效传输和体系的牢靠工作。

  [6] 张维明,阳东升.美军联合作战指挥操控体系的开展与演化[J].军事运筹与体系程,2014,28(1):9-12.

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