新一代戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)想*

薛曉飛，凌 云，盧曉勇

（中國電子科技集團公司第二十八研究所，南京 210007）

0 引言

我軍戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在其發(fā)展過程中，呈現(xiàn)代系、通用專用、功能定位等方面的差別，在互聯(lián)互通、體制兼容、編配選型、升級改造等方面還有改進空間。針對改進，開展了相關(guān)統(tǒng)型工作［1］，比如戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中互聯(lián)網(wǎng)控制器、戰(zhàn)術(shù)電臺的統(tǒng)型研制。但還需要進一步加強頂層統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計，對其架構(gòu)進行本質(zhì)上深入清晰的剖析，從根本上達到通用好用。

近年來，外軍在戰(zhàn)術(shù)信息網(wǎng)絡(luò)（WIN-T）、模塊化開放式系統(tǒng)架構(gòu)（MOSA）、車輛綜合電子架構(gòu)（VICTORY）、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（JTRS）等方面，都取得了較大的突破，網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化、軟件無線電等技術(shù)在戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。WIN-T 項目中互聯(lián)網(wǎng)控制器高度統(tǒng)型；VICTORY采用服務(wù)化總線方式實現(xiàn)設(shè)備和業(yè)務(wù)的集成運用［2］；JTRS 已經(jīng)大量裝備軟件無線電電臺。

本文提出新一代戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)架構(gòu)的完整設(shè)想，試圖從根本上解決若干存在問題，使得戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)能夠更好用、更通用，并能夠適應(yīng)未來的整體升級改進。

1 整合思路

目前，戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的基本業(yè)務(wù)包括數(shù)據(jù)和話音，通信方式上包括有線通信傳輸和無線通信傳輸，網(wǎng)絡(luò)控制上包括數(shù)據(jù)交換路由和話音交換中繼。具體主要功能包括了數(shù)據(jù)交換路由、話音交換中繼、有線網(wǎng)絡(luò)控制、無線網(wǎng)絡(luò)控制、有線通信傳輸、無線通信傳輸?shù)?，主要功能連接框圖如圖1 所示。

圖1 戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要功能連接框圖

戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)覆蓋戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)、初級戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)、專用指控通信網(wǎng)等。戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心設(shè)備是通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備，在通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備的發(fā)展過程中，不斷加入新的功能。通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備的具體功能發(fā)展變化如圖2 所示。不同種類通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備之間相同或相似模塊較多，存在多種協(xié)議。

圖2 通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備的功能發(fā)展

無線通信傳輸基本還是作為獨立的設(shè)備形態(tài)存在，但是有線通信傳輸?shù)男螒B(tài)較多。建議從根本上統(tǒng)一通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備，將有線通信傳輸從通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備中獨立出來?；凇败浖x”的思想［3］，采用“硬件統(tǒng)型通用”、“功能軟件定義”的方案，進行架構(gòu)統(tǒng)型。

1.1 無線通信傳輸

對于無線通信傳輸，目前的統(tǒng)型程度較高，但也還存在一些區(qū)分。電臺到通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備的接口標(biāo)準得到一定的統(tǒng)一，各種通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備都能夠?qū)﹄娕_進行控制。但在升級和兼容方面還有待改進。

針對戰(zhàn)術(shù)無線電臺，應(yīng)大力發(fā)展軟件無線電電臺［4］，并進一步統(tǒng)一電臺到通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備的接口標(biāo)準。

1.2 有線通信傳輸

在有線傳輸中，雙絞線是使用非常廣泛的傳輸介質(zhì)，傳輸體制包括模擬二線、K 口、HDSL、SDSL、G.HDSL 等方式，如圖3 所示。每種通信體制基本是一種單獨的硬件系統(tǒng)，不同的傳輸方式之間兼容性低，還具有主從、速率等復(fù)雜的設(shè)置，自動匹配功能弱，而且速率檔位間隔大，不能夠充分利用傳輸介質(zhì)信道。實際上，不同的有線通信傳輸具有很多相似之處，由于缺乏統(tǒng)一的設(shè)計，導(dǎo)致有線通信傳輸共用程度低。

圖3 現(xiàn)有有線通信傳輸方式

到目前為止，既沒有出現(xiàn)將頻帶、CDP、SDSL、HDSL 等調(diào)制解調(diào)方式匯集在一起的芯片，也沒有出現(xiàn)能夠同時支持頻帶、CDP、SDSL、HDSL 等多種調(diào)制解調(diào)功能的通用有線傳輸系統(tǒng)，更沒有出現(xiàn)基于雙絞線的能夠自動匹配信道特定的具有認知功能的有線傳輸系統(tǒng)。針對有線通信傳輸，可以先實現(xiàn)數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一，再實現(xiàn)傳輸處理硬件的統(tǒng)一，通過加載不同的軟件形成不同的有線通信傳輸功能，如圖4 所示。

