冉金鵬，王 翔，趙尚弘

（空軍工程大學(xué)，西安 710077）

0 引言

航空領(lǐng)域一直以來都是體系化全域戰(zhàn)場的重要組成部分，經(jīng)過近現(xiàn)代歷次戰(zhàn)爭的實(shí)踐檢驗(yàn)，其作戰(zhàn)力量在軍事作戰(zhàn)領(lǐng)域發(fā)揮了不可替代的作用，作為一種戰(zhàn)略力量，在關(guān)鍵時(shí)刻能夠發(fā)揮決戰(zhàn)決勝效果。近年來，我國圍繞如何有效應(yīng)對周邊國家與地區(qū)在軍事航空領(lǐng)域的威脅做了大量相關(guān)調(diào)查與研究，周邊一些潛在對手已陸續(xù)裝備先進(jìn)作戰(zhàn)飛機(jī)、航空武器等；外軍的高性能航空平臺(tái)將迫使我國立足于現(xiàn)有航空作戰(zhàn)力量，以一種“不對稱”思維最大限度發(fā)揮平臺(tái)效能。此外，隨著航空作戰(zhàn)理念、作戰(zhàn)方式的不斷演進(jìn)，新興信息技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，未來的航空作戰(zhàn)將面臨高度不確定性、動(dòng)態(tài)性和對抗性的戰(zhàn)場環(huán)境，這將促使我航空平臺(tái)必須能夠靈活適應(yīng)戰(zhàn)場環(huán)境變化，滿足航空作戰(zhàn)高性能需求。因此，針對航空領(lǐng)域空中作戰(zhàn)特點(diǎn)，構(gòu)建滿足作戰(zhàn)任務(wù)需求的航空平臺(tái)信息支援體系是達(dá)成空域系統(tǒng)對抗、體系制勝的關(guān)鍵。

1 航空通信服務(wù)調(diào)度概述

航空信息網(wǎng)絡(luò)是指利用可用的有線、無線通信鏈路和適當(dāng)?shù)慕M網(wǎng)機(jī)制將各層、各類的航空平臺(tái)、傳感器等鏈接形成的信息化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，具有大尺度、高動(dòng)態(tài)、覆蓋廣、網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)、資源受限、業(yè)務(wù)多樣等特點(diǎn)。作為連接衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)的空中通信節(jié)點(diǎn)和樞紐，對上完成天基信息的及時(shí)注入，對下完成地面指控信息的向上輸出，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)、傳輸?shù)孛嬷缚匦畔⒑涂罩懈兄畔?，以及空中指揮決策的功能，在空天地一體化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中起到承上啟下的作用。良好的廣域覆蓋性、高靈活性、動(dòng)態(tài)自組織性，使得航空信息網(wǎng)絡(luò)在航空航天、ISR（Intelligence Surveillance Reconnaissance）一體化系統(tǒng)、通信中繼、應(yīng)急救援、協(xié)同作戰(zhàn)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用［1-3］。尤其是在軍事航空領(lǐng)域，通過構(gòu)建一體化作戰(zhàn)航空信息網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，擴(kuò)展現(xiàn)有地面指控系統(tǒng)至空中，提升空戰(zhàn)場信息資源共享能力，有效奪取戰(zhàn)場態(tài)勢主動(dòng)權(quán)，達(dá)到快速反應(yīng)、超強(qiáng)決策、靈活自組織和高效協(xié)同的目的，將是未來軍事航空信息網(wǎng)絡(luò)的重點(diǎn)發(fā)展方向。

航空通信的服務(wù)調(diào)度是以航空平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)為信息交互紐帶，依托網(wǎng)絡(luò)的高效信息交互能力，實(shí)現(xiàn)各類信息傳輸滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，為航空用戶提供高效服務(wù)。當(dāng)前階段，航空平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，應(yīng)用需求愈發(fā)多樣，作戰(zhàn)任務(wù)與戰(zhàn)場環(huán)境復(fù)雜化，對航空信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量需求提出了更高的挑戰(zhàn)。由于受平臺(tái)載荷、電磁兼容性、計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力等因素限制，僅僅依靠單一的作戰(zhàn)能力強(qiáng)而全的航空平臺(tái)已無法滿足日益復(fù)雜的空戰(zhàn)任務(wù)需求［4-5］，未來航空作戰(zhàn)必然發(fā)展成為多平臺(tái)聯(lián)合作戰(zhàn)模式，依托信息體系優(yōu)勢，彌補(bǔ)單平臺(tái)性能差距。然而，現(xiàn)有的航空信息網(wǎng)絡(luò)過多強(qiáng)調(diào)單平臺(tái)作戰(zhàn)效能，多平臺(tái)間協(xié)作少，協(xié)同關(guān)系不緊密，戰(zhàn)術(shù)協(xié)同效能較低，機(jī)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開放性、兼容性、靈活性、互操作性較差，難以保證持續(xù)不間斷的航空通信服務(wù)。

