陳勁堯，許　卡

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川 成都 610041)

?

美海軍ADNS系統(tǒng)綜述

陳勁堯，許卡

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，四川 成都 610041)

以美國(guó)海軍自動(dòng)化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(Automated Digital Network System，ADNS)為研究對(duì)象，系統(tǒng)性的分析了ADNS在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中的定位、發(fā)展歷程、體系架構(gòu)、系統(tǒng)組成、邏輯組織和關(guān)鍵特征等，對(duì)ADNS系統(tǒng)進(jìn)行了較為全面、詳細(xì)的綜合介紹，總結(jié)了其主要優(yōu)點(diǎn)。ADNS系統(tǒng)從1997年項(xiàng)目開始至今，其技術(shù)及能力始終處于持續(xù)增強(qiáng)中，充分說(shuō)明了其具有先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想和合理的體系架構(gòu)，值得我國(guó)在研究和設(shè)計(jì)船舶通信系統(tǒng)時(shí)借鑒。

自動(dòng)化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)、體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵特征

0　引　言

隨著我國(guó)大力發(fā)展海洋事業(yè)，各類船舶的遠(yuǎn)洋活動(dòng)愈加頻繁，如海軍的出訪、護(hù)航、維和行動(dòng)，海警的領(lǐng)海巡邏，科考船的全球海調(diào)，商船隊(duì)的貿(mào)易拓展等。隨之而來(lái)的，是各船舶之間以及船舶與陸上基地之間巨大且多樣化的數(shù)據(jù)通信需求。船舶作為大型移動(dòng)平臺(tái)，通常具備衛(wèi)星、短波、超短波、數(shù)據(jù)鏈等多種通信手段，然而，在現(xiàn)階段的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，由于各通信子網(wǎng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，缺乏有效的互聯(lián)互通手段和統(tǒng)一的路由策略，形成了煙囪式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[1]，無(wú)法實(shí)現(xiàn)各通信手段的靈活共享，沒有充分利用現(xiàn)有資源，難以滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)通信需求。

自動(dòng)化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(Automated Digital Network System，ADNS)是美國(guó)海軍的海上戰(zhàn)術(shù)廣域網(wǎng)，也是美軍全球信息柵格(Global Information Grid，GIG)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)聯(lián)合作戰(zhàn)概念的重要組成部分[2]，是美海軍部隊(duì)網(wǎng)(FORCEnet)形成健壯、靈活、動(dòng)態(tài)、可調(diào)整、安全、抗毀等能力的關(guān)鍵“賦能器”。ADNS將艦船上的多種無(wú)線通信系統(tǒng)綜合形成了一個(gè)更加有效的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了艦船之間以及艦船與岸基的無(wú)縫網(wǎng)絡(luò)連接[3]。ADNS項(xiàng)目始于1997年，歷經(jīng)十多年的發(fā)展，目前正處于增量III階段，其技術(shù)及能力仍處于持續(xù)增強(qiáng)中，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和前瞻性，其理念值得我們?cè)谠O(shè)計(jì)船舶通信系統(tǒng)時(shí)借鑒。

1　ADNS在美海軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中的位置

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)(Network Centric Warfare ，NCW)的概念最早由美國(guó)海軍于1997年提出，是美國(guó)海軍按照21世紀(jì)信息作戰(zhàn)概念對(duì)整個(gè)海上力量實(shí)行規(guī)劃和建設(shè)的產(chǎn)物，因此是美國(guó)海軍軍事轉(zhuǎn)型的核心概念[4]。

為適應(yīng)這一轉(zhuǎn)型趨勢(shì)，美軍通信系統(tǒng)領(lǐng)域也展開了積極的變革，美國(guó)防部及各軍兵種都發(fā)展了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，如國(guó)防部主導(dǎo)的全球信息柵格(GIG)、空軍的指揮控制星座網(wǎng)(C2 constellation)、陸軍的陸戰(zhàn)網(wǎng)(LandWarNet)和海軍的部隊(duì)網(wǎng)(FORCEnet)。

