李桂花

(中國西南電子技術(shù)研究所，四川 成都 610036)

0 引言

美軍目前開展的轉(zhuǎn)型越來越強調(diào)作戰(zhàn)部隊聯(lián)網(wǎng)協(xié)同作戰(zhàn)，但現(xiàn)階段美軍作戰(zhàn)體系在聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)容量、系統(tǒng)互操作性和網(wǎng)絡(luò)管理等方面還存在諸多問題，特別是在空基網(wǎng)絡(luò)即空中層網(wǎng)絡(luò)。天基和地面都有比較成熟的網(wǎng)絡(luò)體系，并已經(jīng)開始或多或少地引入相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)(包括商用標(biāo)準(zhǔn))和架構(gòu)來確保整個網(wǎng)絡(luò)的互操作性和標(biāo)準(zhǔn)化，只有空基組網(wǎng)沒有相應(yīng)的體系架構(gòu)，這也使得空基網(wǎng)絡(luò)目前成為美軍戰(zhàn)場信息網(wǎng)絡(luò)中最為薄弱的一環(huán)。

空基組網(wǎng)存在諸多限制，如作用距離、節(jié)點移動速度、網(wǎng)絡(luò)控制、載荷加載和功率等都要考慮。如何提供穩(wěn)定可靠的平臺是首要問題，可以使用高空無人平臺，但如何保護(hù)這些平臺的安全也是個問題。另一方面，目前普遍對空中網(wǎng)絡(luò)如何應(yīng)用認(rèn)識不足，如何利用空中移動平臺提供可靠穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)始終沒有得到美軍各方的認(rèn)同，特別是現(xiàn)代戰(zhàn)場的環(huán)境多變，空基網(wǎng)絡(luò)如何適應(yīng)這種多變戰(zhàn)場需求是必須研究的問題。

鑒于美軍空基網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的系統(tǒng)和技術(shù)環(huán)境沒有跟上作戰(zhàn)概念的發(fā)展步伐，而未來的作戰(zhàn)環(huán)境還將更復(fù)雜并對作戰(zhàn)系統(tǒng)和技術(shù)提供更高的要求，基于當(dāng)前和預(yù)期的作戰(zhàn)環(huán)境(包括新近興起的、作為國家安全基本要素之一的賽博空間作戰(zhàn))提出的挑戰(zhàn)，美空軍在近期提出了發(fā)展聯(lián)合空中層網(wǎng)絡(luò)(JALN)的概念［1］，試圖將美軍各軍兵種所有的空中平臺都納入到一個一體化的空基網(wǎng)絡(luò)體系中，意圖按照網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)概念實現(xiàn)新的空中層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。

1 空中層組網(wǎng)需求

隨著空軍在聯(lián)合作戰(zhàn)部隊中的地位不斷提升，空中作戰(zhàn)平臺正越來越多地參與聯(lián)合部隊的作戰(zhàn)，且往往是先頭部隊和主力支持部隊，無論是從提高空中部隊作戰(zhàn)效率以及空地聯(lián)合作戰(zhàn)的協(xié)同性，還是充分發(fā)揮空中作戰(zhàn)平臺作戰(zhàn)效能籍由空中網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)天、空、地三層網(wǎng)絡(luò)綜合和互操作的角度來說，發(fā)展空中層網(wǎng)絡(luò)都是很有必要且迫切需求的。例如，據(jù)推測，F(xiàn)－22戰(zhàn)斗機未能參與利比亞的作戰(zhàn)，就是因為其無法通過數(shù)據(jù)鏈與其他飛機互通?，F(xiàn)代航空環(huán)境需要發(fā)展性和革命性的改變才能最好地滿足連接、重新連接和支持作戰(zhàn)單元協(xié)同的目標(biāo)，而不是僅僅對原有系統(tǒng)進(jìn)行修補，必須采用企業(yè)式方法構(gòu)建JALN。

1.1 聯(lián)合空中層網(wǎng)絡(luò)初始能力文件(JALN ICD)

