联合战术无线电系统（JTRS）小型配合（SFF）无线电装置的设计旨在用于下马士兵系统以及无人值守和无人值守平台的嵌入式通信应用，例如;智能弹药系统（IMS）、无人值守地面传感器（UGS）、无人驾驶飞行器（UAV）和非场址发射系统（NLOSLS）精确攻击导弹（PAM）。集成这些 SFF 套件的平台约束驱动无线电设计，以满足高度受控的尺寸、重量和功率 （SWaP） 容差。这些SWaP容差反过来又严重限制了处理能力和内存分配，对SFF硬件和波形应用开发人员来说都是一个重大挑战。每个 SFF 主机平台的操作概念都带来了不同类型的网络挑战。这些领域的特性，如电池操作和低增益天线，以及集成到安全的以网络为中心的未来作战系统（FCS）环境中的要求，带来了SFF和士兵无线电波形（SRW）开发人员必须共同解决的额外挑战。SRW软件应用程序最近被选为关键的网络波形，以满足使用JTRS SFF集的下马士兵和FCS无人值守和无人平台的需求。本文将概述与 SFF 和 SRW 互联域设计和开发相关的一些可预见的挑战。此外，还将讨论 SFF 硬件设计和网络功能之间的主要权衡考虑因素。

介绍

SFF设计旨在为下马士兵系统和无人平台提供高度灵活的嵌入式通信集，以操作各种波形和潜在的其他应用。JTRS软件定义无线电（SDR）将提供2020年联合愿景中设想的无缝通信和网络互操作性。集成这些 SFF 设备的平台将无线电设计驱动到特定的 SWaP 约束。这些 SWaP 限制反过来又限制了处理能力和内存分配，并对 SFF 和网络应用程序开发人员提出了重大挑战。此外，无线电必须集成到 JTRS 系列无线电（GMR、AMF 和 MIDS-JTRS）以及全球信息网格 （GIG） 中并与之互操作。必须仔细平衡集成和 SWaP 限制，以形成满足作战人员需求的系统。

HMS SFF 约束

HMS 系列无线电包括 11 种不同的 SFF 变体，每种变体都设计用于不同的平台，以及 1 通道和 2 通道手持式（城市和海事）和 2 通道 Manpack 外形尺寸。

图 1 显示了每个变体的表示形式。SFF 无线电受 JTRS ORD 限制为 1 磅（单通道组）和 2.2 磅（2 通道组）。同样，这些收音机的音量受规格限制在 10 到 25 立方英寸之间。表 1 显示了尺寸、重量和发射功率的详细说明。

图1 HMS外形规格

通过将SFF套件与现有的JTRS GMR（地面移动无线电）参数进行比较，可以更好地理解SFF装置的设计约束。GMR旨在集成到车辆平台中。四通道 GMR 重 150 磅，总体积大于 5000 立方英寸。GMR 承载宽带网络波形 （WNW），具有更高的发射功率和更多的信道。但即使存在这些差异，这种比较也凸显了在设计SFF无线电时面临的重大挑战，以实现所需的网络和互操作性，同时满足尺寸和重量限制。

目前，HMS无线电被设计为使用许多传统波形（SINCGARS、EPLRS、UHF SATCOM和HF）和SRW网络波形。本文的重点将放在运行SRW应用程序的HMS SFF装置的风险上。SRW 包括专注于下马士兵、UGS、IMS、无人驾驶飞行器 （UAV） 和非视距发射系统 （NLOS-LS） 就业的网络要求 [参考文献 1]。

SRW 的使用对存储器、通用处理器 （GPP） 和数字信号处理器 （DSP） 的资源提出了特定要求，这些资源以每秒百万指令 （MIPS） 为单位，以及现场可编程门阵列 （FPGA） 处理器以逻辑元件 （LE） 为单位。表 2 总结了 JTRS HMS 目前为 GPP、DSP 和 FPGA 器件分配的资源，以及当前候选 SFF 集设计中的可用资源。

虽然目前的HMS资源似乎足以满足SRW的要求，但必须指出的是，这些估计是基于波形的现有开发版本，即没有第3层处理或加密的第2层波形。在与 WNW 和其他 JTRS 波形网络集成的 SRW 网络上运行的 SFF 集可能需要比指示更多的资源。这种差异的影响取决于附加波形组件的具体设计以及将HMS集成到JTRS Enterprise的方法。

散热是必须管理的系统副产品，也是 SFF 中特别难以管理的副产品。发射功率（和占空比）以及存储器和处理会影响散热要求。随着 MIPS、存储器和 LE 的增加，热负载会增加。与大型车载收音机或计算机不同，SFF 收音机不会有风扇来协助实现此功能，并且收音机的小尺寸限制了通过传导消除热量的能力。

