Airborne Networking - Airborne Networking

An Airborne Network (AN) je infrastruktura ve vlastnictví United States Air Force který poskytuje komunikační dopravní služby prostřednictvím alespoň jednoho uzlu, který je na platformě schopné letu.

Pozadí

Definice

Záměr Americké letectvo Airborne Network má rozšířit Globální informační mřížka (GIG) propojit tři hlavní oblasti války: vzduch, vesmír a pozemské. The Transformační satelitní komunikační systém síť v současné době poskytuje připojení pro veškerou komunikaci prostřednictvím vesmírných prostředků. Combat Information Transport System a Theater Deployable Communications poskytují pozemní připojení pro operace založené na divadle. Airborne Network je navržen tak, aby využíval veškerá vzdušná aktiva k propojení s vesmírnými a povrchovými sítěmi a vytvářel bezproblémovou komunikační platformu ve všech doménách.

Schopnosti

Schopnosti identifikované tímto typem systému jsou výrazně nad rámec schopností naší současné armády. Tento systém umožní letectvu poskytnout přenosnou síť dostatečně pružnou pro komunikaci s jakýmkoli vzdušným, vesmírným nebo pozemním aktivem v oblasti. Síť poskytne něco navíc přímá viditelnost (LoS) komunikační infrastruktura, kterou lze sbalit a přesunout dovnitř a ven z určeného bitevního prostoru, což umožňuje armádě spolehlivou a bezpečnou komunikační síť, která se rozprostírá po celém světě. Síť je navržena tak, aby byla dostatečně flexibilní, aby poskytovala správné komunikační a síťové balíčky pro konkrétní region, misi nebo technologii.

Provozně je AN navržen tak, aby se vytvářel sám, organizoval se a generoval sám sebe, přičemž uzly se připojují a opouštějí síť při vstupu a výstupu z konkrétní oblasti. Síť se skládá z vyhrazených taktických spojů, širokopásmových spojů vzduch-vzduch a sítí ad hoc vytvořených Společný taktický rádiový systém (JTRS) síťové služby. JTRS je softwarově definované rádio který bude fungovat s mnoha stávajícími vojenskými a civilními rádii. Zahrnuje integrované šifrování a širokopásmový síťový software pro vytváření mobilní sítě ad hoc. Poskytuje také automaticky analýzu výkonu systému a diagnostiku poruch, což snižuje potřebu zásahu člověka a údržby sítě.

Zamýšlené použití

AN byl navržen jako základní kámen nové vojenské doktríny známé jako Network Centric Warfare. Tato doktrína byla vyvinuta za účelem využití nadřazenosti informací k vybavení bojovníků přesnějšími informacemi, které velitelům a střelcům umožňují rychlejší rozhodování. AN přispívá k Network Centric Warfare tím, že umožňuje velitelům poskytovat informace v reálném čase bojovníkům ve vzduchu i na zemi. Válečníci pak mohou využít více informací a učinit vzdělanější rozhodnutí o tom, jak jednat v konkrétní situaci. Po provedení činu budou mít velitelé okamžité informace o výsledku a mohou činit rozhodnutí, jak pokračovat. All-in-all AN byl navržen tak, aby zkrátil čas potřebný k identifikaci cíle, učinil jasná a poučená rozhodnutí o stisknutí nebo ne stisknutí spouště a vyhodnocení bitvy

Topologie

Existují čtyři hlavní topologie sítě které budou nasazeny a budou se lišit podle umístění páteřních sítí a sítí tříd podsítě.

Vesmír, vzduch, pozemní postroj

Navázání přímého spojení s jiným letadlem nebo pozemním uzlem prostřednictvím a bod-bod odkaz na uzly v rámci LOS nebo přes a Satelitní komunikace (SATCOM) odkaz pro uzly, které jsou za přímou viditelností je známé jako tethering. Odkazy SATCOM poskytují připojení k pozemnímu vstupnímu bodu sítě. Úderná letadla, která doprovázejí C2 letadla jako je AWACS jsou uvázány prostřednictvím spojení point-to-point. Nakonec C2 nebo inteligence, dohled a opětovné průzkumy Letadlo (ISR) se může připojit přes LOS spojení přímo k pozemnímu vstupnímu bodu sítě. Každá z těchto upoutaných alternativ funguje přesně jako rozbočovač nebo přepínač, který má vstupní bod do větší sítě a umožňuje jejich připojeným uživatelům přístup k této síti.

