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美陆军自组织网络发展现状与前景

译自:俄罗斯《外国军事评论》杂志2008年第1期
作者:А•拉兹古里亚耶夫
编译:知远/舒克

标题(中文)(必填)

美陆军自组织网络发展现状与前景

稿件来源(中文)(必填)

俄罗斯《外国军事评论》杂志2008年第1

原文作者(中文)(必填)

А·拉兹古里亚耶夫

译者(必填)

知远/舒克

军种

陆军

兵种

文中涉及国家地区(必填)

美国

主题词(必填)

美国,陆军,自组织网络

知远导读(译文摘要)(必填)

俄罗斯《外国军事评论》杂志2008年第1期刊登了А·拉兹古里亚耶夫(А.Разгуляев)关于美陆军自组织网络发展情况的文章:Перспективные мобильные адаптивные сети передачи информации для СВ США。文章称,美军为了保障未来在统一信息空间内展开军事行动,提高战术分队在行动中的态势感知能力和对重要过程的控制能力,正在基于新的信息技术发展自组织网络。文章介绍了美陆军自组织网络的原理、构成和特点及其发展现状与前景,指出自组织网络是整个美军的未来发展方向

原外文标题(外文)(必填)

Перспективные мобильные адаптивные сети передачи информации для СВ США

原文来源(外文)(必填)

Зарубежное военное обозрение

原文来源网址(必填)

http://pentagonus.ucoz.ru/publ/11-1-0-567

原文作者外文名称(必填)

А.Разгуляев

原文作者单位或简介


[知远导读]
俄罗斯《外国军事评论》杂志2008年第1期刊登了А•拉兹古里亚耶夫(А.Разгуляев)关于美陆军自组织网络发展情况的文章:Перспективные мобильные адаптивные сети передачи информации для СВ США。文章称,美军为了保障未来在统一信息空间内展开军事行动,提高战术分队在行动中的态势感知能力和对重要过程的控制能力,正在基于新的信息技术发展自组织网络。文章介绍了美陆军自组织网络的原理、构成和特点及其发展现状与前景,指出自组织网络是整个美军的未来发展方向。文章编译如下:
美国武装力量提高作战能力的关键方向之一是,在最新信息技术的基础上建成一体化的信息空间。决策周期最短化、提高计算系统效率、通过统一的网络设备在硬件资源之间有效分配信息流能最大限度地提高态势感知能力和关键过程的可控性。
美军司令部正在对自己的网络基础设施进行大规模改造,包括从调整兵团、部队、分队的组织编制到在战场上组织到常驻地信息资源的远方通路。已采取的步骤与美国国防部构建基础设施的努力是分不开的,后者提供了在军种框架内以及各军种根据“网络中心”构想通过信息网络交换来共同使用信息资源的能力。美国陆军领导人视建设被称为陆地战争网(LandWarNet)的本军种未来全球信息结构为向网络中心作战指挥原则过渡的基本原则。网络中心原则在共同使用信息资源和可靠的网络保障的基础上,确保在战场上分散部署的各军种战斗和保障部队的行动高度协调一致。
对关键指导文件的分析表明,美国陆军司令部将陆军未来建设分为17个方向,并确定其为取得对敌压倒性优势的基本方向。这些方向覆盖范围相当广——从单兵训练和能在统一信息空间遂行作战行动的军人的装具到组建执行相应任务的模块化分队。这些计划的实施将把具有传统结构的陆军改造成为能保障对任何敌人具有优势的新型力量。
美国陆军司令部在建设陆地战争网的框架中特别重视发展直接与敌人接触作战的分队所用的通信系统和自动化指挥系统。
对战术分队通信系统的基本要求如下:保障在任何地形条件下不间断地进行战斗指挥;在用户剧烈机动时确保通信可靠;对信道进行可靠地防护,使其免受非致命武器和无线电电子战武器的破坏;保障用户服务质量。
目前,美国陆军军及军以下使用3种基本通信系统:MSE陆军军通用交换通信系统;СРКС指挥通信无线电电台网(旅以下用),它包括SINCGARS超短波无线电通信网、EPLRS多功能数据分配与定位系统、基于NTDR数字无线电台和PSC-5“喷火”卫星超短波通信站的通信网;ADDS多功能数据分配系统。

