美国陆军综合战术网络研究

ZENG Hao-yang.A Survey of the US Army's Integrated Tactical Network[J].Communications Technology,2020,53(03):525-534.

综合战术网络是美国陆军网络现代化战略的重要组成部分，是当前美国陆军战术网络建设的重点。描述了综合战术网络的概念内涵，介绍了系统组成和主要装备，分析了网络采用的创新技术，并简述了试验评估和系统部署情况。

美国陆军致力于为更小、更多的战术分队提供更好的任务指挥、数据传输和通信能力，认为目前的战术通信网络尚需进一步优化，无法在所有条件下为作战人员提供远征、移动、强固和简单易用的网络能力。现有网络虽然为部队所有梯队提供了较全面的通信保障，但如果指挥员面临通信时断时续的受限环境，例如在电子战攻击期间，他们非常需要有能力转向备用通信手段或路径。这种多手段保障在部队远征、进入战场、早期作战阶段尤其重要，因为士兵在车辆和其他高性能系统投入战斗之前，严重依赖有效的通信来执行任务。

为了满足陆军部队远征作战与机动作战的需求，作为美国陆军网络现代化战略中的一个关键部分，按照能够实现“今晚作战”的目标，美国陆军于2018年开始启动了综合战术网络（Integrated Tactical Network，ITN）的建设与试验评估，将商用网络和传输能力与陆军现有的战术通信系统和网络整合起来，提供一种更简洁、更轻便、更快速、更灵活的通信网络，作为其主要、备用和应急通信网络的重要组成部分，为徒步作战指挥员提供可靠、弹性通信保障，旨在与势均力敌的对手作战时，确保在断开连接、间歇连通的受限环境中的网络通信。

1 网络概念

根据美国陆军战术指挥、控制、通信项目执行办公室（PEO C3T）的描述，综合战术网络不是一个新的或单独的网络，而是一种“概念”，将陆军当前的战术网络环境（应用、设备、网关和网络传输）与商用现成组件和传输能力集成在一起，聚焦于不依赖单一组件的简化、独立的移动通信网络解决方案，为小型徒步作战部队的指战员提供增强的网络可用性，提高机动部队的作战能力。

综合战术网络利用商用和军事网络传输的优势，让指挥员能够根据作战环境选择不同的通信方式，如军用电台、军用卫星通信系统、商用蜂窝网络等，从而为较低级别的梯队（当前是营级，今后会扩展到旅级）提供相对简单、更加灵活、有弹性的通信保障能力，将更高带宽、更健壮、更灵活和更可靠的网络带到战术边缘，使网络能够在受到破坏、连接中断、间歇连通和带宽受限的环境中提供持续通信保障，并且能够方便地与盟军/联合部队伙伴进行协同。相比美国陆军以前的战术通信网络，综合战术网络有三个突出特点：一是提供多种通信链路的冗余，使得网络带宽更高、更有弹性；二是为低级别部队集成全新的任务指挥应用，提供前所未有的态势感知能力，三是提供“安全但非保密”（Secure but Unclassified，SBU）能力，可安全访问商用和非军事网络，减轻作战部队负担，增强与联盟伙伴的信息共享能力。

综合战术网络的建设与美国陆军的网络现代化战略相一致，采用业界流行的“研发运营（DevOps）”项目管理模型，通过不断的迭代使美国陆军能够跟上技术变革的步伐，及时插入新的能力，以确保美国陆军能够应对新出现的威胁和保持优势。由此可见，综合战术网络的概念与内涵还将持续发展，根据PEO C3T的规划，其最终网络设计方案将在2020财年正式确定，且试验测试情况将影响其在美国陆军CS21（Capability Set 21，能力集21）中的部署。

2 系统组成

当前参加美国陆军综合战术网络试验评估的主要装备包括具有高级网络波形的双信道指挥员电台和单信道电台、手持式LINK-16电台、无线电网关、系留无人机、小孔径卫星终端、商用智能手机/平板电脑、服务器、应用程序和相关辅助设备等，如图1所示。