Flat Ad Hoc

Plochá topologie ad hoc odkazuje na vytvoření netrvalých síťových připojení podle potřeby mezi uzly AN, které jsou v danou dobu přítomny. Díky této síti uzly dynamicky „objevují“ další uzly, ke kterým se mohou vzájemně propojit a vytvořit síť. Specifická propojení mezi uzly nejsou plánována předem, ale jsou vytvářena podle příležitosti. Uzly se připojují a nechávají síť podle libosti a neustále mění připojení k sousedním uzlům na základě jejich polohy a charakteristik mobility.

Víceúrovňový ad hoc

Sítě ad hoc mohou být ploché v tom smyslu, že všechny uzly jsou navzájem rovnocenné v jedné síti, jak je popsáno výše, nebo se mohou dynamicky uspořádat do hierarchických úrovní, takže k přesunu dat mezi více lokalizovanými podsítěmi se používají vyšší úrovně. Tuto topologii sítě lze porovnat s jakoukoli konvenční nasazenou sítí, která k dočasnému připojení uživatelů využívá směrovače, přepínače a rozbočovače.

Trvalá páteř

Topologie sítě charakterizovaná perzistentní páteří je vytvořena pomocí relativně perzistentních širokopásmových připojení mezi vysoce hodnotnými platformami létajícími na relativně stabilních drahách. Poskytuje připojení mezi taktickými podsítemi, které jsou považovány za okrajové sítě vzhledem k páteři. To poskytuje koncentrační body pro připojení k páteři vesmíru i k pozemním sítím. Tento typ topologie sítě je srovnatelný s konvenční trvalou sítí se zavedenými datovými kmeny, směrovači, přepínači a rozbočovači pro připojení uživatelů.

Architektura

Správa sítě

Systém správy platformy umožňuje operátorům spravovat všechny palubní síťové prvky. Rozhraní a spolupráce se systémem správy vzdušných sítí umožňuje operátorům spravovat vzdálené síťové prvky ve vzdušné síti. Systém pro správu sítě monitoruje stav sítě pasivním testováním sítě na poruchy a latenci. Systém také aktivně řeší poruchy pomocí sond k identifikaci a izolaci vadných připojení a umožňuje operátorům aplikovat parametry sítě a změny zabezpečení na všechny systémy na základě stavu sítě.

Směrování / přepínání

Směrování a přepínání umožňuje dynamický přenos dat přes síť do dalších uzlů. Směrovací protokoly musí být schopny identifikovat uzly přenášené v rámci jejich vlastní platformy a data odesílaná na jiné platformy bez ohledu na aktuální topologii. Směrovací protokol musí také poskytovat bezproblémový roaming zajištěním toho, že při změně uzlu bodu připojení k síti nedojde ke ztrátě směrovaných paketů. Udržování škálovatelnosti je při směrování důležité, protože síť se neustále mění. Síť musí být schopna fungovat s mnoha úrovněmi platforem, různým počtem rychle se pohybujících platforem a různým objemem provozu na platformu. Směrovače a přepínače použijí metriky k určení nejlepších cest při směrování dat. Směrovací protokol používaný pro AN bude Adaptivní kvalita služby směrovací protokol.

Brány / Proxy

Brány a proxy umožňují připojení mnoha typů technologií bez ohledu na věk, aby mohli komunikovat napříč IP -založená síť. Brány a proxy servery jsou při provozu této sítě nezbytné, protože ke komunikaci v každé doméně se používá tolik různých technologií. Tyto systémy usnadní přechod starší palubní infrastruktury, přenosových systémů, taktický datový odkaz systémy a uživatelské aplikace k objektivním vzdušným síťovým systémům. Proto jsou pouze dočasné, dokud všechny platformy k přenosu nepoužívají standardizované IP rádio.

Zvýšení výkonu proxy

Zvýšení výkonu proxy zlepšit výkon uživatelských aplikací spuštěných v síti Airborne Network pomocí řešení problémů s bezdrátovými sítěmi, jako je omezená šířka pásma, velká zpoždění, vysoká míra ztrát a narušení síťových připojení. Systémy proxy jsou implementovány mezi uživatelskou aplikací a sítí a lze je použít ke zlepšení výkonu v aplikačních a transportních funkčních vrstvách modelu OSI. Některé techniky, které lze použít, zahrnují:

  • Komprese: K minimalizaci počtu bitů odeslaných po síti lze použít kompresi dat nebo kompresi záhlaví.
  • Sdružování dat: Menší datové pakety lze kombinovat (dodávat) do jednoho velkého paketu pro přenos po síti.
  • Ukládání do mezipaměti: Místní mezipaměť lze použít k uložení a poskytnutí datových objektů, které jsou požadovány vícekrát, což snižuje přenosy po síti (a zkracuje dobu odezvy).
  • Ukládejte a přeposílejte: Frontu zpráv lze použít k zajištění doručování zpráv uživatelům, kteří se odpojí od sítě nebo se po určitou dobu nebudou moci k síti připojit. Jakmile se platforma připojí, odešlou se uložené zprávy.
  • Potrubí: Spíše než otevírání několika samostatných síťových připojení lze ke sdílení jednoho síťového připojení pro více datových přenosů použít pipeline.
  • Zefektivnění protokolu: Počet přenosů pro nastavení a zrušení připojení a potvrzení přijetí dat lze minimalizovat kombinací ukládání do mezipaměti, spoofing, a dávkování.
  • Překlad: Lze provést překlad, který nahradí konkrétní protokoly nebo datové formáty efektivnějšími verzemi vyvinutými pro bezdrátová prostředí.
  • Vestavěné poděkování: Do záhlaví větších paketů nesoucích informace lze vložit potvrzení, aby se snížil počet paketů procházejících sítí.

Kategorie platformy

Pro kategorizaci konkrétního palubního aktiva nebo komunikačního vybavení třídy jsou všechna letadla rozdělena do tří hlavních kategorií. Tyto kategorie jsou určeny typy misí, které letadlo obvykle provádí. Letadlo také zapadalo do každé kategorie na základě typu vybavení, kterým mohou drak vybavit. Každá z následujících částí popisuje tyto tři hlavní kategorie.

Bojové platformy

Profil letu palubní stíhací plošiny zahrnuje období stabilních letových vzorů a dynamických manévrů při vysokých rychlostech. Jeho relativně malá velikost omezuje množství dostupného prostoru pro montáž antén a instalaci zařízení. Bude použit jako součást stávkového balíčku nebo bojová letecká hlídka (VÍČKO). Úderný balíček nebo CAP bude mít podpůrnou palubní plošinu (platformy) C2 a ISR, platformu (platformy) pro tankování (tankování) a pozemní platformu (platformy) C2. Každá palubní stíhací platforma vyžaduje připojení ke všem ostatním úderným balíčkům nebo CAP a podpůrným platformám; většina informací si však bude vyměňována mezi palubními stíhacími platformami. Důvodem je z velké části potřeba častého situačního uvědomění a aktualizace řazení cílů ve vysoce mobilním prostředí. Pilotům budou poskytovány služby jako např data v reálném čase, digitální hlas a interaktivní sdílení dat.

Vzdušné stíhací platformy se budou účastnit upoutaných i plochých topologií sítě ad hoc. Uvázaná topologie by se primárně používala pro zásah a předávání mezi palubní stíhací platformou a podpůrnými prvky. Pro častější výměny informací by se mezi palubními stíhacími platformami ve stávkovém balíčku nebo CAP používala plochá ad hoc topologie. Obrázek nastiňuje minimální požadavky na vybavení pro podporu stíhací platformy.

Platformy C4ISR

A C4ISR profil letu na platformě zahrnuje období letu na trati a opakované, stabilní letové vzorce. Relativně velká velikost umožňuje dostatek místa pro připevnění antén a instalaci významného komunikačního vybavení, aby bylo možné pojmout několik funkcí mise. Bude hostit až tři desítky členů posádky mise, včetně komunikačního operátora. Aplikace a senzory platformy C4ISR budou podporovat různé funkce a typy misí. Trvání mise u jakéhokoli jednotlivého letadla a posádky se mohlo pohybovat až 12 hodin; při tankování ze vzduchu by to mohlo být prodlouženo na 24 hodin. Tyto platformy často fungují mimo přímou viditelnost pozemní infrastruktury a mohly by být použity jako samostatné nebo jako součást stávkového balíčku nebo SZP na podporu stávkového balíčku. Letadla C4ISR vyžadují širokou škálu možností připojení k propojení peer-to-peer s jinými letadly C4ISR nebo slouží jako rozbočovač pro připojení stíhacích plošinových letadel. Mezi služby poskytované letadly C4ISR patří data v reálném čase, hlas, video, hromadný přenos dat a interaktivní data.

Platformy C4ISR se budou podílet na upoutaných i odstupňovaných topologiích sítí ad hoc. Připoutaná topologie by se primárně používala pro zásah a předávání mezi platformou C4ISR, systémem řízení letadla Ground Theatre a úderným balíčkem nebo letadlem CAP. Odstupňovaná ad hoc topologie by byla použita mezi platformou C4ISR a palubními stíhacími platformami v úderném balíčku nebo CAP. Obrázek nastiňuje minimální požadavky na vybavení pro implementaci operací platformy C4ISR.