基于此，迫切需要開展針對多航空平臺(tái)間通信服務(wù)調(diào)度相關(guān)問題的研究，以提高網(wǎng)絡(luò)可控性及以資源優(yōu)化利用為目標(biāo)，高效合理地對航空信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置管理，實(shí)現(xiàn)航空作戰(zhàn)資源的靈活調(diào)度與互聯(lián)共享。

2 航空集群發(fā)展及研究現(xiàn)狀

“集群智能”［6］是指多個(gè)無智能個(gè)體為了達(dá)到同一目的，通過緊密協(xié)作所涌現(xiàn)出的異常復(fù)雜的群體智能行為。由于其巨大的軍事效益，美軍方面很早就著手發(fā)展相關(guān)技術(shù)，最具代表的當(dāng)是智能無人集群。智能無人集群是指由大量無人航空平臺(tái)綜合集成，以航空信息網(wǎng)絡(luò)為通信紐帶，以平臺(tái)間協(xié)同組織能力為基礎(chǔ)，構(gòu)建的具有低成本、強(qiáng)抗毀、自組織、高智能的分布式空中移動(dòng)作戰(zhàn)系統(tǒng)。近年來，隨著“集群”優(yōu)勢在軍事領(lǐng)域逐步顯現(xiàn)，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對其展開了深入研究并取得階段性成果。

1）美國、芬蘭等其他國家。早在2005 年，美國國防部就發(fā)布了《無人機(jī)系統(tǒng)路線圖2005-2030》［7］，文件中明確指出推動(dòng)無人機(jī)集群技術(shù)向作戰(zhàn)需求靠攏，實(shí)現(xiàn)集群的全自主能力。隨后，在2016 年和2018年又分別發(fā)布了《小型無人機(jī)系統(tǒng)飛行規(guī)劃2016－2036》和《2017-2042 無人系統(tǒng)綜合路線圖》［8-9］，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了無人機(jī)集群的作戰(zhàn)優(yōu)勢，指出集群作戰(zhàn)將是未來聯(lián)合作戰(zhàn)的重要分支。

在完成無人機(jī)集群技術(shù)路線規(guī)劃后，美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（Defense Advanced Research Project Agency，DARPA）開展了一系列試驗(yàn)驗(yàn)證，其中，典型項(xiàng)目如下頁圖1 所示。2015 年發(fā)起“快速輕量自主”（FLA）項(xiàng)目［10］，希望通過研發(fā)先進(jìn)的感知、控制算法，解決復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下無人系統(tǒng)易受干擾和欺騙的問題，并于2018 年6 月測試了小型無人機(jī)集群在各種復(fù)雜環(huán)境下（城市、郊區(qū)等）的自主飛行能力。2016 年啟動(dòng)“集群使能攻擊戰(zhàn)術(shù)”（OFFSET）項(xiàng)目［11］，旨在通過對多集群目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)操作，研究驗(yàn)證集群戰(zhàn)術(shù)的生成效率、執(zhí)行任務(wù)的有效性，并于2019 年成功試驗(yàn)了以隔離城市為目標(biāo)的多個(gè)相關(guān)戰(zhàn)術(shù)。

圖1 DARPA 發(fā)起的部分無人機(jī)集群項(xiàng)目

除美國外，其他一些國家也對無人機(jī)集群開展了相關(guān)研究。2017 年，俄羅斯研究人員透露未來航空作戰(zhàn)將是少量有人戰(zhàn)斗機(jī)與20 架～30 架無人機(jī)集群協(xié)同作戰(zhàn)的模式。2019 年10 月，芬蘭提出“壓制防空無人機(jī)蜂群”項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)壓制、摧毀敵方防空系統(tǒng)的目標(biāo)［12］。