图1 目前参加综合战术网络试验评估的主要装备
综合战术网络部署了软件可重编程的手持、空中和地面车载战术电台，可以提供很强的抗干扰通信能力，实现与传统电台的直接互联互通，并支持加载当前最新和未来不断发展的无线通信波形。该网络采用商用现货产品（TW-900电台、silvus电台、嵌入软件定义电台内的TSM波形等）增加高带宽的战术网络连接，这些产品为网络提供了冗余的通信链路，特别是在卫星通信不可用的区域。它们扩展了指挥所、空中和地面车辆平台的指挥控制以及态势感知能力，并超过了卫星通信所能提供的网络弹性与容量。

该网络能够在任何可用的无线网络路径之间无缝地路由与交换数据，并将网络运作功能集成到聚合且易于使用的接口中，以实现自动化管理和配置。为了满足远征部队作战与训练的通信保障要求，特别是在山地、丛林等通信覆盖条件差的地域，在该网络中配置了系留无人机（tethered drone），通过将电台天线升高（连级无人机可达200英尺，营级无人机可达300英尺），扩大无线网络的覆盖范围，减少部队对卫星通信的依赖。为了实现战术边缘的空中/地面部队集成，该网络使用了称为“TRIK”盒子的转换器—战术无线电集成套件，这个转换器可以实现不同体制的机载电台与地面电台信号的相互转换，甚至可以与外国军队互通，该设备有部署于营和连的两种版本。该网络通过Nett Warrior终端用户设备（EUD）交付应用程序，它可将空中、地面和火力图像合并为一个通用作战图，用户可以使用Nett Warrior基于Android的战术突击套件（TAK）应用程序，在移动中提供简单直观的任务指挥和态势感知。

美国陆军还在综合战术网络中构建了安全但非保密（SBU）网络环境，该环境使网络可以利用军用和商用（4G/LTE、Wifi等）传输手段安全地交换信息，增加网络的冗余，简化网络初始化及用户培训，以及实现与盟军的互操作。网络中不同安全级别网络之间通过战术跨域安全设备（TACDS）进行信息交换与共享。

3 主要装备

3.1 手持式双信道指挥员电台

手持式双信道指挥员电台是一种软件可定义电台，通过了国家安全局（NSA）1类认证，可加载战术可扩展移动（TSM）波形、士兵电台波形（SRW）、SINCGARS电台波形、SATCOM波形（IW）、移动用户目标系统（MUOS）波形等，为下车作战的分队指挥员、班/排长提供安全的双通道语音和数据通信，并支持美国陆军企业空中下载管理（OTAM）。手持式双信道指挥员电台是经过SWaP优化的单个手持设备，以较小的结构形状为指挥员提供了同时的对上和对下通信连接、跨频段通信以及通信冗余性。电台内可同时支持UHF和SATCOM两个信道，为UHF视距、移动自组网（MANET）或SATCOM的不同通信手段组合提供了更多的灵活性，减少了作战人员携带多件装备的负担。该电台支持TSM-X移动自组织网络（MANET）技术，可实现高速组网，用户容量多达200余个。它还提供与计算设备（包括Android智能手机）的安全网络连接。美国陆军已将手持式双信道指挥员电台的合同授予了L3哈里斯公司的AN/PRC-163电台和泰雷兹公司的AN/PRC-148C电台，如图2所示。

图2 L3 手持式双信道指挥员电台

3.2 TW900电台

参加综合集成网络评估的TW900电台是TrellisWare Technology公司为美国陆军提供的一种基于商用技术的宽频段、高吞吐量自组织网络电台，采用了独特的数字信号处理和协作中继技术，利用环境中的多径反射和中继，可在恶劣环境中提供优异的网络性能。该电台可实现快速、无缝的网络接入/合并，即时适应网络拓扑结构的变化，支持多路语音和多路高清视频的传输，并且能够与运行TSM波形的战术电台进行互操作。如图3所示，TSW900电台的主要性能特点包括：支持UHF、L和S频段；数据传输速率最高可达16 Mbps；单信道最大用户容量为250个；最大中继8跳；网络连接时间小于1秒，网络合并时间小于5秒；支持同时的语音、数据和视频传输；支持最大16个语音信道，最多30个语音对讲组；支持SD和HD H.264视频编码。

