引言
在现代战场上，准确、及时和可供行动用的信息是取得成功的关键驱动因素。几十年来，武装部队与军工和商业界一起开发了大量波形和数据链，以提供各种不同频谱、带宽、韧性、可靠性和组网能力的通信和网络服务。然而，无论是视距、定向视距还是超视距、以及商业或有线链路，这些波形和数据链每个都是独立通信系统，其本身是一个同构网络。
近年来，随着大量波形和通信方法的激增，越来越多的军队需要一种现代、集成和可互操作的数字化通信系统，在日益严峻的环境中实现网络化指挥控制。因此，通信系统的范围已经朝着“网络之网络”或异构网络发展，而挑战在于需要融合多个同构网络系统（例如波形和数据链），无缝集成这些系统并将它们的信息分发给消费者和最终用户。这种通信系统的发展见图1。
图1 通信系统向异构网络发展
柯林斯宇航公司发布了一份白皮书，描述了该公司为异构网络组网服务提出的一种框架架构，称为韧性自治组网（RAN）。它可跨各种域和作战战区将单个组网服务（包括军事和商业）整合为一个整体，以实现下一代的韧性、可靠性和鲁棒性。本文将根据该文件内容，对RAN框架进行简要介绍。
1.1 范围
此文件的目标是描述韧性自治组网（RAN）服务层架构，分为以下几个部分：
·引言：提供范围和战略意义
·任务需求/用例：描述RAN能力和服务的用例及业务需求
·参考架构：描述指导网络融合解决方案实现设计、实现、验证和确认的技术原则和能力
·参考架构的实例化：描述RAN服务架构的应用
1.2 战略意义
2018年，美国国防战略将重点从战略竞争转向国家安全。该国防战略的优先事项包括：
· 利用新技术的实现更现代化、更致命的部队
·加强联盟：深化互操作性
·改革：以相称速度交付，组织上有利于创新
为此，该国防战略重申了致力于解决联合全域指挥控制（JADC2）战略中定义的对等对手威胁的任务。JADC2战略成型于2021年，是美国国防战略实施的关键。这项任务的核心是：
·战略目标–感知，理解，快速、安全、有保障地行动
· 2021年末发布的JADC2实施计划
此外，美国的联军伙伴也在制定类似的战略：
·与美国的互操作能力对于成功应对威胁至关重要
·安全和主权利害关系推动构成了合作伙伴的层级结构（奥库斯联盟（AUKUS，包括澳大利亚、英国和美国）、“五眼”联盟（FVEY）、北约（NATO））
与JADC2构想类似的是多域作战（MDO），包括武装部队跨所有域无缝合作：陆、海（和水下）、空、天以及网络空间。这是一种将不同网络跨域链接在一起的能力，换句话说，就是异构组网，由不同网络组成的网络彼此协同，作为一个单个统一网络运行。异构组网的目标是创建一个统一的作战空间网络，该网络包含所有不同业务的通信能力，连接所有传感器、平台和用户，以支持需要跨域协调的跨域机动。
图2 多域/跨域作战
举个利用联合多域作战实现作战目标的例子：
·联合部队力争挫败对手破坏地区稳定的行动，遏制暴力升级，并在必要时迅速转变为武装冲突
·联合部队在整个支援区域纵深渗透并瓦解敌人的反介入和区域拒止系统，以实现战略和作战机动
·联合部队利用由此产生的机动自由，通过在近距离和纵深机动区域击败敌人来实现作战和战略目标
·联合部队重新竞争以巩固成果以及生成可持续结果，为长期威慑创造条件，并适应新的安全环境
在这一战略发展的同时，对开放式架构解决方案的需求也在增加，这种解决方案能使美国及其联合伙伴将来自不同供应商的平台和通信技术整合到一个统一的系统中，以支持JADC2/MDO目标。
02 任务需求/用例
2.1 北约
联合任务网络（FMN）提供了一个在动态联合环境中支持北约联盟和多国行动的框架。FMN侧重于利用现有系统和标准使多国部队能够协同作战、通信和训练。下图描述了FMN用作陆地战术无线架构的场景，重点是红色链路。
图3 北约联合任务网络
2.2 任务需求/用例汇总