2）中國。國內(nèi)各科研單位同樣密切關(guān)注無人機(jī)集群相關(guān)技術(shù)研究。2016 年，我國在珠海航展上展示了67 架無人機(jī)組成的室外集群飛行試驗(yàn)，成功超越了美軍同時(shí)期放飛的無人機(jī)集群數(shù)量，標(biāo)志著我國無人機(jī)集群技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位。2018 年5 月，中國電子科技集團(tuán)利用200 架固定翼無人機(jī)順利實(shí)現(xiàn)了集群飛行，并成功完成了國內(nèi)首次小型折疊翼無人機(jī)雙機(jī)低空投放和模態(tài)轉(zhuǎn)換試驗(yàn)。這些均為國內(nèi)開展航空信息網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)研究打下了良好基礎(chǔ)。

進(jìn)入21 世紀(jì)，以無人機(jī)集群為代表的航空集群作戰(zhàn)思想正在逐步引起各國軍方重視。與智能無人集群概念類似，航空集群是指由一定數(shù)量和功能各異的有人/無人航空平臺(tái)組成，通過集群成員間智能、緊密的協(xié)同，涌現(xiàn)出遠(yuǎn)超單航空平臺(tái)簡單疊加效能的空中作戰(zhàn)系統(tǒng)。傳統(tǒng)機(jī)群以平臺(tái)為中心，追求單平臺(tái)性能優(yōu)勢，通過航空平臺(tái)間簡單戰(zhàn)術(shù)協(xié)同完成戰(zhàn)術(shù)任務(wù)；而航空集群則更加強(qiáng)調(diào)以網(wǎng)絡(luò)為中心，依托網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)集群成員間的高度協(xié)作、靈活適應(yīng)。因此，針對以航空集群作戰(zhàn)應(yīng)用為背景，構(gòu)建滿足集群作戰(zhàn)通信需求的航空信息網(wǎng)絡(luò)，對于提升網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)能力、發(fā)揮集群作戰(zhàn)優(yōu)勢具有重要作用。

3 航空信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)探索

當(dāng)前的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)存在諸多問題，一是各類封閉式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部集成了大量復(fù)雜協(xié)議，特定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議只能解決特定的問題，轉(zhuǎn)發(fā)行為模式固定（比如，路由協(xié)議只能依據(jù)IP 地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)），缺乏開放的網(wǎng)絡(luò)接口；二是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)雜多樣，設(shè)備廠商之間軟、硬件系統(tǒng)多數(shù)互不兼容，設(shè)備之間難以實(shí)現(xiàn)有效互操作，增加了網(wǎng)絡(luò)管理、配置、升級(jí)、擴(kuò)展難度，通信服務(wù)能力與航空作戰(zhàn)任務(wù)需求不具備靈活的耦合關(guān)系，對業(yè)務(wù)應(yīng)用類型缺乏針對性。

面對以上難題，2014 年，DARPA 開展了C2E（Communications in Contested Environments）［13］項(xiàng)目研究，通過建立一個(gè)自適應(yīng)的信息系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)，使得作戰(zhàn)飛機(jī)不再局限于使用相同的無線電和波形與其他飛機(jī)進(jìn)行通信，以滿足不同空中平臺(tái)的異構(gòu)通信需求。在此研究成果基礎(chǔ)上，DARPA 于2015年啟動(dòng)了DyNAMO（Dynamic Network Adaptation for Mission Optimization）［13］項(xiàng)目，該項(xiàng)目重點(diǎn)關(guān)注動(dòng)態(tài)作戰(zhàn)任務(wù)需求對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)整，能夠使當(dāng)前互不兼容的機(jī)載無線電網(wǎng)絡(luò)高效共享彼此戰(zhàn)術(shù)信息。

為了克服當(dāng)前TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)引發(fā)的弊端，解決網(wǎng)絡(luò)缺乏開放性、兼容性、靈活性和互操作性能力的問題，美國斯坦福大學(xué)Clean Slate 提出構(gòu)建一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software-Defined Networking，SDN）［15］。SDN 作為新興的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有效打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)性能“僵局”，通過將控制面從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中剝離出來，使控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，并以開放的編程接口實(shí)施集中式的網(wǎng)絡(luò)管控，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的靈活重構(gòu)，有效促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新和發(fā)展。

憑借其易管控、可編程等優(yōu)勢特點(diǎn)，SDN 一經(jīng)提出便引起學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注，應(yīng)用范圍逐步從有線網(wǎng)拓展至無線網(wǎng)，以求得具體場景下更大的性能突破。比較典型的如SDN 在車載網(wǎng)［16］、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)［17］、5G 網(wǎng)絡(luò)［18］中的實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)得到了各領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可。這種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)對航空信息網(wǎng)絡(luò)滿足多樣化任務(wù)需求的特點(diǎn)極具啟發(fā)性。文獻(xiàn)［19-20］均指出SDN 網(wǎng)絡(luò)范式應(yīng)用于航空信息網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建能夠帶來眾多優(yōu)勢；文獻(xiàn)［21］總結(jié)了機(jī)載網(wǎng)絡(luò)的通信特征及其面臨的諸多挑戰(zhàn)，明確指出SDN 技術(shù)能夠簡化網(wǎng)絡(luò)的部署和管理，有利于設(shè)計(jì)可擴(kuò)展、高容錯(cuò)的航空信息網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。

