全球信息柵格通信能力建設研究

摘要：全球信息柵格(GIG)是美軍全力打造的軍事電子信息系統(tǒng)，是未來網(wǎng)絡中心戰(zhàn)的基礎。深入研究全球信息柵格對提高我軍信息化水平，推進以信息技術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(guī)劃、體系結構入手，重點對GIG通信能力建設進行研究，深入分析了GIG通信體系結構參考模型，并與傳統(tǒng)0SI模型進行比較；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啟示。
關鍵詞：GIG；軍事信息化；通信能力；OSI

O 引 言
    全球信息柵格(GIG)是在全球范圍內工作的一個超大規(guī)模信息系統(tǒng)，是新時期、新戰(zhàn)略、新思想下的產物。它能提供一套增值功能來支援信息處理、存儲和傳送，并實現(xiàn)人網(wǎng)互動、網(wǎng)絡管理、信息分發(fā)管理、信息保障等功能的最優(yōu)化，它是未來分布計算機技術發(fā)展的趨勢。在軍事領域，全球信息柵格通過改造現(xiàn)有的“煙囪式”系統(tǒng)，整合現(xiàn)有的各種信息資源，形成一個可以實現(xiàn)“陸、海、空、天”多維信息的互聯(lián)、互通網(wǎng)絡，把“傳感器網(wǎng)、計算機網(wǎng)和武器平臺網(wǎng)”融為一體的現(xiàn)代化信息作戰(zhàn)網(wǎng)，為打贏未來信息化戰(zhàn)爭奠定了堅實基礎。

l 全球信息柵格發(fā)展規(guī)劃和體系結構建設
1．1 GIG發(fā)展規(guī)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——實現(xiàn)GIG，提出了建設GIG的完整設想，2001年6月，美國國防部在《網(wǎng)絡中心戰(zhàn)報告》中提出建設全球信息柵格網(wǎng)計劃。根據(jù)計劃，全球信息柵格將分三個階段實現(xiàn)：在目前階段是集成現(xiàn)有的網(wǎng)絡和處理設施，建立聯(lián)接各軍種和總部現(xiàn)有系統(tǒng)的集成信息環(huán)境，初步形成集成的系統(tǒng)體系結構概念藍圖；2010年，初步建成全球信息柵格未來系統(tǒng)體系結構藍圖，并具備初始作戰(zhàn)能力；2020年GIG全面完成建設，具備按需分配信息帶寬、自動信息管理、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(tǒng)的基本框架，它規(guī)定了系統(tǒng)的組成原則、組成部分以及各部分活動之間的關系和實現(xiàn)這些關系的方式。GIG是一個規(guī)模宏大的系統(tǒng)，包括所有軍隊專用的和租用的通信和計算系統(tǒng)，以及這些系統(tǒng)的各種軟件、數(shù)據(jù)、應用、服務和保密業(yè)務。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發(fā)以通信和計算機系統(tǒng)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(tǒng)，以解決各類信息系統(tǒng)集成和互操作的問題。GIG體系結構可以從作戰(zhàn)視圖、系統(tǒng)視圖和技術視圖3個角度進行描述。作戰(zhàn)、系統(tǒng)、技術視圖3個體系結構之間的簡要關系如圖2所示。
1．2．1 作戰(zhàn)視圖
    GIG的作戰(zhàn)視圖描述在特定的背景下實施一個特定構想，為作戰(zhàn)時提供所需要的作戰(zhàn)要素、任務、活動以及信息流。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(tǒng)視圖
    系統(tǒng)視圖可以描述為實現(xiàn)保障和支持作戰(zhàn)的功能要求所需要的系統(tǒng)以及相互之間的連接關系。對單個系統(tǒng)而言，系統(tǒng)視圖包括關鍵節(jié)點、電路、網(wǎng)絡、作戰(zhàn)平臺等物理連接、位置及標識，規(guī)定系統(tǒng)及組成部分的性能參數(shù)。對于一個域而言，系統(tǒng)視圖說明多個系統(tǒng)如何連接和進行互操作以及特定子系統(tǒng)的內部結構和運行。
1.2．3 技術視圖
    GIG的技術視圖采用聯(lián)合技術體系結構，技術視圖主要是處理各部件的布置、交互以及相互依賴關系的一組最小規(guī)則。技術視圖為各個技術系統(tǒng)的實現(xiàn)提供指導方針，在此方針下制定工程規(guī)范，建造通用構筑塊并建立生產線。