Airborne Communications Relay Platforms

Profil letu palubní komunikační reléové platformy zahrnuje období letu na trati a opakované stabilní letové vzorce. Relativně velká velikost širokých těl teoreticky umožňuje prostor dostupný pro montáž antén a instalaci významného komunikačního vybavení. UAV nabízejí dlouhou výdrž a vysokou nadmořskou výšku, které poskytují širokopásmové pokrytí vzduchu a povrchu a dobré optické cesty k satelitům. Posláním vzdušné komunikační přenosové platformy je být zaměstnán jako součást a / nebo podpora konstelace C4ISR a / nebo stávkových balíčků nebo CAP. Komunikační přenosová platforma poskytuje konektivitu mezi prvky stávkového balíčku, letadel CAP, platforem C4ISR a platforem pozemního leteckého řídicího systému, které vyžadují rozšiřování dosahu nebo internetworking a funkce brány mezi sítěmi pro interoperabilitu informací. Mezi služby nezbytné pro komunikační přenosové platformy patří přenos dat v reálném čase, hlas, video, hromadná data a interaktivní přenos dat.

Vzdušné komunikační přenosové platformy se budou podílet na upoutaných i odstupňovaných topologiích sítí ad hoc. Připoutaná topologie by se primárně používala pro zásah a předávání mezi platformou C4ISR, systémem řízení letadla Ground Theatre a úderným balíčkem nebo letadlem CAP. Odstupňovaná ad hoc topologie by byla použita mezi platformou C4ISR a palubními stíhacími platformami v úderném balíčku nebo CAP. Obrázek nastiňuje minimální požadavky na vybavení pro provádění operací komunikační komunikační platformy.

Výzvy

Současná technologická omezení

Mnoho výzev je před námi, než bude existovat AN, jak je popsáno v tomto dokumentu. Mnoho výzev v současné době spočívá v avionice systému Legacy, která se nachází na všech letadlech. Největší překážkou je nedostatek šířky pásma. Dokud nebude do systémů letadel integrováno více optik, bude tento systém zaostávat v rychlostech a latenci přenosu dat. Jednou z technologií, která řeší tento problém, je výzkum vysoce integrovaného námořnictva fotonika spravovat komunikaci sady senzorů letadel. Tato technika přenáší rádiové frekvence optická vlákna a je v současné době integrován do EA-6B Prowler proud elektronického boje.

Zabezpečení této sítě je další obrovskou překážkou. Cílem je dát systému nízkou pravděpodobnost rušení a odposlechu. Mnoho nápadů, jak systém chránit, je zkoumáno a testováno. Používají se tradiční metody autentizace a autorizace biometrie, kryptografické tokeny a integrované Infrastruktura veřejného klíče.

Komerční v obchodě

Komerční běžně (COTS) vytváří extrémní technické výzvy. I když nabízí flexibilitu v aplikaci a šetří peníze při výrobě, je neuvěřitelně obtížné se přizpůsobit různým aplikacím. Dostat COTS k instalaci v aplikacích, pro které nebyl navržen, je i nadále obrovskou výzvou pro inženýry, protože vojenští vědci pracují na integraci civilního rádia L-3 a FPGA technologie do průzkumného letounu navrženého v 60. letech.

Šířka pásma

Šířka pásma pro podporu AN letectva v současné době neexistuje. Pouze čas může říct, dokud zastaralá technologie neuvolní dostatečnou šířku pásma. To vytváří výzvu při vytváření lepších způsobů komprese dat a vývoji efektivnějších způsobů využití aktuálně dostupné šířky pásma. Jedním z prozatímních řešení vyvinutých společností Northrop Grumman je Dialup rate IP over existing radio (DRIER). DRIER umožňuje vzdušným nebo pozemním taktickým uživatelům vybírat a stahovat kritická data přímo z platformy Joint STARS pomocí existující úzkopásmové přímé viditelnosti nebo přímé viditelnosti UHF komunikační odkazy. Uživatelé mohou také sloužit jako předávací bod a poskytovat důležité informace o předávání mezi letadly, které vstupují na oběžné dráhy a opouštějí je.

Reference

Airborne Networking Architecture HQ ESC / NII pro zvláštní zájmovou skupinu vzdušných sítí USAF AN architektura, 2004

Airborne Networking Kenneth Stranc Mitre Corporation [1], 2004

Airborne Networking Challenges Ben Ames, vojenský a letecký elektronický časopis Airborne Networking Challenges, 2004