《數(shù)據(jù)鏈技術(shù)》課件-第8章 數(shù)據(jù)鏈技術(shù)發(fā)展

8.1聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)8.2協(xié)同作戰(zhàn)能力系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)8.3戰(zhàn)術(shù)組件網(wǎng)絡(luò)8.4戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)8.5寬帶網(wǎng)絡(luò)波形8.6移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)8.1聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)8.1.1背景和目標(biāo)1.研發(fā)背景JTRS的研發(fā)目標(biāo)是獲得一個(gè)操作靈活、可互操作、成本低廉、電臺(tái)和電臺(tái)波形可升級(jí)的新型通信裝備。這里的波形(waveform)是指將射頻信號(hào)處理成可用的語音、數(shù)據(jù)和視頻信息所需的一切處理或變換,其包括傳輸、調(diào)制、協(xié)議和基帶處理等。1)綜合通信、導(dǎo)航、識(shí)別系統(tǒng)早在四十多年前,美國軍方就提出“綜合通信、導(dǎo)航、識(shí)別系統(tǒng)”(ICNI)計(jì)劃,企圖用一個(gè)通道、一個(gè)波形來完成各種通信、導(dǎo)航和識(shí)別(CNI)功能。其中典型的例子是美國空軍在1967年提出的、幾經(jīng)演變后與海軍計(jì)劃結(jié)合而成的JTIDS計(jì)劃。JTIDS工作在Lx頻段(960~1215MHz),采用擴(kuò)展頻譜(直接序列擴(kuò)譜+快速跳頻)與時(shí)分多址的獨(dú)特信號(hào)格式,在實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的抗干擾、保密組網(wǎng)數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)上,通過測(cè)量信號(hào)到達(dá)時(shí)間(TOA)而獲得測(cè)距信息,從而使系統(tǒng)具有相對(duì)導(dǎo)航和網(wǎng)內(nèi)識(shí)別功能。這是進(jìn)行“功能綜合”的一個(gè)成功例子。但是,JTIDS不能兼容原有的CNI設(shè)備,更不能取代原有的CNI設(shè)備。實(shí)踐表明,它是在原有的CNI設(shè)備之外提供了一種新的能力,而原來希望減小機(jī)載CNI設(shè)備體積、重量、成本等目的并沒有達(dá)到。1978年,美國空軍航空電子研究所提出多功能多頻段機(jī)載無線電系統(tǒng)計(jì)劃,探索研究將2~2000MHz的各種CNI設(shè)備綜合成一個(gè)無線電系統(tǒng)。這個(gè)計(jì)劃后來演變成ICNIA計(jì)劃。它的特點(diǎn)是不產(chǎn)生新的波形,也不改變?cè)鹊牟ㄐ?而只是采用新的實(shí)現(xiàn)方法。當(dāng)時(shí)有兩種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案:一種是ITT公司提出的接收時(shí)不分通道、直接在射頻取樣,隨后通過捷變的橫向?yàn)V波器將信號(hào)直接變換到基帶進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理;另一種是TRW公司提出的在多個(gè)通道上采用一般的超外差方法進(jìn)行接收,在中頻后進(jìn)行基帶信號(hào)處理。這兩種方案都能共享通用資源模塊,都采用大量軟件,并且第一次使用DSP可編程MODEM和控制功能來獲得機(jī)載平臺(tái)的綜合能力。這種“結(jié)構(gòu)綜合”的理念擯棄了過去的“一次只設(shè)計(jì)一個(gè)功能設(shè)備”的設(shè)計(jì)方法,同時(shí)又保留了原先的CNI設(shè)備功能,不僅使得綜合后的機(jī)載CNI系統(tǒng)的體積、重量、功耗和成本費(fèi)用大大降低,而且可靠性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性方面的性能也明顯提高。因而,ICNIA成為美國空軍20世紀(jì)90年代先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)(ATF)計(jì)劃中的重要組成部分,與“寶石柱”(pavepilar)計(jì)劃一起被列為ATF的11項(xiàng)電子方面計(jì)劃中排在最前面的兩項(xiàng)。ICNIA技術(shù)為后來的“易通話”(speakeasy)開發(fā)計(jì)劃鋪墊了基礎(chǔ)。2)三軍可編程無線電開發(fā)計(jì)劃1991年美國國防部開始實(shí)施“易通話”(speakeasy)的三軍可編程無線電開發(fā)計(jì)劃,開發(fā)一種多頻段多模式電臺(tái)(MBMMR)。它首次運(yùn)用“軟件無線電”(SWR)的概念,在2MHz~2GHz頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)15種現(xiàn)用的軍用電臺(tái)的通信能力。它的關(guān)鍵是波形具有重構(gòu)性,通過軟件實(shí)現(xiàn)波形重構(gòu)和可編程信號(hào)處理器的相關(guān)處理。當(dāng)時(shí)采用的DSP為時(shí)鐘速率50MHz的TMS320C40。由4片TMS320C40構(gòu)成的并行處理模塊,其處理能力達(dá)到每秒1100M、16位整數(shù)運(yùn)算和每秒200M、32位浮點(diǎn)運(yùn)算。Speakeasy的第一階段開發(fā)成果在1994年作了演示驗(yàn)證,與包括HFModem、AutomaticLinkEstablishment(HF)、Sincgars(VHF)及HaveQuick(UHF)等通信設(shè)備成功地進(jìn)行了橋接。1999年美國Haris公司推出了與此相關(guān)的新產(chǎn)品:AN/PRC117F多頻段、多任務(wù)背負(fù)式戰(zhàn)術(shù)電臺(tái),在30~512MHz頻段范圍內(nèi),包括了陸地、海上、空中及衛(wèi)星通信的5種頻段、9種波形,具有Sincgars與HaveQuickⅠ/Ⅱ之間的互操作能力和GPS定位能力,體積(81.28H,266.7W,243.8D)mm3,重量4.45kg(不含電池盒)。而且,今后可以進(jìn)行軟件升級(jí)、提升通信能力,而無需更改硬件。1997年,美國國防部啟動(dòng)了“可編程模塊化通信系統(tǒng)”(PMCS)計(jì)劃作為Speakeasy計(jì)劃的繼續(xù)。PMCS的指南文件提出了一種概念性的軟件無線電功能結(jié)構(gòu),如圖81所示,它成為今天JTRS定義的體系結(jié)構(gòu)的先驅(qū),也成為“軟件定義無線電(SDR)論壇”頒布的體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。JTRS不僅強(qiáng)調(diào)采用以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線互連的商用貨架(COTS)模塊,同時(shí)還強(qiáng)調(diào)以一種公共、開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開發(fā)一系列可互操作、可買得起、可變規(guī)模的無線電設(shè)備。因而,它的能力更強(qiáng)、成本更低、結(jié)構(gòu)更緊湊、更具通用性?？梢灶A(yù)見,JTRS將成為21世紀(jì)美軍所有無線電領(lǐng)域共用的新型系統(tǒng)。2.研發(fā)目標(biāo)JTRS軍用和民用用戶一般分為五個(gè)范圍:機(jī)載、地面移動(dòng)、固定臺(tái)站、海上業(yè)務(wù)和個(gè)人通信。JTRS必須將當(dāng)今的硬件密集通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐攒浖橹行牡捏w系結(jié)構(gòu),從而滿足各種領(lǐng)域用戶的要求。它必須能與傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)互通,并支持新需求的發(fā)展。JTRS也可擴(kuò)大或縮小以滿足不同用戶的通信要求,可擴(kuò)充來支持?jǐn)U大和改裝,其整個(gè)壽命期間出色地提供服務(wù),并采用開放式系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)。JTRS研發(fā)的其他目標(biāo)包括如下幾個(gè)方面:(1)通過應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生、處理、加密、調(diào)制解調(diào)器和其他的通信系統(tǒng)功能,從而取代傳統(tǒng)無線電的硬件密集設(shè)計(jì);(2)用戶能夠重新預(yù)置應(yīng)用常駐軟件且具有動(dòng)態(tài)地改變能力;(3)使用通用的硬件和軟件結(jié)構(gòu)一起支持“即插即用”和“混合搭配”類的結(jié)構(gòu)。(4)采用通用硬件以及不同軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)接,或者兩者之組合,能力范圍能夠從單信道通信系統(tǒng)擴(kuò)大到一個(gè)綜合多信息系統(tǒng)。8.1.2地位和作用1.Link16的J系列消息標(biāo)準(zhǔn)的困境目前,美國國防部已經(jīng)將Link16的J系列消息標(biāo)準(zhǔn)(MILSTD6016)確定為今后戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用的主流消息標(biāo)準(zhǔn),并且希望正在研發(fā)的JTRS能夠成為未來戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用的標(biāo)準(zhǔn)信道設(shè)備。美軍的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈管理計(jì)劃要求在2015年前為大部分的作戰(zhàn)平臺(tái)集成基于JTRS的數(shù)據(jù)鏈裝備。目前的作戰(zhàn)平臺(tái)往往根據(jù)自己的戰(zhàn)術(shù)需求,實(shí)現(xiàn)J系列消息集的某個(gè)子集,或者更早出現(xiàn)的Link4、Link11消息集。它們同自己所使用的老式數(shù)據(jù)鏈信道設(shè)備之間有著固定的接口設(shè)計(jì),難以動(dòng)態(tài)配置以實(shí)現(xiàn)和新數(shù)據(jù)鏈信道設(shè)備的連接。另外,這些作戰(zhàn)平臺(tái)和自己所使用數(shù)據(jù)鏈裝備之間的消息處理協(xié)議也是固定的,不能根據(jù)需要方便地改變這些消息處理協(xié)議。JTRS是一種硬件和軟件都采用開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、多頻段多模式、軟件可重編程的無線電系統(tǒng)。它覆蓋2~2000MHz頻譜范圍,可包含現(xiàn)用的和將來升級(jí)的各種波形,為戰(zhàn)場(chǎng)上的指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)與情報(bào)信息(C4I)用途同時(shí)提供視距和超視距的話音、數(shù)據(jù)、視頻通信能力以及全球?qū)Ш侥芰?為解決當(dāng)前Link16的困境提供了方法。2.點(diǎn)解決方案和JTRS計(jì)劃美軍目前已有的平臺(tái)集成技術(shù)方案都屬于點(diǎn)解決方案(pointsolutions)。這些方案針對(duì)特定平臺(tái)的戰(zhàn)術(shù)需要支持特定的消息子集,實(shí)現(xiàn)特定的信息傳輸、接收和處理功能模塊。其中信息接收功能模塊負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)鏈信道設(shè)備接收數(shù)字信息,并完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)解碼和解析。解碼和解析后的數(shù)據(jù)將會(huì)被送往所在平臺(tái)的任務(wù)計(jì)算機(jī)或顯控系統(tǒng)。信息傳輸功能模塊負(fù)責(zé)從所在平臺(tái)收集各類偵查、監(jiān)視、情報(bào)、指控命令、平臺(tái)狀態(tài)等信息,并將這些信息按特定的信息標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行封裝、編碼送往相應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈信道設(shè)備。信息處理功能模塊則負(fù)責(zé)依據(jù)選定的數(shù)據(jù)元素詞典,對(duì)經(jīng)過解碼、解析后的接收信息進(jìn)行處理,完成諸如航跡濾波、航跡相關(guān)、維護(hù)航跡文件之類的特定任務(wù)。一旦作戰(zhàn)平臺(tái)的戰(zhàn)術(shù)需求發(fā)生變化,原有的點(diǎn)解決方案就需要重新設(shè)計(jì),軟件和硬件都面臨不可避免的調(diào)整和改造。這種調(diào)整和改造所需的時(shí)間和資金開銷往往是軍方難以接受的。美軍針對(duì)基于JTRS的數(shù)據(jù)鏈裝備的集成需求,開展了相關(guān)的平臺(tái)集成技術(shù)和方案研究,著重解決軟硬件接口技術(shù)問題,并能夠有效地支持未來可能出現(xiàn)的新的數(shù)據(jù)鏈消息標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)鏈裝備,這也是目前美軍克服點(diǎn)解決方案局限性的一條重要途徑。JTRS不僅具有靈活的接口設(shè)計(jì),支持接口的動(dòng)態(tài)配置,以適應(yīng)不同類型的平臺(tái)。JTRS還有具有更加靈活的戰(zhàn)技性能,從而能夠更好地適應(yīng)不同作戰(zhàn)任務(wù)的需要。