表1汇总了一些服务、项目和战略目标，这些服务、项目和战略目标正在积极寻求与RAN提供的功能和服务类似的输入。
表1 服务/项目影响
注：此表并未列出所有相关项目，只选择了强调韧性连接任务需求的众多计划中的一些代表。
这些任务场景的主要显著特征是需要在各种网络之间交换信息。某些情况下，时敏传感器及其控制信息需要立即传送并且带宽可预测。另一些情况下，需要确定性消息传送。这些系统还需要军事和商业两种通信解决方案。
03 RAN参考架构
RAN解决方案的目标是提供自治异构网络汇聚层能力，利用这一能力协调和管理多种IP和非IP业务，以促进多域战或JADC2类型任务。RAN简化了最新网络解决方案的部署，以最大限度提高网络效率，并与多军种和多国联合部队无缝接口。RAN汇聚层处理执行以下操作：
· 基于策略将数据包智能转发到链路（将入站数据包映射到特定链路）；
· 通过了解各种链路能力，最大限度提高韧性，从而使数据可以在可用链路之间进行拆分、引导和交换，就像5G在5G网络和可用Wi-Fi网络之间进行拆分、引导和交换一样；
· 跨各安全飞地管理业务；
· 根据任务阶段、任务目标、可用性甚至地理位置对数据进行优先级排序；
· 为所有可用战术和商业射频路径创建一个通用抽象层；
· 为相关用户应用提供重要的基于服务的能力。
通过综合这些能力，RAN解决方案提供了韧性、自愈、链路多样性、容量管理和拓扑控制，从而为支持多个不同网络的各战术平台带来了鲁棒的无缝组网能力。
为此，柯林斯公司将问题空间划分为异构组网所需的多个能力层。这样可以对每种能力和服务需求进行细化，并形成处理问题的通用语言。图4说明了对各层及其相关功能的细化，这些将在下面的章节中详细讨论。
图4 RAN框架层
图5显示了这些功能的概念性RAN架构布局。
L16：Link 16；WREN：勇士鲁棒增强网络波形；PTW：受保护战术波形；MUOS：移动用户目标系统
图5 框架层的RAN参考架构
注1:图中阴影部分为RAN范围。
注2:此图中描述的业务流(IP、非IP、话音)是概念性的，并不是必需的；例如，不应假定非IP业务流“必须”总是通过业务交换/引导/拆分。
注3:此图描述了安全飞地1的RAN功能。安全飞地1中显示的功能可以在其他安全飞地中重复，通过安全模块桥接，从而允许存在多个MLS（多级安全）或MILS（多级独立安全）安全飞地。
3.1 服务和应用
该框架层代表了为优化互联战场空间能力和功能而设计的典型应用和服务套件。这些服务通常代表进入网络之网络的用户接口。
表2 RAN服务和应用
3.2 决定要移动的内容
该框架层确定并管理数据订阅和内容发现。也就是说，当收到信息时，如何依据其采取行动可能取决于许多参数，例如任务的运行阶段、数据时效性以及任务优先次序。这些参数可能会提高或降低内容优先级，或者影响内容的发送目的地。
表3 RAN决定要移动的内容
3.3 跨网移动内容
该框架层代表了在网络之网络移动内容本身所需功能，包括服务质量（QoS）、基于内容或数据标签的流量整形，以及根据需要将内容转换为其他消息格式，以便通过不同网络服务传输内容。
表4 RAN跨网移动内容
3.4 跨网移动数据包
为了跨网移动内容，内容被分割成多个有待在网络上传输的数据包。该框架层中的功能包括数据包的标准IP路由，以及数据包引导、交换和拆分，以选择最佳网络，从而为数据包到达目的地提供最好的韧性、可靠性和安全性。
表5 RAN跨网移动数据包
3.5 管理网络
该框架层包含协调全局策略和拓扑控制的功能，以及根据服务和应用要求更改底层网络以维持配置的功能。例如，当各节点迁移位置时，全局链路拓扑控制功能仍然了解该节点所有可能的无线链路，以便其他功能可以利用这一信息来寻找最佳传输路由。
