美军全球网络信息栅格/GIG详解

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今日荐文的作者为中国电子科学研究院专家冯占林，秦世越，北方工业大学专家曹淑琴。本篇节选自论文《将信息栅格+作为网络信息体系目标模态的分析思考》，发表于《中国电子科学研究院学报》第14卷第7期。

摘 要：本文通过对全球网络信息栅格（GIG）分析研究并结合对网络信息体系的思考，提出将信息栅格+（IG+）作为网络信息体系建设的基本目标模态，即建立以网络为基础、数据信息为增长点、核心服务为支撑、网络运作为全局保障、提升信息能力为宗旨的网络信息栅格，并适应新技术发展以及新应用等增长需求，确保合适的人员、在合适的地点、获取合适的信息，为作战人员获取信息优势以及决策优势进而为提升联合作战能力提供信息保障。

关键词:信息栅格；网络信息体系；全局服务；网络运作；信息能力

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论文全文摘编如下

仅供学术交流与参考

引 言

提出网络信息体系建设已有时日，但是关于网络信息体系的概念、内涵、建设目标以及内容还有待进一步深化和推进。在此情况下，借鉴国外在军事电子信息系统发展建设的先进技术和成功经验，无疑对于网络信息体系建设具有很好的参考意义。

国外军事电子信息系统的发展经历了从独立系统到联合系统、再到网络系统以及复杂系统（SoS）的发展过程。

美军将军事电子信息系统看成是多功能系统的组合，从上世纪60年代始到20世纪末，相继发展了C2、C3、C4、C4I以及C4ISR等系统，在“武士”C4I（C4IFTW）计划和“信息球”建设需求牵引下，继续开展了信息基础设施（DII）、全球信息栅格（GIG）以及联合信息环境（JIE）的建设。

其中，GIG经过十几年的发展，已经成为网络信息体系建设中最具代表性和技术成熟度最高的样板，依照计划，到2020年GIG将全面建成为将传感器栅格、作战平台栅格和指挥控制栅格有机融合在一起的高度一体化的信息网络，为实现《2020年联合设想》作战能力和军队转型以及在全球范围内实施网络中心战、获取信息优势奠定重要的物质基础，对新一代的军事电子信息系统的发展产生了直接和巨大的影响。

基于此，本文通过对其分析研究与思考，提出IG+作为网络信息体系的基本目标模态，为网络信息体系找到可实施可参考的目标图像，借以为网络信息体系建设发挥促进作用。限于作者水平，可能存在不足，敬请大家批评指正。

图1 美军事电子信息系统发展历程示意图

1.GIG的主要内容

1.1不断完善的GIG概念内涵

GIG的建设实施经历了十几年发展，为实施网络中心战奠定了重要物质和技术基础，其建设经历概念提出实践修正在实践的过程，对其认识也在不断深刻和完善。其中对GIG定义经过多次完善，“GIG是由全球互联的、端到端的一系列信息能力、相关程序和人员构成，旨在根据作战人员、政策制定人员和保障人员的要求来收集、处理、存储、分发和管理信息。”“GIG包含信息、信息技术、相关的人与程序构成的信息能力，以支持国防部人员与组织完成其使命和任务，促成国防部和非官方部队使命伙伴接入、交换与应用信息和服务。”“GIG是无缝的、统一的和集成的网络中心环境”。

由此可以体会出GIG如下核心内涵：

GIG包括实现信息优势所必需的全部自有的及租用的通信和计算系统，以及服务、软件（包括应用软件）、数据、安全服务和其它相关服务；

GIG为所有工作地点（基地、岗哨、营地、台站、设施、移动平台和部署的阵地）提供能力；

GIG为联军、盟军及非国防部用户和系统提供接口GIG定义的“信息能力”包括信息、信息技术、相关的人与程序四个组成；

GIG主要任务是提供全球互联以及端到端的信息能力，确保“在合适的时间、合适的地点、合适的人、得到合适的信息。”；

GIG还强调与作战任务和军事行动紧密联系，支持各类人员和军事行动，也就是转化为战斗力；

还进一步明确了GIG将提供的是无缝的网络信息环境，为网络中心战提供物质基础，这个环境包括：无处不在的网络环境，能汇聚大量有价值的信息，高度可用的、安全的、可靠的，在该环境中用户处于主动地位，能够提取他们所需的信息，而不再依赖情报生成中心确定用户的需求，并将信息硬推给用户。