8.1.3體系結(jié)構(gòu)和參考模型體系結(jié)構(gòu)的定義是:系統(tǒng)由其建立的成分、各個(gè)成分的相互作用、合成這些成分的指導(dǎo)規(guī)范和一整套設(shè)計(jì)這些成分及其相互連接的規(guī)則組成。就JTRS而言,體系結(jié)構(gòu)的定義包括硬件和軟件兩部分?？删幊棠K化通信系統(tǒng)指導(dǎo)文件定義了指導(dǎo)JTRS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)開發(fā)的系統(tǒng)參考模型(SRM)。1.操作、系統(tǒng)和技術(shù)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用于JTRS的操作、系統(tǒng)和技術(shù)體系結(jié)構(gòu)的定義如下:(1)操作體系結(jié)構(gòu):描述了(通常用圖示法)操作單元、所分配的任務(wù)和要求用來支持戰(zhàn)斗員的信息流。它定義了信息的類型、頻率交換以及這些信息交換所支持的任務(wù)。(2)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu):描述了(包括圖示)提供或者支持戰(zhàn)斗功能的系統(tǒng)和相互連接。該系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)定義了實(shí)體連接、位置、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、線路、網(wǎng)絡(luò)、戰(zhàn)斗平臺(tái)等的識(shí)別,并規(guī)定了系統(tǒng)和元部件的性能參數(shù)。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)展示出了主題領(lǐng)域鏈路內(nèi)的多個(gè)系統(tǒng)是如何互通的,并能描述該體系結(jié)構(gòu)內(nèi)的特殊系統(tǒng)的工作和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(3)技術(shù)體系結(jié)構(gòu):描述了控制部件或者元件的配置、相互作用和相互關(guān)系,其目的是確保一致性系統(tǒng)滿足一組特定需求。技術(shù)體系結(jié)構(gòu)提供了系統(tǒng)實(shí)施的技術(shù)指南。2.參考模型聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)參考模型(JTRSSRM)是建立滿足功能要求的JTRS系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的第一步。JTRSSRM有兩個(gè)部分:實(shí)體參考模型(ERM)和軟件參考模型(SwRM)。ERM由各個(gè)都與功能實(shí)體接口(FEI)相銜接的功能實(shí)體定義。SwRM定義了功能實(shí)體中的軟件接口,以及軟件和硬件之間的分層設(shè)計(jì)接口。這些軟件接口是ERM中定義的FEI的主要部分。將ERM和SwRM發(fā)展成為一個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則是開放系統(tǒng)的途徑。1)ERM描述ERM包含了8個(gè)功能實(shí)體,每個(gè)功能實(shí)體建立一組截然不同的通信能力,但并不要求所有的功能實(shí)體都用于所有用戶。圖82所示是JTRS實(shí)體參考模型,該圖展示了JTRS功能實(shí)體和功能實(shí)體接口(FEI)。2)功能實(shí)體接口的準(zhǔn)則在ERM中規(guī)定的FEI代表用于實(shí)現(xiàn)獨(dú)立性和靈活性來改變一個(gè)功能實(shí)體而不影響任何其他功能實(shí)體的物理、電氣、邏輯和定時(shí)接口。FEI組是接口組,其定義了政府必須加以控制以滿足其JTRS目標(biāo)的功能實(shí)體周圍的邊界。ERM和SwRM都確定了包含特殊功能實(shí)體的接口。一個(gè)特殊的FEI組包含了從功能實(shí)體到關(guān)鍵系統(tǒng)互連、外部接口到系統(tǒng),以及所有的實(shí)體之間的接口。3)軟件參考模型SwRM敘述了SRM的每個(gè)功能實(shí)體內(nèi)的軟件以及這些實(shí)體之間的相關(guān)軟件的相互關(guān)系。SwRM由符號(hào)視圖(如圖83所示)和分層視圖(如圖84所示)構(gòu)成。8.1.4軟件通信結(jié)構(gòu)JTRS將成為數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中作戰(zhàn)人員通信的主要手段,代表了目前世界范圍內(nèi)最為先進(jìn)的無線通信發(fā)展方向,是未來軍事通信的基本組成部分。美國國防部組織了2個(gè)小組分別由Raytheon和Motorola兩個(gè)大公司牽頭來定義JTRS的硬件和軟件體系結(jié)構(gòu),最后以Raytheon公司為首提出的《軟件通信體系結(jié)構(gòu)(SCA)規(guī)范》獲得國防部批準(zhǔn)通過。SCA規(guī)范描述了模塊化軟件可編程無線通信系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)、軟件體系結(jié)構(gòu)和安全體系結(jié)構(gòu),以及應(yīng)用程序接口(API)規(guī)范,同時(shí)引入了嵌入式微處理系統(tǒng)、總線、操作系統(tǒng)、CORBA(公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系)、面向?qū)ο蟮能浖陀布O(shè)計(jì)等一系列計(jì)算機(jī)技術(shù),采用了“波形應(yīng)用”和“資源”可裁剪、可擴(kuò)充的設(shè)計(jì)思想,其目的是實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)硬件模塊化,軟件具有可移植性、可重用性和可互操作性?；赟CA的軟件無線通信系統(tǒng)可以通過靈活的應(yīng)變能力,提高通信業(yè)務(wù)的質(zhì)量,同時(shí)簡(jiǎn)化硬件的組成,提供快速適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的管理方式;而且SCA能保證基于該規(guī)范的各種無線通信系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通和互操作,能大大減少無線電臺(tái)的種類;同時(shí),它還為不同的SCA波形應(yīng)用提供了可移植的平臺(tái),并通過充分采用商用貨架模塊(COTS)技術(shù)減少了開發(fā)成本,通過軟件重用等技術(shù)減少了新波形的開發(fā)周期。所以基于SCA的軟件無線通信系統(tǒng)具有現(xiàn)行無線通信系統(tǒng)所不具備的許多優(yōu)點(diǎn),它有著廣泛的應(yīng)用前景和巨大的市場(chǎng)潛力。1.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)基于SCA的無線通信系統(tǒng)的軟硬件體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以SCA規(guī)范為基礎(chǔ),采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想,按照具有統(tǒng)一接口定義的“類”的模式來組織的,整個(gè)系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)如圖85所示。2.硬件體系結(jié)構(gòu)基于SCA的無線通信系統(tǒng)是一個(gè)以軟件為核心的無線信號(hào)處理平臺(tái),硬件結(jié)構(gòu)必須通用化,即硬件設(shè)備不能針對(duì)某個(gè)特定的功能而設(shè)計(jì),而是設(shè)計(jì)成可擴(kuò)展的通用平臺(tái),通過加載不同的功能軟件實(shí)現(xiàn)特定的功能。另外,在設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)時(shí),還應(yīng)充分采用商用貨架模塊(COTS)技術(shù),因基于COTS技術(shù)的硬件產(chǎn)品具有模塊尺寸標(biāo)準(zhǔn)化、接插件堅(jiān)固性好、模塊易于加固和擴(kuò)展、維修時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn),可較好地滿足平均故障時(shí)間(MTTR)要求。圖86是基于SCA的無線通信系統(tǒng)的硬件體系結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。3.軟件體系結(jié)構(gòu)為了保證硬件的通用性和整個(gè)系統(tǒng)的開放性及可擴(kuò)充性,軟件體系結(jié)構(gòu)非常重要,本文在ISO/OSI七層模型的基礎(chǔ)上,參照SCA規(guī)范,建立了無線通信系統(tǒng)的軟件體系結(jié)構(gòu),如圖87所示。4.安全體系結(jié)構(gòu)安全通信的目的是保證信息在發(fā)送、處理、存儲(chǔ)過程中的機(jī)密性和完整性?；赟CA的無線通信系統(tǒng)的安全體系結(jié)構(gòu)的目標(biāo)是:支持話音和數(shù)據(jù)通信;實(shí)現(xiàn)對(duì)不同秘密等級(jí)信息的傳輸和接收;兼容傳統(tǒng)設(shè)備的安全操作;具備安全功能的可擴(kuò)展能力;有友好的用戶接口。該安全體系結(jié)構(gòu)具備完全開放性,與傳統(tǒng)設(shè)備具有安全的互操作能力,同時(shí)可使用最新安全技術(shù)的軟硬件產(chǎn)品,以提供可編程的信息安全模塊。為了保證用戶信息在發(fā)送、處理、存儲(chǔ)過程中的機(jī)密性和完整性,能夠?qū)Σ煌踩蟮燃?jí)的信息進(jìn)行傳輸和接收,確保不同的無線通信系統(tǒng)能夠互聯(lián)、互通和互操作,這就1)安全體系結(jié)構(gòu)的描述(1)獲得信息安全的基本要素。安全體系結(jié)構(gòu)有4個(gè)方面的要素,只有所有要素共同作用才能達(dá)到系統(tǒng)安全的要求。①硬件安全:包括可編程的信息保密模塊、可編程的傳輸安全模塊、密鑰注入處理器;②軟件安全:包括軟件保護(hù)、專用保密模塊控制軟件及接口、可靠的操作系統(tǒng)和CORBA訪問控制;③系統(tǒng)安全:包括多級(jí)獨(dú)立安全(MILS)、密鑰管理、商業(yè)現(xiàn)貨的安全性考慮;④物理和專用領(lǐng)域內(nèi)的安全:包括防擾亂、防止篡改和清除。(2)硬件安全的描述。傳輸安全主要用來防止截獲、定向、信號(hào)分析和干擾。一個(gè)可編程的信息安全模塊包括一組硬件和軟件,能夠在戰(zhàn)時(shí)改變加密算法和密鑰。安全模塊上的器件可采用通用硬件,不同應(yīng)用場(chǎng)合可以互換。采用可編程器件后大大減少了專用芯片的數(shù)目,同時(shí)也減少了輔助電路及功耗的要求。設(shè)計(jì)可編程的信息安全模塊時(shí)需要考慮的因素包括:尺寸大小、功耗、算法的互操作性、算法的保密、支持的全/半雙工回路的數(shù)目、存儲(chǔ)的密鑰數(shù)、密鑰之間切換的靈活性、內(nèi)部對(duì)明文及控制的旁路功能、需要的輔助電路的類型和數(shù)目等。(3)軟件安全的描述。對(duì)于軟件來說,必須考慮以下幾個(gè)方面的安全要素。①軟件防護(hù):軟件防護(hù)指的是避免發(fā)生無意或惡意情況下將不當(dāng)?shù)能浖螺d到系統(tǒng)中。數(shù)字簽名是一種常用的方法。數(shù)字簽名是附在軟件上的特殊字符串,用來確認(rèn)軟件是不是合法的軟件。數(shù)字簽名在系統(tǒng)正常工作時(shí)是感覺不到的,它只對(duì)軟件下載發(fā)生作用,它在軟件下載之前對(duì)軟件進(jìn)行確認(rèn)。這種方法保證系統(tǒng)更加靈活、開放和可升級(jí)。②具有標(biāo)準(zhǔn)接口的專用保密模塊控制軟件:安全模塊必須由特定的軟件來控制其加密功能,同時(shí)系統(tǒng)必須采用一套標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口與安全控制軟件相接,而且支持不同的器件。應(yīng)用程序接口還定義了出入加密/解密模塊的數(shù)據(jù)包格式。③可靠的操作系統(tǒng):對(duì)于多級(jí)安全的系統(tǒng),可靠的操作系統(tǒng)是用來保證通過系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的可靠性、完整性、有效性和保密性。(4)系統(tǒng)安全的描述。系統(tǒng)安全指的是必須支持多級(jí)安全結(jié)構(gòu)(MLS),即系統(tǒng)可以與工作在不同安全級(jí)別的系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行通信。系統(tǒng)需要為不同級(jí)別的數(shù)據(jù)提供儲(chǔ)存、路由選擇和控制的服務(wù)。具體實(shí)現(xiàn)方法是在數(shù)據(jù)上進(jìn)行“標(biāo)注”來區(qū)分不同的安全級(jí)別。要做到這一點(diǎn),就必須有相應(yīng)的密鑰管理機(jī)制及可靠的操作系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)MLS的第一步是多級(jí)獨(dú)立安全(MILS)。MILS可以允許不同級(jí)別的數(shù)據(jù)同時(shí)通過同一電臺(tái)的紅邊,而不同的數(shù)據(jù)流不混合在一起。MILS是MLS的一種類型,它們有一些相同特性,但MILS不具備MLS的所有功能,如MILS不能將數(shù)據(jù)從一種級(jí)別轉(zhuǎn)換到另一個(gè)級(jí)別。采用軟件來實(shí)現(xiàn)MILS很明顯是最佳方案,這種方案可以直接完成MLS。用硬件來實(shí)現(xiàn)MILS時(shí),在不對(duì)系統(tǒng)紅邊設(shè)計(jì)作改變的情況下是無法實(shí)現(xiàn)MLS的。