图3 TrellisWare Technology公司的TW900电台

3.3 silvus电台

参加综合集成网络评估的StreamCaster系列电台是Silvus technologies公司针对军用无线电通信对距离、数据吞吐量和鲁棒性的严酷要求，为美国陆军提供的另一种基于商用技术的宽频段、高吞吐量移动自组织网络电台，采用支持多天线系统的网络化移动MIMO（mobile-networked MIMO）技术，大幅度提高了数据和高带宽视频传输的容量，扩展了通信距离，能够在非视距环境（建筑物、涵洞等遮挡环境）以及城市、山区等多径严重的传播条件下提供可靠的通信连接。如图4所示，Silvus technologies为美国陆军提供了2X2 MIMO电台（输出功率为4W）和4X4 MIMO（输出功率为8W）电台两种型号，主要性能特点：工作频段覆盖400MHz-6GHz；支持空间分集、空时编码和特征波束成形技术；最高传输速率可达100Mbps；平均传输时延为7ms；支持移动自组织网干扰规避（MANET interference Avoidance，MAN-IA）技术；支持按讲语音通话。

图4 Silvus technologies公司的StreamCaster系列电台

3.4 网络勇士未来计划

网络勇士（Nett Warrior，NW）是一个用于徒步作战指挥员的综合态势感知与任务指挥系统，采用体系方法优化和集成信息传输与处理能力，减少指战员的作战负荷和后勤保障负担。该系统提供了便利的导航、态势感知和信息共享能力，使指挥员在战斗中能够轻松地看到、理解和交互态势信息，从而更快、更准确地做出决策，更加有效地完成作战任务。如图5所示，网络勇士未来计划（Nett Warrior future initiative，NWFI）使用了三星的Galaxy Note II智能手机作为用户终端设备（带电缆小于2b），佩戴在胸前的小袋中，连接到双信道指挥员电台、4G/LTE、WiFi等传输手段，提供更高的带宽和更健壮、敏捷的网络环境，推动新的作战能力尽早与NW集成，这些新的能力包括全动态视频、机器人控制、传感器、生理监护仪等。

图5 美国陆军网络勇士系统
为适应不同的应用场景，Nett Warrior既支持处理机密数据，也可使用现成的商用加密机制处理“安全但未加密”的数据，便于用户的保管与使用。NWFI采用美国政府专有的开放软件体系架构（其核心是安卓战术突击套件），发布了软件开发套件，支持应用程序快速开发和集成，以扩展其他作战功能和移植到其它平台。

3.5 系留无人机

参加综合集成网络中评估的Cyffy Works公司的PARC系留无人机系统由地面控制站和装有陀螺稳定仪的六旋翼无人机组成，可安装侦察、监视、通信等多种有效载荷，构建持久性空中侦察与通信平台，具有执行长时间飞行的能力，可持续工作数百小时，最高飞行高度可达400英尺（联邦航空局的现行法规限制）。该系统的无人机系绳用作电源传输通道，通信和视频通过其专利的凯夫拉强化微丝缆线传输。如图6所示，PARC系留无人机的主要性能特点包括：长时间飞行，采用增强型系揽提供安全的通讯和电源，可保障自动飞行数天；系缆轻便耐用，能在一个位置保持锚定，消除漂移和飞行的风险；5分钟开设，快速、无工具组装；携带方便，以易于运输和使用的加固包装箱交付；全天候的适应性，环境适应性符合MIL-STD标准，具有抵抗6级强风、中雨和空气中的碎片能力；带有备用电池，在地面电源中断时可安全、自主着陆。

图6 Cyffy Works公司的PARC系留无人机

3.6 安卓战术突击套件

安卓战术攻击套件（Android Tactical Assault Kit，ATAK）是一款基于地理空间的Android智能终端应用程序，其战术用途包括任务规划、态势感知、任务执行以及呼叫火力，可为指挥员提供简单直观的任务指挥和态势感知。伊拉克、阿富汗和叙利亚的美军部队一直在使用ATAK。ATAK可与商用移动网络、Wifi或战术电台等一起使用，支持语音、文本聊天、视频、图片等共享/呈现，以及交互式、分层、共享的移动地图，它可使用智能手机内嵌的高度表、气压计、指南针以及GPS等所有传感器，该应用的人机界面可让作战人员更好地理解他们周围的情况（态势感知）。ATAK的基本功能包括：带有快速渲染引擎的在线和离线映射，Web浏览器；协作映射（包括点、图形、感兴趣的位置）；位置的标记、共享和历史记录；聊天、文件共享、照片共享、视频共享、流媒体；导航；在位置、路线之间进行海拔高度分析、手机、Wi-Fi控制等。ATAK的军事专用功能包括战场勘测、目标指示、精确地理位置测量、跑道测量以及战术电台的控制和消息传递等，其最重要的功能是提供友好的蓝军跟踪和呼叫火力支援。ATAK应用软件界面，如图7所示。

