《用系统工程方法确定无线网格网络是否适合分布式海上作战联合火力》116页论文

本论文探讨了支持分布式海上作战（DMO）的两种不同通信架构的选项。这两种架构分别是星形网络和无线网状网络。为本研究开发场景模型的目的是帮助读者更好地理解紧密结合的数据类型、数据速率和所需网络功能对网络设计的影响。本研究针对需要视频、语音和数据链路组合的场景中的各种资产，对每种架构进行了评估。它深入分析了每种设计所固有的信息传递延迟，并评估了每种网络的可靠性。研究发现，利用机载路由功能的低地球轨道卫星星形和网状网络可提供最低的定时延迟。研究还发现，通过专用通道提供视频馈送时，网络抖动最小。最后，网状网络的可靠性略高于传统的星形网络，这是因为数据链路具有冗余性，而且缺少一个可能易受攻击的中心枢纽。因此，利用特设无线网状通信网络将支持在分布式海上作战进行有限的进攻性联合火力打击期间部署自适应部队包。

图 1. 星形网络拓扑（左）和全网状拓扑（右）。

在任何战斗环境中，良好的通信都是取得胜利的关键。即使是在拥有坚实通信基础设施的地理位置，如果战地指挥官不能及时收到来自战地资产的正确信息报告，也会造成混乱。在海战中，尤其是在近海，通信基础设施充其量也是微乎其微。

为响应美国防部长关于改进联合火力（JF）行动的号召，本毕业设计探讨了支持分布式海上行动（DMO）的两种不同通信架构的选项。这两种架构分别是星形网络和无线网状网络。

为本研究开发情景模式的目的是帮助读者更好地理解紧密耦合的数据类型、数据速率和所需网络功能对网络设计的影响。这有助于突出已实施网络的设计限制。模拟结果用于定义基准参考和可追溯数据要求，以支持为 JF DMO 设计的战术网络。

A. 战术通信网络拓扑结构

网络设置通常用拓扑结构来描述，拓扑结构是网络内节点排列和通信的物理方式（美国陆军工程部，1984 年，7）。本研究评估了图 1 左侧所示的传统星形网络和图 1 右侧所示的多层网状通信网络，并量化了这些链路的排列可能对操作产生的影响。

1.星形网络

最广泛使用的无线网络拓扑结构是星形几何模式。星形拓扑结构包括一个中心节点，所有信息都通过该节点流动。在星形格式中，所有信息都必须从每个参与资产发送和接收，并通过中心枢纽路由。这种配置中的中心节点是单点故障。如果中央节点离线，整个网络就会瘫痪。

2.无线网状网络

多层战术无线网状网络是指在网络内共享信息的过程。网状网络描述了一种配置，其中每个节点都具有通信能力，可以相互发送和接收信息。在网状网络中，节点是自组织的，可根据需要通过路由算法自动建立（Shillington 和 Tong，2011 年）。

B. 结论

本研究的设计要求侧重于网络配置、对信息定时延迟的影响、网络抖动和可靠性。研究发现，使用具有机载路由功能的低地球轨道（LEO）卫星的星形和网状网络可提供最低的定时延迟。研究还发现，在提供视频馈送专用通道时，网络抖动最小。最后，网状网络的可靠性略高于传统的星形网络，这是因为数据链路具有冗余性，而且没有潜在的易受攻击的中心枢纽。因此，在分布式海上行动的有限进攻性联合火力打击中，利用特设无线网状通信网络将支持部署自适应部队包。