國內(nèi)喬文欣等［22］針對現(xiàn)有航空通信戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈存在通用性差、封閉性高等局限，提出基于SDN邏輯集中控制思想構(gòu)建虛擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑，滿足點(diǎn)對點(diǎn)間高速數(shù)據(jù)傳輸需求。趙尚弘等［5］基于對軍事航空信息化作戰(zhàn)的思考，分析了航空集群作戰(zhàn)應(yīng)用對機(jī)載戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的基本能力需求，總結(jié)了將SDN 設(shè)計(jì)思想運(yùn)用于構(gòu)建航空集群機(jī)載戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種面向集群空戰(zhàn)的機(jī)載可定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖2 所示。

圖2 面向集群空戰(zhàn)的機(jī)載可定義網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)

在具體仿真驗(yàn)證方面，文獻(xiàn)［23］提出了一種基于SDN 的航空網(wǎng)絡(luò)彈性多路徑路由協(xié)議，使得多無人機(jī)之間的平均端到端中斷率和延遲分別降低了18 豫和12 豫；文獻(xiàn)［24］針對基于SDN 的機(jī)載戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提出了一個(gè)控制通道消息通信協(xié)議及基于該協(xié)議的傳輸框架，通過仿真驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方案能夠滿足可靠、實(shí)時(shí)的信息交互需求。

SDN 技術(shù)由于其革命性、顛覆性的架構(gòu)特點(diǎn)，目前已經(jīng)成為諸多學(xué)者重點(diǎn)研究的對象，尤其在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，幾乎已經(jīng)滲透至目前所有網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，為網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新和突破帶來了前所未有的機(jī)遇。

4 對比分析

根據(jù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可知，目前對航空作戰(zhàn)領(lǐng)域的研究正處于從傳統(tǒng)“機(jī)群”作戰(zhàn)向“集群”作戰(zhàn)轉(zhuǎn)變的階段，相應(yīng)地，組網(wǎng)方式從簡單的協(xié)同組網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)殪`活的集群組網(wǎng)。面對集群通信這一全新的網(wǎng)絡(luò)模式，現(xiàn)有的航空信息網(wǎng)絡(luò)仍存在以下問題。

1）應(yīng)用背景簡單。當(dāng)前對航空信息網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用主要以編隊(duì)協(xié)同為背景，以傳統(tǒng)協(xié)議模型為基礎(chǔ)，通過提升航空信息網(wǎng)絡(luò)的模塊化與綜合化程度，設(shè)計(jì)、改進(jìn)和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，引入更多統(tǒng)一且開放的網(wǎng)絡(luò)接口來進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性、互操作性。沒有以航空集群這一未來新型空戰(zhàn)模式為應(yīng)用背景，缺乏對新背景條件下全新信息交互需求能力的思考與探討。

2）發(fā)展思路固化。為了提升航空信息網(wǎng)絡(luò)的綜合性能，現(xiàn)階段主要采取的方法（如優(yōu)化通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、改進(jìn)通信協(xié)議及引入新物理層技術(shù)等）確實(shí)起到了一定的效果，但始終都是一種“打補(bǔ)丁”的改進(jìn)思路，并不能從根本上解決問題。航空集群的能力涌現(xiàn)和進(jìn)化，要求航空信息網(wǎng)絡(luò)提供的通信服務(wù)能力同樣具備與之相適應(yīng)的涌現(xiàn)性和進(jìn)化性，若繼續(xù)以“打補(bǔ)丁”的方式提升網(wǎng)絡(luò)性能，將不可避免地造成網(wǎng)絡(luò)更加笨重和僵化，導(dǎo)致難以支撐集群作戰(zhàn)的有效進(jìn)行。

