美軍部隊(duì)網(wǎng)實(shí)施戰(zhàn)略分析＊

周立軍 鄧建球 趙 媛

(海軍航空工程學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部1) 煙臺 264001)(海軍航空工程學(xué)院兵器科學(xué)與技術(shù)系2) 煙臺 264001)

1 引言

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)是信息時代軍事革命最重要的碩果之一,由美國海軍作戰(zhàn)部長杰伊?約翰遜于1997年4月首次提出,為了盡快實(shí)現(xiàn)“從平臺中心戰(zhàn)向網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的根本性轉(zhuǎn)變”的目的,美國海軍于1999年提出“部隊(duì)網(wǎng)”(FORCEnet)概念,其發(fā)展目標(biāo)是在2015年至2020年實(shí)現(xiàn)完全的網(wǎng)絡(luò)化,即保證惡劣條件下的決策能力[1]。部隊(duì)網(wǎng)是美國海軍實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)和全球信息柵格(GIG)的關(guān)鍵,不僅對美軍實(shí)現(xiàn)“21世紀(jì)海上力量”(Sea Power 21)的新構(gòu)想至關(guān)重要,也是“海上打擊”、“海上盾牌”、“海上基地”三種核心作戰(zhàn)概念和“海上試驗(yàn)”、“海上企業(yè)”、“海上勇士”三個支持倡議的實(shí)現(xiàn)手段,代表著美國海軍未來電子信息系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。

2 部隊(duì)網(wǎng)的定義與能力

2.1 部隊(duì)網(wǎng)的定義

美海軍作戰(zhàn)部長和戰(zhàn)略研究小組提出并由海軍陸戰(zhàn)隊(duì)司令官認(rèn)可的部隊(duì)網(wǎng)定義如下：

部隊(duì)網(wǎng)是信息時代海戰(zhàn)的作戰(zhàn)構(gòu)想和體系框架,它將人員、傳感器、網(wǎng)絡(luò)、指揮與控制、平臺和武器集成起來,形成一種網(wǎng)絡(luò)化、分布式的作戰(zhàn)力量,靈活應(yīng)對從海底到太空、從海上到陸地的各種沖突[2～3]。

從以上定義可以看出,在部隊(duì)網(wǎng)內(nèi)構(gòu)想出來了兩個不同的要素和兩項(xiàng)截然不同的任務(wù)：一個要素的任務(wù)是定義和實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)構(gòu)想;另一個要素的任務(wù)是設(shè)計(jì)和打造使這種作戰(zhàn)構(gòu)想能發(fā)揮作用的體系結(jié)構(gòu)框架,與之一起的還有全球作戰(zhàn)概念和21世紀(jì)海上力量支柱的海上打擊、海上盾牌和海上基地。

2.2 部隊(duì)網(wǎng)的能力

2003年5月,美海軍作戰(zhàn)部長在遞交國會的部隊(duì)網(wǎng)報(bào)告中指出,部隊(duì)網(wǎng)應(yīng)具有如下能力：

1)遠(yuǎn)程、多級傳感器和武器信息;

2)分布式、協(xié)同指揮和控制;

3)動態(tài)、多路徑和生存能力強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò);

4)自適應(yīng)的自動決策輔助;

5)以人為中心的集成;

6)信息武器[4]。

為了使部隊(duì)網(wǎng)能提供上述能力,部隊(duì)網(wǎng)自身應(yīng)具有如下能力：

1)通用作戰(zhàn)和戰(zhàn)術(shù)圖

提供任務(wù)計(jì)劃、作戰(zhàn)管理同步化;提供通用定位、導(dǎo)航、定時和環(huán)境信息;集成和分發(fā)傳感器信息;跟蹤并促進(jìn)時敏性目標(biāo)的交戰(zhàn);跟蹤并促進(jìn)非時敏性目標(biāo)的交戰(zhàn)。

2)情報(bào)、監(jiān)視和偵察

執(zhí)行傳感器管理和信息處理;檢測和識別目標(biāo)(包括固定的陸地目標(biāo)、移動的陸地目標(biāo)、空中和導(dǎo)彈目標(biāo)、水上目標(biāo)、水下目標(biāo)、水雷);提供提示和瞄準(zhǔn)信息;評估交戰(zhàn)結(jié)果。

3)通信和數(shù)據(jù)網(wǎng)