2009年10月，美軍聯(lián)合需求監(jiān)督委員會(JROC)批準(zhǔn)并簽署了聯(lián)合空中層網(wǎng)絡(luò)初始能力文件(JALN ICD)，JALN ICD是美空軍朝著企業(yè)方式開發(fā)空中層網(wǎng)絡(luò)(ALN)解決方案邁出的重要一步。JALN的主要目標(biāo)是要連接執(zhí)行各種參與作戰(zhàn)的單元，擴展現(xiàn)有的軍用網(wǎng)絡(luò)體系并將其與聯(lián)合作戰(zhàn)區(qū)域(JOA)內(nèi)的天基和地/海面節(jié)點集成到一起，提供降低作戰(zhàn)部隊面對的風(fēng)險所必需的動態(tài)和響應(yīng)性通信基礎(chǔ)設(shè)施。美空軍設(shè)想的JALN將能在空中層支持并增強體系化通信連接，但并不會替代地/海面或天基通信能力。

圖1 JALN作戰(zhàn)視圖(OV)Fig.1 JALN operation view

JALN ICD文件中提出，JALN要支持國家和國防高級領(lǐng)導(dǎo)、作戰(zhàn)指揮官和各級聯(lián)合部隊的網(wǎng)絡(luò)中心指揮與控制和戰(zhàn)場空間態(tài)勢感知需求，并要:與天基和地面層綜合到一起;提高各級聯(lián)合部隊的通信接入能力;支持動中通和超視距通信;提供模塊化、可擴展和靈活的運行能力;提供滿足指揮官需求的持續(xù)連接能力。

同時提出JALN的三項核心功能是:一是提供跨JOA大批量信息傳輸和通過地面或衛(wèi)星通信接入GIG的能力的大容量骨干(HCB);二是為天/空/地/海域提供專用接入的分發(fā)/接入/距離擴展(DARE);三是轉(zhuǎn)換功能，即促進(jìn)HCB和DARE功能間網(wǎng)絡(luò)信息和波形交換和轉(zhuǎn)換的能力。

JALN ICD認(rèn)為，美軍空基組網(wǎng)目前存在的能力差距主要表現(xiàn)在組網(wǎng)能力;網(wǎng)絡(luò)容量;信息與數(shù)據(jù)共享;網(wǎng)絡(luò)管理等方面。

1.2 美空軍空基組網(wǎng)愿景

在確定正式JALN需求之前，美空軍還擬制了空中層網(wǎng)絡(luò)愿景和飛行計劃，以期通過對空軍體系建設(shè)流程進(jìn)行改革，更好地構(gòu)建規(guī)模更大的JALN。按照美空軍的定義，空中層網(wǎng)絡(luò)(ALN)是指“為聯(lián)合作戰(zhàn)區(qū)域(JOA)內(nèi)任意空軍空中平臺上發(fā)起、經(jīng)過或終止的數(shù)據(jù)的共享、交換和利用提供框架的過程、程序和政策的集成和應(yīng)用。”ALN是空中層更大范圍聯(lián)合組網(wǎng)能力的關(guān)鍵組成部分，它將擴展現(xiàn)有地/海面以及天基能力，同時還將有助于緩解當(dāng)前通信面臨的諸多限制。

在美空軍發(fā)布的《空軍2024空中層組網(wǎng)愿景》［2］中，美空軍設(shè)想了未來空中層網(wǎng)絡(luò)的特點:

1)提供可信任的、持續(xù)的且有保障的作戰(zhàn)單元聯(lián)網(wǎng)和協(xié)同，包括聯(lián)合軍兵種和盟軍之間。

2)為作戰(zhàn)部隊配備信息交換能力，以保持和擴展信息優(yōu)勢。

3)延伸至地/海和天領(lǐng)域，銜接目前地面和天基裝備的間隙和缺陷。

4)支持新技術(shù)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、能力和加強聯(lián)合通信能力的實現(xiàn)。

5)綜合聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)中心的組成部分如知識管理、網(wǎng)絡(luò)管理和信息保障。

6)通過改進(jìn)人的效能和決策制定縮短殺傷鏈，促進(jìn)信息優(yōu)勢并提高生存能力。

7)快速適應(yīng)新環(huán)境并在這種情況下保持靈活性。

8)增強多任務(wù)武器/武器系統(tǒng)，包括支持戰(zhàn)略威懾。

在美空軍空中層網(wǎng)絡(luò)愿景之后發(fā)布的《空軍空中層網(wǎng)絡(luò)飛行計劃》則是達(dá)成該愿景的迭代、連續(xù)過程的第一步，它描述了美空軍確保達(dá)成希望的最終狀態(tài)要采取的初期行動。美空軍SAF/CIO A6和AF/A3/5于2010年7月簽署了該《愿景》，SECAF/CSAF也在2011年5月對《飛行計劃》進(jìn)行了簽署。

