全球信息柵格通信能力建模

全球信息柵格通信能力建模

全球信息柵格(GIG)是美軍全力打造的軍事電子信息系統，是未來(lái)網(wǎng)絡(luò )中心戰的基礎。深入研究全球信息柵格對提高我軍信息化水平，推進(jìn)以信息技術(shù)革命為主體的新軍事變革，具有十分重要的意義。從全球信息柵格概念、發(fā)展規劃、體系結構入手，重點(diǎn)對GIG通信能力建設進(jìn)行研究，深入分析了GIG通信體系結構參考模型，并與傳統0SI模型進(jìn)行比較;研究了GIG通信基礎設施建設和通信信息安全建設。最后，給出了GIG對軍隊信息化建設的幾點(diǎn)啟示。

O 引 言

全球信息柵格(GIG)是在全球范圍內工作的一個(gè)超大規模信息系統，是新時(shí)期、新戰略、新思想下的產(chǎn)物。它能提供一套增值功能來(lái)支援信息處理、存儲和傳送，并實(shí)現人網(wǎng)互動(dòng)、網(wǎng)絡(luò )管理、信息分發(fā)管理、信息保障等功能的最優(yōu)化，它是未來(lái)分布計算機技術(shù)發(fā)展的趨勢。在軍事領(lǐng)域，全球信息柵格通過(guò)改造現有的“煙囪式”系統，整合現有的各種信息資源，形成一個(gè)可以實(shí)現“陸、海、空、天”多維信息的互聯(lián)、互通網(wǎng)絡(luò )，把“傳感器網(wǎng)、計算機網(wǎng)和武器平臺網(wǎng)”融為一體的現代化信息作戰網(wǎng)，為打贏(yíng)未來(lái)信息化戰爭奠定了堅實(shí)基礎。

l 全球信息柵格發(fā)展規劃和體系結構建設

1.1 GIG發(fā)展規劃

1999年5月，美國國防部在發(fā)布的國防信息基礎設施主計劃8.0版——實(shí)現GIG，提出了建設GIG的完整設想，2001年6月，美國國防部在《網(wǎng)絡(luò )中心戰報告》中提出建設全球信息柵格網(wǎng)計劃。根據計劃，全球信息柵格將分三個(gè)階段實(shí)現：在目前階段是集成現有的網(wǎng)絡(luò )和處理設施，建立聯(lián)接各軍種和總部現有系統的集成信息環(huán)境，初步形成集成的系統體系結構概念藍圖;2010年，初步建成全球信息柵格未來(lái)系統體系結構藍圖，并具備初始作戰能力;2020年GIG全面完成建設，具備按需分配信息帶寬、自動(dòng)信息管理、端到端的全面互操作能力。

1.2 GIG體系結構建設

體系結構是系統的基本框架，它規定了系統的組成原則、組成部分以及各部分活動(dòng)之間的關(guān)系和實(shí)現這些關(guān)系的方式。GIG是一個(gè)規模宏大的系統，包括所有軍隊專(zhuān)用的和租用的通信和計算系統，以及這些系統的各種軟件、數據、應用、服務(wù)和保密業(yè)務(wù)。GIG的結構框架分為5層，如圖1所示。

GIG體系結構的設計與開(kāi)發(fā)以通信和計算機系統為依托，目標是將國防部范圍內具有不同體系結構的各種信息綜合集成為具有單一體系結構的系統，以解決各類(lèi)信息系統集成和互操作的問(wèn)題。GIG體系結構可以從作戰視圖、系統視圖和技術(shù)視圖3個(gè)角度進(jìn)行描述。作戰、系統、技術(shù)視圖3個(gè)體系結構之間的簡(jiǎn)要關(guān)系如圖2所示。

1.2.1 作戰視圖

GIG的作戰視圖描述在特定的背景下實(shí)施一個(gè)特定構想，為作戰時(shí)提供所需要的作戰要素、任務(wù)、活動(dòng)以及信息流。它具有信息傳送、信息存儲、信息處理、人與GIG交互、網(wǎng)絡(luò )管理、信息分發(fā)管理和信息安全保障7項功能。