1.2 GIG系统模型

针对现行系统存在的多种信息格式、非互连的通信系统和缺乏检索信息的公共分类表等许多挑战和问题，以及为满足开展军事行动所必须的“及时的、恰当的、一致的和准确的信息”等军事需求，美军确定了GIG四类能力七种基本功能的系统模型。

四类能力包括计算能力、通信能力、表示能力、网络运作(NETOPS)能力。

七种基本功能包括信息处理、存储、传输、人机交互以及网络管理、信息分发管理、信息安保。

处理功能是将意义明确的输入形成一个特定的输出而完成的一系列操作，将数据、信息和知识转变成所希望的形式以支持决策和其它GIG功能。存储功能是数据、信息和知识的保持、组织和处置，以促进信息共享和恢复。传输功能是确保在用户和生成人员之间通过GIG的其它中间件实体实现数据、信息和知识的端到端的移动。人与GIG之间的交互（HGI）功能是控制人员和GIG实体点之间的输入与输出信息的表示，以实现所有数据资产、服务和信息对所有授权的用户是可视的、可访问的、可理解的和可信的。

网络运行(NETOPS)能力，就是将网络管理（NM）、信息分发管理（IDM）和信息保证（IA）集成为一种有机的和程序性的框架，具有监视、协调、管理和控制GIG的能力，将随技术发展而演进。网络管理（NM）功能—它是监视、控制和确保各式各样的网络和互联网的组成部分可视化的能力。信息分发管理（IDM）功能—它是通过利用一族应用、处理和服务（FoAPS）实现的能力，以便以最有效的、最经济的与指挥政策相一致的方式提供对信息的理解、访问和传递。信息分发管理FoAPS将是跨GIG信息分发与存储的主要方式。信息保证（IA）功能—信息运行保护和防御信息与信息系统，以确保它们的可用性、完整性、鉴别性、机密性和非否定性。信息保证包括通过综合防护、检测和反馈能力来提供信息系统的修复。

图2 GIG的系统模型

1.3　建立了优化的GIG体系结构

在GIG发展建设过程中，美军非常重视顶层设计，采用美国国防部体系结构框架的方法，基于GIG系统模型，建立了包括基础设施、使命任务以及网络运作基础设施等构成的GIG体系结构。

图3 GIG体系结构图

基础设施部分包括通信、计算、核心企业服务等基础设施；使命任务部分包括应用、服务与信息功能；网络运作基础设施包括网络运作与防御基础设施和信息安保基础设施两个部分，借以保障两个功能部分的正常运行与安全。

通信基础设施包括为保障联合作战提供互操作的、安保的、端到端的信息网络、指挥控制传递网络和处理网络，能够从哨所、基地、营地和台站经过战略网延伸到战术前沿的最后1公里，并延伸到军种武器和探测器平台。计算基础设施包括通用的用户处理服务，能提供数据中心的服务、存储和访问共享数据仓库、分配来自中心的软件、共享的绘图服务、许可证服务、电子邮件传递、Web服务、共享信息和构想的协调服务、公共目录和搜索服务等。

使命任务部分包括多种不同领域的自动化信息应用系统，如全球作战支援系统、全球指挥控制系统、电子商务、业务应用系统以及支持盟军、联盟和非国防部合作伙伴的应用系统，最多时应用系统超过28000个。