美空軍的ALN實施計劃將與JALN開發(fā)和運行以及JALN支持能力保持同步。雖然空中層能力缺陷會在JALN中得到基本解決，但是空軍制定的《愿景》和《飛行計劃》已將空軍作為推動JALN發(fā)展的主要軍兵種。

2 美空軍空中層網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃

美空軍發(fā)布的《ALN飛行計劃》提煉空軍在《愿景》中描述的概念并提出了企業(yè)方式的行動計劃以支持實現(xiàn)空軍的ALN愿景，用于指導(dǎo)實現(xiàn)作戰(zhàn)部隊聯(lián)網(wǎng)和協(xié)同的愿景所采取的可操作的、基礎(chǔ)的步驟。ALN目前的重點是非裝備體系的改革以支持JALN，因而《飛行計劃》中的行動計劃主要關(guān)注非裝備的專屬行動，有意識地沒有考慮具體裝備解決方案，但是未來ALN的工作將會支持裝備體系解決方案的實現(xiàn)。該初始計劃之后還會有逐漸詳細(xì)的計劃，未來還將把ALN目標(biāo)與需求、計劃制定和采購綜合到一起。

《ALN飛行計劃》之所以現(xiàn)階段把工作重點放在非裝備體系改革，是因為對目前美軍空中層網(wǎng)絡(luò)存在的問題和挑戰(zhàn)的根源分析表明，問題主要集中在6個領(lǐng)域:管轄方式、企業(yè)方法、需求、標(biāo)準(zhǔn)、建模、仿真和分析以及經(jīng)驗總結(jié)，并基于此確定了3個主題領(lǐng)域:需求、采辦和技術(shù)。

2.1 當(dāng)前狀態(tài)

為支持美軍的全球作戰(zhàn)，美軍目前空中層內(nèi)作戰(zhàn)單元采用的是各種戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈(TDL)來與任務(wù)或平臺中心的友方單元交換信息。如JALN ICD文件所述，當(dāng)前這些系統(tǒng)缺乏完全支持美國防部信息需求所需的聯(lián)網(wǎng)、容量、信息共享和網(wǎng)絡(luò)管理功能。盡管美軍當(dāng)前的通信體系已經(jīng)足以滿足特定任務(wù)需求，但系統(tǒng)的全部能力和數(shù)據(jù)中繼能力優(yōu)化不足。

根據(jù)美空軍的分析表明，現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題并不能簡單地通過對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行逐步升級得以解決，因為有些通信系統(tǒng)已準(zhǔn)備好進(jìn)行升級，而其他系統(tǒng)升級則可能已經(jīng)從技術(shù)證明不可行或成本太高無法進(jìn)行。因而，需要有一種企業(yè)級的解決辦法來克服現(xiàn)有限制。存在的主要問題包括:

1)目前缺乏供通用企業(yè)級應(yīng)用使用的可靠的空中層基礎(chǔ)體系，這限制了作戰(zhàn)單元跨戰(zhàn)區(qū)連接和協(xié)同的能力。

2)隨著空中層能力和服務(wù)復(fù)雜性不斷提高，帶寬需求也隨之增加，并已超過了現(xiàn)有能力。

3)現(xiàn)有各類通信系統(tǒng)不能完全支持新的平臺和技術(shù)。

4)通信解決方案必需考慮到拒止介入環(huán)境下平臺的信息傳輸。

5)大多數(shù)通信系統(tǒng)都依賴于緊密耦合的硬件和軟件，這阻礙了互操作性，限制了聯(lián)合效用。

圖2 當(dāng)前狀態(tài):現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)間的信息流受限Fig.2 Current status:limited information flow between the network

2.2 希望的最終狀態(tài)

到2024年，2010年發(fā)布的《空軍2024空中層組網(wǎng)愿景》預(yù)計將會實現(xiàn)，作為《飛行計劃》初期迭代的成果，戰(zhàn)場裝備平臺的現(xiàn)代化和增強工作將會成形。圖3描繪了ALN實現(xiàn)的空軍希望達(dá)到的空中領(lǐng)域最終狀態(tài)，當(dāng)JALN完全與天基和地/海面網(wǎng)絡(luò)集成到一起并延伸至賽博空間領(lǐng)域時就將能夠這一狀態(tài)。當(dāng)所有網(wǎng)絡(luò)綜合到一起可以提供可靠、風(fēng)險可控且有效的多接入控制的連接并能使所有部隊可以在JOA內(nèi)跨海、陸、空、天和賽博域協(xié)同時，也就達(dá)到了空軍希望的空中層網(wǎng)絡(luò)最終狀態(tài)。