2)安全體系結(jié)構(gòu)的分析為了實(shí)現(xiàn)安全體系結(jié)構(gòu)的4個(gè)要素,基于SCA的無線電通信系統(tǒng)的安全體系結(jié)構(gòu)可以由3個(gè)不同層次的安全子系統(tǒng)構(gòu)成:加密子系統(tǒng)、信息安全子系統(tǒng)、設(shè)備安全子系統(tǒng),如圖88所示。8.1.5關(guān)鍵技術(shù)1.高速互聯(lián)技術(shù)互聯(lián)結(jié)構(gòu)是指如何實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各單元的互聯(lián),以組成開放的、可擴(kuò)展的、標(biāo)準(zhǔn)的、并具有較高數(shù)據(jù)吞吐率的硬件平臺(tái)。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中,一般采用流水線形式進(jìn)行互聯(lián),其缺點(diǎn)是各功能單元之間用電路相連,若要增加、刪除或修改某一部分的功能,則與其相應(yīng)的功能模塊都要調(diào)整,因此該結(jié)構(gòu)不具有開放性?；赟CA的無線通信系統(tǒng)采用的是一種全新的互聯(lián)結(jié)構(gòu),它利用系統(tǒng)總線將嵌入式計(jì)算機(jī)模塊、通用信號(hào)處理模塊、數(shù)字中頻模塊、射頻模塊、安全保密模塊、接口單元模塊等進(jìn)行互聯(lián),并支持高速數(shù)據(jù)交換。選擇何種總線結(jié)構(gòu)是設(shè)計(jì)基于SCA的無線通信系統(tǒng)必須首要解決的關(guān)鍵問題。在符合要求的系統(tǒng)總線中,CPCI總線技術(shù)最具有通用性,并得到廣泛支持。因?yàn)镃PCI總線技術(shù)是將專用總線標(biāo)準(zhǔn)(如VME)的高性能、可擴(kuò)展性和可靠性與開放標(biāo)準(zhǔn)(如PCI)的成本效益和靈活性融合在一起的先進(jìn)技術(shù),所以它受到了原始設(shè)備制造商(OEM)及服務(wù)供應(yīng)商的普遍歡迎。高速互聯(lián)中另一個(gè)要解決的關(guān)鍵問題是多DSP互聯(lián)。其主要研究多個(gè)通用DSP處理器之間、高速專用的DSP處理器與通用DSP處理器之間的快速有效的數(shù)據(jù)傳輸方式,一般可分為芯片級(jí)和系統(tǒng)級(jí)兩個(gè)層次的互聯(lián)。在無線通信計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,數(shù)字變頻部分一般置于中頻模塊上,中頻模塊與具有多DSP處理器的基帶模塊之間可以采用CPCI總線互聯(lián)。芯片級(jí)的互聯(lián)一般有DMA、多口RAM、FIFO、共享內(nèi)存等多種通信方式。其中多口RAM構(gòu)成的數(shù)據(jù)通信方式,傳送速度比較慢,當(dāng)多口存儲(chǔ)器的端口數(shù)較多時(shí),成本會(huì)很高;當(dāng)多口存儲(chǔ)器的端口數(shù)固定后,DSP的節(jié)點(diǎn)數(shù)也就限定了,其擴(kuò)展性能不好。所以,可以采用DMA、FIFO、共享內(nèi)存三種通信方式相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)DSP與DSP之間的高速靈活互聯(lián)。FIFO是一種先進(jìn)先出的存儲(chǔ)器,從DSP可以先將數(shù)據(jù)送往FIFO,一旦FIFO滿,FIFO再向主DSP申請(qǐng)中斷,主DSP啟動(dòng)DMA,這樣可以省去DSP花在等待與查詢的時(shí)間,且中斷次數(shù)也可以減少,從而提高了傳輸速度。2.實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)是為上層應(yīng)用提供服務(wù),并對(duì)底層硬件進(jìn)行封裝的重要層。因?yàn)榛赟CA的無線通信系統(tǒng)涉及信號(hào)的實(shí)時(shí)采集與處理,必須從底層提供對(duì)外部事件的實(shí)時(shí)響應(yīng)保障機(jī)制,并為應(yīng)用的開發(fā)和運(yùn)行提供高效、可靠的支撐平臺(tái)。實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)提高基于SCA的無線通信系統(tǒng)中各種軟件對(duì)硬件平臺(tái)的適應(yīng)性。但由于基于SCA的無線通信系統(tǒng)和一般的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)不同,很多的操作系統(tǒng)層接口的調(diào)用是不需要的,因此必須對(duì)所采用的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)根據(jù)基于SCA的無線通信系統(tǒng)的需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉艉透脑?以適應(yīng)SCA規(guī)范的要求。3.實(shí)時(shí)中間件技術(shù)的應(yīng)用實(shí)時(shí)中間件是位于操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件之間的通信服務(wù),它利用對(duì)象請(qǐng)求代理(ORB)軟總線隱蔽了真實(shí)的通信機(jī)制,提供了跨平臺(tái)的消息傳遞。其主要作用是用來屏蔽網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)的差異性和操作系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的異構(gòu)性,使應(yīng)用軟件能夠比較平滑地運(yùn)行于不同平臺(tái)上,以透明的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)象間互聯(lián)、互通和互操作,免去煩瑣而容易出錯(cuò)的底層工作,使分布式軟件開發(fā)提高速度并增加可靠性。4.核心框架服務(wù)核心框架服務(wù)是波形應(yīng)用開發(fā)的核心服務(wù)集合,為波形應(yīng)用提供了對(duì)底層軟件和硬件的高層次抽象,簡(jiǎn)化了波形開發(fā)的過程,并提高了波形應(yīng)用組件的可移植性。核心框架服務(wù)以可控的和保密的方式支持分布式應(yīng)用組件運(yùn)行,并為基于SCA的無線通信系統(tǒng)中軟硬件智能化裝配/部署和配置管理提供接口定義。為了保證所開發(fā)出來的無線通信系統(tǒng)能夠和滿足SCA規(guī)范的其他無線通信系統(tǒng)互聯(lián)、互通和互操作,核心框架服務(wù)的實(shí)現(xiàn)必須嚴(yán)格遵循SCA規(guī)范,不能隨意增加接口,也不能因?yàn)榫唧w實(shí)現(xiàn)時(shí)的簡(jiǎn)便而更改接口的功能。5.無線路由與組網(wǎng)技術(shù)無線網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)就是其拓?fù)潢P(guān)系的時(shí)變性,即隨著無線站點(diǎn)的移動(dòng),其路由關(guān)系需要實(shí)時(shí)更新。無線路由技術(shù)是影響無線網(wǎng)絡(luò)總體性能的重要因素,為了盡量減少通信的延遲和阻塞,基于SCA的無線通信系統(tǒng)路由技術(shù)應(yīng)具備如下功能。(1)路由協(xié)議應(yīng)具有快速收斂的特性,以避免造成路由環(huán)或網(wǎng)絡(luò)中斷,保證尋徑的正確性。(2)路由方案應(yīng)快速適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化,實(shí)現(xiàn)局部路由快速切換,以支持“動(dòng)中通”功能。(3)網(wǎng)絡(luò)路由應(yīng)能利用交換、傳輸和操作方面的新技術(shù),使網(wǎng)絡(luò)更加自動(dòng)化和更加有效。(4)應(yīng)具有較強(qiáng)的組網(wǎng)能力,能支持多種MAC層協(xié)議(CSMA或CSMA改進(jìn)型等),以適應(yīng)不同的線路競(jìng)爭(zhēng)方案。(5)能支持多種尋址方式(TDMA、FDMA、CDMA等),以適應(yīng)與現(xiàn)有無線通信系統(tǒng)的組網(wǎng)。(6)能支持多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(X.25、TCP/IP等),以實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。因此,必須對(duì)基于SCA的無線通信系統(tǒng)的路由和組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究,包括如何根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立有效穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);如何實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)監(jiān)視和管理等。另外,對(duì)多跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無線信道多址接入方式和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分層體系結(jié)構(gòu)也必須進(jìn)行研究。8.2

協(xié)同作戰(zhàn)能力系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)8.2.1協(xié)同作戰(zhàn)能力簡(jiǎn)介作為一種革命性防空方案,CEC能夠幫助作戰(zhàn)單元之間交互未經(jīng)過濾的航跡信息,以形成全系統(tǒng)單一的戰(zhàn)術(shù)圖像。這些航跡信息的更新周期和精度能夠滿足火控級(jí)的要求,其主要功能包括以下幾個(gè)方面。1.合成航跡圖89給出了合成航跡示意圖。在合成過程中,輸入數(shù)據(jù)的權(quán)重由每個(gè)傳感器輸入的測(cè)量精度決定。當(dāng)作戰(zhàn)單元在一段時(shí)間內(nèi)丟失本地傳感器數(shù)據(jù)時(shí),該作戰(zhàn)單元將利用其他傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)繼續(xù)維護(hù)相應(yīng)的航跡,而不是簡(jiǎn)單采用插值平滑的技術(shù)。每個(gè)作戰(zhàn)單元的合成航跡函數(shù)為同一目標(biāo)分配一致的航跡號(hào)。每個(gè)航跡的身份可由單個(gè)平臺(tái)決定,也可由多個(gè)平臺(tái)共同決定。2.精確提示CEC的精確提示功能有利于實(shí)現(xiàn)每個(gè)傳感器感知范圍的最大化。如果一個(gè)依據(jù)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)形成的CEC航跡滿足本地作戰(zhàn)系統(tǒng)的威脅準(zhǔn)則,那么系統(tǒng)將啟動(dòng)“提示”(cue),指示本地雷達(dá)作相應(yīng)的調(diào)整,實(shí)現(xiàn)航跡的本地捕獲,如圖810所示。在網(wǎng)絡(luò)中,至少有一個(gè)雷達(dá)為合成航跡提供火控級(jí)精度的測(cè)量數(shù)據(jù)。3.協(xié)同作戰(zhàn)CEC網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)同作戰(zhàn)是火控級(jí)的協(xié)同作戰(zhàn)。由于有精確的目標(biāo)閘鎖定(gridlock)進(jìn)程的支持,同時(shí)有非常低的時(shí)延和非常高的數(shù)據(jù)更新頻率保障,所以任何平臺(tái)都可以發(fā)射導(dǎo)彈,并實(shí)時(shí)地引導(dǎo)它攔截?cái)撤侥繕?biāo)。在CEC網(wǎng)絡(luò)中,這個(gè)敵方目標(biāo)對(duì)應(yīng)的位置和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)可能完全來自另一個(gè)CEC平臺(tái),而自己的本地雷達(dá)可能根本沒有捕獲該敵方目標(biāo)?；鹂丶?jí)協(xié)同作戰(zhàn)能力也被稱作基于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的作戰(zhàn)能力(engagementonremotedata)。整個(gè)遠(yuǎn)程作戰(zhàn)的細(xì)節(jié)對(duì)作戰(zhàn)系統(tǒng)的操作人員來說是透明的。遠(yuǎn)程作戰(zhàn)可能由某一個(gè)平臺(tái)單獨(dú)完成,也可能由多個(gè)平臺(tái)協(xié)同完成。8.2.2協(xié)同作戰(zhàn)能力系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.數(shù)據(jù)處理和傳輸部分為了獲得預(yù)期的傳感器數(shù)據(jù)共享能力,CEC的雷達(dá)或火控子系統(tǒng)應(yīng)從本地或遠(yuǎn)程接收到具有相同精度和更新周期的傳感器數(shù)據(jù)。為此,CEC采用了特殊的數(shù)據(jù)處理和交互部件,即協(xié)同作戰(zhàn)處理器(CEP)和數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)(DDS)。協(xié)同作戰(zhàn)處理器可能包括30個(gè)商用處理器,這些商用處理器通過通用總線和專用消息傳遞架構(gòu)集成在一起,每個(gè)處理器執(zhí)行至少一個(gè)處理功能。這些處理功能包括航跡過濾、航跡差異和一致性測(cè)試、gridlock、與傳感器接口、協(xié)同作戰(zhàn)支援和與數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)接口。協(xié)同處理器通常和艦載傳感器、艦載指控子系統(tǒng)和艦載火控子系統(tǒng)直接鉸鏈在一起,以確保信息交互的實(shí)時(shí)性,及時(shí)獲得火控級(jí)的數(shù)據(jù)。