GIG体系结构具有开放性格鲁棒性，适应不断优化。在传统的通信与计算基础设施上增添了服务与SOA服务基础结构、信息安保（IA）进程与基础结构、网络运作（NetOps）进程与基础结构，充分体现了目标体系结构的网络中心化特色，支持与促成作战、情报、业务等使命领域与行动的网络中心化，发挥信息威力，实现信息优势、决策优势并最终形成全谱主宰优势。在计算基础设施中，提出了栅格计算与存储资源网络，在通信基础设施中提出了高安保的黑核与迈适网等新概念，吸收了计算与通信技术的新进展。

GIG建设过程中，经历过两次关键技术的整合。2012年发布第三版《2012年GIG整合主计划》，提出要建立基于云计算的GIG技术框架，将普通服务层、平台服务层、基础设施服务层、任务保障服务以及企业服务管理等都纳入框架内。这样既可以使GIG更好地满足用户需要并提高安全性，又可节省使用维护费用。

1.4　确定了多项关键技术和一批共性基础项目

为了推进GIG建设，确定了13项关键技术和优先发展一批共性基础项目。13项关键技术包括：

IPv6技术、SOA基础结构技术、移动自组网（MANET）与传感器技术、人与计算机交互(HCI)技术、语义网技术、普适的RFID标记、超大规模数据存储与传输技术、高性能计算技术、栅格计算技术、代理技术、 IA技术、黑核促成技术、数字化政策促成技术等。

优先发展共性基础项目如GIG带宽扩展工程（GIG-BE）、转型卫星通信系统（TSAT）、联合战术无线电系统（JTRS）、网络中心企业服务（NCES）、加密改装工程（CTI）等，构建统一的信息基础设施。JTRS提供基于IP的、自管理的、超视距的、移动数据和话音服务；GIG-BE提供无所不在的、安全的、鲁棒的光纤IP基础网；TSAT 通过光纤交叉链路和HF IP链路把机动的/战术用户和全球情报机构连接；NCES为所有用户提供信息和数据服务。

2　主要启示与借鉴

2.1　源于作战并服务于作战的战略思维模式

作战需求和技术发展是推动装备技术发展的直接动力，作战需求发挥牵引作用，技术发展发挥技术推动作用，但是核心是围绕作战能力生成。从GIG建设发展历程也体现了这一过程。

1999年提出的GIG建设，实际上就是“勇士C4I”构想中“信息球”概念的具体实施与发展，其目标是提高联合部队各单元以及联合部队与盟军、联军之间的信息共享水平。

1996年发布的《联合构想2010》提出“信息优势”是保证高技术条件下一体化作战具有“全面主宰”能力的关键因素。“信息优势是收集、处理和分发连续信息流的能力，同时还要削弱甚至剥夺敌方收集、处理和分发连续信息流的能力。”

2000年发布的《联合构想2020》提出了以“信息优势”为基础的“主宰机动、精确交战、全维防护和聚焦后勤”四大作战概念。而GIG的目标就是为实现信息优势提供了物质和技术基础，通过提供信息能力以实现信息优势，支持决策优势进而提升整体作战能力。

1997年提出了“网络中心战”理论，开启了从平台中心战转向网络中心战的军事战略转型，随后不久美军正式启动了GIG计划。GIG为“网络中心战”提供基础设施保障。

GIG基本设想是使所有的信息交换成为“即插即用”，像一个电力网一样，用户只要接入自己的终端，信息就会以透明的方式传给他们。它优化了信息收集、处理、存储、分发、管理和共享的进程，将美军分布在全球的计算机网（传感器网和作战平台网）组成一个大系统，为世界任何地方的美军提供端到端的信息互联能力，实现全球范围内时域和空域的一致以及各分系统的协同，保证在战场上将正确的信息、在正确的时间、以正确的格式、传送到正确的指战员。同时为盟国和非国防部用户和系统提供接口。