提供通信基礎(chǔ)設(shè)施;提供網(wǎng)絡(luò)保護(hù);提供網(wǎng)絡(luò)同步化;提供信息傳遞[5]。

以上這些任務(wù)能力包構(gòu)成“部隊(duì)網(wǎng)海軍能力支柱”。這種能力支柱將提供可實(shí)現(xiàn)基于知識作戰(zhàn)的信息,支持迅速、精確地做出決策。它的功能包括：將大量不同的、廣為分散的傳感器進(jìn)行集成;共享和處理傳感器數(shù)據(jù),并可在任何時間和地點(diǎn)為決策提供相關(guān)信息的傳送手段,同時通過這些手段將決策付諸實(shí)施。

3 關(guān)鍵技術(shù)和面臨的挑戰(zhàn)

3.1 可靠的寬帶移動通信

目前,美國海軍的移動平臺通信和個人通信在連通性的方面難以保持暢通,數(shù)據(jù)傳輸速率也很低。大多數(shù)艦艇只具備衛(wèi)星通信能力,且獲得的數(shù)據(jù)傳輸速率不超過100kb/s,但大型艦船(如航空母艦)的數(shù)據(jù)傳輸速率能達(dá)到每秒數(shù)兆比特。小型艦艇的衛(wèi)星通信連通率往往在80%左右,天線阻擋可能是最主要的限制因素,但也可能與機(jī)動過程中的電磁干擾(EMI)和追蹤有關(guān)。潛艇和離車部隊(duì)的數(shù)據(jù)傳輸速率和聯(lián)通性問題更嚴(yán)重。未來部隊(duì)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境的軍事行動需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速率(預(yù)計(jì)艦隊(duì)對每艘大型艦艇傳輸速率的需求高達(dá)50Mb/s)和更穩(wěn)固的連通性[3,6]。同時保持與衛(wèi)星、傳感器節(jié)點(diǎn)、空中中繼站以及其他艦船的連接將對天線提出更高的要求,而且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和用戶不斷移動時,要保持因特網(wǎng)類(如基于IP)的網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行也將在技術(shù)上面臨巨大的挑戰(zhàn)。

部隊(duì)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)中心行動構(gòu)想所必須解決的關(guān)鍵通信技術(shù)難題包括：

1)通信鏈路和天線孔徑。艦船上的環(huán)境對射頻天線孔徑不利,這使得它成為未來優(yōu)先改造的重點(diǎn)。天線孔徑的改進(jìn)主要包括：(1)在不同功能(雷達(dá)、通信等)之間和不同的頻率上共用天線孔徑;(2)利用多(或捷變)天線射束,實(shí)現(xiàn)與多個獨(dú)立節(jié)點(diǎn)的通信高頻段運(yùn)行將使孔徑大小一定的發(fā)送和接收天線具備更高的性能,但是由于射束寬度變窄,這將加大定向和跟蹤的難度。在大氣環(huán)境允許的情況下,應(yīng)該研究無人機(jī)中繼站或衛(wèi)星與艦船之間通信的光頻率以提高帶寬。在解決因大氣而引發(fā)的失真問題上,可變鏡面是一種可行的技術(shù)方案,但尚未找到可有效解決海洋環(huán)境大氣散射問題的辦法。

2)軍事環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和資源管理。在軍事通信中,高優(yōu)先級業(yè)務(wù)必須優(yōu)于低優(yōu)先級業(yè)務(wù),否則超載的低優(yōu)先級業(yè)務(wù)難免會侵占高優(yōu)先級的信息資源。IPv4過渡到IPv6將是一種解決辦法,但是對于不斷變化的軍事任務(wù)來說,要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重新配置,還有很多工作要做。為了對隨時間變化的需求進(jìn)行響應(yīng),需要監(jiān)控從網(wǎng)絡(luò)層到鏈路層的基礎(chǔ)設(shè)施,監(jiān)控應(yīng)盡可能自動地進(jìn)行,特別是需要快速響應(yīng)的時候。

3)動態(tài)、移動環(huán)境中的自動組網(wǎng)。移動的個人和平臺為完成所賦予的軍事使命,需要連續(xù)地保持高數(shù)據(jù)傳輸速率和連通性,這無疑是一個重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。商用互聯(lián)網(wǎng)使用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議適用于固定基礎(chǔ)設(shè)施,但是當(dāng)用戶,尤其是節(jié)點(diǎn)和主機(jī)移動時,就需要特殊的協(xié)議。

