Link 16數(shù)據(jù)鏈驗證測試技術(shù)

(中國電子科學(xué)研究院，北京 100041)

1 引 言

信息是信息化戰(zhàn)斗中的決定因素，而數(shù)據(jù)鏈的根本作用就是解決信息獲取、信息處理和信息傳輸?shù)膯栴}，并從速度上進行優(yōu)化，極大地增強部隊的整體作戰(zhàn)效能。

Link 16數(shù)據(jù)鏈[1，2]是以美國為代表的北約部隊廣泛采用的一種戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈路，裝備于美國和北約全部的預(yù)警機和許多地面防空指揮所，以及戰(zhàn)斗機、直升機、驅(qū)逐艦和航母等典型的作戰(zhàn)平臺，可在指揮控制系統(tǒng)與飛機、導(dǎo)彈等武器系統(tǒng)平臺之間以及在各作戰(zhàn)單元之間傳輸各種格式化戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)信息，有效連接信息源、指揮控制中心與武器系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)戰(zhàn)場資源共享[3-5]。

如何使大規(guī)模作戰(zhàn)應(yīng)用的數(shù)據(jù)鏈資源進行有效分配，是作戰(zhàn)研究的關(guān)鍵。因此，對數(shù)據(jù)鏈大規(guī)模應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)資源分配的研究，是保障數(shù)據(jù)鏈在作戰(zhàn)中發(fā)揮其最大作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵因素。本文在符合Link 16數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)協(xié)議以及應(yīng)用規(guī)范基礎(chǔ)上[6，7]，提出了數(shù)據(jù)鏈驗證測試技術(shù)和測試流程，搭建了驗證測試系統(tǒng)。

2 數(shù)據(jù)鏈驗證關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)據(jù)鏈驗證關(guān)鍵技術(shù)主要包括高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)、TDMA仿真技術(shù)和可信保真度的數(shù)據(jù)鏈大規(guī)模運行模擬技術(shù)，這些關(guān)鍵技術(shù)是開展數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用能力驗證的核心。

2.1 HLA技術(shù)

高層體系結(jié)構(gòu)(HLA)屬于分布交互仿真技術(shù)范疇，其目的是解決絕大多數(shù)仿真器的應(yīng)用實現(xiàn)較為獨立，仿真器之間的互操作性和重用性差；開發(fā)維護和使用費時且成本高；可驗證性、有效性和置信度較差等問題。應(yīng)用HLA架構(gòu)數(shù)據(jù)鏈驗證環(huán)境，解決數(shù)據(jù)鏈仿真環(huán)境中多個仿真器(聯(lián)邦成員)間互操作性問題，提高仿真器的復(fù)用性。

2.2 TDMA仿真技術(shù)

聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)是無中心的移動通信系統(tǒng)，采用時分多址(TDMA)的網(wǎng)絡(luò)接入?yún)f(xié)議。TDMA網(wǎng)絡(luò)是一種同步網(wǎng)絡(luò)，必須有統(tǒng)一的時間基準，站點的時隙必須與時間基準同步，具有通信質(zhì)量高、保密較好、系統(tǒng)容量較大等優(yōu)點，但它必須有精確的定時和同步以保證移動終端和基站間正常通信。

2.3 大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)

為了模擬大規(guī)模應(yīng)用，在實現(xiàn)方式上采用目前較先進的軟件無線電技術(shù)。數(shù)據(jù)鏈驗證系統(tǒng)能夠較為真實地模擬實際平臺對時隙的占用，在特定的時隙發(fā)送和接收不同類型的消息，能夠支持各種平臺參與數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的仿真、測試和評估。

3 數(shù)據(jù)鏈驗證測試系統(tǒng)功能及組成

3.1 數(shù)據(jù)鏈驗證測試系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)建立滿足作戰(zhàn)應(yīng)用規(guī)模、符合Link 16數(shù)據(jù)鏈裝備能力、具備網(wǎng)絡(luò)成員隨機接入能力、支持數(shù)據(jù)鏈規(guī)模應(yīng)用驗證、完成標準協(xié)議檢驗和裝備性能檢驗的平臺環(huán)境，來完成數(shù)據(jù)鏈保障行動過程推演、數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用環(huán)境和戰(zhàn)法研究以及行動前計劃推演驗證等功能。加載行動預(yù)案和數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組織預(yù)案后，數(shù)據(jù)鏈驗證測試系統(tǒng)按照設(shè)計的數(shù)據(jù)鏈運行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，通過統(tǒng)一的驗證推演控制，在數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)運行模擬設(shè)備、各參與平臺和傳感器模擬器的參與下，對數(shù)據(jù)鏈任務(wù)規(guī)劃與行動需求一致性、數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)資源的合理性進行驗證。

3.2 數(shù)據(jù)鏈驗證測試系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要包括預(yù)案管理子系統(tǒng)、支持網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、推演控制子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)運行模擬子系統(tǒng)、參與平臺子系統(tǒng)、輔助設(shè)備子系統(tǒng)和評估子系統(tǒng)，如圖1示。

