美国海军通信与网络系统发展分析

朱 荣，魏 玉，乔贝贝，夏文泽

(1. 中国人民解放军92665部队，湖南 张家界 427200；2. 国电四川映秀湾电厂，四川 阿坝藏族羌族自治州618853；3. 中国船舶重工集团公司第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

美国海军把“部队网”计划的总体发展划分为4个阶段，分别为：第1阶段（2002-2007年），实现海上的网络连通；第2阶段（2007-2009年），实现海上和陆地的连通，即改进决策能力；第3阶段（2010-2014年），实现网络的使能化，即实现基于网络的指挥与控制；第4阶段（2015-2020年）实现完全的网络化，即保证恶劣条件下的决策能力。

目前已经完成前3阶段，正在开展最后一阶段的能力建设。本文以美国海军通信与网络系统建设情况为抓手，分析美国海军电子信息系统能力情况及发展趋势，主要从天基网、作战群网、舰载网络和陆上网四方面入手分析。

1 天基通信

1.1 窄带卫星通信

窄带通信卫星主要使用特高频（UHF）频段，主要支持需要语音或低数据率战术移动通信的用户，支持小型便携终端话音与低速率数据业务。美国先后发展了舰队卫星通信（FLTSATCOM）、特高频后继卫星（UHF UFO）、移动用户目标系统（MUOS）窄带卫星通信系统。

最新的MUOS在通信能力方面超过了特高频后继卫星和舰队卫星。MUOS改变了美国海军30多年来的特高频窄带战术通信的网络体系、通信波形和使用方式，提供网络化战术移动通信能力，更好地支持网络中心战：采用WCDMA的3G移动通信体制，单星容量大幅提升，可同时接入4 198个用户，总通信容量40 Mbps，是特高频后继卫星的10倍；能够为所有作战环境中高机动部队的指挥人员提供更大的窄带通信容量；具有“动中通”能力，解决了原有卫星通信系统必须暂停下来使天线向上指向卫星通信的弊端；提高了卫星通信系统的抗干扰和抗毁能力，通过星地一体化传输设计，多个点波束可以避免特高频后继卫星采用全球波束容易遭受任何地区上行干扰的问题。

1.2 宽带卫星通信

宽带卫星提供大容量干线传输，用于战略和战术通信，支持双向宽带通信、单向信息广播等服务。美国先后发展了国防卫星（DSCS）、宽带全球卫星（WGS）宽带卫星通信系统。

最新的宽带全球通信卫星2007年开始发射，美军将至少发射10颗宽带全球卫星（目前已经发射9颗），将代替国防卫星通信系统，提供语音、数据、图像通信，可覆盖南北纬65°范围内的19个独立的地区。宽带全球卫星根据不同的用户终端、数据率和调制方式单星总通信容量可达1.2-3.6 Gbps，是第3代国防卫星通信系统的10倍。

宽带全球卫星通信系统将大幅提高目前军事通信的带宽，将大幅提高国防部军事行动能力，加强情报收集和后勤保障能力，提高远程视频电话和话音服务能力，改善地理空间图像和战场管理系统，是美军军事通信卫星能力实现数量级跃升的重要系统；具有可重新配置的覆盖区，可向不同覆盖区进行广播和多点广播，宽带全球卫星天线数量，19副天线可形成19个覆盖波束，提供覆盖区域的形成和调整能力、全球覆盖能力；全球广播服务（GBS）将由全球全带卫星提供，带宽将翻倍，特高频后继卫星系统每条信道的数据传输速率最高可达23.5 Mbps。全球宽带卫星每条信道的数据传输速率最高可达45 Mbps。在辐射控制（EMCON）或反介入/区域拒止环境中，全球卫星服务系统还能完成关键信息的传输。

1.3 受保护的卫星通信

美国海军受保护卫星通信系统具有抗干扰性、保密性及核生存能力，通常使用极高频频段，能够满足现在战争对实时战术影像、战场态势和目标跟踪数据等战术通信的需求，并且安全性高、抗干扰性好、不易截获、不易探测。美国海军先后发展了“军事星”（MILSTAR）一、二、三代，第3代也被称为先进极高频卫星（AEHF）。