从左到右依次为:SINCGARS指挥通信无线电台,EPLRS指挥通信无线电台,“喷火”战术卫星通信终端。
战术部队(营及营以下)的主要通信手段是是指挥通信网络无线电台和战术卫星通信终端,但目前美国陆军司令部正在将初级指挥层次整合入在建的全球信息基础设施。
首先是分散信息资源无线访问技术有助于完成这些任务,因为在网络中工作时使用无线通信器材的优势很明显:机动性高,访问数据简便灵活等。例如,无线个人网、局域网和地区网已经成为现实,在相应的标准问世后生产者开始为商业和军事用户制定方案。但是在战局瞬息万变的作战条件下,建成无线网络的可能性具有特殊意义,其所有管理功能由节点自己完成,而网络基础设施任何组成部分或操纵员都不参与。这种网络被称作自组织网络(或特定网络),这反映了它区别于传统网络的非标准上层建筑。
总起来说,可以将自组织网络理解为用多个移动节点组成的、动态变化网络配置,它具有以下特性:没有外部调整机制,也就说它是自配置网络;网络节点发挥路由器和终端设备的功能,网络维持同一配置的时间相对较短。
与有固定基础设施的网络相比,自组织网络具有一系列优势,例如:生存能力强,拓朴结构变化灵活,能自动适应网络配置变化。
新的通信能力使人们对自组织网络更感兴趣。目前不仅美国国防部研究机构,一些私营公司、高等院校和标准化组织等都在该领域展开研究。美国国防部高级计划研究局先进技术办公室正在研究最有趣的自组织网络建设方案。目前,制定分散指挥的自组织网络构想和技术实施方案的计划特别令人感兴趣。该网络与现有的无线网络相比将具有更强的能力。这项工作的目标是建立有专门协议栈和一整套统一服务的综合软、硬件方案,从而可以部署具有性能动态配置可能性的无线网络。
为了完成上述任务,美国国防部高级研究计划局宣布进行竞赛。第一阶段,参加者必须提交使用信号类型连接参数选择算法和相应的软件。在测试过程中被确定为最优秀的方案与所提交的设备将用于部署试验网络。
在研究提交的算法和软件时将主要关注网络资源管理、协议栈组成部分之间协同组织效能和由此产生的网络配置灵活性,以及所使用的集体访问、路由和管理方法。根据这些要求,网络节点计划装备非定向天线和功率不超过5瓦的接收发射装置。
该设备由参加竞赛的Ittlam、HelloSoft和Lyrtech公司研制,一般由通过标准接口进入的数据的处理模块、信号转换器和带天线的接收发射装置组成。以信号处理器和Альтера公司的系统逻辑装置为基础的处理模块对进入的数据进行标准化处理,并为与其他网络设备连接而生成服务信息,转换器将二进制数据直接和反向转换为通过无线电信道接收或发射的模拟信号。
美国国防部高级计划研究局的另一个工作方向是根据“新新无线网络”计划(Wireless Network after Next)设计新一代自组织网络。
该计划的主要目标是研制和演示具备网络配置快速设置功能且网络设备成本最低的无线网络。预计,随着设备成本的降低,构建大型网络将成为可能。它由大量高密度节点组成,接收发射装置作用半径相对不大。从而可以大幅度提高网络的可靠性和完整性,因为在高密度的情况下用于从网络一点向另一点传输数据的备用路线数量也随之增加,并能保障最大数量的战斗行动参加者访问网络。
演示方案将是装备量产型四通道无线电台的无线节点,节点中将实现多通道处理技术(Multiple Inpit Multiple Output - MIMO)的支持,并大幅度扩展网络水平的功能性。这一步骤将确保在该平台的基础上对根据CBMANET计划制定的自适应路由和网络管理方法、频谱动态使用算法、信道空间分配技术进行整合。
节点接收发射设备发挥特殊作用,它用于确保生成旁瓣抑制多波束方向图,对所划出的带宽进行动态使用,同时处理大量有效连接。在10万个节点的情况下,单位成本不超过500美元。
这样,将采用多通道编程无线电台和用于担负网络管理功能并能组建小型自组织网络的专业软件作为在研的“新新无线网络”设备的基础,该无线电台具备自适应生成多波束方向图和灵活分配频率的能力。因此,“新新无线网络”节点将与现有包交换网络兼容,其上层建筑的区别只是网络水平的能力得到扩展,能保证为自适应路由提供路由算法支持。