FORCEnet是信息時(shí)代海戰(zhàn)的作戰(zhàn)構(gòu)想和體系結(jié)構(gòu)框架，它把指戰(zhàn)人員、傳感器、網(wǎng)絡(luò)、指揮控制、平臺(tái)和武器綜合為從海底到空間，從海上到陸地的所有沖突層上都可任意伸縮的一支網(wǎng)絡(luò)化、分布式的戰(zhàn)斗力量[5]，其能力主要包括三個(gè)層次：①為交戰(zhàn)層面提供情報(bào)、監(jiān)視和偵查能力；②為兵力控制層面提供形成共用戰(zhàn)術(shù)圖的能力；③為兵力協(xié)調(diào)層面提供形成共用作戰(zhàn)圖的能力。上述能力分別由聯(lián)合合成跟蹤網(wǎng)(JCTN)、聯(lián)合數(shù)據(jù)網(wǎng)(JDN)及聯(lián)合規(guī)劃網(wǎng)(JPN)提供網(wǎng)絡(luò)支撐，因此，這些網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了美海軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。美海軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

可以看出，ADNS是聯(lián)合規(guī)劃網(wǎng)的關(guān)鍵組成部分，負(fù)責(zé)構(gòu)建海上戰(zhàn)術(shù)廣域網(wǎng)。它將各種無(wú)線通信系統(tǒng)綜合起來(lái)，匯聚到IP體制，再與部署于不同安全級(jí)別的局域網(wǎng)中的各種指揮控制系統(tǒng)交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的綜合接入；對(duì)于需要向外發(fā)送的數(shù)據(jù)，則由其負(fù)責(zé)選擇最適合的無(wú)線鏈路發(fā)送。

圖1　美海軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2　ADNS的發(fā)展歷程及主要能力

ADNS項(xiàng)目始于1997年，可分為3個(gè)增量階段。

“增量I”從1997年到2004年左右，建立了ADNS的基線，其主要能力及特點(diǎn)包括：①實(shí)現(xiàn)了將各種無(wú)線通信系統(tǒng)匯聚到IP體制；②IP數(shù)據(jù)包只能由單條無(wú)線鏈路(衛(wèi)星)承載；③支持多級(jí)安全域的電子郵件、Web瀏覽、文件傳輸；④業(yè)務(wù)承載、加密及網(wǎng)絡(luò)管理都基于固定帶寬；⑤最大吞吐量為1.5 Mb/s。

“增量II”從2005年到2010年前后，分為IIa和IIb兩個(gè)子階段，其主要能力及特點(diǎn)包括：①實(shí)現(xiàn)了負(fù)載分擔(dān)，IP包可由兩條無(wú)線鏈路(衛(wèi)星)同時(shí)承載；②引入了優(yōu)先級(jí)處理機(jī)制，針對(duì)不同應(yīng)用可提供分級(jí)服務(wù)；③采用靜態(tài)流量分配機(jī)制，具有最小帶寬保證能力；④吞吐量分兩階段提升，IIa階段達(dá)到6 Mb/s，IIb階段達(dá)到16 Mb/s；⑤具備鏈路故障切換、恢復(fù)能力，增強(qiáng)了健壯性。

“增量III”從2010年開始，計(jì)劃持續(xù)到2024年，其主要能力及特點(diǎn)包括：①進(jìn)一步優(yōu)化了負(fù)載分擔(dān)能力，IP包可由多條無(wú)線鏈路同時(shí)承載，且擴(kuò)展到非衛(wèi)星手段，如短波、超短波等；②具有動(dòng)態(tài)流量分配能力；③增強(qiáng)的QoS管理能力，應(yīng)用優(yōu)先級(jí)粒度進(jìn)一步細(xì)化；④支持IPv4、IPv6雙協(xié)議棧；⑤大幅提升吞吐量，小型艦船可達(dá)25 Mb/s，大型艦船為50 Mb/s。

ADNS的“增量I”和“增量II”階段由美海軍開發(fā)生產(chǎn)，“增量III”則交由通用動(dòng)力牽頭的開發(fā)小組完成[2]。

ADNS的未來(lái)發(fā)展主要考慮進(jìn)一步擴(kuò)展到飛機(jī)、無(wú)線航空器等平臺(tái)上，支持該類快速移動(dòng)的平臺(tái)能夠更加便捷的接入網(wǎng)絡(luò)，從而構(gòu)建一個(gè)更加靈活機(jī)動(dòng)的戰(zhàn)術(shù)廣域網(wǎng)。