DDS保證時(shí)間緊急數(shù)據(jù)的可靠傳輸,并且不能妨礙報(bào)告數(shù)據(jù)的精度和更新周期,即DDS要保障遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)和本地?cái)?shù)據(jù)具有相同的精度、更新周期、可靠性和傳輸容量。為此,DDS在傳輸容量、更新周期、消息錯(cuò)誤率、抗干擾等性能指標(biāo)上,有著比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈更高的要求。為了實(shí)現(xiàn)這些性能指標(biāo),DDS需要有效的輻射功率方案、高擴(kuò)譜帶寬和精確定時(shí)。為此,每個(gè)DDS平臺(tái)需要配置相控陣天線,相控陣天線可以幫助兩個(gè)DDS平臺(tái)建立一個(gè)獨(dú)立的通信路徑。2.新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在初始入網(wǎng)階段,DDS用它的陣列天線波束掃描待加入系統(tǒng)空間,同時(shí)發(fā)送詢問消息(interogation)。系統(tǒng)中已有DDS用它的陣列天線波束掃描系統(tǒng)空間,并偵聽和應(yīng)答可能出現(xiàn)的詢問消息。同時(shí),視距內(nèi)的DDS還幫助初始入網(wǎng)的DDS定位視距外的其他平臺(tái)。初始入網(wǎng)階段結(jié)束后,系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)DDS都獲得系統(tǒng)當(dāng)前完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并能夠通過視距內(nèi)的DDS中繼實(shí)現(xiàn)和每個(gè)DDS的互聯(lián)。由于采用了相控陣天線,每個(gè)DDS都必須對(duì)其視距內(nèi)的DDS進(jìn)行位置跟蹤,同時(shí)通過獨(dú)立執(zhí)行通用調(diào)度算法來向視距內(nèi)的其他DDS并行發(fā)送數(shù)據(jù)微波脈沖。在共享DDS的位置信息時(shí),必須啟動(dòng)gridlock以提高共享信息的精度。DDS中擴(kuò)譜波形、數(shù)據(jù)傳輸、單一獨(dú)立調(diào)度進(jìn)程所需的精確時(shí)鐘是由CEC系統(tǒng)嵌入的銫時(shí)鐘提供的。通過DDS時(shí)間同步進(jìn)程,CEC網(wǎng)內(nèi)的銫時(shí)鐘可以獲得微秒級(jí)的同步精度。如果一個(gè)平臺(tái)丟失了鏈路,則該平臺(tái)將向網(wǎng)內(nèi)通告這個(gè)事件,網(wǎng)內(nèi)所有成員將修正各自的調(diào)度方案,并在以后的通信過程中繞過那個(gè)丟失的鏈路。新成員加入和新鏈路產(chǎn)生事件也會(huì)由CEC網(wǎng)內(nèi)的銫時(shí)鐘向網(wǎng)內(nèi)通告。值得一提的是,除了系統(tǒng)啟動(dòng)、關(guān)閉等狀態(tài)改變外,上述網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理過程不需要操作人員的干預(yù)。3.系統(tǒng)集成和CEC集成后的作戰(zhàn)系統(tǒng)有一個(gè)基本特征,即能夠?qū)h(yuǎn)程數(shù)據(jù)(包括雷達(dá)數(shù)據(jù)和作戰(zhàn)數(shù)據(jù))和本地?cái)?shù)據(jù)不加區(qū)別地使用。原則上講,一旦為一個(gè)新目標(biāo)確定了試探性航跡,相應(yīng)的雷達(dá)和IFF測(cè)量結(jié)果就應(yīng)該在極小的時(shí)間延遲內(nèi)傳給協(xié)同作戰(zhàn)處理器。這些數(shù)據(jù)將被CEC通過DDS迅速分發(fā)給網(wǎng)內(nèi)所有的系統(tǒng)作戰(zhàn)處理器。每個(gè)CEC在收到這些數(shù)據(jù)后,先經(jīng)過gridlock處理,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)向本地坐標(biāo)的修正。然后,經(jīng)過修正的數(shù)據(jù)將被傳給航跡處理進(jìn)程。同時(shí),本地雷達(dá)計(jì)算機(jī)也能使用這些數(shù)據(jù),并通過這些數(shù)據(jù)調(diào)整自己的波形,實(shí)現(xiàn)本地探測(cè)能力的優(yōu)化。本地雷達(dá)計(jì)算機(jī)使用這些數(shù)據(jù)的判據(jù)包括以下兩個(gè)方面:(1)是否有足夠的時(shí)間和能量。(2)目標(biāo)航跡是否滿足本地作戰(zhàn)系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)興趣準(zhǔn)則集。為了達(dá)到上述目標(biāo),必要改進(jìn)單個(gè)平臺(tái)能夠容忍的航跡錯(cuò)誤率。就網(wǎng)絡(luò)這個(gè)層面來說是指航跡錯(cuò)誤率必須進(jìn)一步降低。另外,網(wǎng)絡(luò)控制狀態(tài)、原則、遠(yuǎn)程作戰(zhàn)狀態(tài)和本地雷達(dá)動(dòng)作請(qǐng)求也通常需要被通告給武器系統(tǒng)的命令/決策單元。CEC的合成航跡數(shù)據(jù)可以通過命令/決策單元向Link11和Link16發(fā)布。CEC和作戰(zhàn)系統(tǒng)的集成必須盡量實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)協(xié)同能力的最大化和本地系統(tǒng)效能的最大化。由于不同作戰(zhàn)系統(tǒng)之間功能和結(jié)構(gòu)的差異,集成的方法和技術(shù)也有所差別。但不管在哪種作戰(zhàn)系統(tǒng)上集成CEC,都必須保證網(wǎng)絡(luò)中所有成員都能獨(dú)立構(gòu)造統(tǒng)一、詳細(xì)的合成航跡和身份信息。8.2.3協(xié)同作戰(zhàn)能力網(wǎng)絡(luò)的戰(zhàn)術(shù)原理在CEC作戰(zhàn)中,艦載對(duì)空搜索雷達(dá)將有關(guān)空中目標(biāo)的量測(cè)信息提供給協(xié)同作戰(zhàn)處理器(CEP),由CEP重組數(shù)據(jù),并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)(DDS),DDS譯成密碼并把數(shù)據(jù)傳輸給參與CEC網(wǎng)絡(luò)的其他艦只(被視作協(xié)同單元CU)。在幾分之一秒內(nèi),DDS接收所有協(xié)同單元的數(shù)據(jù),并將它們傳送給CEP。CEP再將所有未經(jīng)處理的傳感器量測(cè)數(shù)據(jù)綜合成相同的空中圖像,其中包括所有目標(biāo)的連續(xù)綜合航跡,每個(gè)單一平臺(tái)傳感器和交戰(zhàn)系統(tǒng)都能顯示和使用所獲得的相同圖像。DDS采用高抗干擾和抗敵方偵聽的窄定向信號(hào),選種信號(hào)可以同時(shí)在各個(gè)協(xié)同單元之間進(jìn)行單元對(duì)單元的通信,使DDS輸出作為實(shí)時(shí)火控?cái)?shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)傳送到艦艇的作戰(zhàn)系統(tǒng),作為火控質(zhì)量數(shù)據(jù),艦艇可以用這些數(shù)據(jù)與目標(biāo)交戰(zhàn),而無需用自己的雷達(dá)實(shí)際跟蹤目標(biāo)。因此,CEC至少在三個(gè)方面保證了戰(zhàn)斗群的防空作戰(zhàn):(1)使多個(gè)艦載、機(jī)載和陸基系統(tǒng)生成和共享一個(gè)一致、精確和可靠的空中威脅圖像,戰(zhàn)斗群各單元可據(jù)此進(jìn)行目標(biāo)跟蹤和識(shí)別。(2)使作戰(zhàn)系統(tǒng)的威脅應(yīng)對(duì)決策能夠?qū)崟r(shí)協(xié)調(diào)戰(zhàn)斗群所有兵力。(3)戰(zhàn)斗群中某個(gè)作戰(zhàn)單元在不掌握目標(biāo)諸元數(shù)據(jù)的情況下,仍然可以根據(jù)CEC網(wǎng)絡(luò)傳送的火控質(zhì)量目標(biāo)諸元信息對(duì)敵方來襲目標(biāo)(導(dǎo)彈或飛機(jī))實(shí)施攔截攻擊。CEC的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)作戰(zhàn)能力通過具有強(qiáng)大功能的融合處理機(jī)的寬帶自動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),將綜合的戰(zhàn)斗群態(tài)勢(shì)傳輸給艦隊(duì)司令,并實(shí)時(shí)分配和融合武器及傳感器控制數(shù)據(jù),使共享合成航跡的協(xié)同作戰(zhàn)單元可以作為一個(gè)統(tǒng)一的防空網(wǎng),以便對(duì)敵方導(dǎo)彈和飛機(jī)做出迅速、實(shí)時(shí)的響應(yīng)。因此,即使不產(chǎn)生跟蹤數(shù)據(jù)的艦艇(平臺(tái)),也能在CEC合成航跡圖像給出的武器射程內(nèi)向目標(biāo)發(fā)射導(dǎo)彈,從而擴(kuò)展了作戰(zhàn)空間,更有效地使用了艦艇防御武器。8.2.4協(xié)同作戰(zhàn)能力發(fā)展趨勢(shì)20世紀(jì)80年代,CEC理論處于研究和驗(yàn)證階段;90年代則是CEC的發(fā)展階段。美國海軍的部分作戰(zhàn)平臺(tái)上已經(jīng)裝備了CEC設(shè)備,各CEC設(shè)備之間的數(shù)據(jù)鏈路技術(shù)已經(jīng)成熟。經(jīng)過美國的“沙漠之狐”行動(dòng)和科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)的檢驗(yàn),證明了CEC的有效性。2000年后,CEC進(jìn)入了普及應(yīng)用階段。據(jù)報(bào)道,在近年來進(jìn)行的一系列CEC演示中,除美國海軍作為演習(xí)的主體外,海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、空軍和陸軍都先后參加了演習(xí),并取得了預(yù)想的效果。除海軍外,CEC也得到了美國陸軍和空軍的認(rèn)同。其他軍兵種也在積極地參與CEC項(xiàng)目,并在其新研制的裝備中預(yù)留與CEC裝備的接口。或者對(duì)已經(jīng)在役的關(guān)鍵性武器裝備進(jìn)行改造,與CEC裝備集成,以便在將來的作戰(zhàn)中與海軍的戰(zhàn)斗群建立CEC網(wǎng)絡(luò),提高聯(lián)合作戰(zhàn)的效能。美國各軍種正在進(jìn)行聯(lián)合研究,擬將CEC系統(tǒng)引入“愛國者”導(dǎo)彈系統(tǒng)、軍級(jí)防空導(dǎo)彈系統(tǒng)、E3預(yù)警機(jī)、戰(zhàn)區(qū)高空區(qū)域防御/地基雷達(dá)系統(tǒng)等,以形成一種真正“無縫隙”的戰(zhàn)區(qū)防空反導(dǎo)體系。CEC系統(tǒng)還廣泛地應(yīng)用于新武器的研究計(jì)劃中,如“山頂”地平線巡航導(dǎo)彈防御計(jì)劃。顯然,CEC已成為一種提高指揮系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)能力的重要技術(shù)。CEC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為美國聯(lián)合作戰(zhàn)互操作性的重要保障手段,為美國三軍大范圍內(nèi)的傳感器聯(lián)網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。8.3

戰(zhàn)術(shù)組件網(wǎng)絡(luò)8.3.1TCN的技術(shù)簡(jiǎn)介TCN是面向現(xiàn)代國際防御共同體的訪問網(wǎng)絡(luò)信息的結(jié)構(gòu)和方法。TCN的指導(dǎo)原則是功能中介的概念,其主要思想是建立一個(gè)結(jié)構(gòu)上相互連接、功能上相互結(jié)合的組件網(wǎng)絡(luò),通過互相交換增強(qiáng)總的網(wǎng)絡(luò)知識(shí),盡量減少非建設(shè)性的、冗余的、不相干的信息交換。中介的工作方式在所有網(wǎng)絡(luò)成員之間實(shí)現(xiàn),通過這種方法,網(wǎng)絡(luò)效率得到了很大的提高。TCN方法和所有現(xiàn)有的應(yīng)用都是由Solipsys公司利用內(nèi)部資源開發(fā)并實(shí)現(xiàn)的。1998年Solipsys公司贏得了兩個(gè)海軍SBIR合同,充分說明TCN產(chǎn)品的性能滿足海軍傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求,在美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)也有類似的應(yīng)用,美國陸軍和空軍對(duì)TCN的應(yīng)用研究也在討論之中。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上看,TCN由兩部分組成:全球網(wǎng)與本地網(wǎng)。本地網(wǎng)類似于CEC,利用無線電設(shè)備與附近作戰(zhàn)部隊(duì)中的成員進(jìn)行通訊。全球網(wǎng)則利用銥星實(shí)現(xiàn)全球作戰(zhàn)成員之間的實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)綜合。在TCN中,艦艇之間可以相距數(shù)英里或上萬英里,它們都同樣可以共享信息。2002年初在美國第7艦隊(duì)中進(jìn)行的TCN試驗(yàn)表明,無論各作戰(zhàn)成員間的距離如何,都能夠?qū)⑵鋫鞲衅鲾?shù)據(jù)綜合后生成一個(gè)畫面。從某一作戰(zhàn)成員處接收到的傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后再發(fā)送給其他成員,往返15000英里的行程,再加上網(wǎng)絡(luò)中心的處理時(shí)間,全部過程一般都在1s內(nèi)完成。