圖4 通有認知線通信傳輸方式

1.3 無線網(wǎng)絡(luò)控制

無線網(wǎng)絡(luò)控制主要包括無線網(wǎng)絡(luò)的控制接口和控制協(xié)議。目前的無線網(wǎng)絡(luò)主要包括戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)、初級戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)、專用指控通信網(wǎng)等，存在多種無線網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議和多種控制接口。

針對無線網(wǎng)絡(luò)控制，應(yīng)進一步統(tǒng)一控制接口的形態(tài)，建議采用獨立的無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊硬件，通過加載不同的軟件實現(xiàn)不同的無線網(wǎng)絡(luò)控制功能。

1.4 有線網(wǎng)絡(luò)控制

有線網(wǎng)絡(luò)控制主要包括有線網(wǎng)絡(luò)的控制接口和控制協(xié)議。由于有線通信傳輸?shù)募軜?gòu)不清晰，有線網(wǎng)絡(luò)控制接口存在內(nèi)部控制接口和外部控制接口，接口形態(tài)更多。外部控制接口一般遵循通用的標(biāo)準，控制協(xié)議根據(jù)不同的組網(wǎng)應(yīng)用具有多種協(xié)議標(biāo)準。

針對有線網(wǎng)絡(luò)控制，應(yīng)將控制接口全部統(tǒng)一到一種外部接口形態(tài)，統(tǒng)一有線網(wǎng)絡(luò)控制模塊的硬件，提供多個并行通道，每個通道可以加載不同的有線網(wǎng)絡(luò)控制軟件。

1.5 數(shù)據(jù)交換路由

需要規(guī)范數(shù)據(jù)交換路由和有線網(wǎng)絡(luò)控制、無線網(wǎng)絡(luò)控制之間的接口規(guī)范。當(dāng)需要同時支持多個網(wǎng)系時，建議可以先采用多個數(shù)據(jù)交換路由模塊的設(shè)計思路，多個數(shù)據(jù)交換路由模塊可以采用統(tǒng)一的硬件形態(tài)，逐步實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)交換路由模塊支持多個網(wǎng)系。

1.6 話音交換中繼

需要規(guī)范話音交換中繼和有線網(wǎng)絡(luò)控制、無線網(wǎng)絡(luò)控制之間的接口規(guī)范。建議統(tǒng)型并只有一個話音交換中繼模塊。

1.7 車通總線

車通總線是戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的一個重要組成部分，其發(fā)展經(jīng)歷了CAN 總線、1553B 總線、485 總線、令牌環(huán)總線、以太網(wǎng)總線等，速率從兩兆發(fā)展到百兆再到千兆，承載的業(yè)務(wù)從單一支持數(shù)據(jù)或音頻到同時支持數(shù)據(jù)和音頻。需要進一步提升通信手段、增加業(yè)務(wù)類型、改進業(yè)務(wù)運用方式。

2 架構(gòu)設(shè)想

通過整合統(tǒng)型和完善架構(gòu)，設(shè)想下一代戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的架構(gòu)主體包括服務(wù)化車內(nèi)總線、統(tǒng)型通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備、寬帶軟件無線電臺、通用有線傳輸設(shè)備，如圖5 所示。

寬帶軟件無線電臺和通用有線傳輸設(shè)備采用統(tǒng)一的接口連接統(tǒng)型通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備，加載不同的控制協(xié)議支持不同的通信傳輸和組網(wǎng)。有線波形和無線波形都基于軟件定義，能夠?qū)崿F(xiàn)各種有線和無線傳輸。車內(nèi)各種業(yè)務(wù)都通過高速以太網(wǎng)總線以服務(wù)化的方式進行共享交換。

2.1 統(tǒng)型通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備

統(tǒng)型通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備的功能組成包括數(shù)據(jù)交換路由、話音交換中繼、有線網(wǎng)絡(luò)控制、無線網(wǎng)絡(luò)控制，有線通信傳輸不再作為統(tǒng)型通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備的功能。

圖5 新一代戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)模型

其中話音交換中繼模塊1 個，數(shù)據(jù)交換路由模塊根據(jù)能夠支持的網(wǎng)系數(shù)據(jù)確定，每個有線、無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊能夠控制多路有線、無線通信傳輸，有線網(wǎng)絡(luò)控制模塊和無線網(wǎng)絡(luò)控制模塊的數(shù)據(jù)能夠根據(jù)需要選配。