3　ADNS系統(tǒng)簡(jiǎn)介

下面從艦載網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、ADNS系統(tǒng)的組成及主要工作流程、邏輯組織、關(guān)鍵特征與能力、主要優(yōu)點(diǎn)等方面對(duì)ADNS系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

3.1艦載網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

美國(guó)海軍艦載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系架構(gòu)如圖2所示。

圖2　美國(guó)海軍艦載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

在外通手段方面，美海軍艦船擁有先進(jìn)極高頻衛(wèi)星、移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)、寬帶填隙星、轉(zhuǎn)型衛(wèi)星通信系統(tǒng)、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無(wú)線系統(tǒng)、國(guó)際海事衛(wèi)星、國(guó)防衛(wèi)星通信系統(tǒng)等無(wú)線通信系統(tǒng)。

內(nèi)部局域網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同安全等級(jí)劃分為保密IP網(wǎng)(SIPRNET)、非保密IP網(wǎng)(NIPRNET)、敏感信息局域網(wǎng)(SCI LAN)等，海軍全球命令與控制系統(tǒng)(GCCS-M)、戰(zhàn)術(shù)電視會(huì)議系統(tǒng)、海軍戰(zhàn)術(shù)指揮支援系統(tǒng)等不同安全等級(jí)的應(yīng)用則分別部署在上述局域網(wǎng)中。

ADNS路由器對(duì)外集成了上述各種無(wú)線通信手段，對(duì)內(nèi)則為各應(yīng)用提供統(tǒng)一的外發(fā)數(shù)據(jù)包路由服務(wù)，解決了以往“煙囪”架構(gòu)中應(yīng)用與手段綁定，資源難以共享，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難等問題。

在ADNS路由器與艦內(nèi)各局域網(wǎng)之間部署高可靠IP加密機(jī)(HAIPE)，所有發(fā)往艦外的用戶流量都將加密。ADNS與各無(wú)線通信系統(tǒng)構(gòu)成了艦艇用戶網(wǎng)絡(luò)接入GIG的“黑核(Black Core)網(wǎng)絡(luò)”，為各級(jí)加密密文(CT)通信提供通用傳輸服務(wù)，該通用CT網(wǎng)稱為“核心密文網(wǎng)”[6]。

3.2ADNS系統(tǒng)組成及主要工作流程

典型的ADNS系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3　ADNS系統(tǒng)組成

ADNS系統(tǒng)主要由ADNS路由器、路由器接口單元(Router Interface Unit，CRIU)、信道訪問協(xié)議(Channel Access Protocol，CAP)以及綜合網(wǎng)絡(luò)管理等功能實(shí)體組成。

艦內(nèi)向艦外發(fā)送數(shù)據(jù)的流程如下：由用戶局域網(wǎng)外發(fā)的數(shù)據(jù)經(jīng)過高可靠IP加密機(jī)加密后，由ADNS路由器負(fù)責(zé)為其選擇最合適的無(wú)線鏈路。路由器接口單元主要負(fù)責(zé)根據(jù)用戶的主機(jī)(IP地址)和應(yīng)用的類型(端口號(hào))為數(shù)據(jù)包分配優(yōu)先級(jí)。信道訪問協(xié)議實(shí)現(xiàn)IP協(xié)議與無(wú)線協(xié)議之間的適配，并根據(jù)路由器接口單元指定的優(yōu)先級(jí)分配數(shù)據(jù)包發(fā)送順序，其后，數(shù)據(jù)經(jīng)過信道加密、調(diào)制解調(diào)后，由相應(yīng)的無(wú)線鏈路發(fā)送至對(duì)端。

從艦外接收到數(shù)據(jù)的流程可看作外發(fā)數(shù)據(jù)的鏡像流程，不再詳細(xì)介紹。

ADNS的綜合網(wǎng)絡(luò)管理基于SNMP(Simple Network Management Protocol簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議)，其大部分被管對(duì)象如主機(jī)、路由器等，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的、商用的網(wǎng)絡(luò)管理工具進(jìn)行管理，只有針對(duì)海軍特殊需求部分，如命令與指揮控制等，才發(fā)展專用的工具進(jìn)行管理。

綜合網(wǎng)絡(luò)管理分為三級(jí)，最高為海軍級(jí)，部署在海軍操作中心，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)級(jí)別的管理；中間為地區(qū)級(jí)，部署于海軍各區(qū)域中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域的管理；第三級(jí)為本地級(jí)，部署于各岸基節(jié)點(diǎn)及艦船單元，實(shí)現(xiàn)本地管理。