8.3.2TCN的組成TCN概念為傳感器網(wǎng)絡(luò)提供了一種結(jié)構(gòu)框架,可以直接訪問需要的系統(tǒng)資源。Solipsys公司以客觀實(shí)物為基礎(chǔ)把系統(tǒng)分解為不同的系統(tǒng)組件,如武器控制、傳感器或TADIL轉(zhuǎn)發(fā)器/路由器。這些系統(tǒng)組件以模塊的形式組成網(wǎng)絡(luò),可以形成更復(fù)雜的戰(zhàn)術(shù)結(jié)構(gòu)。這些模塊通過可移植的應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)結(jié)到一起,確保系統(tǒng)成員的獨(dú)立性。TCN的結(jié)果是基于通用成員的框架結(jié)構(gòu),可以通過簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)滿足獨(dú)特的系統(tǒng)需求。防御系統(tǒng)與商業(yè)系統(tǒng)的不同點(diǎn)在于防御系統(tǒng)要求把來自大量信息源的信息融合到一起,形成唯一、明確的數(shù)據(jù)包。TCN是通用應(yīng)用軟件的集合,包括數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)器、當(dāng)前觀察相關(guān)估計(jì)(CORE)分析、融合算法復(fù)合軌跡(FACTs)、程序段監(jiān)視器、戰(zhàn)術(shù)顯示(TDF)和數(shù)據(jù)通信。TCN的結(jié)構(gòu)如圖811所示。TCN結(jié)構(gòu)中的主要組件包括傳感器數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)融合,對(duì)各應(yīng)用軟件的說明如下。1.組件服務(wù)器(1)對(duì)本地傳感器進(jìn)行相關(guān)、關(guān)聯(lián)、跟蹤管理。(2)對(duì)特定的傳感器進(jìn)行優(yōu)化處理。(3)為數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)器提供相關(guān)測(cè)量(AMRs)和新的軌跡。(4)由組件的所有者開發(fā)。2.數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)器(1)提供通用接口,與組件服務(wù)器交換傳感器信息。(2)提供基于需求/準(zhǔn)確度的數(shù)據(jù)分發(fā)。(3)為本地和遠(yuǎn)地CORE綜合應(yīng)用程序儲(chǔ)存并分發(fā)AMRs數(shù)據(jù)作為CORE,基于終端用戶提出的需求和網(wǎng)絡(luò)軌跡狀態(tài)的改進(jìn)。3.CORE綜合把CORE數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)軌跡狀態(tài)進(jìn)行融合,生成融合算法復(fù)合軌跡(FACT),以便組件服務(wù)器和數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)器使用。4.顯示(1)提供標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序顯示FACT數(shù)據(jù),Solipsys公司的TDF支持該功能。(2)基于瀏覽器的設(shè)計(jì)允許組件開發(fā)者為該組件的特定顯示需求提供插件程序,或者使用主流技術(shù)從服務(wù)器直接接入,例如:利用超文本傳輸協(xié)議(HTTP)。5.數(shù)據(jù)通信(1)分發(fā)本地CORE。(2)接收遠(yuǎn)地CORE。(3)接收遠(yuǎn)地需求報(bào)告。8.3.3TCN的機(jī)制TCN提供了一個(gè)可擴(kuò)展的、多級(jí)的傳感器數(shù)據(jù)融合處理體系結(jié)構(gòu),生成一個(gè)分布式復(fù)合軌跡狀態(tài)數(shù)據(jù)庫,這些數(shù)據(jù)來自多部雷達(dá)或多個(gè)點(diǎn)的多維傳感器位置和速率測(cè)量值。這些測(cè)量值經(jīng)過處理,生成的信息在一個(gè)或多個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行交換。TCN結(jié)構(gòu)具有多級(jí)數(shù)據(jù)交換的性能,生成的軌跡圖中的所有數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)用戶在同一個(gè)參照系內(nèi)(同參照系軌跡圖)。圖812描述了CORE和FACTS的交換。CORE來自每個(gè)數(shù)據(jù)源的傳感器測(cè)試數(shù)據(jù),并以通用的識(shí)別格式進(jìn)行分發(fā),用于CORE融合功能。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分發(fā)由分發(fā)處理模塊管理。CORE融合功能生成FACTs數(shù)據(jù),被需要目標(biāo)軌跡狀態(tài)的本地平臺(tái)使用。這些功能是數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)用戶的一部分。8.3.4TCN對(duì)CEC發(fā)展的意義1.CEC中存在的問題(1)CEC系統(tǒng)軟件與海軍宙斯盾空中防御系統(tǒng)所用的軟件之間存在的互操作性問題比較突出。(2)CEC對(duì)帶寬的要求很高,而且會(huì)隨著入網(wǎng)成員的增加而增加。(3)CEC是二十幾年前主要針對(duì)當(dāng)時(shí)的蘇聯(lián)而設(shè)計(jì)的,根本沒有利用到當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。所以美國軍方有人認(rèn)為,CEC雖然在設(shè)計(jì)上體現(xiàn)了協(xié)同作戰(zhàn)的思想,但的確需要在技術(shù)上有所創(chuàng)新。(4)CEC系統(tǒng)存在著很強(qiáng)的設(shè)備依賴性。CEC系統(tǒng)的主要組成設(shè)備是專用的CEP和DDS,在作戰(zhàn)中需要用多用途的運(yùn)輸車來運(yùn)送DDS和CEP,而這在多數(shù)情況下很不方便。2.TCN在CEC計(jì)劃中的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)(1)TCN是美國國會(huì)防御委員會(huì)提出的CEC計(jì)劃數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)男路椒?通過TCN技術(shù)的應(yīng)用可以節(jié)省CEC計(jì)劃的通信帶寬,支持更寬、更高效的CEC網(wǎng)絡(luò),并且可以改善海軍作戰(zhàn)系統(tǒng)與CEC的互操作性。(2)采用合作開發(fā)的方法,與許多COTS計(jì)算機(jī)兼容。(3)TCN技術(shù)支持已經(jīng)開發(fā)的CEC組件。(4)TCN技術(shù)支持作戰(zhàn)任務(wù)需求,代替了其他的辦法。8.4戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)8.4.1戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本定義戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是以設(shè)計(jì)、開發(fā)、評(píng)估、演示能為戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)提供戰(zhàn)術(shù)定位、跟蹤、瞄準(zhǔn)能力為目的的新技術(shù)。這種新型戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠使用分布式傳感器平臺(tái),使各軍種“對(duì)戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)進(jìn)行迅速、準(zhǔn)確定位,并提供實(shí)時(shí)火控支援”。其構(gòu)想的目標(biāo)是:在目標(biāo)探測(cè)、主動(dòng)識(shí)別、瞄準(zhǔn)、達(dá)到交戰(zhàn)標(biāo)準(zhǔn)、打擊和確認(rèn)摧毀的全過程中,通過TTNT提供及時(shí)有效的信息,同時(shí)要使附帶的毀傷最小。由于空軍最需要具備對(duì)時(shí)間敏感目標(biāo)實(shí)施打擊的能力,因此,這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)工作主要由空軍負(fù)責(zé)。8.4.2戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的特點(diǎn)有如下幾個(gè)方面。(1)戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)是一種高速動(dòng)態(tài)網(wǎng)。(2)TTNT最主要的革新是可以將飛行速度較慢的情報(bào)監(jiān)視偵察機(jī)的ISR數(shù)據(jù)鏈響應(yīng)用于高速、高機(jī)動(dòng)的戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗機(jī)。(3)TTNT的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。(4)TTNT設(shè)計(jì)采用低成本的數(shù)字硬件模塊。8.4.3TTNT的主要研究?jī)?nèi)容與面臨的挑戰(zhàn)TTNT的研究?jī)?nèi)容主要有以下三個(gè)方面。(1)系統(tǒng)控制和媒體訪問:主要研究用戶如何入網(wǎng)出網(wǎng)、如何管理發(fā)射功率、如何建立/拆除邏輯鏈路等。(2)互操作性:主要研究TTNT如何與現(xiàn)有的數(shù)據(jù)鏈互操作,特別是與Link16的互操作。(3)頻譜可用性:主要研究如何選擇合適的工作頻段。TTNT當(dāng)前最大的挑戰(zhàn)是如何開發(fā)先進(jìn)的數(shù)據(jù)鏈路技術(shù),以便獲得作戰(zhàn)需要的快速配置、低延遲的寬帶模式。目前由DARPA支持的簡(jiǎn)易地面移動(dòng)目標(biāo)截獲(AMSTE)和高級(jí)戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)導(dǎo)向技術(shù)(AT3)是未來TTNT技術(shù)的重要用戶。以AT3計(jì)劃為例,AT3計(jì)劃正在開發(fā)一種能夠快速、精確地遠(yuǎn)程定位敵方防空雷達(dá)的技術(shù)。發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)的目的是希望實(shí)現(xiàn)50:50:10的目標(biāo),即在敵方防空雷達(dá)發(fā)射機(jī)開機(jī)10s內(nèi),美空軍就能在50nmile外對(duì)該雷達(dá)定位,定位誤差半徑小于50m。在AT3計(jì)劃中,多個(gè)空中雷達(dá)接收器構(gòu)成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)化觀測(cè)系統(tǒng),觀測(cè)數(shù)據(jù)或報(bào)告被傳送給負(fù)責(zé)地理定位處理的某個(gè)平臺(tái)。目前,AT3計(jì)劃采用Link16作為通信機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)?？紤]到分布式戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)導(dǎo)引的戰(zhàn)術(shù)需求必須遵守的一些物理原理(比如光速極限),TTNT確定了在100nmile以內(nèi)2ms的信息傳輸和處理時(shí)限。另外,還確定了一些定性的戰(zhàn)技指標(biāo),具體如下:(1)不能對(duì)現(xiàn)有的Link16系統(tǒng)的通信產(chǎn)生干擾,即Link16感覺不到TTNT的存在。不過TTNT將采用Link16的J系列消息標(biāo)準(zhǔn),以便和Link16在消息級(jí)實(shí)現(xiàn)互操作;(2)平臺(tái)集成成本要盡可能地低。事實(shí)上,TTNT的平臺(tái)集成計(jì)劃基本采用了“不新打一個(gè)孔,不新增一根電纜”的做法,因此可以考慮在的Link16終端上安裝TTNT的數(shù)據(jù)模塊化設(shè)備。8.5