图7 ATAK应用软件界面示意图

3.7 无线电网络规划与管理软件

为了满足美国陆军部队提出的更简洁、更快速、更易用的要求，PEO C3T基于商用现成的网络规划和管理应用软件原型，改造集成到已有的军方备案项目中（如联合企业管理软件，JENM），形成新的无线电规划和管理软件原型系统，以更简单快捷的方式规划和管理软件定义电台（如双信道指挥员电台）等装备，可将旅级网络初始化、规划和加载时间从数周缩短到分钟级，为快速的部队任务重组奠定基础，还使得以前由专业信号士兵执行的任务能够由普通用户完成，提高了网络运作的灵活性。

该无线电网络规划与管理软件原型套件包括：综合规划软件，用于为各个网络元素规划和创建配置文件；网络运作管理系统，用于管理网络的总体原型系统；初始化工具套件，用于在战场上管理和修改其网络初始化数据；Codex，具有通用数据模型和开放应用程序编程接口（API）的数据库；Atom，简化的无线电规划软件，根据网络设计来提供无线电波形规划；Black Sails，简化的无线电配置工具，使用波形规划数据来配置较低层次战术互联网中的各种战术电台。

4 创新技术

综合战术网络集成建设过程中，美国陆军在充分利用军方备案项目（如软件定义电台、网络勇士系统等）技术基础上，大量引入了业界先进的商用现货创新技术，如TSM波形、网络化移动MIMO波形，并提出了安全但非保密（SBU）架构，以满足构建远征、移动、强固和简单易用的战术通信网需求。

4.1 SBU架构

美国陆军指战员认为，过去的战术通信网络只有单一的安全架构，对网络进行了过度加密防护，使网络变得复杂、昂贵并难以使用，应该在确保网络与信息安全的同时，根据作战实际重新设置网络的安全边界。他们认为，营以下的作战数据大多是变化频繁、容易过期的时间敏感数据（如位置报告信息等），由于机密信息的保护需要付出成本、增加设备负担、难以管理与使用，还为与盟军的协同以及相关的技术创新设置了障碍，因此在综合战术网络中，提出了“安全但非保密”的网络架构，使得作战部队能够安全地使用商用通信网络，如4G/LTE、WiFi等，提高网络通信带宽、增加网络的联通性，同时也提供了与盟军进行信息共享的手段，这是美国陆军战术通信网络的一个重大变革。综合战术网络中SBU架构安全域如图8所示。

图8 SBU安全域划分示意图
从图8中可以看出，旅以下机动网络大部分为SBU部分，其中：班组只有SBU数据；连大多为SBU数据；营虽然有更多的秘密数据，但仍主要为SBU数据；旅以秘密数据为主，但也与SBU部分有联系。在连以下，SBU部分与秘密部分不相连接，营和旅级两者之间必要时可使用战术跨域安全设备（TACSD），基于可编程规则的信息过滤来实现信息的单向安全交换，防止秘密部分的数据泄漏或网络受到攻击。位于SBU部分的TAK应用，可以支持指战员高效地完成作战任务，而不会受到信息密级来回转换所带来的烦恼。统一的网络管理需要管理信息双向交互，采用Radiant Mercury（RM）跨域安全交换系统，对不同密级、分区的数据进行自动化的清洗、降级、保护和置换，实现秘密信息和受控非保密信息（CUI）之间的安全双向交互。综合战术网络中的秘密部分采用国家安全局批准的军用算法进行加密保护，SBU部分采用国家商用安全算法进行保护，可以减轻部队在安全许可检查方面的压力，简化商用网络设备的培训、设置、管理与使用，也方便与盟军和联合部队的协同通信。