圖1 數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用驗證測試系統(tǒng)組成示意圖Fig.1 Architecture of data link validation test system

3.2.1預(yù)案管理子系統(tǒng)

由服務(wù)器即操作臺和相應(yīng)的軟件組成，完成行動預(yù)案和數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組織預(yù)案的生成、加載管理和維護，將數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組織預(yù)案傳輸?shù)酵蒲菘刂谱酉到y(tǒng)。

3.2.2支持網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

由本地局域網(wǎng)絡(luò)、遠端廣域網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件組成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備(交換機等)和網(wǎng)絡(luò)接入管理軟件，能夠支持多鏈接入和信息處理，支持廣域網(wǎng)環(huán)境應(yīng)用接入。

3.2.3推演控制子系統(tǒng)

由同預(yù)案管理子系統(tǒng)相同硬件和推演管理控制軟件等組成。完成推演的導(dǎo)調(diào)控制，具備數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組織預(yù)案接收和分解、行動態(tài)勢推演管理和分發(fā)、發(fā)布干預(yù)指令、參與平臺響應(yīng)信息處理等功能。

3.2.4網(wǎng)絡(luò)運行模擬子系統(tǒng)

由數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)運行模擬器和統(tǒng)計軟件等軟硬件組成，能按照加載的網(wǎng)絡(luò)組織預(yù)案控制數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的運行、逼真模擬數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)信息交換，并能按照網(wǎng)絡(luò)預(yù)案分配的網(wǎng)絡(luò)資源和指令，對網(wǎng)絡(luò)運行情況進行記錄、統(tǒng)計、分析，顯示網(wǎng)絡(luò)運行參數(shù)。

3.2.5參與平臺子系統(tǒng)

由驗證測試平臺和最小參與典型平臺的模擬器組成，參與平臺模擬器具備參與單元的數(shù)據(jù)鏈信息參與能力，完成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)本單元的信息交互工作，關(guān)注的典型平臺具備人員操作干預(yù)功能；具備接收管理控制信息和指令功能。

3.2.6輔助設(shè)備子系統(tǒng)

由支持驗證測試數(shù)據(jù)鏈消息交互背景生成的多平臺模擬器和傳感器模擬器等設(shè)備組成，多平臺模擬器和傳感器模擬器能夠輔助推演控制子系統(tǒng)參與信息交互。

3.2.7評估子系統(tǒng)

能夠?qū)︱炞C過程的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組織預(yù)案指標進行統(tǒng)計分析，對數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)運行過程進行記錄和回放，用于事后分析。

4 數(shù)據(jù)鏈驗證測試流程

根據(jù)數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)流程，Link 16數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用驗證的整個流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)鏈驗證測試流程Fig.2 Data link validation test procedure

4.1 數(shù)據(jù)鏈需求

數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃需要考慮的因素有：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，即組網(wǎng)的規(guī)模，由參與節(jié)點的數(shù)量來反映；平臺類型，包括C2(指揮、控制)類型和非C2類型，不同類型的平臺對信息的需求不同，特別是考慮C2平臺在整個數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中的需求；交互關(guān)系，即平臺之間的指揮關(guān)系、協(xié)同關(guān)系和交接關(guān)系等。綜合上述各個因素得到數(shù)據(jù)鏈驗證測試需求。

4.2 標繪行動預(yù)案

根據(jù)所得的數(shù)據(jù)鏈需求，部署好各參與節(jié)點，標繪各平臺的位移軌跡。明確平臺之間指揮關(guān)系和信息交互關(guān)系，確定各平臺的消息收發(fā)行為。C2平臺作為數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)的核心平臺，應(yīng)特別考慮它與其它平臺之間的信息交連，與其它C2平臺之間的交接關(guān)系等。部署好各參戰(zhàn)力量，并確定各功能網(wǎng)，功能網(wǎng)包括指揮控制網(wǎng)、指揮協(xié)同網(wǎng)和話音網(wǎng)等，根據(jù)各參與平臺的特點，確定其所要加入的功能網(wǎng)。

4.3 系統(tǒng)初始化、啟動

標繪生成行動預(yù)案后，整個驗證測試系統(tǒng)進行初始化，下發(fā)網(wǎng)絡(luò)預(yù)案；系統(tǒng)啟動后，各平臺按照標繪進行行動推演驗證。

4.4 數(shù)據(jù)鏈推演驗證

數(shù)據(jù)鏈推演驗證過程中包括對網(wǎng)絡(luò)參與者的網(wǎng)絡(luò)責(zé)任資質(zhì)審查、網(wǎng)絡(luò)責(zé)任指定、連通性檢驗和時隙需求分析等過程。

(1)網(wǎng)絡(luò)責(zé)任資質(zhì)審查

數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)參與平臺根據(jù)裝備不同，首先進行能夠承擔(dān)的網(wǎng)絡(luò)責(zé)任進行審查，形成網(wǎng)絡(luò)責(zé)任資質(zhì)矩陣。