最新的AEHF已经投入使用，形成初始作战能力。AEHF将发射6颗卫星（目前已发射3颗），系统覆盖南北纬65°之间的广大地区，单星通信总容量为430 Mbps（第 2代军事星为43 Mbps），可同时支持 6 000个通信终端、4 000个通信网络，系统具有高数据传输率。AEHF比上两代“军事星”通信性能更高，业务容量和数据率有了很大提升，用于战术通信的数据率是8.192 Mbps，用于战略通信数据率是19.2 kbps，远超过上一代卫星系统（数据传输率增加25倍，信道数量增加2～3倍），可为战术部队提供高质量、实时信息，包括实时视频、战场地图和目标跟踪数据。AEHF大幅提升了卫星通信的抗干扰能力和灵活性。AEHF采用可抗核加固技术，突破了核武器造成的电磁干扰，是国家领导人与军事指挥官在冲突区域建立传输敏感信息的安全通信链路，是唯一一个可抵抗全频谱威胁的系统，可对抗高技术干扰机、窃听和网络攻击，即使地面控制系统被摧毁，系统还能够自主正常工作约6个月。可在特种作战、核战争、打击海盗和人道主义救援任务中，向兼容飞机、舰艇和机动部队安全发送图像、视频和其他任务数据。AEHF采用星上处理，提供重建网络的灵活性。星上处理技术把战场上所有梯队连接成具有太空路由的虚拟网络，以满足动态的指控要求，还能为需要快速、精确信息的用户提供实时地图、目标信息和先进的智能监视及侦查图像，也可直接对来自用户终端的请求做回答，并根据优先级提供点对点通信和网络服务（见图1）。

图1 AEHF卫星通信系统可以在任何时候为美军提供全球范围的安全军事通信服务Fig.1 AEHF communications satellite system can provide secure military communications services for the U.S.military worldwide at any time

2 数据链

2.1 指挥控制数据链

指挥控制数据链是传送指挥控制命令和态势信息的数据链，主要用于作战指挥控制和武器控制系统的命令传递、战情汇报和请示、勤务通信及战术行动的指挥引导。

经过数十年的发展，用于指挥控制的数据链技术已经比较成熟，近年来没有重大发展。美军主要的指挥控制数据链包括Link 4（舰-空；指令）、Link 11（舰-舰，舰-岸，舰-空，空-岸；战术数字信息）、Link 16（综合数据链 4 和数据链 11）、Link 22，均比较成熟，能够实现舰艇、飞机、岸基指挥所之间的视距和超视距战术通信，通信速率在5～238 kbps。

除了数据链之外，美国海军正在发展作战部队战术网络（BFTN），通过传统的特高频（UHF）和高频（HF）无线电，为舰船、潜艇和飞机之间提供直接的“平台-平台”的高频互联网协议（HFIP）和子网中继（SNR）数据传输能力，使海军相关作战人员能够在实时战术环境中制定和执行计划。作战部队战术网络高频互联网协议工作在高频频段，数据传输速率可达9.6 kbps/19.2 kbps；子网中继工作在特高频频段，其数据传输速率可达64 kbps。美国海军计划在2020财年之前对约213艘（架）舰船、潜艇和飞机部署BFTN，并实现全面作战能力。

作战部队战术网络的主要特点包括：支持联盟、同盟和联合互操作能力和信息交换，提供电子邮件、网络服务、协作、全球指挥与控制系统综合成像和情报（GCCS-I3）、通用战役图（COP）和通用情报图（CIP）、同盟/联盟伙伴进行舰-舰和舰-岸WEB复制、电子邮件等功能；实现编队内部视距/超视距数据传输，实现美军及联盟舰船、潜艇和飞机在打击群中的联通性；可作为部分卫星通信业务的备份，水面平台利用作战部队战术网络，可共享卫星通信资源拥有发送和接受信息的能力，在SIPRNET网络无法进行卫星通信时，作战部队战术网络可作为备份，是对抗A2/AD能力的重要保证。