4.2 TSM波形

TSM波形是TrellisWare Technology研发的具有高吞吐量、可扩展、高动态能力的MANET波形，可在单个射频信道中为200余个节点提供健壮、可靠和可扩展的网络，特别是能够在城市、地下、洞穴、隧道以及在射频传播条件恶劣的建筑环境中可靠工作，并支持加载在软件定义电台上运行。现有的MANET网络设计大多基于点对点链路抽象，依赖于基于链路的分层体系结构，通过设计链路媒体访问控制协议和多跳路由算法来优化网络性能，这种网络设计在链路不可靠、网络拓扑高度动态的战术应用环境下很难获得理想的性能，而且随着网络节点数的增加，性能将急剧下降，网络扩展性很差。针对战术边缘网络对低延迟、可靠连接和全网广播业务（如PTT按讲通话、组内广播视频流等业务）等核心诉求，TSM波形采用了创新的Barrage Relay技术。该技术利用自主协作传输机制，通过对时间、空间等物理层资源的控制（而不是对点对点链路的控制），节点间协作中继使数据包能够快速可靠地到达目的节点，避免了链路级复杂的访问控制机制，大幅度扩展了网络容量。Barrage Relay技术的主要特点如下：

（1）相比大多数MANET采用某种形式的路由机制（或者其它需要知道完整网络知识的机制），Barrage Relay技术采用物理层交换，不再需要使用路由算法，仅需要最少的网络知识（网络同步），可以非常低的开销实现大规模网络可扩展性。

（2）大多数MANET受限于每个节点同时只能接收或发送信号，广播业务传输时业务会向所有节点泛滥，可能带来严重的信道访问冲突，导致网络性能大幅度下降。Barrage Relay技术中，每个节点同时发送、接收和中继信息，信息以同步和协调的方式逐跳传播到接收方，为高消息完成率提供冗余通信路径，确保了网络性能。

（3）物理层综合利用最佳均衡、动态跟踪、差错控制和自适应迭代等高级信号处理技术，可在极端多径衰落、快速变化和受限传播信道条件下提高通信可靠性，可在利用多径反射和中继的同时对齐和整合射频信号，由于利用了来自高阶多径的干扰，它在恶劣的射频环境中的传输可靠性优于其他传统的MANET。

4.3 MN-MIMO波形

多输入多输出（MIMO）技术是一种利用多个发射天线和接收天线同时传输信号的无线通信技术，可以在不增加带宽的情况下，成倍地提高通信系统容量和频谱利用率，在商用移动通信系统、WiFi中得到了广泛应用。但在具有高度机动性的战场通信网络中，MIMO技术的应用存在很大的挑战。网络化移动MIMO（MN-MIMO）是Silvus technologies公司提出的一种先进的战场MIMO波形，将编码正交频分复用（COFDM）、MIMO天线和MANET技术有机结合，能够在复杂多径、非视距和快速移动环境下提供可靠、高带宽、网状数据和视频通信。该技术的主要特点如下：

（1）编码正交频分复用（COFDM）：将数据分布在多个子载波上，以在多径信号反射和非视距环境中提供鲁棒性。为了进一步提高链路的可靠性，采用了前向纠错（FEC）技术。

（2）多输入多输出（MIMO）天线：采用接收信号本征波束形成技术，通过将多个天线上的接收信号能量相加，获得比任何单个天线更强的信号，从而增加通信距离和链接的健壮性；采用空间复用与空时编码联合优化技术，通过多个天线发送数据，在不影响距离、不增加发射功率和射频带宽的情况下，增加网络的吞吐量，并进一步提高链路的鲁棒性。

（3）移动Ad Hoc网络（MANET）：使网络中所有节点有机连接在一起，形成一个自形成、自愈的单频网状网络，与MIMO技术结合，通过最高效的路由在网络中传输数据，获取最优的网络性能。

5 试验评估

为了确保综合战术网络满足作战任务和指战员的需求，美国陆军正在与多个部队合作，使用DevOps项目管理模型来测试和完善网络功能。综合战术网络的测试是一系列连续的、同步的评估和评价，包括研发测试、实验和作战测试等活动，来自行业的技术研发人员与作战部队指战员并肩作战，使美国陆军能够更快、更频繁地评估潜在的优势技术和解决方案，实现网络的快速迭代发展。各种测试数据的收集和反馈，有助于对能力集成、作战环境影响、任务指挥/态势感知数据传输以及系统在敌对环境中的生存能力的设计优化，还有助于生成新的需求、训练条令和战术。