3）具體瓶頸顯著。一是以往的“一站式”、“煙囪式”的航空信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思路已固化了當(dāng)前航空網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)架構(gòu)，導(dǎo)致難以在現(xiàn)有框架下對其性能進(jìn)行根本性提升。二是當(dāng)前的各類數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)基本采用定制化的設(shè)計(jì)思路，不同系統(tǒng)針對特定的需求設(shè)計(jì)，僅能完成其特定的戰(zhàn)術(shù)功能，互操作能力非常有限，缺乏耦合任務(wù)的差異化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力。三是這些數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)大都缺乏開放的系統(tǒng)訪問接口，導(dǎo)致在運(yùn)行系統(tǒng)前必須基于專用工具進(jìn)行人工化的參數(shù)配置與加載，配置與管理過程復(fù)雜，開放性、靈活性不夠。

面對以上存在的挑戰(zhàn)，SDN 以其開放性、兼容性、靈活性、互操作性等無可替代的優(yōu)勢，能夠較好地滿足航空集群作戰(zhàn)通信需求，實(shí)現(xiàn)航空信息網(wǎng)絡(luò)的無縫接入和信息互聯(lián)共享，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）支持高效靈活的網(wǎng)絡(luò)管控。航空集群較大的組成規(guī)模、作戰(zhàn)能力強(qiáng)弱不一的航空平臺(tái)以及任務(wù)執(zhí)行過程中對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)較強(qiáng)的多樣性和動(dòng)態(tài)性需求等因素，使航空網(wǎng)絡(luò)在提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)必須具備較強(qiáng)的管控能力。部署在大型飛機(jī)平臺(tái)（如指通機(jī)、預(yù)警機(jī)等指控飛機(jī)）上的SDN 控制器具有綜合信息處理和集中網(wǎng)絡(luò)控制功能，依靠其下發(fā)的網(wǎng)絡(luò)配置策略對戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)流進(jìn)行適應(yīng)性處理，一方面可以在不同平面通過控制器統(tǒng)一部署創(chuàng)新性的網(wǎng)絡(luò)功能、服務(wù)和應(yīng)用，提升網(wǎng)絡(luò)配置效率和管控的靈活性；另一方面數(shù)據(jù)面與控制面的獨(dú)立發(fā)展有利于系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展。

2）滿足異構(gòu)子網(wǎng)間無縫互操作。未來空中通信環(huán)境具有復(fù)雜性、不確定性等特征，不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在不同航空平臺(tái)和作戰(zhàn)應(yīng)用背景下往往各有優(yōu)勢，但同時(shí)又各有缺陷，促使航空網(wǎng)絡(luò)需要具備無縫的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互操作能力。SDN 恰恰提供了開放統(tǒng)一的可編程接口，通過控制器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一抽象化處理，較好地?cái)[脫了網(wǎng)絡(luò)底層物理操作的繁瑣細(xì)節(jié)，促使異構(gòu)子網(wǎng)間的互操作以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的靈活擴(kuò)展、升級(jí)。用戶可以結(jié)合具體作戰(zhàn)任務(wù)和戰(zhàn)場環(huán)境的變化，利用開放式統(tǒng)一接口，靈活發(fā)揮各平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的潛力優(yōu)勢。

3）提供差異化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在航空集群作戰(zhàn)應(yīng)用背景下，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求會(huì)隨著作戰(zhàn)任務(wù)的不同而相應(yīng)改變，而作戰(zhàn)任務(wù)常?？焖賱?dòng)態(tài)變化，因此，要求航空信息網(wǎng)絡(luò)必須能夠提供靈活耦合任務(wù)的差異化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。而SDN 的控制面提供了網(wǎng)絡(luò)虛擬化的功能，可以根據(jù)任務(wù)執(zhí)行對象及其交互業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，靈活構(gòu)建承載不同高價(jià)值信息內(nèi)容以及具備不同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量等級(jí)的邏輯通信子網(wǎng)，為不同任務(wù)的執(zhí)行提供針對性的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而在基于全局視圖基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的差異化服務(wù)。

在集群作戰(zhàn)應(yīng)用過程中，航空用戶的業(yè)務(wù)需求在本質(zhì)上可視為網(wǎng)絡(luò)中的諸多邏輯通信子網(wǎng)，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)需求特點(diǎn)，借助于共享資源池向各集群成員動(dòng)態(tài)分配作戰(zhàn)資源以完成具體作戰(zhàn)任務(wù)。整個(gè)過程可以概括為：首先依托軟件定義航空信息網(wǎng)絡(luò)的控制面，完成對全網(wǎng)的邏輯集中控制，然后利用節(jié)點(diǎn)可編程特性提供的虛擬化功能，為戰(zhàn)場環(huán)境中不同航空用戶提供差異化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。其實(shí)質(zhì)就是航空信息網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)調(diào)度，最終的目的是實(shí)現(xiàn)信息傳輸符合航空用戶需求，其中的關(guān)鍵問題形式化描述如圖3 所示。