3.3邏輯組織

ADNS使用開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議(Open Shortest Path First，OSPF)和MOSPF(Multicast OSPF)作為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，使用邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Border Gateway Protocol Version 4，BGP4)作為其外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。

典型情況下，若干艘艦船再加上至少一個(gè)岸基節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)自治系統(tǒng)(Autonomous System，AS)。自治系統(tǒng)的組成是基于任務(wù)而不是地理位置，例如同一個(gè)戰(zhàn)斗群的各艦船，不管其實(shí)際位置相隔多遠(yuǎn)，都應(yīng)屬于一個(gè)自治系統(tǒng)，這樣的邏輯結(jié)構(gòu)有利于任務(wù)的組織和協(xié)同。見圖4。

圖4　典型邏輯組織

在自治系統(tǒng)內(nèi)，一艘船就是OSPF中的一個(gè)區(qū)域(area)，其艦內(nèi)有線網(wǎng)的各路由器為區(qū)域內(nèi)部路由器，而各艦船的ADNS路由器即為骨干路由器，它們通過各種無(wú)線通信手段互連，形成骨干區(qū)域(即區(qū)域0)。

各無(wú)線子網(wǎng)(如HF、UHF、SHF等)構(gòu)成了自治系統(tǒng)中的無(wú)線骨干網(wǎng)。各艦船的ADNS路由器會(huì)根據(jù)無(wú)線手段的容量和帶寬為其分配一個(gè)度量值，ADNS系統(tǒng)以該度量值為依據(jù)實(shí)現(xiàn)基于優(yōu)先級(jí)的路由選擇、負(fù)載平衡以及流量分擔(dān)等功能。

自治系統(tǒng)的岸基節(jié)點(diǎn)支持BGP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)到其他自治系統(tǒng)以及廣域網(wǎng)之間的路由交換。選擇岸基節(jié)點(diǎn)作為自治系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的主要原因是：自治系統(tǒng)基于任務(wù)組成，其中的艦船節(jié)點(diǎn)可能會(huì)經(jīng)常隨任務(wù)而變化，岸基節(jié)點(diǎn)相對(duì)固定，可滿足BGP協(xié)議對(duì)運(yùn)行環(huán)境穩(wěn)定性的要求。

3.4關(guān)鍵特征與能力

ADNS系統(tǒng)具有優(yōu)先級(jí)處理、負(fù)載平衡、擁塞控制以及針對(duì)無(wú)線信道進(jìn)行的TCP傳輸控制優(yōu)化等特點(diǎn)。

(1)優(yōu)先級(jí)處理

ADNS從增量II階段引入了優(yōu)先級(jí)處理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了基于主機(jī)和應(yīng)用類型的優(yōu)先級(jí)處理。

優(yōu)先級(jí)表設(shè)置。在路由器接口單元(CRIU)中保存了兩張優(yōu)先級(jí)表，其中主機(jī)優(yōu)先級(jí)表存儲(chǔ)了域內(nèi)主機(jī)的IP地址及其相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)，端口優(yōu)先級(jí)表存儲(chǔ)了特定應(yīng)用專用的端口號(hào)與優(yōu)先級(jí)之間的映射關(guān)系。兩張表的優(yōu)先級(jí)都劃分為0(最低)～15(最高)共16級(jí)，表中的映射關(guān)系都是在網(wǎng)絡(luò)初始化階段通過管理系統(tǒng)人工配置，在網(wǎng)絡(luò)開通運(yùn)行后，可根據(jù)需要進(jìn)行修改。

IP包的優(yōu)先級(jí)設(shè)定。路由器接口單元(CRIU)收到IP包后，根據(jù)其源IP地址和端口號(hào)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)判定，原則如下：如果主機(jī)對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)與端口對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)不一致，則以主機(jī)優(yōu)先級(jí)為準(zhǔn)；如果主機(jī)的優(yōu)先級(jí)未設(shè)定，則采用端口優(yōu)先級(jí)；如果主機(jī)和端口的優(yōu)先級(jí)都沒有設(shè)定，則賦予該數(shù)據(jù)包一個(gè)缺省的優(yōu)先級(jí)4。因此，IP包的優(yōu)先級(jí)設(shè)定是采用主機(jī)為主、應(yīng)用為輔的主從體制。