1.2.2 系統視圖

系統視圖可以描述為實(shí)現保障和支持作戰的功能要求所需要的系統以及相互之間的連接關(guān)系。對單個(gè)系統而言，系統視圖包括關(guān)鍵節點(diǎn)、電路、網(wǎng)絡(luò )、作戰平臺等物理連接、位置及標識，規定系統及組成部分的性能參數。對于一個(gè)域而言，系統視圖說(shuō)明多個(gè)系統如何連接和進(jìn)行互操作以及特定子系統的內部結構和運行。

1.2.3 技術(shù)視圖

GIG的技術(shù)視圖采用聯(lián)合技術(shù)體系結構，技術(shù)視圖主要是處理各部件的布置、交互以及相互依賴(lài)關(guān)系的一組最小規則。技術(shù)視圖為各個(gè)技術(shù)系統的實(shí)現提供指導方針，在此方針下制定工程規范，建造通用構筑塊并建立生產(chǎn)線(xiàn)。

2 全球信息柵格通信能力建設

通信能力建設意在創(chuàng )建一個(gè)綜合通信網(wǎng)，為作戰人員提供穩健的、動(dòng)態(tài)的、靈活的信息企業(yè)環(huán)境。戰場(chǎng)空間內每一種資源都是可連接的，都能夠生成、處理或傳送信息。地面、機載、海上通信部分都采用明確定義、可互操作的協(xié)議與接口，實(shí)現戰術(shù)級的有效數據交換、作戰級的動(dòng)態(tài)信息共享、戰略級的靈活決策制定和分發(fā)。

2.1 GIG通信體系參考模型

GIG通信體系結構參考模型是基于OSI模型和TCP/IP模型提出的，主要分為7層，如圖3所示。其中物理層、數據鏈路層和網(wǎng)絡(luò )層是通信子網(wǎng)，與數據移動(dòng)密切相關(guān)。服務(wù)層、應用層是資源子網(wǎng)，主要是網(wǎng)絡(luò )中涉及數據處理的部分。傳輸層位于資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)之間，是通信子網(wǎng)和資源子網(wǎng)的橋梁。任務(wù)層是GIG所特有的，針對軍事任務(wù)需要提出的，是特定應用程序的集合體。GIG通信體系模型的每一層負責一項具體的工作，然后把數據傳送到下一層。GIG通信體系結構參考模型與OSI參考模型的特性比較見(jiàn)表1。

物理層 是GIG通信體系參考模型的最底層，是整個(gè)開(kāi)放系統的基礎。物理層為設備之間的數據通信提供傳輸媒體及互連設備，為數據傳輸提供可靠的環(huán)境基礎。物理層傳輸數據的單位是比特。

數據鏈路層 解決兩個(gè)相鄰結點(diǎn)之間的通信問(wèn)題，實(shí)現兩個(gè)相鄰結點(diǎn)鏈路上無(wú)差錯的協(xié)議數據單元傳輸。數據鏈路層傳輸的協(xié)議數據單元稱(chēng)為數據幀。

網(wǎng)絡(luò )層 通信子網(wǎng)的最高層，它關(guān)系到通信子網(wǎng)的運行控制，體現了網(wǎng)絡(luò )應用環(huán)境中資源子網(wǎng)訪(fǎng)問(wèn)通信子網(wǎng)的方式。網(wǎng)絡(luò )層的主要任務(wù)是設法將源結點(diǎn)出的數據包傳送到目的結點(diǎn)，從而向傳輸層提供最基本的端到端的數據傳送服務(wù)。

傳輸層 負責數據通信的最高層，任務(wù)是根據通信子網(wǎng)的特性，最佳的利用網(wǎng)絡(luò )資源，為兩個(gè)端系統的服務(wù)層之間，提供建立、維護和取消傳輸連接的功能，負責端到端的可靠數據傳輸。在這一層，信息傳送的協(xié)議數據單元稱(chēng)為段或報文。

服務(wù)層 組織2個(gè)會(huì )話(huà)進(jìn)程之間的通信，并管理數據的交換。它處理在2個(gè)通信系統中交換信息的表示方式，提供從互聯(lián)網(wǎng)到IP地址的映射。

應用層 提供通用的和特定任務(wù)的應用程序。它確定進(jìn)程之間通信的性質(zhì)，以滿(mǎn)足用戶(hù)的需要。它不僅提供應用程序所需要的信息交換和遠程操作，而且還要作為應用程序的用戶(hù)代理來(lái)完成一些為進(jìn)行信息交換所必須的功能。