如果僅是主機(jī)(如使用手提電腦的用戶)移動而路由器保持靜止,就可用移動IP來解決,因而不會給已有的路由協(xié)議(如OSPF)帶來負(fù)擔(dān)或進(jìn)行設(shè)計(jì)更改。但如果路由器也在移動就將面臨更大的挑戰(zhàn)。例如,在與野戰(zhàn)部隊(duì)、船艦和無人機(jī)有關(guān)的動態(tài)戰(zhàn)場環(huán)境中。如果沒有重新設(shè)計(jì)新的路由協(xié)議,系統(tǒng)將無法追蹤用戶的位置(如他們正在使用哪個路由器),連接超時時,通信中斷,這種網(wǎng)絡(luò)稱為自組網(wǎng)(MANET)。目前,該技術(shù)尚處于試驗(yàn)階段。

同樣面臨挑戰(zhàn)的問題還有抗延遲組網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)特有的信息安全保障問題等。

3.2 信息管理

信息管理涉及決定部隊(duì)網(wǎng)實(shí)施及效率的一系列關(guān)鍵問題。信息管理過程包括與數(shù)據(jù)或信息的收集、存取、處理、分發(fā)和表示相關(guān)的所有進(jìn)程,該過程包括技術(shù)方面的,也包括政策、規(guī)范和條令方面的,其重點(diǎn)是適時地形成正確信息(內(nèi)容和質(zhì)量),滿足使命要求。

目前,在戰(zhàn)場管理環(huán)境中出現(xiàn)的問題也將在網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境中頻繁出現(xiàn),包括如下內(nèi)容。

1)可信：缺少通知用戶的元數(shù)據(jù),包括信息源、中間處理過程和質(zhì)量。

2)污染：由冗余路徑或不適當(dāng)?shù)奶幚矶l(fā)的數(shù)據(jù)損壞,如對不同位置同一目標(biāo)有多個報(bào)告,對含糊目標(biāo)的雙重報(bào)告,混淆實(shí)際情況。

3)效用：缺少合適的工具供用戶處理和應(yīng)用所接收到的數(shù)據(jù)和信息。GIG支持任務(wù)分配、發(fā)布、處理和利用(TPPU)、單一信息處理(OHIO)模式,這意味著將會開發(fā)一種通用程序,可為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的所有用戶調(diào)用,使用戶能正確使用和解釋信息;同時表明可用“信息服務(wù)”層來補(bǔ)充根據(jù)全球信息柵格-全局服務(wù)(GIG-ES)而定義的全局服務(wù)。

3.3 態(tài)勢感知和識別

在有特殊用戶需求的網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境中,將有大量諸如通用作戰(zhàn)圖一類的信息。為了提取這些信息,需運(yùn)用能實(shí)現(xiàn)態(tài)勢和威脅感知的自動化技術(shù)。態(tài)勢和威脅感知需要對戰(zhàn)場空間和相關(guān)活動事件進(jìn)行人工推理,以獲知部隊(duì)的相互關(guān)系,弄清活動的意義并預(yù)測對手的意圖。目前還無法實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息(環(huán)境和條令)的對象和事件(位置、運(yùn)動和標(biāo)識)的機(jī)器推理,尤其對軍事范疇(空間時間維、大量對象、事件及活動等)中戰(zhàn)場空間問題和不確定性數(shù)據(jù)而言。

為解決態(tài)勢感知的自動化問題,將需要一種機(jī)器推理能力,把通用作戰(zhàn)圖提供的關(guān)于作戰(zhàn)空間的信息和有關(guān)敵軍的信息相結(jié)合,在對象、事件和環(huán)境之間建立起相互聯(lián)系。這種關(guān)系對于認(rèn)識態(tài)勢(如紅軍部署,藍(lán)軍的劣勢)和威脅(如紅軍的路徑規(guī)劃)至關(guān)重要[7]。發(fā)展該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：推理引擎(有限空間、有限時間和抽象特性的概率、邏輯等)、知識管理(知識庫、來源、獲取、建立、確認(rèn)工具、概率和不確定性表示)、大規(guī)模的聯(lián)系和控制框架、人機(jī)協(xié)同(交互式的假設(shè)管理)、認(rèn)知建模。

3.4 信息保障

信息源于多個源的綜合數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù),這些源包括傳感器、軟件和Agent;信息保障涉及到信息的可用性、可靠性、保密性和可信賴性。部隊(duì)網(wǎng)技術(shù)體系結(jié)構(gòu)所定義的通信層和協(xié)同層規(guī)定著信息保障。通信/網(wǎng)絡(luò)核心層提供信息傳送的基本功能,確保信息的可用性和可靠性,同時負(fù)責(zé)對信息傳輸作出響應(yīng)。協(xié)同層則提供信息共享,同時必須確保信息源的互操作性,并提供該信息的密級度和它的來源或可信度[8]。