統(tǒng)型通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備采用統(tǒng)一的硬件形態(tài)，通過加載不同的功能模塊軟件，實現(xiàn)不同的通信網(wǎng)絡(luò)控制功能。同時根據(jù)戰(zhàn)術(shù)通信和應(yīng)用的關(guān)系，支持身份與位置分離映射、報文與通道選擇適應(yīng)等通指一體化應(yīng)用的功能。

2.2 寬帶軟件無線電臺

寬帶軟件無線電臺采用軟件無線電技術(shù)［5］，通過標(biāo)準化、模塊化的可編程硬件組成通用的數(shù)字硬件平臺，通過軟件定義實現(xiàn)無線信號的射頻、中頻和基帶處理等功能，能夠通過重新編程來實現(xiàn)系統(tǒng)的升級更新，可以實現(xiàn)多頻道、多模式、多功能的無線電通信，具有良好的通用性、靈活性。

寬帶軟件無線電臺硬件組成包括處理器、數(shù)字信號處理、門陣列矩陣、寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換、射頻前端、寬帶多頻段天線等。通過軟件編程實現(xiàn)不同的信道調(diào)制、保密結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和終端控制功能。

寬帶軟件無線電臺能夠工作在2 MHz～2 GHz頻段上，不但能與常規(guī)的短波（HF）電臺、超短波（VHF）電臺、高速數(shù)據(jù)（UHF）電臺通信，而且還能與衛(wèi)星通信終端、數(shù)據(jù)鏈終端等非常規(guī)通信裝備進行通信，甚至能接入民用移動通信系統(tǒng)。

2.3 通用認知有線傳輸設(shè)備

通過通用認知有線傳輸設(shè)備，能夠提升目前有線傳輸設(shè)備的集成度，提高信道適應(yīng)能力，解決目前有線傳輸設(shè)備種類繁多、接口窗接線柱過多、使用不方便、信道自適應(yīng)等問題。通用有線傳輸設(shè)備基于二線被覆線傳輸介質(zhì)，利用“軟件定義傳輸”和“智能化”［6］技術(shù)，通過統(tǒng)一的硬件加載不同的調(diào)制解調(diào)軟件實現(xiàn)對各種調(diào)制解調(diào)功能的兼容，并提供具有認知能力的調(diào)制解調(diào)功能，能夠感知有線傳輸信道帶寬等特性和認知對端的傳輸波形特性，自適應(yīng)動態(tài)匹配最佳的有線傳輸波形。后續(xù)還能夠進行精細的速率自適應(yīng)調(diào)節(jié)，支持連續(xù)的傳輸速率的變化，進一步充分利用信道帶寬。

研制有線傳輸通用硬件，對外接口包括規(guī)范統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口和雙絞線有線傳輸接口。系統(tǒng)組成設(shè)計包括數(shù)據(jù)接口電路、可定義門陣列邏輯電路、可定義數(shù)字信號處理電路、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、可控阻抗匹配電路、自適應(yīng)接口保護電路和處理器等，如圖6 所示。具有通用性和認知性，能夠適應(yīng)目前和未來一段時間內(nèi)有線傳輸設(shè)備的處理要求。通過統(tǒng)一的硬件加載不同的波形軟件，包括固定波形（頻帶、CDP、SDSL、HDSL 等）和自適應(yīng)認知波形，實現(xiàn)對已有的頻帶、CDP、SDSL、HDSL 等多種調(diào)制解調(diào)功能的兼容，實現(xiàn)自適應(yīng)認知波形，并支持未來調(diào)整解調(diào)功能的升級；數(shù)據(jù)接口電路能夠根據(jù)采用的波形進行同步調(diào)節(jié)，能夠支持已有的V.34、V.35 等接口標(biāo)準的內(nèi)容，支持接口內(nèi)容的升級；能夠根據(jù)傳輸信道的特性匹配最佳的認知波形，進行精細的速率自適應(yīng)調(diào)節(jié)，進行連續(xù)均勻的步進調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)步進不高于最大速率的1/32，不同于已有的培增調(diào)速方式，能夠充分利用信道帶寬。