寬帶網(wǎng)絡(luò)波形8.5.1寬帶網(wǎng)絡(luò)波形概述以最新的軟件無線電技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化的軟件通信架構(gòu)為依托,寬帶網(wǎng)絡(luò)波形需要實(shí)現(xiàn)下述功能:(1)多種服務(wù)間的互操作。(2)包括視頻、語音和數(shù)據(jù)在內(nèi)的多業(yè)務(wù)無縫傳輸。(3)能夠適應(yīng)用戶消息需求和網(wǎng)絡(luò)條件的變化。(4)能夠提供可伸縮、自組織的組網(wǎng)能力。(5)射頻或路由特征可控(自動(dòng)或手動(dòng))。(6)盡可能實(shí)現(xiàn)協(xié)議和接口的標(biāo)準(zhǔn)化。(7)能夠支持功能的漸進(jìn)實(shí)現(xiàn)、性能的漸進(jìn)提高,以及未來新功能、新技術(shù)的便捷插入。8.5.2JTRSWNW的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用1.美國陸軍JTRSWNW網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用美國陸軍的下級(jí)戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)(thelowerTI)采用了雙層結(jié)構(gòu)。底層是諸如SINCGARS這樣的無線通信子網(wǎng),而上層是負(fù)責(zé)互聯(lián)各個(gè)無線通信子網(wǎng)的骨干網(wǎng)。美國陸軍應(yīng)用JTRSWNW的最初目的是構(gòu)建下級(jí)戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)所需的骨干網(wǎng),而最終的目的是用JTRSWNW來統(tǒng)一整個(gè)下級(jí)戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體制和裝備要求。另外,JTRSWNW也能滿足戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斗信息網(wǎng)(WIN-T)中戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)中心(TOC)之間的通信要求。2.美國海軍JTRSWNW網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用聯(lián)合海事通信策略(JMCOMS)是美國海軍當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)通信策略。在JMCOMS策略中,自動(dòng)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(ADNS)通過射頻通信系統(tǒng)將所在艦船的綜合艦船網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(ISNS)同異地的其他DoD網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來。ADNS采用了諸如互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)這樣的商用標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議。美國海軍還進(jìn)一步將JTRSWNW應(yīng)用于ADNS。JTRSWNW支持IP協(xié)議,無需網(wǎng)關(guān)(KG)就可以和ADNS路由器接口。在海軍戰(zhàn)斗群(BG)中,每艘艦船(艇)和特別選定的機(jī)載平臺(tái)需要加裝至少一個(gè)JTRSWNW通道,以便能參與戰(zhàn)術(shù)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)骨干通信(層2)。當(dāng)然,有可能加裝不止一個(gè)JTRSWNW通道,以便提供備份或增加帶寬。一個(gè)海軍戰(zhàn)斗群需要15~30個(gè)JTRSWNW通道。一個(gè)海軍BG/ARG的作戰(zhàn)半徑是300nmile。而一個(gè)海軍BG/ARG的作戰(zhàn)空間則同時(shí)由作戰(zhàn)半徑內(nèi)的海洋、濱海地區(qū),以及對(duì)應(yīng)的空域組成。在這個(gè)作戰(zhàn)空間中,各類艦船(艇)和機(jī)載平臺(tái)構(gòu)成了一個(gè)稀松的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,JTRWNW通道提供數(shù)據(jù)中繼/路由支持,從而實(shí)現(xiàn)超視距通信。3.美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)JTRSWNW網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用JTRS是美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)未來戰(zhàn)場(chǎng)戰(zhàn)術(shù)通信架構(gòu)的核心要素。在不同尺寸、重量和功率的JTRS電臺(tái)中,WNW所起的作用會(huì)有所不同。對(duì)于那些大型的作戰(zhàn)平臺(tái)或指控中心來說,不管是機(jī)動(dòng)還是靜止,JTRSWNW需要能夠同時(shí)具有語音、數(shù)據(jù)和視頻傳輸能力。而安置在無人機(jī)等中繼平臺(tái)上的JTRSWNW主要具有數(shù)據(jù)中繼通信能力,以實(shí)現(xiàn)超視距通信。對(duì)于那些連排級(jí)背負(fù)式、手持式JTRS電臺(tái)來說,WNW既要提供端對(duì)端的鏈路通信支持,也要提供自動(dòng)中繼支持。4.美國空軍JTRSWNW網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不用網(wǎng)關(guān)支持,JTRSWNW網(wǎng)絡(luò)就能幫助美國空軍用戶無縫接入全球柵格網(wǎng)(theglobalgridnetwork)。在這類應(yīng)用中,JTRSWNW提供了基于IP的高數(shù)據(jù)吞吐率、動(dòng)態(tài)可調(diào)的多媒體信息(語音、數(shù)據(jù)、視頻)通信能力。這種通信能力在通信距離和方位不斷變化的應(yīng)用環(huán)境中表現(xiàn)出很強(qiáng)的魯棒性和靈活性?？罩械耐ㄐ怒h(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單,通過基于IP網(wǎng)絡(luò)以及地面通信設(shè)備的支持,空中通信范圍可以達(dá)到1000nmile。8.5.3寬帶網(wǎng)絡(luò)波形的操作規(guī)范1.WNW操作JTRSWNW采用了自組織、自修復(fù)的移動(dòng)AdHoc組網(wǎng)模式,能夠基于IP的其他網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)以獲得全球范圍的通信能力。JTRSWNW既能用于搭建骨干網(wǎng),也能直接用于子網(wǎng)的通信鏈接。2.主要工作模式1)網(wǎng)關(guān)聯(lián)網(wǎng)模式JTRSWNW在WNW骨干網(wǎng)和子網(wǎng)之間自動(dòng)提供網(wǎng)關(guān)功能,以實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)和工作于非均勻聯(lián)網(wǎng)模式或低截獲/低探測(cè)聯(lián)網(wǎng)模式的子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間互聯(lián)、互通。2)非均勻聯(lián)網(wǎng)模式在非均勻聯(lián)網(wǎng)模式下,每個(gè)JTRSWNW節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前的射頻信道條件,自動(dòng)地調(diào)整數(shù)據(jù)包的傳輸參數(shù)。每個(gè)JTRSWNW節(jié)點(diǎn)都必須要支持非均勻聯(lián)網(wǎng)模式。3)只收聯(lián)網(wǎng)模式對(duì)于需要電磁輻射控制的JTRS電臺(tái)可以工作在只收聯(lián)網(wǎng)模式下,工作在該模式下的JTRS電臺(tái)不會(huì)發(fā)射任何電磁波。工作在正常模式(非只收聯(lián)網(wǎng)模式)下的電臺(tái)需要知道哪些電臺(tái)工作在只收聯(lián)網(wǎng)模式下,以便在沒有接收到這些電臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)更新消息的情況下仍然將數(shù)據(jù)路由給工作在只收聯(lián)網(wǎng)模式下的電臺(tái)。4)低截獲/低探測(cè)聯(lián)網(wǎng)模式JTRSWNW電臺(tái)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理者或操作者的需求切換到低截獲/低探測(cè)聯(lián)網(wǎng)模式。在這種模式下,加入JTRSWNW網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)需要執(zhí)行相應(yīng)的握手/信令協(xié)議。5)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式下,JTRSWNW著重優(yōu)化了吞吐量和時(shí)延。3.信息率1)數(shù)據(jù)傳輸率JTRSWNW可以根據(jù)信道條件和操作要求,通過特定的協(xié)商機(jī)制,自動(dòng)地調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸率。2)用戶吞吐率JTRSWNW的用戶吞吐率高,能夠滿足用戶在移動(dòng)環(huán)境下遂行數(shù)據(jù)、語音和視頻通信的要求。在不同的測(cè)試環(huán)境下,JTRSWNW的用戶吞吐率分別設(shè)定在2Mb/s和1Mb/s,而對(duì)應(yīng)的最高用戶吞吐率分別設(shè)定在5Mb/s和2Mb/s。3)網(wǎng)絡(luò)吞吐率JTRSWNW的網(wǎng)絡(luò)吞吐率可以大于2Mb/s。通過有效利用附加的頻譜資源,網(wǎng)絡(luò)吞吐率可以提升到5Mb/s。4)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式下的數(shù)據(jù)吞吐率在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式下,單向的用戶吞吐率大于1Mb/s,最終的目標(biāo)是2Mb/s。8.5.4寬帶網(wǎng)絡(luò)波形的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)中的寬帶網(wǎng)絡(luò)波形能在多種環(huán)境中運(yùn)用,包括單一、混合、長(zhǎng)距離、短距離的通信。通信環(huán)境也可以跨度到沙漠、城市、山丘、海洋。一些部署是通過單一節(jié)點(diǎn)連入大型地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的,而這些連接層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議在于支持系統(tǒng),從而使其能夠靈活變換以適應(yīng)同一波形在不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議間的傳輸。網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?yōu)化則可以通過調(diào)整參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。1.寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)具有自組織、自適應(yīng)功能,從而可以保證不同網(wǎng)絡(luò)間的連接。同時(shí)可以解決由于節(jié)點(diǎn)刪除、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、天線方向變化等原因引起的自組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化的問題。1)網(wǎng)絡(luò)計(jì)時(shí)當(dāng)GPS計(jì)時(shí)不能達(dá)到時(shí),寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)計(jì)時(shí)應(yīng)該能夠正常運(yùn)行。2)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(1)網(wǎng)絡(luò)范圍。寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具有融合150個(gè)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行環(huán)境在15min內(nèi)接入單一網(wǎng)絡(luò)的能力。(2)網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)間。寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)不但應(yīng)該具有在小于1min內(nèi)將通信節(jié)點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)的能力,而且應(yīng)該具有同時(shí)在2min內(nèi)接入8個(gè)節(jié)點(diǎn)的能力。(3)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)可以結(jié)合任何存在的節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行環(huán)境可以跨度到海拔65000英尺(1英尺=0.3048米)內(nèi)的范圍。3)網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)具有自我調(diào)整、自我管理的能力,同時(shí)支持網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自由出入網(wǎng)絡(luò)而不需手動(dòng)調(diào)整。當(dāng)然它同時(shí)支持管理員通過人為干預(yù)解決一些網(wǎng)絡(luò)災(zāi)難。寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)同時(shí)具有控制、組織、優(yōu)化管理等能力來達(dá)到控制網(wǎng)絡(luò)連接結(jié)構(gòu)、路由機(jī)制、帶寬配置以及頻譜限制。(1)寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)管理接口。寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)提供網(wǎng)絡(luò)管理接口,用來規(guī)劃寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整參數(shù),檢控網(wǎng)絡(luò)管理及時(shí)間參數(shù)變化。接口包含圖形用戶接口,用于支持寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)的互動(dòng),同時(shí)利用常規(guī)硬件和軟件系統(tǒng)最大限度地減小人為錯(cuò)誤。(2)寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。波形規(guī)劃主要在于支持網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃能力,其最小的系統(tǒng)要求包括下面兩個(gè)內(nèi)容:①提供網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具用于調(diào)整各種參數(shù)、文件以及參與的頻率資源。②具有支持在線、實(shí)時(shí)的能力,用于隔離錯(cuò)誤突發(fā)、解決方案等。2.寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)調(diào)試寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)調(diào)試通過傳輸調(diào)式數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)重置頻率參數(shù)、反饋?zhàn)兓瘏?shù)的功能。3.寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管通過圖形用戶界面監(jiān)管寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。4.寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)安全管理寬帶網(wǎng)絡(luò)波形網(wǎng)絡(luò)安全管理用于支持認(rèn)證、授權(quán)、監(jiān)管等多種控制機(jī)制。8.6