2.2 情报监视侦察数据链

情报监视侦察数据链主要用于传输侦察图像、视频等宽带信息，解决网络中心战中图像、视频等大容量侦察情报高速传输的难题。

美国海军现役的情报监视侦察数据链主要有通用数据链（CDL）和战术通用数据链（TCDL）等宽带ISR数据链，连接指控平台与空中平台，主要传输图像和情报信息，执行侦察任务的空中平台可通过通用数据链对合成孔径雷达、光学照相、红外照相的图像进行实时传输。NTCDL将在2019年实现初始作战能力，将满足航母、两栖舰艇、飞机、小型舰艇、潜艇和岸基手持式使用装置及移动平台的使用要求。

部队级别舰艇（如航母和两栖攻击舰）上的网络战术通用数据链系统包括网络战术通用数据链及其处理器、单位级别（如驱逐舰和巡洋舰）舰艇上装备通用数据链（CDL）。NTCDL将使不同源的ISR信息跨网共享，增强海军态势感知能力与战场优势。NTCDL可同时实现对不同源的（空中，水面，水下，便携式）情报、监视和侦查（ISR）数据的实时传送和接收，并与各不相同的联军、军种、盟军、民用网络交换指挥控制信息（语音，数据，图像，全运动视频），支持多项网络化作战同步开展。当前配有通用数据链（CDL）的平台，以及新一代有人平台与无人平台将获得超视距传感器系统数据，并利用情报、监视和侦察联网功能支持任务分配、收集、处理、开发和分发。

图2 数据链 Link11, Link16 和 Link22Fig.2 Data Link11, Link16 and Link22

2.3 武器协同数据链

武器协同数据链的主要作用是突破单一武器平台和传感器资源的局限性，充分利用作战区域内的各种传感器及武器资源，在作战武器平台间建立实时、高效的数据交换网络以及分布式、实时协同处理机制，实现对战术目标快速、准确的跟踪定位和精确打击控制。

美国海军目前使用Link 16数据链作为武器协同数据链，用于连接海军的舰艇、舰载机等装备。而正在发展的TTNT数据链，将在2020年左右形成作战能力。

TTNT数据链是解决“从传感器到射手”的数据链问题的一种传输量大、反应时间短的解决方案，也可以使美军能够迅速瞄准移动目标及时间敏感目标，实现快速的目标瞄准与再瞄准，使网络中心传感器技术能够在多种高机动平台间建立信息联系，不但适用于高达8 Ma的战斗机，也适用于指控平台和情报侦察平台；TTNT数据链基于自组织的Ad-Hoc网络，能够组建在跨平台、跨域战术网络，网络组织结构灵活，支持实时重构和灵活配置，支持动态网络容量分配，可很好地满足动态应用环境需求；TTNT数据链数据传输速率高、延时小、支持的用户量多。数据链吞吐量比 Link 16提高 20倍，信息传输速率快 50倍（TTNT每秒可传输8幅图像，Link 16传输1幅静态图像需要20～40 s），TTNT可支持200个成员，比Link 16的成员数量高出一个数量级。

3 舰载网络

3.1 海上统一网络系统

海上统一网络系统（CANES）是海军唯一一个替代原有网络的计划，为当前和未来的任务派遣、信息收集、处理、利用与传播的迭代计算和存储能力提供基础设施、系统和服务。CANES目前正在部署过程中，将在2023财年实现全面作战能力。

CANES融合的主要舰载网络系统有综合舰载网络系统（ISNS）、潜艇局域网（SUBLAN）、海上联合军种地区信息交换系统（CENTRIXS-M）、绝密信息局域网（SCI LAN）以及视频信息交换系统（VIXS）和舰载视频分配系统（SVDS）。

图3 CANES 融合了多个舰载网络系统Fig.3 CANES integrates multiple shipborne network systems

CANES减少机柜数量，降低安装成本。CANES通过通用计算环境有效地将舰载网络硬件整合到通用网络核心中，以取代相似的硬件独立的操作。CANES将通过高机密专藏专管信息系统为海军各种水面舰艇、潜艇、海上作战中心和飞机的所有基础网络服务提供完整的基础设施——硬件、软件、处理、存储和终端用户设备。另外，约有36种支持指挥和控制、情报、监视和侦察、信息战、后勤和业务领域的应用程序和系统需要CANES基础设施，以在战术层面运行。