演出黑核

OSD （NII） 以网络为中心的实施文件 （NCID） [参考文献 2] 提供了有关全球信息网格 （GIG） 的指导，该网格强制 DoD 网络架构采用“黑核”。该黑核是通过高确定性 IP 加密 （HAIPE） 设备在 IP 层加密数据而形成的网络。受保护的或“红色”的 IP 数据包封装在黑色 IP 数据包中。这提供了一个基于 IP 的通用网络，该网络基于未加密的黑色 IP 地址在核心内路由数据包。图 2 突出显示了黑芯的概念，并显示了通过黑路由器连接到它的 JTR 设备。嵌入式 HAIPE 设备 （H） 将红色路由器和黑色路由器分开。HAIPE设备和相关协议必须在内核中使用的黑色IP与最终用户应用程序使用和理解的红色IP之间提供映射。这是在 JTRS GMR 组的 WNW 设计中实施的方法。连接到Black Core的还有通过HAIPE设备或其他系统（如JTRS网关）连接的边缘网络。边缘网络是不属于核心的网络，不会根据黑色 IP 地址路由数据包。下面讨论的另一种方法是将 SRW 网络用作边缘网络。虽然最初的 FCS 架构将 WNW 和 SRW 显示为黑核的一部分，但 HMS 约束和 SRW 网络本身的性质可能会推动其作为边缘网络实现。

图 2：黑核

设计挑战在于有效地管理由于 SFF 集上施加的 SWaP 限制而导致的内存、处理和散热等可用资源。

替代方案HMS架构

在 SFF 集中实现网络和 IA 有两种主要替代方法。每种备选方案都需要采用不同的方法与 SRW 波形集成，并与 JTRS Enterprise 和 GIG 集成。

第一种选择（完全符合黑核标准）

第一种选择是类似 WNW 的路由和 IA 实现，如图 3 所示。这一备选方案将有助于将SFF和SRW整合到GIG黑芯中，并且与FCS和GMR的观点一致。但是，此替代方法将对 SFF 资源产生最大影响，并且导致 SFF 超出其处理、内存和热资源限制以及 SWaP 的风险最高。这种替代方案导致两个IP路由堆栈和HAIPE加密设备的实现，所有这些都在HMS无线电中。在这种情况下，HMS无线电将如图2所示，SRW将不是边缘网络，而是黑核的一部分。

图 3：第一个将 SRW 集成到 HMS 中的替代方案

图 4 显示了通过拥有一个同时托管 SRW 和 WNW 波形的 JTRS 网关（可以想象为 GMR 盒）将 SRW 集成到 JTRS Enterprise 中的潜力。在IP层的黑色侧可以进行波形间联网。因此，该方法与Black Core概念一致。这种方法将降低 JTRS 网关节点的复杂性，因为不需要对在 WNW 和 SRW 网络之间传递的数据包进行解密。

图 4：第一个将 SFF/SRW 集成到 JTRS Enterprise 中的备选方案

第二种选择（减少网络和HAIPE）

第二种选择是仅包含红色 IP 堆栈和 AES 链路加密的实现。由于消除了黑色 IP 和 HAIPE 网络，因此这种替代方案不允许 SFF 成为符合黑色核心标准的节点。但是，此替代方法可能会显著降低对 SFF 资源的影响。

图5：将第二种替代SRW集成到HMS中

在这种情况下，将通过使用“红色网关”来完成与GIG的集成，同样可以想象，使用托管两个波形的GMR盒，如图6所示。网际网络 SRW 和 WNW 在解密数据包后需要红色 IP 路由器。这可能会对波形互联的性能产生影响，但也可能提供一些好处，例如能够在网关上执行数据包检查以进行入侵检测。

图 6：将 SFF/SRW 集成到 JTRS Enterprise 中的第二个备选方案

权衡分析

需要做出权衡。一方面，SFF 无线电必须满足非常严格的 SWaP 要求，这些要求限制了可用资源，并长时间使用电池供电。另一方面，无线电及其承载的波形（如 SRW）必须能够集成到整个 JTRS 和 GIG 架构中。

第一步是了解 SFF 资源对这两种替代体系结构的影响。同时，必须了解替代架构对 JTRS Enterprise 的影响。然后，我们将了解诸如“如果JTRS企业采用红色网关，性能是否会显着下降？”以及“黑核实现的路由和IA实现的复杂性是否会导致下马士兵或无人值守的传感器无法接受电池寿命？”等问题的答案。

HMS办公室已启动一项研究，以确定这些替代方案对HMS资源的具体影响。特别考虑的资源包括散热能力、内存、处理和电池寿命。除了各种替代方案对HMS无线电的影响外，还需要HAIPE实施对SRW网络性能的影响。目前，SRW 提供基于 MAC 的网络，不包括黑端 IP。为了实现HMS和SRW的黑核兼容架构，可能需要包括黑端IP。SRW 内部对此的性能影响是另一个需要权衡的问题。

未来之路

HMS PMO已经开始研究这些问题。JTRS联合项目执行办公室已经启动了JTRS网络企业服务集成产品团队（JNES IPT）。通过这个IPT的努力，JTRS企业架构问题正在得到解决。HMS影响研究将于2006年夏季进行。SRW影响是JNES IPT建模和仿真活动研究的候选者。

表1： SFF 型号的尺寸、重量和功率分布

表2： JTRS HMS硬件处理和内存资源建议