2 全球信息柵格通信能力建設
    通信能力建設意在創(chuàng)建一個綜合通信網(wǎng)，為作戰(zhàn)人員提供穩(wěn)健的、動態(tài)的、靈活的信息企業(yè)環(huán)境。戰(zhàn)場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，實現(xiàn)戰(zhàn)術級的有效數(shù)據(jù)交換、作戰(zhàn)級的動態(tài)信息共享、戰(zhàn)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(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層是通信子網(wǎng)，與數(shù)據(jù)移動密切相關。服務層、應用層是資源子網(wǎng)，主要是網(wǎng)絡中涉及數(shù)據(jù)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。任務層是GIG所特有的，針對軍事任務需要提出的，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(shù)據(jù)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表1。

    物理層 是GIG通信體系參考模型的最底層，是整個開放系統(tǒng)的基礎。物理層為設備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設備，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境基礎。物理層傳輸數(shù)據(jù)的單位是比特。
    數(shù)據(jù)鏈路層 解決兩個相鄰結點之間的通信問題，實現(xiàn)兩個相鄰結點鏈路上無差錯的協(xié)議數(shù)據(jù)單元傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層傳輸?shù)膮f(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為數(shù)據(jù)幀。
    網(wǎng)絡層 通信子網(wǎng)的最高層，它關系到通信子網(wǎng)的運行控制，體現(xiàn)了網(wǎng)絡應用環(huán)境中資源子網(wǎng)訪問通信子網(wǎng)的方式。網(wǎng)絡層的主要任務是設法將源結點出的數(shù)據(jù)包傳送到目的結點，從而向傳輸層提供最基本的端到端的數(shù)據(jù)傳送服務。
    傳輸層 負責數(shù)據(jù)通信的最高層，任務是根據(jù)通信子網(wǎng)的特性，最佳的利用網(wǎng)絡資源，為兩個端系統(tǒng)的服務層之間，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(shù)據(jù)傳輸。在這一層，信息傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為段或報文。
    服務層 組織2個會話進程之間的通信，并管理數(shù)據(jù)的交換。它處理在2個通信系統(tǒng)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的應用程序。它確定進程之間通信的性質，以滿足用戶的需要。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代理來完成一些為進行信息交換所必須的功能。
    任務層 提供來自應用層的、完成一項具體軍事任務所必需的、特定應用程序的集合體。任務層的功能是：將應用層傳遞的數(shù)據(jù)轉換成供武器系統(tǒng)或聯(lián)網(wǎng)作戰(zhàn)人員使用的有用信息；將作戰(zhàn)任務分解成若干個具體步驟，確定為完成這些具體步驟所需的應用程序；通知應用層用戶要調用的應用程序，并按執(zhí)行順序完成調用。
2．2 GIG通信基礎設施建設
    充分利用現(xiàn)有體系結構的特點，實現(xiàn)系統(tǒng)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，又允許新技術的嵌入。
    根據(jù)美國防部2004年1月的聯(lián)合轉型路線圖，針對通信基礎設施主要分三個部分進行重點建設：地面段、無線或無線電段和空基段。
    (1)地面段建設
    基于光纖技術，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(xiàn)有通信網(wǎng)絡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(xiàn)有的GIG帶寬擴展技術主要有密集波分多路復用技術、在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層使用已在商業(yè)上成熟的技術、在網(wǎng)絡層使用MPLS建立虛擬私人網(wǎng)絡并完成加密功能、兼容原有網(wǎng)絡系統(tǒng)、激光通信技術、部署寬帶互聯(lián)網(wǎng)等。2005年12月，美國國防信息系統(tǒng)局(IUSA)宣布GIG—BE已實現(xiàn)完全作戰(zhàn)能力，使用OC一192(10 Gb／s)信息高速連接了DISN中的100多個骨干節(jié)點。到2010年前預計推出1 700部可以使用的寬帶終端，它所能提供的瞬時可交換帶寬為4．875 GHz，傳輸容量為1．2～3．6 Gb／s。