任務(wù)層 提供來(lái)自應用層的、完成一項具體軍事任務(wù)所必需的、特定應用程序的集合體。任務(wù)層的功能是：將應用層傳遞的數據轉換成供武器系統或聯(lián)網(wǎng)作戰人員使用的有用信息;將作戰任務(wù)分解成若干個(gè)具體步驟，確定為完成這些具體步驟所需的應用程序;通知應用層用戶(hù)要調用的應用程序，并按執行順序完成調用。

2.2 GIG通信基礎設施建設

充分利用現有體系結構的特點(diǎn)，實(shí)現系統的兼容性、可擴展性和互操作性，以便使其既能適應已有的信息環(huán)境，又允許新技術(shù)的嵌入。

根據美國防部2004年1月的聯(lián)合轉型路線(xiàn)圖，針對通信基礎設施主要分三個(gè)部分進(jìn)行重點(diǎn)建設：地面段、無(wú)線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)電段和空基段。

(1)地面段建設

基于光纖技術(shù)，主要包含GIG帶寬擴展(GIG~BE)計劃。主要用于提升美國國防部現有通信網(wǎng)絡(luò )中最繁忙部分的傳輸容量，為全球范圍內的主要軍用計算機中心提供更大的帶寬和高生存性的通信。美軍現有的GIG帶寬擴展技術(shù)主要有密集波分多路復用技術(shù)、在數據鏈路層和網(wǎng)絡(luò )層使用已在商業(yè)上成熟的技術(shù)、在網(wǎng)絡(luò )層使用MPLS建立虛擬私人網(wǎng)絡(luò )并完成加密功能、兼容原有網(wǎng)絡(luò )系統、激光通信技術(shù)、部署寬帶互聯(lián)網(wǎng)等。2005年12月，美國國防信息系統局(IUSA)宣布GIG—BE已實(shí)現完全作戰能力，使用OC一192(10 Gb/s)信息高速連接了DISN中的100多個(gè)骨干節點(diǎn)。到2010年前預計推出1 700部可以使用的寬帶終端，它所能提供的瞬時(shí)可交換帶寬為4.875 GHz，傳輸容量為1.2～3.6 Gb/s。

(2)無(wú)線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)電段建設

無(wú)線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)電段建設將基于可編程、模塊化的聯(lián)合戰術(shù)無(wú)線(xiàn)電系統(JTRS)，具有接收與發(fā)射RF頻譜內使用的多種波形與網(wǎng)絡(luò )連接協(xié)議的能力，可為作戰人員提供RF頻譜內垂直與水平的網(wǎng)絡(luò )連接，向各級梯隊指揮官提供話(huà)音、視頻與數據等業(yè)務(wù)。2006年2月美國JTRS聯(lián)合計劃執行辦公室將原來(lái)按照“集群”劃分的裝備形態(tài)改成了按照“區域”劃分，初步分為：地面區域、機載和海上區域、網(wǎng)絡(luò )企業(yè)區域和專(zhuān)用無(wú)線(xiàn)電區域。

(3)空基段建設

空基段將基于激光技術(shù)的帶寬通信衛星，能提供帶寬得到巨大提高的通信能力和基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的一體化、多部門(mén)網(wǎng)絡(luò )連接能力，實(shí)現空中與空中情報、監視以及偵察資料的全球實(shí)時(shí)連接。美軍計劃未來(lái)5～10年，升級和替換現有的通信衛星系統。用寬帶補網(wǎng)衛星替換DSCSⅢ，用移動(dòng)用戶(hù)目標系統替換UFO系統，用先進(jìn)的極高頻系統替換Milstar系統。

2.3 通信信息安全建設

安全保密性關(guān)系到GIG技術(shù)的成敗，同樣的信息被敵軍截獲并利用，將會(huì )給我軍帶來(lái)沉重的打擊，甚至決定戰爭的勝負。為此，早在2001年美國國防科學(xué)委員會(huì )(DSB)就向美國國防部提交了《國土防御——防御性信息戰》的報告，報告中指出了對GIG的信息保障的實(shí)施計劃。目前通信信息安全建設主要技術(shù)有虛擬私人網(wǎng)絡(luò )(VPN)和深度防御策略(DID)。