消息轉(zhuǎn)發(fā)。路由器接口單元(CRIU)設(shè)定了消息的優(yōu)先級(jí)后，將其轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)無(wú)線鏈路的信道訪問協(xié)議單元(CAP)，后者維護(hù)了16個(gè)優(yōu)先級(jí)的轉(zhuǎn)發(fā)隊(duì)列，根據(jù)消息的優(yōu)先級(jí)將其放入相應(yīng)隊(duì)列中。CAP會(huì)掃描各轉(zhuǎn)發(fā)隊(duì)列，首先從最高優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列中取出消息，通過無(wú)線信道發(fā)送至對(duì)端，直到該隊(duì)列為空，隨后移動(dòng)到下一個(gè)優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列，從而實(shí)現(xiàn)基于優(yōu)先級(jí)的轉(zhuǎn)發(fā)功能。

(2)負(fù)載平衡

負(fù)載平衡是指由多個(gè)無(wú)線子網(wǎng)平均的分擔(dān)數(shù)據(jù)流量。ADNS路由器基于無(wú)線系統(tǒng)的路由度量值進(jìn)行路由選擇，當(dāng)多個(gè)無(wú)線系統(tǒng)具有相同的路由度量值時(shí)，ADNS路由器將平均的使用它們轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)吞吐能力。

為了使負(fù)載平衡有效運(yùn)行，需要注意只有帶寬相同或相近的無(wú)線系統(tǒng)才能設(shè)置相同的路由度量值。設(shè)想如果一條船有短波(2.4 kb/s)和超短波(64 kb/s)兩種無(wú)線系統(tǒng)，而它們被賦予了相同的路由度量值，則ADNS將把流量平均的分配到兩個(gè)無(wú)線系統(tǒng)中而不是按比例分配，這將導(dǎo)致當(dāng)短波系統(tǒng)堆積了大量數(shù)據(jù)時(shí)，超短波系統(tǒng)卻處于無(wú)效的空閑中。

(3)擁塞控制

由于無(wú)線系統(tǒng)的帶寬有限，擁塞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，因此擁塞控制是ANDS的一項(xiàng)重要功能。

擁塞判定。ADNS系統(tǒng)為信道訪問協(xié)議單元(CAP)中的每個(gè)優(yōu)先級(jí)隊(duì)列設(shè)定了隊(duì)列報(bào)告門限和隊(duì)列擁塞門限，擁塞門限比隊(duì)列最大長(zhǎng)度略小，比隊(duì)列報(bào)告門限略大。當(dāng)隊(duì)列實(shí)際長(zhǎng)度大于隊(duì)列報(bào)告門限時(shí)，CAP產(chǎn)生一條隊(duì)列報(bào)告消息，向路由器接口單元(CRIU)報(bào)告隊(duì)列實(shí)際長(zhǎng)度，如果實(shí)際長(zhǎng)度大于擁塞門限，則判定該隊(duì)列發(fā)生擁塞。當(dāng)擁塞發(fā)生時(shí)，ADNS系統(tǒng)使用流量分擔(dān)和源端暫停兩種手段解決擁塞。

流量分擔(dān)。路由器接口單元(CRIU)判定在某個(gè)無(wú)線子網(wǎng)上發(fā)生擁塞時(shí)，它會(huì)掃描是否存在其他能力接近的無(wú)線子網(wǎng)，如果有且這些子網(wǎng)沒有擁塞，則將擁塞的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到其中，緩解擁塞現(xiàn)象。流量分擔(dān)與負(fù)載平衡不同，后者是在擁塞發(fā)生之前，使用相同路由度量值的無(wú)線子網(wǎng)均勻傳輸數(shù)據(jù)；而流量分擔(dān)是在擁塞發(fā)生后，依靠能力相近(路由度量值可以不同)的子網(wǎng)解決擁塞，例如UHF和EHF系統(tǒng)之間可進(jìn)行流量分擔(dān)。流量分擔(dān)只適用于單播的數(shù)據(jù)包。

源端暫停。ADNS系統(tǒng)采用雙管齊下的方式解決擁塞，流量分擔(dān)可視為“開源”，源端暫停則為“節(jié)流”。當(dāng)某個(gè)無(wú)線子網(wǎng)中優(yōu)先級(jí)為n的隊(duì)列發(fā)生擁塞時(shí)，路由器接口單元將產(chǎn)生一條源端暫停的廣播命令(Source Quench ICMP command)，域內(nèi)所有優(yōu)先級(jí)等于或低于n的主機(jī)和應(yīng)用將暫停發(fā)送消息5 s，5 s后恢復(fù)發(fā)送。