圖3 美空軍希望實現(xiàn)的空中層網(wǎng)絡(luò)最終狀態(tài)Fig.3 Air layer network that US air force hoped

2.3 發(fā)展策略

美軍為了滿足其當(dāng)前的作戰(zhàn)需求，已經(jīng)為其空中作戰(zhàn)平臺裝備了多種組網(wǎng)系統(tǒng)，盡管目前從體系架構(gòu)的角度來看，這些系統(tǒng)還存在互操作等問題，但要實現(xiàn)最大效用，發(fā)展空中層組網(wǎng)也不能一味地采用最新的可用技術(shù)，還需要考慮無縫地與現(xiàn)有裝備和網(wǎng)絡(luò)集成到一起。當(dāng)前的挑戰(zhàn)是在將空中層系統(tǒng)和裝備與現(xiàn)有的地/海面、天基和賽博空間通信設(shè)備集成起來的同時，盡可能地避免現(xiàn)有體系中存在的互操作性問題。由于空中、地/海面和天基層都不可避免地要與賽博空間聯(lián)系到一起，因而這些互連平臺和節(jié)點實現(xiàn)協(xié)同將有利于促進(jìn)高層決策能力，而這利用現(xiàn)有的點對點或廣播數(shù)據(jù)鏈和單個飛機作戰(zhàn)的方式根本無法實現(xiàn)。

未來通過JALN共享、交換和使用數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和平臺必須具有靈活性、響應(yīng)性和高效率，具備動態(tài)工作能力，包括實時重新分配任務(wù)和響應(yīng)未知威脅。這就需要平衡用戶需求，為各種空中層用戶和任務(wù)開發(fā)針對性的解決方案，并確保這些解決方案具備足夠的靈活性，能夠引入新技術(shù)(根據(jù)需要)以支持未來的作戰(zhàn)任務(wù)。美軍現(xiàn)在提出的空中層組網(wǎng)概念不僅只關(guān)注特定使命、系統(tǒng)或任務(wù)，而是要涵蓋更廣范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)不可知的組網(wǎng)能力。

由于是首次以企業(yè)的方式為空中層網(wǎng)絡(luò)開發(fā)解決方案，對于現(xiàn)階段作戰(zhàn)能力依賴于單個武器系統(tǒng)能力的情況，美軍提出，過渡期的解決方案可以考慮縮小各系統(tǒng)存在的“缺陷”，但空中層通信解決方案必須源于以能力為中心的需求。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)考慮

(1)連接全球信息柵格(GIG)

美軍提出的空中層組網(wǎng)概念代表了美軍對跨空中層實現(xiàn)信息傳輸和交換能力根本轉(zhuǎn)型，目前美軍的作戰(zhàn)單元主要通過天基或地/海面通信層訪問GIG服務(wù)，未來的聯(lián)合空中層網(wǎng)絡(luò)將擴充這種訪問并擴展GIG連接(在主機平臺允許時)、根據(jù)節(jié)點變化(自愈)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置以及在災(zāi)難性故障發(fā)生時性能平穩(wěn)降級。美軍空中層組網(wǎng)計劃的目標(biāo)之一就是為終端用戶提供支持，提供它們獲取網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)的能力，將GIG連接服務(wù)的作戰(zhàn)范圍進(jìn)一步拓展，覆蓋那些處在戰(zhàn)術(shù)邊緣和使用的網(wǎng)絡(luò)連不通、斷斷續(xù)續(xù)或帶寬較低的用戶?？罩袑咏M網(wǎng)計劃希望通過這種方式促進(jìn)那些關(guān)鍵的、基于通信的作戰(zhàn)活動，包括指揮與控制和戰(zhàn)場感知，提供接入非保密互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議路由網(wǎng)絡(luò)(NIPRNET)和保密互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議路由網(wǎng)絡(luò)(SIPRNET)的通用網(wǎng)絡(luò)。