由此可见，作战需求为GIG建设提供直接的牵引作用，GIG通过提供技术能力来实现信息优势，为形成决策优势以及提升联合作战能力提供必要的技术和物质基础。

2.2　问题导向的系统建设模式

GIG建设不是从零基础开始的，而是国防信息基础设施（GII）延伸和发展。美军在过去二十多年中已经开发了许多面向特定战场功能的作战网络与软件系统，但这些网络或系统的集成化程度并不高，能提供的信息有限，不能发挥信息时代的潜力，不能在确切的时间提供作战急需的确切的信息等等，为此，在DII基础上，针对各军兵种系统不能互联互通、相互脱节等问题以及为适应网络中心战等新作战需求，提出建立GIG概念和任务目标以及“全球互联的、端到端的一系列信息能力”等，并确定GIG顶层文件以及按三阶段发展实施的建设计划，借以逐步解决这些所面临问题和挑战，在实施过程中进行了至少两次的评估，并对实施内容进行了及时的调整。这种存在问题-能力需求-建设目标-技术方案-建设实施-过程评估的系统建设模式值得参考借鉴。

2.3　系统思维的体系设计模式

通过分析可见，建设的GIG，从体系结构上，其按照联合作战体系结构，集成为一体化的系统，建立栅格状的信息网系，为实现全球任意点、不同需求之间的信息沟通提供环境条件；从系统组成上，其将系统分为基础、通信、计算、全球应用和作战力量五个层次；从技术体制上，它包括了通信计算机系统和设备、各种软件(含应用软件)和数据、安全服务设备以及有助于谋求信息优势的其它相关技术；从处理程序上，它可区分处理各类信息的优先等级。信息交换需求分为武器控制、指挥控制、非战争的军事行动、战场防护、情报侦察与监视、通信与计算以及勤务保障等；从安全保密上，其采用纵深防护、多层设置，在网络、链路、计算机环境和基础设施等每一个环节、每一维都建立一套最低限度的防护能力。

2.4　统一规划和分步实施的组织模式

在实施GIG建设过程中充分认识到，该系统的复杂性以及面临现行的信息系统在组织上和功能上是烟囱式的现实，通过系统设计，建立了由国防部、使命领域、三军与部局及项目等4层的“联盟体系架构”，即承认个别体系结构的特殊性与专用目标的差别，允许其自治与局部治理，但要保证全局能从其内容受益。为此，建立统一规划、分头实施、分步推进的组织模式，由国防信息系统局负责 GIG共用操作环境的建设，实现各部门网格的联通，制定总目标和三阶段建设目标；各军兵种在充分利用现有资源的基础上，按照自身的特点和需求研究、建设本军兵种内部的栅格，即陆、海、空军分别实施“陆战网”、“部队网”和“C星座网”等分系统，并遵照联合部队司令部提出的“协同开发”方式进行建设。

图4 GIG“联盟体系结构”

3　关于网络信息体系的思考与认知

通过综合分析研究认为，可以将信息栅格+（IG+）作为网络信息体系的基本目标模态，具体内容包括：

（1）主要目标：

一是建立分布式的、支持即插即用的开放体系架构，支持系统发展由集约式的功能系统向网络中心、数据为中心以及云端的扩展，借以支持未来技术发展以及不同应用需求，故称其为信息栅格+（IG+）；

二是以空天一体网络为基础，提供全球到达、动中联网、可靠传输、根据需要动态地扩展以及最低限度通信能力，为各类用户提供随时入网、端到端的连接服务以及按需带宽；

三是构建个人与本地、区域与全球的计算环境，提供按需的、分布式的、动态的、分布式大规模数据存储和高性能的栅格计算能力，将数据、信息以及知识转变成所希望的形式，并确保所提供数据信息可发现、可访问、可理解以及有用，借以提升信息生成与应用能力，以支持决策和其它应用；

四是建立集网络管理、信息分发、信息安保于一体的网络运作机制，提供一体化的端－端的网络管理、全球服务以及网络安全可靠的运行，确保数据信息可发现、可访问、可理解、可用，并以合适的格式、通过合适的通信路径、在恰当的时间给在恰当地点的合适人员提供正确的信息，支持从信息优势到决策优势。