CANES有效解决航母C4I网络跨界安全、资源有效管理等问题。当前，美国航母上C4I网络包含多种特殊的网络和软硬件，其中惠普、戴尔、康柏、阿尔卡特、松下等300多种硬件平台及Windows、Linux、Solaris等操作系统上运行了642种应用软件型号。这将产生大量的跨界安全问题。另外，还造成了服务器和存储资源没有充分使用。CANES部署以后，所有的操作系统和通用软件都运行在统一的虚拟设备上，并分成各种密级（机密、秘密、内部）进行信息处理、存储与传输，可有效解决航母C4I网络的跨界安全问题，有利于系统资源的有效管理。

图4 CANES简化了海军舰船上的信息技术基础设施Fig.4 CANES simplifies information technology infrastructure on naval ships

3.2 自动数字网络系统

面对海上繁杂的通信资源与手段，多种异构通信网络，美国海军自动化数字网络系统（ADNS）通过射频频谱连接舰上内部网络和外部网络，靠港时则连接陆上线缆，对海上各种通信网络资源进行综合管理、协调使用、信息格式转换，使得海上无线通信资源配置更为灵活、信息联通更为流畅。通过ADNS，海军实现与国防信息系统网络（DISN）的互联，完成各类非保密、机密、绝密的工作以及各类联军、盟军服务。实质上，ADNS相当于联军、盟军战术装备的网关，可确保全球信息栅格（GIG）的连通性。海军计划在2020财年实现最新的第3代ADNS的全面作战能力，并与CANES的部署相配合。

ADNS海上无线通信综合管理不断进步。美国海军海上无线通信管理系统通过增量式发展在促进通信IP化、大带宽、高流量方面不断取得进步，目前，ADNS已经成为美国海军实现可靠、安全、自适应的海上通信网络中心能力的关键。

ADNS实现海上无线通信动态分配带宽。ADNS能够自动发现海上空闲无线通信带宽并充分利用起来，实现通信流量的最大化。由于去除了人为操作，实现动态带宽分配，使得在不增加发射机数量的前提下通信流量增长至少10倍以上。系统能够在任意2个路由器之间传输各类IP数据报，包括文本、图形、语音或视频应用，无需另外开发新型昂贵的烟囱式系统用于支持新应用。

4 陆上网络

美国海军原使用海军/海军陆战队内网（NMCI）作为本土基础网络，使用境外美国海军企业网（ONENET）作为境外基础网络，目前二者均已经过渡到下一代企业网（NGEN）。

海军/海军陆战队内网整合了海军本土岸基网络。1998年，美国海军部开始建立起海军/海军陆战队内网（NMCI），它将计划、协调和整合海军信息基础设施，以取代当时在役的多种各自为阵的海军岸基网络。该网络一直使用到2014年，美国国防部通过NMCI为整个军种提供信息服务，并在美国本土内为“部队网”提供岸上网络基础设施。

境外美国海军企业网充当美国海军境外一体化基础网络。2010年之前，美国大陆外的海军站点使用境外美国海军企业网（ONE-NET）作为通用和安全的信息技术基础架构。ONE-NET基于美国海军和海军陆战队内联网（NMCI）架构，综合了新的网络基础设施。提供标准化的硬件和软件服务、综合平台服务、境外的电子邮件服务、信息安全服务、秘密因特网协议路由器网（SIPRNET）服务、远程访问服务等。ONENET支持超过数万个前沿部署用户和2 500个海军站点。

图5 美国全集成海军网络环境主要包括：海上统一网络系统（CANES）、下一代企业网（NGEN）、美国海军企业网（ONE-NET）、海军陆战队企业网（MCEN）Fig.5 The U.S. naval network environment contain: CANES,NGEN, ONE-NET, MCEN

5 结 语

美国海军网络正由多个网络环境组成的复杂网络向一个统一的完全集成的海军网络环境发展。2010年之后，NMCI和ONE-NET先后过渡下一代企业网（NGEN），进入了全集成海军网络环境（NNE）的第1阶段。NGEN为海军提安全可靠的语音、视频与数据网络环境，提供在世界任何位置获得数据、服务与应用的能力，能够满足作战舰队的需求，还能够使指挥控制与CANES协同。随着技术的发展和更新，分散的网络会进一步融合，服务也将共享，最终形成一个完全集成的海军网络环境（NNE）。