移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)8.6.1移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)概述1.移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的概念移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)是由一組帶有無線收發(fā)信裝置的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)無線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò),它不依賴于預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施而臨時(shí)組建,網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)的節(jié)點(diǎn)利用自身的無線收發(fā)設(shè)備來交換信息,當(dāng)相互之間不在彼此的通信范圍內(nèi)時(shí),可以借助其他中間節(jié)點(diǎn)中繼來實(shí)現(xiàn)多條通信。移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的示意圖如圖813所示。自組織網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是主機(jī)和路由器的統(tǒng)一體,每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都兼有主機(jī)和路由器兩種功能,同時(shí)具有無線網(wǎng)絡(luò)接口和無線收發(fā)信機(jī)。作為主機(jī),移動(dòng)節(jié)點(diǎn)需要運(yùn)行面向用戶的應(yīng)用程序;作為路由器,移動(dòng)節(jié)點(diǎn)需要運(yùn)行相應(yīng)的路由協(xié)議。節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行通信時(shí),利用自身無線設(shè)備與通信范圍內(nèi)的其余網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接通信,對(duì)于超出通信范圍的節(jié)點(diǎn)需要借助其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行路由或者中繼,實(shí)現(xiàn)“多跳通信”,因而節(jié)點(diǎn)間路由通常由多跳(Hop)構(gòu)成,即源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的路徑舉例也就變?yōu)榱薾跳(n>1)。移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)多跳通信示意圖如圖814所示。2.移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的起源AdHoc技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代,它是在美國國防高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)資助研究的“戰(zhàn)地?zé)o線分組數(shù)據(jù)網(wǎng)(PRNET)”項(xiàng)目中產(chǎn)生的一種新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。DARPA當(dāng)時(shí)所提出的是一種軍用無線分組數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。后來,DARPA又于1983年和1994年分別資助進(jìn)行了抗毀自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(SURAN)和全球移動(dòng)信息系統(tǒng)(GloMo)兩個(gè)項(xiàng)目的研究,以便能夠建立某些特殊環(huán)境或緊急情況下的無線通信網(wǎng)絡(luò)。最初的動(dòng)機(jī)之一就是滿足戰(zhàn)場(chǎng)生存的軍事需求,因此,能快速裝備、自組織的移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施是這種網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于其他商業(yè)蜂窩系統(tǒng)的基本要素,它將分組交換網(wǎng)絡(luò)的概念引申到廣播網(wǎng)絡(luò)的范疇。這項(xiàng)工作開辟了移動(dòng)自組網(wǎng)(簡(jiǎn)稱AdHoc)研發(fā)的先河。在20世紀(jì)70年代到90年代早期,我們很難從公開的出版物上獲得有價(jià)值的理論與技術(shù)成果。90年代中期,隨著一些技術(shù)的公開,AdHoc網(wǎng)絡(luò)開始成為移動(dòng)通信領(lǐng)域一個(gè)公開的研究熱點(diǎn)。因特網(wǎng)任務(wù)工作組(IETF)于1996年成立了AdHoc網(wǎng)絡(luò)工作組,專門研究AdHoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于IP協(xié)議的路由協(xié)議規(guī)范和接口設(shè)計(jì)。這使得AdHoc網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)思路也由傳統(tǒng)的單一技術(shù)體系過渡到基于IP的多技術(shù)體系,從而導(dǎo)致該網(wǎng)絡(luò)更具有開放性、適應(yīng)性、靈活性,提高了開發(fā)速度。特別是1998年以來,無論是國內(nèi)還是國外,各科研團(tuán)體對(duì)AdHoc網(wǎng)絡(luò)的研究不斷升溫,尤其是在網(wǎng)絡(luò)層的路由協(xié)議方面,其研究工作已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。目前AdHoc網(wǎng)絡(luò)尚未達(dá)到完全實(shí)用階段,大部分工作仍處在仿真和實(shí)驗(yàn)階段,仿真規(guī)模在數(shù)百至數(shù)千節(jié)點(diǎn),實(shí)驗(yàn)規(guī)模在幾十個(gè)節(jié)點(diǎn)左右。目前,無線自組網(wǎng)在民用方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在無線局域網(wǎng)與無線個(gè)域網(wǎng)上,應(yīng)用范圍不斷拓展,其中一個(gè)重要的方向就是在公共移動(dòng)通信系統(tǒng)(例如蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng))中支持自組織方式;另一個(gè)重要的發(fā)展方向是傳感器網(wǎng)。從通信的角度來講,傳感器網(wǎng)屬于一種特殊的自組織網(wǎng)。8.6.2移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)如下:(1)無中心和自組織性。(2)自動(dòng)配置。(3)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?4)受限的無線傳輸帶寬。(5)移動(dòng)終端的局限性。(6)安全性較差。(7)網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性不強(qiáng)。(8)多跳路由。(9)存在單向的無線信道。(10)特殊的信道共享方式。(11)有限的主機(jī)能源。8.6.3移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)目前無線自組織網(wǎng)絡(luò)的主要研究領(lǐng)域包含MAC層協(xié)議、路由協(xié)議、多播路由協(xié)議、服務(wù)質(zhì)量保證、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)安全等多個(gè)方面。1.MAC層協(xié)議在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)的通信范圍有限和隨機(jī)移動(dòng)特性將會(huì)產(chǎn)生隱藏和暴露終端等問題。由于現(xiàn)有的CSMA協(xié)議不能直接應(yīng)用于無線自組織網(wǎng)絡(luò),因此必須采用新型的MAC協(xié)議,以便獲得較高的信道利用率和較低時(shí)延的公平接入。對(duì)于隱藏終端問題,可以采用控制報(bào)文握手協(xié)議的方法來解決。但是在單信道條件下卻無法徹底解決,為此必須采用雙信道方式,即收發(fā)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)信道和收發(fā)控制信號(hào)的控制信道。目前,已經(jīng)提出了一些可以應(yīng)用于無線自組織網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議,如MACA、MACAW、FAMA、DCF以及DBTWA等。其中,多址接入沖突避免協(xié)議(MACA)采用了RTS/CTS信道的握手機(jī)制,提高了無線信道的利用率,并解決了部分隱藏終端問題,但是仍然無法避免控制分組間的沖突,不具備鏈路層的確認(rèn)機(jī)制,協(xié)議的公平性也較差。針對(duì)MACA存在的問題,無線多址接入沖突避免協(xié)議(MACAW)進(jìn)行了改進(jìn),采用倍數(shù)遞增線性遞減退避算法替代了二進(jìn)制指數(shù)退避算法,可以獲得更好的公平性,同時(shí)采用RTS/CTS的數(shù)據(jù)應(yīng)答握手機(jī)制,進(jìn)一步提高信道的利用率,但是此協(xié)議的主要缺點(diǎn)是通信中控制信息交互次數(shù)太多,并且也不能完全解決暴露終端問題。FAMA是基于單信道的無線自組織網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議中較成功的一種。美軍在無線互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中使用的信道接入?yún)f(xié)議就是FAMA,它對(duì)MACA和MACAW做了進(jìn)一步改進(jìn),通過延長(zhǎng)RTS和CTS控制報(bào)文的長(zhǎng)度來消除控制報(bào)文的沖突,從而比較好地解決了隱藏終端問題,同時(shí)節(jié)點(diǎn)可發(fā)送多個(gè)報(bào)文,增加了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。IEEE802.11的DCF提供了對(duì)無線自組織網(wǎng)絡(luò)的支持,信道接入采用CSMA/CA機(jī)制,并采用了類似于MACAW的握手機(jī)制,但區(qū)別在于它使用了載波監(jiān)聽功能。以上幾種方法都是建立在所有相關(guān)節(jié)點(diǎn)都能聽到RTS/CTS消息的假設(shè)條件基礎(chǔ)上,然而在高速移動(dòng)的大型網(wǎng)絡(luò)中,這種假設(shè)有時(shí)并不成立。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很高時(shí),CTS發(fā)生沖突的概率很大,為了解決這些問題,提出了雙忙音多址接入?yún)f(xié)議(DBTMA)。通過雙信道加忙音的方法,不僅解決了隱藏終端問題,而且降低了控制信號(hào)發(fā)生沖突的概率,因而網(wǎng)絡(luò)利用率較MACAW提高一倍。上述的信道接入?yún)f(xié)議在一定程度上解決了信道接入問題,但都存在著一定的局限,一般都要求較小的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和較低的移動(dòng)性。當(dāng)前,信道接入?yún)f(xié)議的研究仍在進(jìn)行之中,未來的研究方向包括如何為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提高較好的支持、如何支持廣播和多播業(yè)務(wù)以及考慮支持業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)和基于受控方式的接入機(jī)制等。