（2）使命任务：以网络为基础，构建信息栅格及其增值服务网，以形成信息数据的挖掘、生成以及传送、存储、发现、访问、防护的栅格化信息服务等信息能力为目标，确保合适的人员在合适的地点和合适的时间获取合适的信息，为获取信息优势、决策优势进而为提升联合作战能力提供全局信息支持与保障。

（3）核心要素：

IG+包括Net、data 、CI、NCES、NETOPS等五大核心要素，即IG+∈{ Net ，data ，CI，NCES ，NETOPS }，其中：

Net为以固定网为基础集成移动网络而形成全球可达的、联合的、安全的、空天一体化的栅格网络，为分布于陆海空点各类节点提供安全、可靠的端到端连接和信息数据传输；

data为分布在各类信息生成节点所发布的或数据中心存储的数据信息；

CI为计算基础设施，包括终端用户设备、服务器、高性能计算机、相关工具和系统软件以及外设等，实现分布式大规模数据存储和高性能的栅格计算等功能，将数据、信息以及知识转变成所希望的形式，提供可发现的、可访问的、可理解的以及有用的信息，提升信息生成和应用能力；

NCES为网络中心的全局核心服务，能使服务提供者和数据提供者都在“网络”上，提供和管理向终端用户发送目录和数值的基本能力，并且是开放的，以便允许引入新型服务。

NETOPS为网络运作系统，通过网络管理、信息分发管理和信息安保等功能提供信息栅格一体化管理和运行能力，实现监视、协调、管理和控制网络信息等功能，为所有授权的用户提供可视的、可访问的、可理解的和可信的信息，确保合适的人员、在合适的地点、获取合适的信息，为作战人员获取信息优势以及决策优势进而为提升联合作战能力提供信息技术支撑。

（3）应用模式：确保各类用户随时随地都可以接入IG+，并满足批准的用户的信息要求。从逻辑角度看，IG+运行是确保基本组成构件或模块间的互操作性，即促进现有IT基础设施运行要素间的互操作性，将分散的系统和网络集成为一个统一的全球性的一体化系统，通过信息优势和决策优势来增强作战人员在各种态势下的战斗能力。从外部实体的角度看，IG+是物理分布逻辑一体的虚拟系统，作为一个整体与各类用户进行信息交互。

（4）主要特征：具有开放的体系架构，为物理上分布、逻辑一体的栅格网，具备按需定制、柔性重组的特点，可划分为若干子信息栅格网；以网络为基础，以信息为焦点，以信息全局服务应用为宗旨，具有“网络中心、信息主导、体系支撑”的基本特征；利用全局核心服务和网络运作等技术手段，建立信息流、指挥流、作战流的高效运行机制，实现信息域与作战域、业务与情报域以及能力域的有机融合，将各类信息数据和其他数据转换为作战和决策所需的可付诸行动的信息以及易于理解的信息表示，提高在战场作战、业务流程、情报行动中的共享态势感知与理解指挥官意图能力，支持用户利用这些信息编制行动计划、进行武器控制等，为提升就决策能力、作战能力提供支撑。

【参考文献】

[1]梁振兴等，联合信息环境—新世纪美军全球一体化作战的基石 —北京：国防工业出版社，2018.04

[2]Joint Staff J6.The Global Information Grid (GIG) 2.0，Concept of Operations，Version 1.1. 11 March 2009

[3]Effects Based Operations, Applying Network Centric Warfare in Peace, Crisis, and War, Smith, 2002.

[4]Network Centric Warfare: Developing and Leveraging Information Superiority, 2ndEdition (Revised), Alberts, et al., 1999.

[5]Department of Defense.The Joint Vision2010,1996

[6]Department of Defense.The Joint Vision2020,2000

[7]2007年6月，《GIG 体系结构设想》1.0 版，兰科研究中心译

[8]2005年《全球信息栅格体系结构 2.0 版项目管理计划》和《全球信息栅格体系结构主计划》，兰科研究中心译

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