(2)網(wǎng)絡(luò)責(zé)任指定

數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中有時間基準，位置基準、網(wǎng)管和中繼等網(wǎng)絡(luò)責(zé)任角色。根據(jù)各參與平臺的特點，確定其應(yīng)承擔(dān)的網(wǎng)絡(luò)責(zé)任。

(3)連通性檢驗

按照作戰(zhàn)過程中各平臺的移動軌跡，檢查各個位移位置處各節(jié)點之間的連通情況，檢驗該數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)式樣是否能夠滿足平臺交互需求。根據(jù)需要，可考慮引入地理環(huán)境數(shù)據(jù)和電磁環(huán)境數(shù)據(jù)，得到更真實的結(jié)果。若得到的連通性檢驗結(jié)果不能滿足驗證需求，則要重新對組網(wǎng)進行調(diào)整，以達到滿足連通需求。

(4)時隙需求分析

根據(jù)數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)中確定的各平臺的數(shù)據(jù)鏈消息收發(fā)行為，通過推演得到各平臺在整個過程中接收和發(fā)送的消息數(shù)量，并按照數(shù)據(jù)鏈消息標準估算出各平臺的時隙需求。得到各平臺時隙需求后，需要檢驗各平臺對時隙資源的占用是否滿足整個網(wǎng)絡(luò)和各個平臺的約束條件，如不滿足則重新對數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)進行調(diào)整。

4.5 推演驗證結(jié)束

按照預(yù)定的時間需求，完成推演驗證測試。

4.6 結(jié)果分析

對推驗證過程的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組織預(yù)案指標進行統(tǒng)計評估，對過程進行記錄和回放，并進行分析工作。

5 應(yīng)用案例

下面以典型C2平臺參與下的應(yīng)用過程，給出數(shù)據(jù)鏈驗證測試的典型結(jié)果。想定狀態(tài)如下：設(shè)定該數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)共有22個參與平臺，包括6個C2平臺和16架戰(zhàn)斗機，分紅藍雙方對抗，其中紅方目標11個，藍方目標11個。分別加入兩個獨立的Link 16數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)，其間C2平臺分別與本方的平臺進行交接和對各自的戰(zhàn)斗機進行指揮控制。整個驗證測試環(huán)境如圖3所示。

圖3 驗證測試環(huán)境示意圖Fig.3 A typical scenario of validation test

按照數(shù)據(jù)鏈驗證測試的流程，可得到參與平臺的連通矩陣、網(wǎng)絡(luò)責(zé)任資質(zhì)矩陣和時隙需求矩陣，分別如圖4、圖5和圖6所示。

圖4 紅方/藍方部隊網(wǎng)絡(luò)平臺連通矩陣Fig.4 Connectivity matrixes of network platforms

圖5 紅藍雙方網(wǎng)絡(luò)責(zé)任資質(zhì)矩陣Fig.5 Net-role matrixes of network platforms

圖6 紅藍雙方時隙需求報告Fig.6 Time slot requirements report

由圖4可以看到，在整個行動過程中，紅方或藍方目標基本能夠滿足100%與己方目標保持連通，這樣就為作戰(zhàn)行動提供了可靠的數(shù)據(jù)傳輸保證。圖5為網(wǎng)絡(luò)責(zé)任資質(zhì)審查之后產(chǎn)生的資質(zhì)矩陣，可以對紅藍雙方不同的網(wǎng)絡(luò)責(zé)任進行指定，來保證網(wǎng)絡(luò)正常運行。圖6分別給出了紅藍雙方各平臺的網(wǎng)絡(luò)時隙需求，普通指揮所占總時隙的6.64%，紅藍雙方的典型C2平臺分別占總時隙的11.91%，各戰(zhàn)斗機所占用時隙為1.76%，所有單元所占的總時隙為39.26%，滿足網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的要求。

6 結(jié)束語

Link 16數(shù)據(jù)鏈是美國研制的供三軍聯(lián)合使用的一種集通信、導(dǎo)航和識別(CNI)多功能于一體的綜合系統(tǒng)，能提供高保密、抗干擾、大容量數(shù)據(jù)和話音通信以及相對導(dǎo)航等服務(wù)，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著極其重要的作用，已成為現(xiàn)代防空作戰(zhàn)指揮和情報保障不可或缺的重要組成部分。

如何解決好典型C2平臺參與下數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)資源分配的合理問題，是數(shù)據(jù)鏈發(fā)揮其最大作戰(zhàn)效能的核心問題。本文從數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的組成、驗證的流程以及仿真結(jié)果等方面對Link 16數(shù)據(jù)鏈進行了總結(jié)和分析，并在典型C2平臺參與的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對數(shù)據(jù)鏈性能進行了仿真，給出了是否合理的結(jié)論，對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)資源分配驗證研究具有一定的參考價值。

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