圖3 關(guān)鍵問題的形式化表示

1）面向航空信息網(wǎng)絡(luò)的控制邏輯部署問題。要實(shí)現(xiàn)將SDN 網(wǎng)絡(luò)基本范式完美地應(yīng)用到航空信息網(wǎng)絡(luò)中，首先要解決的就是網(wǎng)絡(luò)的管控問題，即控制邏輯部署問題。傳統(tǒng)SDN 網(wǎng)絡(luò)采用集中式的網(wǎng)絡(luò)控制器，在戰(zhàn)場環(huán)境下存在控制時(shí)延大、網(wǎng)絡(luò)魯棒性不強(qiáng)、可擴(kuò)展性較弱及負(fù)載失衡等問題。因此，研究滿足邏輯集中分布式協(xié)同的控制邏輯部署方法，以網(wǎng)絡(luò)延遲、可靠性和負(fù)載均衡等指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，在保證網(wǎng)絡(luò)性能的基礎(chǔ)上完成對控制面的靈活構(gòu)建，這是實(shí)現(xiàn)SDN 網(wǎng)絡(luò)范式與航空信息網(wǎng)絡(luò)有效融合的關(guān)鍵。

2）航空信息網(wǎng)絡(luò)生存性資源映射問題。在完成對航空信息網(wǎng)絡(luò)的靈活管控之后，需要進(jìn)一步以提升靈活耦合任務(wù)的差異化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力為目的，構(gòu)建具有針對性功能的信息傳輸新模式，從而使航空信息網(wǎng)絡(luò)有限的通信資源發(fā)揮最大的通信效能。構(gòu)建具有差異化服務(wù)能力通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵就是有效屏蔽各種資源的異構(gòu)性，使底層物理實(shí)體資源可以在多個(gè)虛擬子網(wǎng)間得到共享，核心問題就是如何給不同虛擬子網(wǎng)分配物理資源，即虛擬資源的映射技術(shù)。在由一定數(shù)量和功能各異的航空平臺(tái)構(gòu)成的航空集群中，平臺(tái)上搭載的所有機(jī)載設(shè)備可以抽象成一個(gè)“共享資源池”，池內(nèi)包含了集群作戰(zhàn)所需的各類計(jì)算、存儲(chǔ)、武器等資源。而在資源映射過程中，很可能出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)或鏈路映射的“瓶頸”現(xiàn)象或者網(wǎng)絡(luò)故障問題，這對保證持續(xù)不間斷的通信服務(wù)提出了更高要求。

3）考慮多自治域的可靠資源映射問題。多個(gè)自治域的情況在航空集群中可以看作多個(gè)任務(wù)協(xié)同編隊(duì)，編隊(duì)內(nèi)部集群成員間可以高效共享彼此傳感器信息，編隊(duì)之間須通過骨干鏈路進(jìn)行通信連接。對于決策平臺(tái)而言，由于各個(gè)物理域詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)資源和拓?fù)湫畔⑽慈抗_，且跨域鏈路代價(jià)相比域內(nèi)更加高昂，使得多域的虛擬網(wǎng)絡(luò)映射問題更加復(fù)雜，在滿足通信服務(wù)能力需求條件下提升網(wǎng)絡(luò)性能難度更大。因此，如何針對航空信息網(wǎng)絡(luò)中有線鏈路與無線鏈路共存的場景，選擇合適的邊界節(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的域間鏈路，實(shí)現(xiàn)多域虛擬網(wǎng)絡(luò)資源合理優(yōu)化分配，提高可靠映射效率，是一個(gè)值得重點(diǎn)研究的課題。

5 結(jié)論

SDN 的出現(xiàn)為發(fā)展航空信息網(wǎng)絡(luò)開辟了全新研究方向，滿足了當(dāng)前航空網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所需的開放性、兼容性、靈活性和互操作性等網(wǎng)絡(luò)性能需求。然而，要在航空集群背景下將SDN 技術(shù)完美地融合到航空網(wǎng)絡(luò)中去，還需要考慮一系列針對航空環(huán)境的適應(yīng)性問題。因此，在借鑒地面有線網(wǎng)絡(luò)解決方案的基礎(chǔ)上建立相應(yīng)模型，分析研究SDN 技術(shù)在航空信息網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)手段具有重要現(xiàn)實(shí)意義。