(4)針對(duì)無(wú)線信道進(jìn)行的TCP傳輸控制優(yōu)化

ADNS對(duì)艦船或岸基節(jié)點(diǎn)內(nèi)的有線局域網(wǎng)屏蔽了無(wú)線系統(tǒng)的特征，因此，域內(nèi)的網(wǎng)關(guān)路由器視ADNS為“硬”連接，在發(fā)送TCP數(shù)據(jù)包時(shí)，仍按有線上的原則處理：如果0.5 s內(nèi)沒有收到響應(yīng)，則重發(fā)數(shù)據(jù)，其后按指數(shù)后退原則，在等待1 s、2 s、4 s、8 s后重發(fā)數(shù)據(jù)。由于響應(yīng)消息并不是真的丟失，而是無(wú)線信道帶寬較低導(dǎo)致傳輸需要較長(zhǎng)時(shí)間，以短波信道2 400 b/s為例，發(fā)送一個(gè)1 500字節(jié)的響應(yīng)包至少需要5 s，在這期間重發(fā)TCP包將大大降低無(wú)線信道的傳輸效率。

為優(yōu)化無(wú)線上的TCP傳輸性能，路由器接口單元(CRIU)每次收到新的TCP包后，會(huì)記錄其包序號(hào)和時(shí)戳，同時(shí)為每個(gè)無(wú)線子網(wǎng)設(shè)定了一個(gè)TCP應(yīng)答等待時(shí)間T，如果在T之內(nèi)，收到包序號(hào)相同的重傳包，則直接將其丟棄，以減少無(wú)線上不必要的重傳。TCP應(yīng)答等待時(shí)間T可以根據(jù)無(wú)線子網(wǎng)的帶寬設(shè)置不同的值，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的匹配。

3.5主要優(yōu)點(diǎn)

通過前面的介紹和分析，可總結(jié)出ADNS的主要優(yōu)點(diǎn)包括：

(1)去除了人在環(huán)路的影響

美海軍傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)中，消息在不同的域間傳輸時(shí)，需由局域網(wǎng)發(fā)往通信中心，由通信中心的技術(shù)人員處理后傳輸，引入的時(shí)延達(dá)到分鐘乃至小時(shí)級(jí)。ADNS實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的轉(zhuǎn)發(fā)功能，無(wú)需人工處理，大大減小了通信時(shí)延。

(2)優(yōu)化了無(wú)線帶寬的使用效率

ADNS將傳統(tǒng)的煙囪型無(wú)線系統(tǒng)綜合成為一個(gè)整體，通過負(fù)載平衡、流量分擔(dān)等方式實(shí)現(xiàn)了無(wú)線帶寬的高效利用。

(3)安裝和使用對(duì)用戶透明、易于升級(jí)

ADNS的安裝對(duì)端用戶來(lái)說(shuō)完全透明，就像在局域網(wǎng)中增加了一個(gè)可以連接到其他域的路由器一樣，局域網(wǎng)中的設(shè)備無(wú)需進(jìn)行大的配置改動(dòng)。

ADNS的升級(jí)也十分容易。艦船增加新的無(wú)線子網(wǎng)時(shí)，ADNS系統(tǒng)中只需要增加新的信道訪問協(xié)議(CAP)卡進(jìn)行適配。ADNS系統(tǒng)自身的功能升級(jí)主要依靠軟件升級(jí)實(shí)現(xiàn)。

(4)易于管理

ADNS實(shí)現(xiàn)了對(duì)艦船各無(wú)線通信系統(tǒng)的整合和統(tǒng)一管理，解決了以往無(wú)線通信系統(tǒng)各自為政，管理復(fù)雜且無(wú)法提供一個(gè)總的通信視圖的問題。

(5)支持所有類型的數(shù)據(jù)傳輸

ADNS在節(jié)點(diǎn)之間使用IP數(shù)據(jù)包傳輸數(shù)據(jù)，因此能夠支持文本、圖片、音頻、視頻等所有類型的數(shù)據(jù)傳輸。

