采用栅格技术实现防空情报组网

李宏权,周 俊,燕海涛

(1.空军指挥学院 研究生管理大队,北京 100097;2.空军雷达学院 预警监视情报系,武汉 430019)

1 引 言

栅格就是“构筑在高速互联网上、将高性能计算机、大型数据库、传感器和远程设备等融为一体,为用户提供更多的资源、功能和交互服务的一组新兴技术”[1]。军事信息栅格就是按照栅格技术体系,在统一的框架下,通过高性能计算机、大型军事数据库、战场探测监视设备、指挥通信设备、火力控制系统的跨地域高速无缝链接,建立一个安全、可靠、统一和互联、互通、互操作的信息基础平台,以实现计算机网、传感器网和作战平台网的综合集成。

随着信息化战争的发展,信息网络化的战场将把侦察、指挥、控制、通信、打击、毁伤评估等“作战职能”以及所有的作战力量连成一个有机的整体,使得陆、海、空、天战场上的每一个指挥官、每一个士兵、每一个作战平台均能获得战场信息共享[2]。长期以来,对空雷达、电子对抗、气象和侦查等情报信息各成体系,互不连通,这种空中情报保障方式与现代战争的需要存在较大差距。情报通信只与有隶属关系的上级和有关航空兵部队的信息系统建立了连通关系,而未与其它军兵种的信息系统实现更加广泛的连通。随着近几年来计算机网络技术的发展,在组网工程的推动下,这一情况得到初步改善,重要作战方向的情报连通和共享范围取得了很大的进步,但从整个情况看,连通范围仍然有限。各空情保障系统得之不易的信息仍然不能在作战时快速产生“情报—决策—行动”的效能。随着国防信息基础设施的加速建设,防空情报已具备了组网条件,如何构建一个科学、合理、高效的防空情报综合保障网是当前急需研究的问题之一。

2 防空情报组网系统网络结构

防空情报组网系统是集信息收集、处理、管理、分发为一体的信息系统,它为各作战平台提供一致的公共作战图像,是现代战争中联合作战、协同作战、精确打击不可缺少的手段,使各参战平台对战场的态势感知能力得到巨大提升。系统的主要任务是完成情报收集、指挥引导、辅助决策和武器控制等工作。随着防空情报系统的种类、数量和规模的不断增加,通信网络系统不断扩大,通信方式不断多样化,防空情报系统组网工作越来越复杂。由于某些局限性和军事领域的特殊性,防空情报系统在许多方面不能直接使用因特网技术和设备,这就需要构建一个先进的防空情报网络结构,使其能够适应未来作战需要。

军事信息栅格是一个具有分布处理能力的综合集成网络系统,它将整个一体化指挥信息系统划分为若干个信息栅格单元,可以做到情报信息分布处理,栅格单元抗毁接替,信息服务按需定制。系统能够针对不同用户提供所需要的、可处理的信息,能在正确的时间、将正确的信息以正确的形式传送到正确的使用者手中,从而帮助用户将信息获取能力最大限度地转化成为科学的决策能力。防空情报组网将按照栅格技术体系,在现有通信条件下,依托指挥专网和各军兵种支线网,构建一体化、扁平式的防空情报保障网络。使用IP及计算机网络技术把战场传感器、处理单元、作战系统等组织起来,形成防空情报栅格网。防空情报组网系统栅格网络结构如图1所示。

图1 情报组网系统栅格网结构Fig.1 Architecture of intelligence grid system

各类情报源包括对空雷达、电子对抗、技术侦察、飞行和气象等,以及联指、其它军兵种、人防、民航等支援情报,同时也支持预警机、警戒机、三军联合信息分发系统(JIDS)、地空数据链系统和机动雷达等新装备的随遇入网。

处理单元由栅格网中的各业务处理系统和处理中心组成。

情报用户包括航空兵、地空导弹兵、雷达兵等战场装备和空军各级指挥机构,以及陆、海、二炮友邻军兵种的指挥信息系统。

3 防空情报组网系统互联互通标准

五层沙漏模型[1]是栅格网络中典型的通信协议标准,它是一种以“协议”为中心的分层体系结构模型,定义了每一层的运行机制、接口、模式和协议等。尽管先进的栅格网络技术为信息传输构建了快速通道,但是由于系统与系统之间存在的异构性以及对分布式存储信息的集中访问等问题还没有一个彻底解决方法,造成了一个个孤立于网络之外的信息“孤岛”,从而制约了信息之间的交流,因此需要在栅格网络协议的基础上,制定一种新的网络连接标准,它应当是防空情报网上的各类系统共同遵守的通信规则,以实现各类信息系统之间的互连、互通、互操作。