美国陆军已经拥有能生成自适应网络简单配置的通信系统。工作频段为225-400兆赫、频率网格尺寸为0.625兆赫的NTDR无线电台就具备这种能力。同时,基于JTRS多波段编程数字无线电台的未来无线电通信网络将支持全功能点对点模式。
应该指出,自组织网络的非标准上层建筑,即资源(能源、设备等)有限但发挥路由和有效分配已有通过带宽功能的高机动节点的存在,对计划在这种动态网络中使用的路由协议提出了一定的要求。对于自组织网络来说,路由协议应快速适应相当频繁且不可预测的网络拓朴结构变化,并确保合理使用计算和网络资源。目前对于自组织网络来说,不存在标准的普适路由协议,但在该方向上的工作早就开始进行了。在任何路由协议中(包括传统网络的路由协议)都使用以实现最大路由效能为方向的机制,例如:减少所产生的服务数据协议,寻求最短的和相对稳定的路径,在传递数据包时使时间延迟最短等。
多数现有协议的方向是,在距离向量算法或分析信道状态算法的基础上寻找最短路径为方向。距离向量算法可以理解为在每个节点上编成指示到所需节点的路径的双位识别向量。这唯一地确定了从该节点到网络的所有其他节点的路径。对于距离向量算法来说,典型的是每个网络节点都控制关于与邻近节点的连接信息,也就是取代路由信息广播,节点向自己的邻近节点转发对到每一个网络节点的最短路径的评估。
接收节点基于这些评估,借助于最短路径算法对路由表中的数据重新进行计算。距离向量算法具有很高的路径计算效率,易于操作,它所需要的存储设备少得多。这一算法的缺点是,每个节点基于完全分散的路径计算图选择下一个传递方向。因此,距离向量算法的主要缺点是路径配置时间相对较长,出现路径循环的概率较大。
在使用信道状态分析算法的情况下,实际上不会出现这些问题,因为此时每个节点定期分发关于其与邻近节点连接情况的信息,从而可以及时更新网络拓朴结构数据。在使用信道状态分析算法的情况下,每个节点都拥有基于其全部网络连接权表的当前网络拓朴结构信息。由于路由信息传播延迟较长,过度的群集等原因,关于某些连接权的信息可能不符合实际,这导致形成路径循环。但循环出现时间较短,因为其存在时间与信息沿其他路径访遍所有网络节点所需时间相等。但是信道状态分析算法在节点剧烈机动的情况下会使网络服务信息过载。
最后,源路由算法可理解为在每个数据包中有辅助信息,其中包含到指定节点的完全路径。路径由发送者直接选择。该算法的优点在于,借助于它能很容易地避免路由循环,其不足是,与信道状态分析算法一样,需要在每个数据包中添加辅助信息。
目前在实施自组织网络路由协议时,采用以下方法,例如,网络拓朴结构和节点位置绑定。网络拓朴结构绑定路由机制可基于网络节点相互位置及其在该结构中的作用生成信息交换逻辑结构。这种结构可以是平面的——所有节点是平等的成员,也可以是分层的——网络中区分主要节点和下属节点。
网络拓朴结构绑定路由协议分为主动协议、被动协议和混合协议。第一组协议基于信道状态分析算法原则。相反,被动协议基于全新的“需求路由”范式,其与传统路由的区别在于,在需要发送或中转数据包之前,节点不表现出任何路由主动性。这种模式能保证大型网络中路由协议的可伸缩性。在混合协议中,根据单元或集群特征使用网络逻辑分区,集群内部路由与集群间“外部”路由分离。
不久前提出了基于每个节点绑定其地理坐标的路由算法。随着误差仅几米并能为整个网络提供统一的同步系统的高精度导航设备的出现,这已成为可能。这样,打算在同步的分散自组织网络中采用定向路由,其所有节点都能确定自己的坐标。与拓朴结构绑定路由模式一样,对该路由机制来说可以使用区域路由以及中继路由。
这样,目前为保障美军接入统一信息空间,美国正在大规模进行将网络信息技术应用到军队作战使用实践中的工作。为了提高分队在初级指挥环节的协同效能,计划使用自组织网络,从而可以最大限度地提高态势感知和对关键过程的控制能力。美国国防部及其研究机构十分重视这一方向,因为自组织网络使用构想的制定和技术实施是整个美军的未来发展道路。(全文完)
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