目前的技術(shù)尚不足以為部隊(duì)網(wǎng)構(gòu)想提供所需等級的信息保障。網(wǎng)絡(luò)的信息共享需求必須與涉及信息保護(hù)的傳統(tǒng)信息保障作用相平衡。這在需要進(jìn)行可信信息交換的多級獨(dú)立安全和協(xié)同合作條件下,顯得尤其困難。特別是目前存在下述技術(shù)差距：

1)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、自動網(wǎng)絡(luò)分析以及能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中心要求和多級安全及故障預(yù)測要求的網(wǎng)絡(luò)可靠性和安全性監(jiān)視。

2)在保護(hù)等級(包括策略自適應(yīng))與維持使命有效性所需的共享之間進(jìn)行動態(tài)平衡。

3)軟件系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)中心行動相關(guān)信息的可信度。

4)入侵檢測和確認(rèn)內(nèi)部威脅的能力。

3.5 建模和仿真

網(wǎng)絡(luò)中心行動系統(tǒng)和體系結(jié)構(gòu)決策需要準(zhǔn)確的建模和仿真,同時,需要他們支持網(wǎng)絡(luò)中心行動的測試、評估和驗(yàn)證。目前,僅有少量工具能對非對稱威脅的“What if”問題進(jìn)行分析,但都不能對非正規(guī)部隊(duì)、聯(lián)合部隊(duì)和當(dāng)?shù)鼐用窕炀拥某鞘协h(huán)境進(jìn)行建模、仿真和分析。主要面臨的挑戰(zhàn)如下：

1)把建模和仿真擴(kuò)大到眾多傳感器、平臺和用戶上。

2)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì),包括在配置之前檢驗(yàn)大型網(wǎng)絡(luò)中心系統(tǒng)的手段(如模擬系統(tǒng)生命周期設(shè)計(jì)及測試的能力和模擬確認(rèn))。

3)穩(wěn)健的“假設(shè)”分析,把它作為任務(wù)或威脅環(huán)境、性能以及可靠性的一個函數(shù),支持網(wǎng)絡(luò)中心系統(tǒng)配置之間的平衡。

3.6 動態(tài)可組性和協(xié)同

部隊(duì)網(wǎng)構(gòu)想的核心是實(shí)現(xiàn)一種能力,即把企業(yè)的各組件組合成一種“類似系統(tǒng)”的能力,以適應(yīng)動態(tài)變化的戰(zhàn)場態(tài)勢,實(shí)現(xiàn)有效作戰(zhàn)。對于作戰(zhàn)和作戰(zhàn)系統(tǒng)來說,“可組性”一詞有很多含義,如圖1所示。

圖1 部隊(duì)網(wǎng)支持動態(tài)可組合性

圖1說明了部隊(duì)網(wǎng)為適應(yīng)下述各領(lǐng)域而可能表現(xiàn)出的靈活性。

1)技術(shù)：通過訪問可用服務(wù)實(shí)現(xiàn)技術(shù)功能的重新配置。

2)組織：采用新功能以改變組織角色和關(guān)系。

3)戰(zhàn)術(shù)、訓(xùn)練和規(guī)程：賦予新職能和關(guān)系以調(diào)整過程和規(guī)程,從而滿足新的作戰(zhàn)要求[9]。

為實(shí)現(xiàn)可組合性構(gòu)想,需要用上述信息管理技術(shù)來滿足使命目標(biāo),也需要采用全局性的監(jiān)督過程來確?？偟氖姑繕?biāo)滿足戰(zhàn)役要求。前者為滿足各自的任務(wù)思路,需要對已分配資產(chǎn)的組合提供支持;后者可以看作是一個將可用資源動態(tài)分配給各使命的戰(zhàn)役級控制函數(shù)和一個費(fèi)用、風(fēng)險(xiǎn)和期望值的函數(shù)。目前存在的挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)在下述方面。

1)使命可組合管理的復(fù)雜性,這一問題的解決可確保一體化的資源配置,可滿足動態(tài)使命目標(biāo)并達(dá)到理想的戰(zhàn)役效果。

2)配置給定的情況下的狀態(tài)監(jiān)視,這種監(jiān)視可確認(rèn)整個部隊(duì)網(wǎng)企業(yè)(所有企業(yè)層面上的核心和關(guān)聯(lián)群體)的狀態(tài)。