圖6 通用有線通信傳輸組成設(shè)計

其中，數(shù)據(jù)接口支持規(guī)范統(tǒng)一的標(biāo)準，建議采用不低于10 Mb/s 的以太網(wǎng)同步時隙方式，采用獨立的發(fā)送通道和接收通道，每個通道包括類型信息、控制信息、狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)信息，或者采用不低于1 000 Mb/s 的以太網(wǎng)IP 方式；數(shù)據(jù)接口電路實現(xiàn)電平的匹配和轉(zhuǎn)換；可定義門陣列邏輯電路實現(xiàn)類型信息、控制信息、狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)信息的分解和結(jié)合，根據(jù)數(shù)據(jù)信息的發(fā)送和接收情況反饋狀態(tài)信息，根據(jù)控制信息進行數(shù)據(jù)信息的發(fā)送控制；可定義數(shù)字信號處理電路實現(xiàn)發(fā)送信息到發(fā)送波形的調(diào)制，以及接收波形到接收信息的解調(diào)；高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)高速的數(shù)字信號和模擬信號的映射轉(zhuǎn)換；可控阻抗匹配電路實現(xiàn)雙絞線有線傳輸接口模擬信號和發(fā)送波形、接收波形之間的二線四線變換和阻抗匹配；自適應(yīng)接口保護電路通過探測雙絞線有線傳輸接口上的穩(wěn)態(tài)電信號的電平和頻率特性，自動調(diào)整最匹配的接口保護電路，實現(xiàn)對瞬態(tài)破壞電信號的旁路釋放和抑制；處理器接收可定義數(shù)字信號處理電路的反饋信息，控制可定義門陣列邏輯電路、可定義數(shù)字信號處理電路、可控阻抗匹配電路加載對應(yīng)的方式。

系統(tǒng)啟動時，處理器控制可定義數(shù)字信號處理電路加載預(yù)設(shè)的認知發(fā)送波形（如128 kb/s 速率對應(yīng)的認知波形），控制可定義門陣列邏輯電路加載預(yù)設(shè)的邏輯處理方式（如V.34、V.35 等對應(yīng)于統(tǒng)一標(biāo)準的邏輯處理方式），控制可控阻抗匹配電路加載預(yù)設(shè)的阻抗匹配方式（如120 Ω）。系統(tǒng)運行時，可定義數(shù)字信號處理電路對接收的波形進行識別，處理器根據(jù)可定義數(shù)字信號處理電路反饋的接收波形特性（波形頻率、調(diào)試方式、數(shù)據(jù)速率等）判斷該波形是否為固定波形（頻帶、CDP、SDSL、HDSL 等）。如果是固定波形，則將該固定接收波形對應(yīng)的固定發(fā)送波形設(shè)為待加載發(fā)送波形，如果不是固定波形，則處理器根據(jù)可定義數(shù)字信號處理電路反饋的信道特性（波形失真情況、噪聲干擾情況、數(shù)據(jù)校驗情況等）判斷當(dāng)前接收的認知波形和信道特性是否匹配，如果匹配，則將認知接收波形對應(yīng)的認知發(fā)送波形設(shè)為待加載發(fā)送波形，如果不匹配，則將和信道特性對應(yīng)的認知發(fā)送波形設(shè)為待加載發(fā)送波形，最后比較當(dāng)前發(fā)送波形和待加載發(fā)送波形是否一致。如果不一致，則處理器根據(jù)待加載發(fā)送波形控制可定義數(shù)字信號處理電路調(diào)整發(fā)送波形，控制可定義門陣列邏輯電路調(diào)整邏輯處理方式，控制可控阻抗匹配電路調(diào)整阻抗匹配方式。處理器內(nèi)部預(yù)設(shè)固定波形庫和認知波形庫，每種波形存儲對應(yīng)的可定義數(shù)字信號處理電路運行軟件、可定義門陣列邏輯電路運行軟件和控制可控阻抗匹配電路的阻抗匹配控制參數(shù)，加載對應(yīng)波形時，根據(jù)存儲的對應(yīng)軟件對可定義數(shù)字信號處理電路、可定義門陣列邏輯電路進行軟件加載，根據(jù)存儲的對應(yīng)參數(shù)對可控阻抗匹配電路進行控制。流程圖如下頁圖7 所示。

圖7 通有線通信傳輸流程設(shè)計

2.4 服務(wù)化車內(nèi)總線

服務(wù)化車內(nèi)總線采用千兆甚至萬兆的高速IP總線，傳輸介質(zhì)采用光纖、網(wǎng)線、WIFI 等，采用軟交換、網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化技術(shù)，承載數(shù)據(jù)、音頻、視頻、操作和分支總線等業(yè)務(wù)，實現(xiàn)人員對各種業(yè)務(wù)的靈活便捷使用，具有就近接入、綜合應(yīng)用、集成高效、冗余抗毀及靈活通用等特點［7-9］。其組成包括多業(yè)務(wù)服務(wù)、總線網(wǎng)元、總線網(wǎng)關(guān)等，如圖8 所示。

3 結(jié)論

通過對新一代戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)想，充分運用軟件定義、軟交換、網(wǎng)絡(luò)化、服務(wù)化、智能化等新技術(shù)，提出了有線通信傳輸從通信網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備分離，以及研制通用認知有線傳輸設(shè)備的思路，希望能夠從根本上改進現(xiàn)有戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時下一代戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)應(yīng)具有更好的安全性，其實現(xiàn)還應(yīng)充分考慮自主可控。

圖8 服務(wù)化車內(nèi)總線組成設(shè)計