在防空情报组网系统通信网络中,信息源、武器平台或系统等接入防空情报栅格网按照物理层、网络层、标准转换层、服务层、作战接口层5个层次进行交互。每一层遵照自身的协议标准,保证为其上层提供服务,其层次结构如图2所示。

图2 情报组网网络协议结构Fig.2 Protocol of intelligence grid

3.1 物理层

物理层是指用于传输信息的通信设施,主要包括光纤通信、无线通信、卫星通信和接入节点等,为系统提供有效的物理信道。防空情报栅格网中可以采用的物理层接口标准有 EIA/TIA-232、V.35、G.703/G.704、ITU-T 、STM-1(OC-3)、IP over SDH(简称 POS)、STM-4(OC-12)、IP over SDH和Z接口等。

3.2 网络层

防空情报组网系统在有线方面可以采用IEEE 802.3网络传输标准,无线网络方面采用IEEE 802.11网络传输标准。系统选用TCP/IP协议作为统一网络传输协议。首先,IP协议可横跨局域网、广域网,几乎所有局域网、广域网系统及设备均支持IP协议,是不同媒体传输方式的最佳协议。其次,IP协议为数据报类协议,其传输的响应时间较好,协议交互少,较适合于数据高速传输的需要。目前广泛使用的是IPv4版,为了克服IP协议的一些不足,又发展了新的IPv6版[3]。IPv6版在原版本基础上改进端对端的安全,通过减少信息包的丢失,增强移动通信能力,扩展IP地址空间。

3.3 标准转换层

(1)信息交换标准

当前各个系统都有自己的信息交换标准,为了防空情报组网系统的互通,必须转换成统一的信息交换标准。雷达、电子对抗、侦查和气象等情报源要接入系统,就必须进行信息标准的统一,否则接收到的情报无法识别处理。标准转换层将对接收到的雷达、电子对抗、技术侦察、飞行等原始信息进行格式转换,生成情报栅格网中的内部通信标准,供上层传输使用。

(2)用户网络传输软件标准

防空情报组网系统的信息源接入是基于IP的网络方式,用于信息传输的网络传输软件必须符合统一标准才能实现与各指挥信息系统的信息互通。防空情报组网系统采用统一的网络传输软件,确保和各类系统互通和通信安全。

3.4 服务层

服务层是指利用通信和网络设施接收标准转换层的数据,根据需要调用相应的服务为需要情报的各类用户服务。主要包括用户快速入网的即插即用、情报获取的定制和分发、时间服务、资源调度、系统诊断和监控以及对用户进行注册、认证、授权等管理。

(1)即插即用服务

实现情报源和情报用户的随遇入网,即时服务。

(2)情报定制和分发

情报定制和分发是防空情报组网系统重要的服务功能,根据用户的定制,实现情报的适时、准确分发。

(3)时间服务

为情报栅格网上的各个处理单元提供统一的时间服务。

(4)资源调度

定义管理栅格资源的服务协议,管理调度的资源包括计算资源、数据存储资源、网络资源、软件资源和其它系统资源。

(5)系统诊断和监控

对栅格资源的使用情况进行监控,并能对出现的故障进行诊断和恢复。

(6)认证服务

在资源信息、资源管理协议和安全协议的基础上提供资源的全局策略运用服务。

3.5 作战接口层

作战接口层是作战装备通过各种协作和资源(主要是综合防空情报)访问协议使用情报网栅格资源,包括指挥控制系统、武器平台、传感器、数据链等。

4 防空情报组网系统接入方法

防空情报组网系统的信息源接入依靠军用基础通信资源,包括指挥信息系统网、电话自动交换网、数据交换网、卫星通信网及民用通信设施。主要提供两种互连方式,一种是系统通过路由器由光纤、无线通信设备接入栅格网或其它系统,通过网络协议实现互连,满足 OSI/ISO模型的要求,它支持64 kbit/s～155 Mbit/s以上的高速互连,满足大容量的情报传输;一种是拨号入网方式,它通过电话线接入栅格网,使用极为方便,同样可实现基于IP的网络连接,但一般只支持56 kbit/s以下的速率,速度较低,用于快速机动、演习及不具备宽带通信条件的场合。情报源与系统互连的主要接口如图3所示。

图3 情报源接入的主要接口Fig.3 Interface of intelligence source access

各物理接口的使用要求如下:

V.35/G.703接口(Nx64K):用于连接需要传输业务量大于64 kbit/s速率的指挥所;

STM-1/STM-4(POS接口):用于 155/622 Mbit/s主干交换节点间的连接;