(1)虛擬私人網(wǎng)絡(luò )

虛擬私人網(wǎng)絡(luò )是多個(gè)地理上分散的，由通信網(wǎng)絡(luò )連接起來(lái)的站點(diǎn)的集合。利用多協(xié)議標識交換(MPLS)技術(shù)組建起相互獨立的VPN，各個(gè)VPN只是邏輯上相互隔離，某個(gè)VPN上的信息不能被其他的VPN內的用戶(hù)查看和更改，這樣VPN就保證了其信息在邏輯上的私有性。

(2)深度防御策略

深度防御其核心思想是在GIG的主機、網(wǎng)絡(luò )和支持基礎設施等多個(gè)層次上配置、維護和監視信息安全設施，保護信息和信息系統抵御網(wǎng)絡(luò )攻擊，使入侵者在攻破一層防御后馬上遇到另一層的防御。深度防御策略將各種有效的防御方法組合在一起，使各種防御方法相互彌補弱點(diǎn)，以抵御各種攻擊手段，為信息尋求最可靠的防護。

3 GIG對我軍信息化建設的啟示

3.1 從作戰需求出發(fā)，加強體系結構研究

技術(shù)始終隨著(zhù)需求改變而不斷發(fā)生變化，借鑒美國GIG發(fā)展的成功經(jīng)驗，從作戰需求分析出發(fā)，構建適合我軍的通信系統體系結構。以作戰需求為基礎，使得開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品更有針對性。信息技術(shù)的發(fā)展已改變了傳統的戰爭基本規律，作戰重心、集中兵力等戰法核心要素發(fā)生了變化，戰爭呈現了無(wú)序性、非線(xiàn)性等形態(tài)，這就決定了必須針對新的作戰樣式，充分了解實(shí)際的作戰需求和存在的問(wèn)題，加強體系結構方面的研究，為通信系統頂層設計打好體系結構框架。

3.2 走軍民通信建設相結合之路，提高我軍通信基礎設施建設能力

與美軍相比，我軍的通信基礎設施建設比較薄弱，各種專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )之間不能實(shí)現有效的互聯(lián)、互通，作戰指揮平臺、傳感器平臺、射手平臺還不能實(shí)現無(wú)縫連接，因此，必須加快推進(jìn)我軍的通信基礎設施建設。而要想多快好省的搞好通信基礎設施建設，必須走軍民通信結合之路，將軍民通信力量和通信設施各個(gè)部分彼此連接成有機的整體，形成軍用通信和民用通信協(xié)調發(fā)展的機制。降低成本、高效能地提高軍事通信能力，不僅能戰時(shí)迅速建立覆蓋全球、立體部署的軍事通信網(wǎng)絡(luò )，平時(shí)也可以有效地利用軍事通信網(wǎng)絡(luò )資源支持國家經(jīng)濟建設，達到民用通信和軍事通信整體優(yōu)化的目的。

3.3 提高信息安全意識，加強我軍通信網(wǎng)絡(luò )安全建設

傳統的軍事通信網(wǎng)絡(luò )較簡(jiǎn)單，互連較少，因此多集中在信息保密技術(shù)的研究。未來(lái)軍用通信網(wǎng)絡(luò )要復雜的多，并且戰爭對信息系統的依賴(lài)性越強，通信網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題變得越重要。通過(guò)對美軍GIG系統關(guān)于通信網(wǎng)絡(luò )信息安全的認識和研究，結合實(shí)際情況加強我軍通信網(wǎng)絡(luò )安全建設。

4 結 語(yǔ)

未來(lái)的戰爭必然是信息化、網(wǎng)絡(luò )化的戰爭，戰場(chǎng)信息瞬息萬(wàn)變，誰(shuí)能及時(shí)掌握信息誰(shuí)就能掌握戰爭的主動(dòng)權，GIG正是在實(shí)現網(wǎng)絡(luò )中心戰的基礎上提出來(lái)的，它是贏(yíng)得未來(lái)信息化戰爭關(guān)鍵所在。該文通過(guò)對全球信息柵格通信能力建設進(jìn)行深入的研究，希望對我軍軍事信息化建設由平臺中心站向網(wǎng)絡(luò )中心站轉變提供一定的參考和幫助。