    (2)無線或無線電段建設
    無線或無線電段建設將基于可編程、模塊化的聯(lián)合戰(zhàn)術無線電系統(tǒng)(JTRS)，具有接收與發(fā)射RF頻譜內使用的多種波形與網(wǎng)絡連接協(xié)議的能力，可為作戰(zhàn)人員提供RF頻譜內垂直與水平的網(wǎng)絡連接，向各級梯隊指揮官提供話音、視頻與數(shù)據(jù)等業(yè)務。2006年2月美國JTRS聯(lián)合計劃執(zhí)行辦公室將原來按照“集群”劃分的裝備形態(tài)改成了按照“區(qū)域”劃分，初步分為：地面區(qū)域、機載和海上區(qū)域、網(wǎng)絡企業(yè)區(qū)域和專用無線電區(qū)域。
    (3)空基段建設
    空基段將基于激光技術的帶寬通信衛(wèi)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、多部門網(wǎng)絡連接能力，實現(xiàn)空中與空中情報、監(jiān)視以及偵察資料的全球實時連接。美軍計劃未來5～10年，升級和替換現(xiàn)有的通信衛(wèi)星系統(tǒng)。用寬帶補網(wǎng)衛(wèi)星替換DSCSⅢ，用移動用戶目標系統(tǒng)替換UFO系統(tǒng)，用先進的極高頻系統(tǒng)替換Milstar系統(tǒng)。
2．3 通信信息安全建設
    安全保密性關系到GIG技術的成敗，同樣的信息被敵軍截獲并利用，將會給我軍帶來沉重的打擊，甚至決定戰(zhàn)爭的勝負。為此，早在2001年美國國防科學委員會(DSB)就向美國國防部提交了《國土防御——防御性信息戰(zhàn)》的報告，報告中指出了對GIG的信息保障的實施計劃。目前通信信息安全建設主要技術有虛擬私人網(wǎng)絡(VPN)和深度防御策略(DID)。
    (1)虛擬私人網(wǎng)絡
    虛擬私人網(wǎng)絡是多個地理上分散的，由通信網(wǎng)絡連接起來的站點的集合。利用多協(xié)議標識交換(MPLS)技術組建起相互獨立的VPN，各個VPN只是邏輯上相互隔離，某個VPN上的信息不能被其他的VPN內的用戶查看和更改，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)絡和支持基礎設施等多個層次上配置、維護和監(jiān)視信息安全設施，保護信息和信息系統(tǒng)抵御網(wǎng)絡攻擊，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，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(zhàn)需求出發(fā)，加強體系結構研究
    技術始終隨著需求改變而不斷發(fā)生變化，借鑒美國GIG發(fā)展的成功經(jīng)驗，從作戰(zhàn)需求分析出發(fā)，構建適合我軍的通信系統(tǒng)體系結構。以作戰(zhàn)需求為基礎，使得開發(fā)的產品更有針對性。信息技術的發(fā)展已改變了傳統(tǒng)的戰(zhàn)爭基本規(guī)律，作戰(zhàn)重心、集中兵力等戰(zhàn)法核心要素發(fā)生了變化，戰(zhàn)爭呈現(xiàn)了無序性、非線性等形態(tài)，這就決定了必須針對新的作戰(zhàn)樣式，充分了解實際的作戰(zhàn)需求和存在的問題，加強體系結構方面的研究，為通信系統(tǒng)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，各種專用網(wǎng)絡之間不能實現(xiàn)有效的互聯(lián)、互通，作戰(zhàn)指揮平臺、傳感器平臺、射手平臺還不能實現(xiàn)無縫連接，因此，必須加快推進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(zhàn)時迅速建立覆蓋全球、立體部署的軍事通信網(wǎng)絡，平時也可以有效地利用軍事通信網(wǎng)絡資源支持國家經(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)絡安全建設
    傳統(tǒng)的軍事通信網(wǎng)絡較簡單，互連較少，因此多集中在信息保密技術的研究。未來軍用通信網(wǎng)絡要復雜的多，并且戰(zhàn)爭對信息系統(tǒng)的依賴性越強，通信網(wǎng)絡安全問題變得越重要。通過對美軍GIG系統(tǒng)關于通信網(wǎng)絡信息安全的認識和研究，結合實際情況加強我軍通信網(wǎng)絡安全建設。

4 結 語
    未來的戰(zhàn)爭必然是信息化、網(wǎng)絡化的戰(zhàn)爭，戰(zhàn)場信息瞬息萬變，誰能及時掌握信息誰就能掌握戰(zhàn)爭的主動權，GIG正是在實現(xiàn)網(wǎng)絡中心戰(zhàn)的基礎上提出來的，它是贏得未來信息化戰(zhàn)爭關鍵所在。該文通過對全球信息柵格通信能力建設進行深入的研究，希望對我軍軍事信息化建設由平臺中心站向網(wǎng)絡中心站轉變提供一定的參考和幫助。