3)人力資源培訓(xùn)和項(xiàng)目培訓(xùn),通過培訓(xùn)達(dá)到傳授并利用組合功能的目的。

4)支持人機(jī)自動協(xié)調(diào)、具有計(jì)劃或重新計(jì)劃功能的工具。

4 部隊(duì)網(wǎng)的未來發(fā)展及啟示

4.1 部隊(duì)網(wǎng)的未來發(fā)展

部隊(duì)網(wǎng)的能力的開發(fā)過程應(yīng)當(dāng)是一個自適應(yīng)的演進(jìn)過程,而不是一個工程化的過程。盡管需要制定一個明確的實(shí)施計(jì)劃,盡管也有可能預(yù)測部隊(duì)網(wǎng)的一些大致特征,但在開發(fā)的開始階段不可能詳細(xì)描述出其最終模樣。從來沒有構(gòu)建過像部隊(duì)網(wǎng)這樣復(fù)雜和自適應(yīng)的系統(tǒng)。這種復(fù)雜的系統(tǒng)只有在適當(dāng)?shù)臈l件下才能形成。部隊(duì)網(wǎng)只能隨著時間的推移不斷演進(jìn),在條件成熟時形成。關(guān)鍵的第一步是將大量的節(jié)點(diǎn)和服務(wù)連接到一個開放的網(wǎng)絡(luò)中,并需要這個網(wǎng)絡(luò)提供最大限度的互操作性。第二步是讓所有的操作人員和其他用戶確認(rèn)各項(xiàng)服務(wù),開發(fā)可幫助其完成任務(wù)的各種輔助過程或程序。

開發(fā)過程應(yīng)當(dāng)是敏捷而自適應(yīng)的,包括進(jìn)行不斷的試驗(yàn)和采用增量式發(fā)展方式。為了形成“控制”這一過程所需要的快速而有價(jià)值的反饋,開發(fā)者必須與操作人員和其他使用者密切配合,對用戶提出的需求做出迅速的反應(yīng),并與植入新的能力協(xié)同起來。

4.2 對我軍的啟示

目前,我軍的信息化建設(shè)正處于關(guān)鍵階段,美軍部隊(duì)網(wǎng)的實(shí)施戰(zhàn)略正為我軍開展信息化建設(shè)指明了方向。我軍未來的信息化建設(shè)應(yīng)著重從物理維、信息技術(shù)維、數(shù)據(jù)維、認(rèn)知維、組織維和作戰(zhàn)維這“六維”抓起。其中,物理維包括網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)端的各種平臺、武器和傳感器;信息技術(shù)維包括通信和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施;數(shù)據(jù)維是指在通信網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔⒈旧?認(rèn)知維是指人的判斷和決策,以及支持這些判斷和決策的人機(jī)界面;組織維指的是各作戰(zhàn)單元或團(tuán)隊(duì)的結(jié)構(gòu)及其相互間的工作關(guān)系;作戰(zhàn)維是指部隊(duì)為完成各種任務(wù)而采用的各式各樣的方法和手段。

[1]Arthur K.Cebrowski,John J.Garstka.Network Centric Warfare：Its Origin and Future[R].U.S.Naval Institute Proceedings,1998,1：28～35

[2]MajGen James N.Mattis,USMC,Commanding General,1st Marine Division,presentation to the committee on December 16,2003,Camp Pendleton,California

[3]National Research Council.部隊(duì)網(wǎng)實(shí)施戰(zhàn)略[M].許曉平,周文.譯.北京：國防工業(yè)出版社,2009,3：32

[4]張雨相.美軍海軍部隊(duì)網(wǎng)分析[J].現(xiàn)代雷達(dá),2007(7)：15

[5]ADM Jay Johnson,USN.Anytime,Anywhere[R].U.S.Naval Institute Proceedings,1997,11：50

[6]Space and Naval Warfare System Command[C]//FORCEnet Government Reference Architecture,Version 1.0,2003,4：24

[7]Arlington,Va.Taxonomy of Technology Limitations to Support the Five Enabling Functions Required for Navy Network Centric Operations,Available at http：//www.onr.navy.mil/02/baa/expired/2003/03_007/default.asp.Accessed July 24,2004

[8]Nathan P.Kroop,Philip J.Koopman,Daniel P.Siewioreak.Automated Robustness Testing of Off-the-Shelf Software Components[J].IEEE Proceedings of the Fault Tolerant Computing Symposium'98,Munich,Germany,Office of Naval Research,2002(7)：1

[9]Robusto John.Navy Transformation.Network Centric Warfare and FORCEnet[R].ADA430763,2004