(6)減輕后勤負(fù)擔(dān)

ADNS系統(tǒng)中的設(shè)備尺寸小、重量輕，可方便部署于艦船中任何未使用的位置，且不會(huì)對(duì)其平衡造成影響。此外，設(shè)備對(duì)艦船的冷卻、通風(fēng)、電源等方面的要求也較低[3]。

4　結(jié)　語(yǔ)

ADNS是美海軍的重要通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過將多種無(wú)線通信系統(tǒng)綜合為一體，以較小的投入實(shí)現(xiàn)了艦船無(wú)線通信能力的極大提升。

ADNS的層次劃分和系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)合理，體系架構(gòu)具有良好的開放性和擴(kuò)展性，因此盡管項(xiàng)目始于十多年前，但其技術(shù)和能力并不落伍，反而在不斷的發(fā)展增強(qiáng)。

國(guó)內(nèi)關(guān)于ADNS的研究多聚焦于某一方面，如安全、發(fā)展?fàn)顩r、與海上力量網(wǎng)之間的關(guān)系等，本文從多個(gè)角度對(duì)ADNS進(jìn)行了較為全面的分析介紹，給出了ADNS的全貌，對(duì)我國(guó)艦船通信系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)具有一定的參考意義，并可作為今后深入研究ADNS的基礎(chǔ)。

下一步研究建議繼續(xù)跟蹤ADNS的未來(lái)發(fā)展，同時(shí)開展綜合無(wú)線通信系統(tǒng)的路由協(xié)議、傳輸控制協(xié)議等方面的性能仿真和測(cè)試，為優(yōu)化船舶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供支撐。

[1]王玉龍. 艦艇編隊(duì)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)機(jī)制研究[J]. 艦船電子工程，2014，34(08): 89-90.

WANG Yu-long. Interconnection Mechanism in the Naval Fleet Network[J]. Ship Electronic Engineering，2014，34(08):89-90.

[2]趙松，張欣.美海軍自動(dòng)化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r及連網(wǎng)技術(shù)[J].電信技術(shù)研究，2008(10):8-13.

ZHAO Song, ZHANG Xin. US Navy’s Automated Digital Network System’s State of Development and Networking Technology[J]. Telecommunications Technology Research，2008(10):8-13.

[3]Rex Buddenberg，Brian Rehard，Jim Sullivan，Eric Andalis and Mark Witzel.Automated Digital Network System Description[J].IETF Internet Draft：1997.

[4]劉俊杰. 以網(wǎng)絡(luò)為中心對(duì)多樣化軍事任務(wù)的支撐[J]. 通信技術(shù),2009，42(07):137-138.

LIU Jun-jie. Support of Diverse Military Tasks by Network-centricity [J]. Communications Technology，2009，42(07):137-138.

[5]劉俊杰. 海上力量網(wǎng)推動(dòng)海軍通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展[J]. 通信技術(shù),2009，42(06):183-184.

LIU Jun-jie. Naval Forcenet Promoting the Development of Navy Communication Network[J]. Communications Technology,2009，42(06):183-184.

[6]王志文. 美海軍自動(dòng)化數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全研究[J]. 信息安全與通信保密， 2011(12):47-48.

WANG Zhi-wen. Security Mechanism of Automated Digital Network System in GIG Tactical Network[J]. Information Security and Communications Privacy，2011(12):47-48.

陳勁堯(1978—)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng);

許卡(1984—)，男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)空間安全。

Automated Digital Network System of US Navy

CHEN Jin-yao, XU Ka

(No.30 Institute of CETC, Chengdu Sichuan 610041,China)

With U.S. Navy’s ADNS(Automated Digital Network System) as the research object, the ADNS’s position in network centric warfare, development history, architecture, system composition, logical organization and key features are analyzed systematically. In addition a comprehensive and detailed introduction of ADNS is given, its superiority also summarized. From beginning of the project in 1997 up to now, ADNS technology and capability always keeps continuous improvement, and the fact incontro vertibly proves its advanced designing idea and reasonable architecture,and that this technology is of certain significant reference for the research and design of ship communication system in China.

ADNS; network centric warfare; architecture; key feature

10.3969/j.issn.1002-0802.2016.03.001

2015-10-08；

2016-01-19Received date:2015-10-08；Revised date：2016-01-19

TN011

A

1002-0802(2016)03-0253-06