空中平臺的高動態(tài)性導(dǎo)致為其提供持續(xù)接入GIG網(wǎng)絡(luò)的能力一直是個挑戰(zhàn)，因而空中層組網(wǎng)計劃的目標(biāo)是改進(jìn)這種能力。與GIG的地/海面和天基部分一樣，節(jié)點或其他服務(wù)中斷也會導(dǎo)致JALN網(wǎng)絡(luò)降級或無法訪問遠(yuǎn)程應(yīng)用和系統(tǒng)，而且JALN中的戰(zhàn)術(shù)用戶可能會在某些時候被隔離無法訪問全部GIG服務(wù)或接入點，因而JALN的目標(biāo)之一是提供網(wǎng)絡(luò)容斷能力，使被隔離的或者是根據(jù)需要降級運行的用戶可以繼續(xù)工作，被隔離的子網(wǎng)絡(luò)將會具備復(fù)制基本的GIG信息共享服務(wù)的能力，這將通過空中接入點實現(xiàn)，并且會通過進(jìn)行認(rèn)證對這種接入進(jìn)行保護(hù)。

(2)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展

隨著空中層組網(wǎng)計劃從不涉及裝備體系發(fā)展到指導(dǎo)裝備解決方案的實現(xiàn)，必需保持空中層網(wǎng)絡(luò)具有足夠的靈活性，以便能接受、利用和傳輸更新、更靈活的應(yīng)用和服務(wù)。未來的空中層網(wǎng)絡(luò)將會支持美空軍從現(xiàn)階段的單個能力系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成基于網(wǎng)絡(luò)中心拓?fù)涞木C合化、基于開放交換的多功能作戰(zhàn)能力體系?，F(xiàn)階段，支持美空軍空中平臺聯(lián)網(wǎng)的主要是各型數(shù)據(jù)量系統(tǒng)，主要包括Link－16和機間數(shù)據(jù)鏈(IFDL)等，空中層組網(wǎng)計劃的目的或重點并非是要取代現(xiàn)有或計劃中的各種數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，而是對其進(jìn)行擴充。現(xiàn)役的和未來的空中作戰(zhàn)平臺都必須能加入空中層網(wǎng)絡(luò)，且所有平臺都必須能提供和提取中繼數(shù)據(jù)、原始信息和處理過的情報產(chǎn)物。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈盡管在美軍的信息化轉(zhuǎn)型中發(fā)揮了巨大的作用，但由于現(xiàn)役戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈主要針對各軍兵種或者特定作戰(zhàn)任務(wù)的需求開發(fā)，各自形成了“煙囪”式系統(tǒng)，兼容性差，已經(jīng)成為了美軍轉(zhuǎn)型繼續(xù)發(fā)展的阻礙，因而戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈未來的發(fā)展也必須轉(zhuǎn)型。如前所屬，空中層網(wǎng)絡(luò)很重要的功能是連接GIG，構(gòu)成GIG的重要部分，因而未來的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈必須支持IP協(xié)議，現(xiàn)役的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈如Link－16必須通過改造兼容IP協(xié)議。至于美軍四代隱身戰(zhàn)斗機使用隱身數(shù)據(jù)鏈IFDL和多功能先進(jìn)數(shù)據(jù)鏈(MADL)等，優(yōu)點和缺點同樣明顯，其與其他數(shù)據(jù)鏈不兼容的問題，與網(wǎng)絡(luò)中心作戰(zhàn)概念背道而馳，限制了這些先進(jìn)飛機的作戰(zhàn)使用，并已經(jīng)促使美空軍專門立項來解決。為此，美空軍在空中層組網(wǎng)計劃中提出，將會改造傳統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈并開發(fā)能夠提供執(zhí)行任務(wù)必需的通用傳輸和協(xié)同能力的新型數(shù)據(jù)鏈。從美軍數(shù)據(jù)鏈現(xiàn)階段的發(fā)展情況來看，以羅克韋爾·柯林斯公司開發(fā)的戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(TTNT)為代表的兼容IP協(xié)議且組網(wǎng)靈活的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)有望成為未來美軍空中層網(wǎng)絡(luò)的主要鏈路。

(3)聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)(JTRS)發(fā)展

美國防部的JTRS系列解決方案是能夠提供某些JALN能力的潛在技術(shù)之一，它可提供可控且動態(tài)的支持IP的網(wǎng)絡(luò)，增強網(wǎng)絡(luò)流量，應(yīng)用公用標(biāo)準(zhǔn)，并增加非話音信息交換能力，包括圖像和視頻信息交換能力。而且，目前美軍正在以標(biāo)準(zhǔn)化、有保障的形式將其初始的“寬帶互聯(lián)網(wǎng)”解決方案裝備到特種作戰(zhàn)和傳統(tǒng)部隊。JTRS電臺使用的波形如士兵電臺波形(SRW)和寬帶組網(wǎng)波形(WNW)對于美軍將先進(jìn)組網(wǎng)能力部署到戰(zhàn)術(shù)邊緣以及與地面部隊為其提供通信支持非常關(guān)鍵。隨著JTRS技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，空軍需要重新評估需求及其對JALN的貢獻(xiàn)，做好持續(xù)發(fā)展的準(zhǔn)備，利用與任意單個通信系統(tǒng)無關(guān)的、支持JALN能力的技術(shù)滿足作戰(zhàn)部隊的需求。