Z接口:用于拨号入网。

4.1 光纤入网

目前,各级各类的指挥信息系统已经建立,并拥有了较好的光纤通信网,实现了指挥所间的作战命令和防空情报的互连,具备了较好的防空情报组网的通信条件。防空情报组网的建设主要借助于现役系统已有的网络交换、路由设备和通信接入设备,现役指挥信息系统大部分以光纤进行互联。光纤入网的连接如图4所示。

图4 光纤入网连接Fig.4 Connection of fiber access

2M光纤入网采用HDLC或PPP协议方式入网,物理层使用V.35/G.703接口。

155M光缆接入一般在地处主干交换节点的指挥所系统,它入网采用IP Over SDH协议的方式,用POS光接口。

4.2 拨号入网

PPP/SLIP就是在串行线路上实现的 IP(Serial Line IP),因此完整的TCP/IP协议可以运行在拨号线或专线上,这给使用低速线路的远程网络级互连提供了极大的方便。由于省掉了一对路由器线路,也降低了成本,这在报文流量不是很大的防空指挥信息系统中是很好的选择。为了提高性能,有些UNIX系统还为SLIP线路提供了TCP报头压缩和ICMP报文抑制选项。

电话网是最普及和廉价的通信资源。由于程控交换机的普及,国内民用电话线路已能支持相当高的数据率,如两端加上压缩的Modem(调制解调器)可达到28.8 kbit/s。军用电话线路也能支持2.4 kbit/s的速率,已能满足机动及普通情报源、机动情报用户的需求。使用拨号入网的连接如图5所示。

图5 拨号入网连接Fig.5 Connection of dialing access

拨号入网作为备用或补充手段,拨号入网必须使用Modem。用户可以是一台计算机,也可以是一个计算机网络。拨号入网采用SLIP/PPP协议方式入网,物理层使用RS-232C接口。

4.3 与JIDS互连

JIDS是今后广泛使用的一种信息分发方法,预警机、歼击机、舰船及指挥所系统将大量装备JIDS。因此,防空情报组网系统必须考虑与它的互连,作为一种情报输入/输出的手段。JIDS提供G.703、RJ45两种网络接口,用户可直接接入或通过网络节点接入。JIDS与情报组网系统的互连如图6所示。

图6 JIDS与情报组网系统的互连Fig.6 Interlink of intelligence grid and JIDS

5 结束语

采用栅格技术的防空情报组网,打破了传统情报处理系统的壁垒,各种战场传感器(包括对空雷达、电子对抗、技术侦察、预警机等)、作战单元和指挥机构同属于情报信息网中的栅格单元,从而实现了战场情报多元融合,情报属性相互印证,增强了情报的可信度。栅格网络的扁平化结构,缩短了情报传输处理的层次,提高了情报处理的效率,扩大了情报融合的范围。一体化的栅格网络环境,统一了战场态势,情报的处理和分发更加快捷、可靠,可为打赢信息化条件下的战争提供有力的保障。

[1]许俊,柳泉波,李玉顺,等.面向服务的网格计算[M].北京:科学出版社,2009:3-21.XU Jun,LIU Quan-bo,LI Yu-shun,et al.Service-oriented grid computing[M].Beijing:Science Press,2009:3-21.(in Chinese)

[2]张羽,于海涛,平志伟.一体化联合战斗研究[M].北京:解放军出版社,2004:210-260.ZHANG Yu,YU Hai-tao,PING Zhi-wei.Research on integrate joint combat[M].Beijing:PLA Press,2004:210-260.(in Chinese)

[3]Dave Miller.Data Communications and Networks[M].New York:The McGraw-Hill Companies,Inc.,2006.

[4]王坤,何明坷.一种区域防空系统组网技术的研究[J].现代电子工程,2008(1):10-13.WANG Kun,HEMing-ke.Research on air-defense intelligence netting of region[J].Modern Electronic Engineering,2008(1):10-13.(in Chinese)

[5]张永红,左琳琳,肖晓军,等.美军全球信息栅格重点建设项目研究[R].北京:总装备部科技信息研究中心,2004.ZHANG Yong-hong,ZUO Lin-lin,XIAO Xiao-jun,et al.Research on important items about USA GIG[R].Beijing:GeneralArmament Department Science Information Centre,2004.(in Chinese)

[6]张永红,王绪智,左琳琳,等.美军武器装备信息化建设和启示研究[R].北京:总装备部科技信息研究中心,2005.ZHANG Yong-hong,WANG Xu-zhi,ZUO Lin-lin,et al.Research and reveal on construction of USA military equipment informationization[R].Beijing:General Armament Department Science Information Centre,2005.(in Chinese)