2.路由協(xié)議無線自組織網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議方面的研究是無線自組織網(wǎng)絡(luò)最重要的研究方向之一。網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)隨時(shí)移動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化,使得傳統(tǒng)的距離向量和鏈路狀態(tài)路由協(xié)議不再適用于無線自組織網(wǎng)絡(luò),必須根據(jù)無線自組織網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)進(jìn)行修改,或者提出一些新的路由協(xié)議。設(shè)計(jì)良好的路由協(xié)議是建立無線自組織網(wǎng)絡(luò)的首要問題,也是主要的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。至今已經(jīng)提出了數(shù)十種適用于無線自組織網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議,綜合起來可以分為三大類:平面路由協(xié)議、層次路由協(xié)議、位置路由協(xié)議。在平面路由協(xié)議中,各節(jié)點(diǎn)具有平等的地位。而在層次路由協(xié)議中,通常制定一些節(jié)點(diǎn)擔(dān)任簇頭的角色,負(fù)責(zé)其區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)和區(qū)域間節(jié)點(diǎn)的通信。位置路由協(xié)議則要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)必須裝備GPS設(shè)備,能夠確定節(jié)點(diǎn)方位。平面路由協(xié)議又可分為預(yù)先路由協(xié)議和按需路由協(xié)議。3.多播路由協(xié)議在無線自組織網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中,如災(zāi)難救助、戰(zhàn)場(chǎng)指揮、臨時(shí)會(huì)議等,通常都有一個(gè)共同的需求,就是一到多或是多到多的數(shù)據(jù)傳輸,因此,多播路由協(xié)議在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中具有非常重要的作用。近年來,研究人員提出了一些能適應(yīng)AdHoc環(huán)境的多播路由協(xié)議,這些協(xié)議可以大致分為三類:第一類是基于樹的多播路由協(xié)議它們?cè)谠春徒邮照咧g只提供一條路由;第二類是基于網(wǎng)格的多播路由協(xié)議,它們?cè)趥鬏敂?shù)據(jù)時(shí)能在源和接收者之間提供多跳路由;第三類是混合多播。在AdHoc環(huán)境中,基于樹的多播路由協(xié)議來源于有線網(wǎng)絡(luò)多播路由協(xié)議,它們通過建立多播共享樹的方法來實(shí)現(xiàn)多播。由于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生變化,因此基于樹的多播路由協(xié)議數(shù)據(jù)遞交率一般都較低,不能滿足應(yīng)用的需要,但狀態(tài)維護(hù)的工作量較少。而基于網(wǎng)格的多播路由協(xié)議因?yàn)槟芴峁┤哂嗦窂?所以具有較高的健壯性。它們更適用于動(dòng)態(tài)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分組遞交率一般都較高,但狀態(tài)維護(hù)的工作量較多。結(jié)合前面的兩種多播路由協(xié)議就形成了第三種多播方式—混合多播,其核心節(jié)點(diǎn)采用基于網(wǎng)格的方式,外圍節(jié)點(diǎn)采用基于樹的方式。在這些多播路由協(xié)議中,由于ODMRP是通過源節(jié)點(diǎn)在全網(wǎng)廣播控制信息來建立和維護(hù)路由的,因而,當(dāng)源節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)較多時(shí),協(xié)議將產(chǎn)生較大的開銷,這一特性大大影響了該協(xié)議的可擴(kuò)展性。為了減小這種廣播所帶來的控制開銷,CAMP使用了核心網(wǎng)格,并不在全網(wǎng)泛洪。模擬結(jié)果表明它的可擴(kuò)展性好于ODRMP的可擴(kuò)展性,不過該協(xié)議依賴于底層的單播路由協(xié)議。AMRoute是一種混合多播路由協(xié)議,它首先建立核心網(wǎng)格,然后通過核心網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)去建立多播樹。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r(shí),只要網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)與樹節(jié)點(diǎn)之間還存在鏈路,就不需要對(duì)多播樹進(jìn)行更新。其缺點(diǎn)是由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng),可能導(dǎo)致路由環(huán)路和非優(yōu)化的多播樹。4.服務(wù)質(zhì)量保證無線自組織網(wǎng)絡(luò)一方面作為一種自治系統(tǒng),有自身特殊的路由協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制;另一方面作為互聯(lián)網(wǎng)在無線和移動(dòng)范疇的擴(kuò)展和延伸,它又必須能夠提供到互聯(lián)網(wǎng)的無縫接入機(jī)制。當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)可以在一定程度上保證綜合業(yè)務(wù)傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量(QoS)。近年來隨著多媒體應(yīng)用的普及和無線自組織網(wǎng)絡(luò)在商業(yè)應(yīng)用中的進(jìn)展,人們很自然地會(huì)產(chǎn)生在AdHoc網(wǎng)絡(luò)上傳送綜合業(yè)務(wù)的需求,并且希望能像固定的有線網(wǎng)絡(luò)一樣為不同業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量提供保障。因此無線自組織網(wǎng)絡(luò)對(duì)QoS保障的支持顯得越來越迫切和重要。但是與固定的有線網(wǎng)絡(luò)不同,在AdHoc網(wǎng)絡(luò)中提供QoS支持將面臨許多不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的新問題和挑戰(zhàn)。QoS路由的目的是為應(yīng)用服務(wù)尋找滿足其QoS要求、具有足夠網(wǎng)絡(luò)資源的“端到端”傳輸路徑。由于存在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化、鏈路資源時(shí)變、節(jié)點(diǎn)資源有限及運(yùn)動(dòng)形態(tài)不確定等問題,所以AdHoc網(wǎng)絡(luò)在為路由協(xié)議提供精確的鏈路狀態(tài)信息和為路由計(jì)算承擔(dān)所需的大量資源開銷、路由維護(hù)等方面較為困難。因此,QoS路由技術(shù)一直是一個(gè)研究熱點(diǎn),也是IETF工作組關(guān)注的重點(diǎn)。與傳統(tǒng)路由算法的分類方法相似,QoS路由協(xié)議通?？煞譃轭A(yù)先式QoS路由協(xié)議和按需式QoS路由協(xié)議兩大類。其中預(yù)先式QoS路由協(xié)議要求每個(gè)節(jié)點(diǎn)維持一至多張表以存儲(chǔ)鏈路狀態(tài)信息或基本路由信息,并通過廣播方式進(jìn)行信息更新。當(dāng)需要進(jìn)行QoS路由計(jì)算時(shí),源節(jié)點(diǎn)或者根據(jù)信息表的有關(guān)內(nèi)容按QoS參數(shù)約束直接計(jì)算出所需的可行路徑,或者確定出基本路由策略,并采用部分洪泛機(jī)制發(fā)送帶有QoS參數(shù)要求的路由請(qǐng)求分組,由中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)其信息表的有關(guān)內(nèi)容分布式完成尋路工作。相關(guān)的預(yù)先式QoS路由協(xié)議有CEDAR、TBP和基于帶寬的QoS路由協(xié)議等。按需式QoS路由協(xié)議指當(dāng)有分組傳送需求時(shí)才進(jìn)行QoS路由計(jì)算的尋路方式。開始傳送業(yè)務(wù)分組前,源節(jié)點(diǎn)觸發(fā)一個(gè)路由尋找進(jìn)程,通常采用洪泛機(jī)制發(fā)送路由請(qǐng)求分組,并由中間節(jié)點(diǎn)根據(jù)其接口的基本信息和QoS參數(shù)要求分布式完成路由尋找工作。相關(guān)的按需式QoS路由協(xié)議有AODV擴(kuò)展QoS路由協(xié)議、R.Lin的按需QoS路由協(xié)議等。預(yù)先式QoS路由協(xié)議對(duì)網(wǎng)路狀態(tài)信息維護(hù)和更新有較高的要求,并由此造成有限網(wǎng)絡(luò)資源的巨大浪費(fèi);而對(duì)于按需式QoS路由協(xié)議,由于業(yè)務(wù)需求激發(fā)往往造成實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分組傳輸?shù)难舆t和停頓。因此近年來這兩類QoS路由協(xié)議正逐漸走向融合。將MAC層的多址技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)層路由技術(shù)組合,通過資源預(yù)留來滿足QoS尋路要求,正成為QoS路由技術(shù)研究領(lǐng)域的新思路。此外,多通道路由多播、路由自適應(yīng)服務(wù)優(yōu)先QoS路由、功率路由、輔助位置路由等也將是QoS路由技術(shù)未來的研究方向。5.網(wǎng)絡(luò)管理在任何網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中,控制網(wǎng)絡(luò)、使網(wǎng)絡(luò)具有最高效率和可靠工作的網(wǎng)絡(luò)管理都將是一個(gè)必需內(nèi)容,這一過程通常包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和報(bào)告生成等。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制和管理,OSI將網(wǎng)絡(luò)管理劃分為五大功能域,這就是我們通常所說的配置管理、性能管理、安全管理、計(jì)費(fèi)管理和故障管理。然而,由于AdHoc網(wǎng)絡(luò)的特性決定了管理上比有線網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜許多,這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化要求網(wǎng)絡(luò)管理也是動(dòng)態(tài)自動(dòng)配置的。而且要考慮到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)本身的限制,例如能源有限、鏈路狀態(tài)變化和有限的存儲(chǔ)能力等,因此要將管理協(xié)議給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶來的負(fù)荷考慮在內(nèi)。最后還要考慮到網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)不同環(huán)境的適用性等。目前,無線自組織網(wǎng)絡(luò)的管理研究處于起步階段。由于其獨(dú)有的網(wǎng)絡(luò)特性與完全集中的管理相排斥,因此考慮到網(wǎng)絡(luò)信息開銷和節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性,三級(jí)層次結(jié)構(gòu)成為首選。在三層次結(jié)構(gòu)中,最后一級(jí)由被稱為代理的被管節(jié)點(diǎn)組成,許多互相鄰近的代理集結(jié)成簇Cluster,由第二級(jí)被稱為簇首Clusterhead的節(jié)點(diǎn)來管理,而簇首又由被稱為網(wǎng)絡(luò)管理者M(jìn)anager的節(jié)點(diǎn)來管理。6.網(wǎng)絡(luò)安全從安全性的角度看,與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比,無線自組織網(wǎng)絡(luò)本身具有許多系統(tǒng)脆弱性。(1)無線鏈路。節(jié)點(diǎn)之間的無線鏈路非常容易受到攻擊,例如被動(dòng)竊聽、主動(dòng)干擾、數(shù)據(jù)篡改、假冒、消息重放以及拒絕服務(wù)等。(2)無基礎(chǔ)設(shè)施的分布式網(wǎng)絡(luò)。由于沒有基礎(chǔ)設(shè)施的支持,無法事先對(duì)網(wǎng)絡(luò)做出預(yù)測(cè),阻礙了傳統(tǒng)密鑰管理和身份認(rèn)證等技術(shù)的應(yīng)用,因此,需要采用新的方案來保證網(wǎng)絡(luò)的安全。(3)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)。無線自組織網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性和臨時(shí)性導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)間的信任關(guān)系不斷變化,這給密鑰管理帶來了麻煩。(4)節(jié)點(diǎn)的特性。節(jié)點(diǎn)可以自由漫游并與鄰近節(jié)點(diǎn)通信,在加入或離開一個(gè)子網(wǎng)時(shí)