3 美空軍JALN建設(shè)的進(jìn)展

美空軍頂層需求官員2011年3月8日稱，現(xiàn)在的戰(zhàn)區(qū)空中組網(wǎng)覆蓋比幾年前要好很多，而美空軍戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈主管Joe Lenertz稱:“為正在交戰(zhàn)的地面部隊提供近空支援所需的時間量已經(jīng)減少了25%?！边@種效率提升正是得益于美軍空中層網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，但是美軍現(xiàn)有的空中網(wǎng)絡(luò)會包含眾多原本互不兼容的子網(wǎng)和數(shù)據(jù)鏈，為此需要使用多個中繼和網(wǎng)關(guān)(如戰(zhàn)場機載通信節(jié)點(BACN))才能確保操作員可以交換信息。而美軍預(yù)期的聯(lián)合空中網(wǎng)絡(luò)則遠(yuǎn)非讓不同數(shù)據(jù)鏈和波形共存工作，還需要對它們進(jìn)行平衡和把不同層綜合起來。目前，低層實質(zhì)上就是指把地面部隊綜合起來，中層是指戰(zhàn)術(shù)空中中心，而高層則是要連接天基層。

目前，美空軍需求確定人員已經(jīng)劃分了3類作戰(zhàn)環(huán)境:在獲得作戰(zhàn)許可(Permissive)的環(huán)境下，作戰(zhàn)是不會受到太大威脅的;在爭奪(Contested)作戰(zhàn)環(huán)境下，會有一些威脅對空中作戰(zhàn)構(gòu)成威脅;而在拒止進(jìn)入(Anti－access)區(qū)域，近似對等對手可能會利用先進(jìn)的綜合防空裝備和其他武器(包括賽博武器)阻止進(jìn)入。這3種不同的作戰(zhàn)環(huán)境，無論是對作戰(zhàn)平臺還是數(shù)據(jù)鏈路都提出了不同的要求，不過有些組網(wǎng)挑戰(zhàn)則在全部3個領(lǐng)域都存在，這包括氣象、環(huán)境條件(如山區(qū)、視距限制)、使用了多種波形、作用距離變化、潛在敵方干擾和其他，等等。當(dāng)然，美軍空中分層組網(wǎng)的目標(biāo)是要以盡可能高效的方式克服這些困難。由于美軍JALN概念目前仍處在需求確定階段，現(xiàn)階段其主要任務(wù)就是把作戰(zhàn)能力缺陷轉(zhuǎn)化成需求，而裝備部門則要根據(jù)這些信息來填補現(xiàn)在存在的缺陷。目前已經(jīng)確定了4個特定缺陷:連通性、容量、數(shù)據(jù)共享和網(wǎng)絡(luò)管理，這之中，網(wǎng)絡(luò)管理仍是最為困難的。

美空軍高級官員表示，空中網(wǎng)絡(luò)的各組成部分都管理的很好，但是仍需要提高整體管理能力。部分問題是由于缺乏真正的聯(lián)合管理，即使是單個組成部分如JTRS和Link－16也沒有按照聯(lián)合的模式來進(jìn)行管理。從更大的范圍的角度來說，美軍目前還不具備很好的管理綜合網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)能力，也正因此，美軍希望有一個工具，可以把現(xiàn)有的各個網(wǎng)絡(luò)連接到一起并將它們管理成為綜合網(wǎng)絡(luò)。美軍的最終目標(biāo)是要具備空中層網(wǎng)絡(luò)控制能力，以使聯(lián)合作戰(zhàn)單元可以高效規(guī)劃、協(xié)調(diào)、分配和監(jiān)控綜合化通信服務(wù)，這將使它們可以同步和最大限度地發(fā)揮武器系統(tǒng)的效率。

在美軍開展JALN概念具體化、制定實施路線圖、設(shè)計應(yīng)用概念等工作的同時，也在同步推進(jìn)實現(xiàn)一體化空中層網(wǎng)絡(luò)所需的關(guān)鍵系統(tǒng)和技術(shù)的開發(fā)，比較典型是:

(1)四代機和五代機互通

盡管美軍的第四代隱身戰(zhàn)斗機F－22“猛禽”已經(jīng)服役，并且F－35“閃電II”也即將服役，但是這兩種四代機的采購數(shù)量都大幅削減，這就意味著美空軍現(xiàn)役的大量三代機如F－15、F－16和F－18戰(zhàn)斗機仍將在一段時間內(nèi)與四代機一起為美軍提供空中作戰(zhàn)能力。但是，如前所述，F(xiàn)－22和F－35戰(zhàn)斗機分別配備的是專用的隱身數(shù)據(jù)鏈IFDL和MADL，與三代機主要使用的Link－16數(shù)據(jù)鏈無法互通。為此，美空軍在2013年初發(fā)起了，聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機企業(yè)終端(JETpack)聯(lián)合能力技術(shù)演示驗證(JCTD)項目［3］，以驗證解決上述互通問題的相關(guān)技術(shù)。諾斯羅普·格魯門公司作為項目的主承包商成功地在2013年4月份的試飛中，演示了IFDL和MADL數(shù)據(jù)鏈與Link－16互通的能力，格魯曼公司開發(fā)的JETpack可采用內(nèi)置掛載或吊艙式掛載，基本型JETPack設(shè)備包括若干天線、一個終端和安裝在網(wǎng)關(guān)平臺上的相應(yīng)電子設(shè)備。據(jù)此美空軍于2013年5月發(fā)布了相應(yīng)的系統(tǒng)招標(biāo)書［4］。此外，作為該項目的競爭者，洛克希德·馬丁公司也在2013年12月17日和19日聯(lián)合L－3通信公司進(jìn)行了類似技術(shù)的演示，演示中成功地通過Link－16數(shù)據(jù)鏈傳送了從F－22戰(zhàn)斗機的數(shù)據(jù)，并演示L－3通信公司開發(fā)的獨特通信波形［5］。

(2)戰(zhàn)場機載通信節(jié)點(BACN)

美軍空中層網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)階段最突出的問題就是各封閉通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)間的兼容性問題，盡管美軍發(fā)起聯(lián)合空中層網(wǎng)絡(luò)概念就是要通過體系架構(gòu)建設(shè)從根本上解決這一問題，但短期內(nèi)仍只能依靠網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)接盒轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)整個空中層網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，這些網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)也是現(xiàn)階段美軍空中層網(wǎng)絡(luò)無縫運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。目前諾斯羅普·格魯曼公司開發(fā)的戰(zhàn)場機載通信節(jié)點(BACN)系統(tǒng)已被選用并部署到阿富汗等地區(qū)執(zhí)行這類任務(wù)。BACN是一種可擴展通信距離的機載通信中繼系統(tǒng)，可支持圖像、視頻、話音和數(shù)字文電的無縫傳輸，并可為不兼容的通信系統(tǒng)之間提供轉(zhuǎn)接和轉(zhuǎn)換。2009年6月下旬，美空軍向諾·格公司采購了8套 BACN系統(tǒng)，分別裝備在4架E－11龐巴迪 BD－700“全球快車”遠(yuǎn)程公務(wù)機和4架“全球鷹”Block 20無人偵察機上，目前除一架“全球鷹”無人機墜毀外，其他7套BACN系統(tǒng)都在服役。利用BACN，地面上的特種部隊士兵能用民用蜂窩電話與戰(zhàn)斗機上的飛行員通話。該系統(tǒng)特別適合在阻擋視距通信的崎嶇山區(qū)、以及軍民協(xié)同、不同軍種乃至不同國家軍隊協(xié)同作戰(zhàn)的戰(zhàn)場上應(yīng)用。2014年4月，諾格公司又試飛了為加強作戰(zhàn)前線通信能力而開發(fā)的智能節(jié)點吊艙，該吊艙將能夠連接BACN平臺和地面作戰(zhàn)中心，可作為部署在高空的BACN的低空補充，二者聯(lián)合工作將進(jìn)一步完善多層的聯(lián)合空中層網(wǎng)絡(luò)體系。

圖4 JETpack聯(lián)合能力技術(shù)演示驗證Fig.4 JET pack joint capability technology demonstration

(3)100 Gb/s空基骨干網(wǎng)