此外，在平台内，RAN监督和协调服务选择和管理，实现主要/备用/应急/紧急（PACE）计划。RAN然后使用从数据流中推断出的学习技术和启发法，监控底层服务的健康和状态，以选择最优和韧性数据传输路径。
表6 RAN管理网络
3.6 管理设备
该框架层包含为各链路提供特有控制和状态抽象接口所需的功能，提供控制和请求底层链路/网络设备状态的能力。
表7 RAN管理设备
3.7 通过射频链路/射频网络移动数据
该框架层代表实现波形服务的物理终端、模块或无线电，包括物理接收机/发射机和天线。
表8 RAN通过射频移动数据
3.8 安全处理
该框架层支持必要的安全功能，使得RAN架构能支持多级安全（MLS）或多级独立安全（MILS）能力，允许使用跨域解决方案（CDS）跨多个安全域管理信息。
表9 RAN安全处理
04 RAN实例
RAN框架是独立于真实无线电平台的软件微服务的集合，可以基于需要的服务和特征以多种方式进行部署和配置，从而允许各种能力、服务和平台利用相同的构建模块来实现韧性组网。因此，该RAN框架提供了灵活性和可扩展性，从而得以支持用户平台的复杂性。此外，如果客户需要，这种能力可以实现开放式架构解决方案。
此外，并非所有平台都需要相同级别的服务。根据部队的作战概念和当前作战区域，一些平台可能就是基本的无线电，一些平台可能只需要处理网关功能或路由，而另一些平台的作用则是集合来自众多网络的数据以及对实时接收的数据进行智能自主处理。如图6所示，RAN框架适用于许多平台和场景。
图6 RAN实例
· 图6（a）显示了一个具有嵌入式网络处理功能的异构多通道无线电，甚至是一个异构通信平台系统。图中描绘了一个没有消息网关的系统，当然，由于RAN框架的灵活性，这一功能是可以实现的。
· 图6（b）显示了使用RAN框架实例化一个独立消息网关服务，仅使用了一部分可用微服务，这些微服务独立于无线电硬件。
· 同样，图6（c）显示了使用一部分RAN功能来填充网络处理LRU。
· 最后，图6（d）显示了如何使用全套RAN微服务作为具有嵌入式网络处理功能的任务计算模块。
这样，通过部署来自RAN框架的不同微服务集，这一单一架构就涵盖了当今对韧性异构网络的需求。
05 总结
用户应用、战术无线电、数据链路以及商业和军用卫星通信终端可与RAN接口，RAN跨不同网络对数据流进行智能协调，确保在动态环境中实现鲁棒连接。
RAN能力的整体组合可提供韧性、自愈、链路多样性、PACE能力、容量管理和拓扑控制，这为支持多个不同网络的各战术平台带来了鲁棒的无缝组网能力。
此外，这些能力可作为微服务软件组件部署，可以根据平台需求进行混合和匹配。部署样例包括但不限于以下示例：
· 简单部署多通道战术无线电就可作为附加模块或任务模块提供基本的网关和路由能力。
· 在复杂部署中，例如具有更多通信能力的大型平台或战术作战中心/网络运行中心（TOC/NOC）中，RAN微服务可以部署在战斗管理计算机或任务计算机上。
· 在开放式架构系统中，RAN能力可以部署在配合单板计算机使用的3U插片上。
· 用于更大战术和战略平台的硬件实例是增加柯林斯RAN解决方案汇聚层处理的另一种方法。
RAN软件微服务套件的灵活性可支持多种特性和功能，满足当今韧性异构跨域/多域组网需求。例如：
·根据QoS业务优先级和规则，在条件允许时可立即传输；
·开发推断的启发式数据，跨各种传输服务规范数据流；
·通过控制提供给特定服务的流量来保持通信链路的稳定性；
·管理优先流量；
·通过代理服务消除不必要无线传输流量相关复杂性和流量开销；
·当数据路径性能降级或完全失效时，监控门限设置并据此采取行动；
·构建可配置的管理报告代理，该代理可以在本地记录或向外部管理监控服务传送状态信息。
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