美国陆军于2017财年开始营级网络评估，初始能力集中在SBU组件；2018财年持续的测试包括实验室开发测试、部队作战评估和端到端网络集成评估、赛博作战和电子战测试；2019财年开展了旅级网络的评估，继续在部队轮换和训练地点进行现场测试，以及反复的赛博作战和电子战测试，并进行联合作战人员评估和陆军作战试验等演习。

2020年1月，美国无人机空袭导致伊朗少将卡西姆·索莱马尼死亡后，五角大楼派出第82空降师的部分作战人员前往科威特，计划通过与强敌的实际作战进一步检验综合战术网络能力。通过实际使用与作战试验，部队作战人员对网络作战效能的主要评价包括：

（1）增强了低级梯队指战员的态势感知能力，指战员能够使用胸前的商用智能手机访问共享的数据和图像，随时掌握部队的实时位置，摆脱地图与指南针的导航，并在整个部队中形成共同的理解。

（2）提供更高效的任务指挥，基于共享的通用作战图，指挥员能够使用双信道电台同时与上级和下级人指战员沟通联络，及时指挥作战行动，整合与协调火力支援，提高任务指挥效率。

（3）提供了秘密、安全但非保密的两种网络环境，允许按照作战数据的密级对数据进行加密，减少了对NSA级加密的需求，能够安全地使用TSM波形、4G/LTE、WiFi等商用通信手段，并能与联盟伙伴更好地共享信息。

（4）为指挥员提供了多种网络传输路径选择，双信道指挥员电台即可支持军用波形，也可支持商用波形，当军用波形不可用时，可以使用商用波形、4G/LTE和WiFi等其它通信手段，使得网络更加健壮、更具有弹性。

（5）网络开设快速，原来一个营投入行动前的网络配置需要18到24小时，综合战术网络只需要几个小时即可完成网络配置，拥有240多部电台的步兵营级网络在数分钟内就可以完成开通。

（6）在增强网络通信能力的同时，大幅度减轻了设备和线缆重量，以空降兵为例，其负荷从大约20磅减少到了5磅，从而减少了作战人员负担，增加了他们在战场上的行动自由度。

（7）网络更加易用，使用士兵已经比较熟悉的战术电台和智能手机，不需要正式培训，士兵自己琢磨不到1天时间，就能使用战术电台交谈和使用应用软件完成信息传递、下拉任务图，两个星期左右就能够完全操作整个系统。

6 系统部署

综合战术网络于2018年首先在美国陆军安全部队援助旅投入使用，以后陆续部署于第82空降师第3步兵旅战斗队、第508伞兵步兵团第1营、第1步兵旅战斗队、德国第2骑兵团、第173空降旅战斗队等部队，其中第82空降师第3步兵旅战斗队将是美国陆军第一个拥有完整旅级系统规模装备的旅。

按照PEO C3T的规划，计划在2021财年向4个旅战斗队部署新的能力，2022财年向5个旅战斗队部署新的能力，然后从2023财年开始每年部署6个旅战斗队。每一个部署年度，将优先向轻步兵部队部署装备，斯特瑞克旅和装甲旅将通过进一步的试验确定为其专门设计的装备。预计斯特瑞克旅将从2023财年开始部署，装甲旅将从2025财年开始部署。

7 结 语

美国陆军综合战术网络是一个集成的通信与网络的硬件/软件集合，既不是新的网络，也不是现有陆军战术通信网络的替代品，而是将陆军现有的装备研发项目与非研发项目、商用现货技术集成，通过增加传输手段、网络部件和用户终端设备，来快速增强部队的远征作战和机动作战能力的一种理念，为美国陆军网络的未来发展规划提供指导，其建设发展策略充分反映了美国陆军网络现代化战略的思想。

研究美国陆军综合战术网络的设计理念与发展过程，可以帮助我们进一步认识美国陆军的网络现代化战略思想，理解其战术通信网络的需求生成、系统设计、试验验证、迭代发展方法，把握未来战术通信技术的发展趋势，对我军战术通信网络的体系设计、技术研发和系统建设具有很好的借鉴和指导意义。

作者简介 >>>曾浩洋（1968—），男，硕士，研究员级高级工程师，主要研究方向为通信网络与网络空间安全。

选自《通信技术》2020年第三期 （为便于排版，已省去原文参考文献）

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