在美軍設(shè)計的分層網(wǎng)絡(luò)體系中，空基骨干網(wǎng)絡(luò)是非常重要的一部分，而且也是目前空中層網(wǎng)絡(luò)缺乏、需要全新開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)，為此，美國防先期研究計劃局(DARPA)在2013年1月發(fā)布信息征詢書試圖開發(fā)一種基于無線電信道、傳輸速率達(dá)100 Gb/s的軍用數(shù)據(jù)鏈［6］，尋求將空中多路復(fù)用技術(shù)與高階比特調(diào)制技術(shù)組合應(yīng)用的創(chuàng)新方法，實現(xiàn)大于每赫茲每秒20 bit的光譜效率。該項目試圖開發(fā)一種具有光纖等效傳輸容量和通信距離的機載通信鏈，可以穿越云層、雨滴和霧霾，且實用性強。據(jù)DARPA的研究人員稱，該系統(tǒng)將用于作用距離為201 km、100 Gbit/s傳輸率的空－空數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用，和飛行高度約18288 m的飛機上作用距離為100 km的空－地數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用。DARPA從2013年8月起陸續(xù)向6家公司授予了第一階段的開發(fā)合同。

4 結(jié)語

空中層組網(wǎng)計劃將為美軍全球作戰(zhàn)部隊提供關(guān)鍵的附加通信服務(wù)和能力。作為空中層領(lǐng)導(dǎo)者，美空軍將負(fù)責(zé)提供流程、程序和政策(它們?yōu)镴OA內(nèi)任意空軍空中平臺有關(guān)的數(shù)據(jù)的傳輸和利用提供框架)制定的準(zhǔn)則、管理方法和指導(dǎo)。美空軍發(fā)布的空中層組網(wǎng)《愿景》和《飛行計劃》啟動了美空軍的相關(guān)工作并為空軍組網(wǎng)轉(zhuǎn)型建立的途徑。飛行計劃迭代過程中行動項目的實現(xiàn)工作已經(jīng)啟動，飛行計劃的下一迭代會在2012年發(fā)布，會包括為可靠的裝備解決方案提供支持的行動以及JALN AoA的結(jié)果。隨著針對ALN進(jìn)行的計劃和組織結(jié)構(gòu)調(diào)整工作的開展，未來的飛行計劃迭代將會把重點轉(zhuǎn)移到裝備開發(fā)、采辦和綜合上來。

現(xiàn)階段，美軍的網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)建都是網(wǎng)絡(luò)中心作戰(zhàn)的角度出發(fā)，構(gòu)建支持多軍兵種、多平臺聯(lián)合作戰(zhàn)的綜合化通信系統(tǒng)，這不僅僅涉及空軍，也涉及海軍、陸軍、海軍陸戰(zhàn)隊裝備的空中作戰(zhàn)平臺，JALN將成為促進(jìn)美軍空基組網(wǎng)未來發(fā)展的主要概念，并推動空基組網(wǎng)的建設(shè)轉(zhuǎn)型。

［1］TIWARI A，HU Jingyi，DANESHRAD B.Co－Array Processing Assisted Bayesian Beamforming(CABB):A Nonlinear Beamforming Technique for Joint Aerial Layer Network(JALN)backbone［C］//Proceedings of 2013 IEEE Military Communications Conference.［S.l.］:IEEE，2013:388－395.

［2］SCHUG T，DEE C，HARSHMAN N，et al.Air Force Aerial Layer Networking Transformation Initiatives［C］//Proceedings of IEEE 2011 Military Communications Conference.［s.l.］:IEEE，2011:1974－1978.

［3］BUTLER A.Talking Stealth:USAF Pushes for 5th to 4th＇Gateway＇［EB/OL］.(2013－05－10)［2014－05－18］.http://aviationweek.com/blog/talking－stealth－usaf－pushes－5th－4th－gateway.

［4］Air Force Materiel Command.5th to 4th Generation Connectivity Request for Information(RFI)［EB/OL］.(2013－03－02)［2014－05－20］.https://www.fbo.gov/?s=opportunity＆mode=form＆id=96613253 addd51b2e588db17dce9da49＆tab=core＆_cview=1.

［5］Amy Butler.Lockheed Secretly Demos New Stealthy Fighter Comms［EB/OL］.(2014－02－25)［2014－05－12］.http://aviationweek.com/defense/lockheed－secretly－demos－new－stealthy－fighter－comms.

［6］Defense Advanced Research Projects Agency.100 Gb/s RF Backbone(100G)［EB/OL］.(2013－08－26)［2014－05－20］.https://www.fbo.gov/index?s=opportunity＆mode=form＆id=8d30e1683f8f1f96ef31bcaf9968aa20＆ tab=core＆_cview=1.