Link 16数据链验证测试技术

(中国电子科学研究院，北京 100041)

1 引 言

信息是信息化战斗中的决定因素，而数据链的根本作用就是解决信息获取、信息处理和信息传输的问题，并从速度上进行优化，极大地增强部队的整体作战效能。

Link 16数据链[1，2]是以美国为代表的北约部队广泛采用的一种战术数据链路，装备于美国和北约全部的预警机和许多地面防空指挥所，以及战斗机、直升机、驱逐舰和航母等典型的作战平台，可在指挥控制系统与飞机、导弹等武器系统平台之间以及在各作战单元之间传输各种格式化战术数据信息，有效连接信息源、指挥控制中心与武器系统平台，实现战场资源共享[3-5]。

如何使大规模作战应用的数据链资源进行有效分配，是作战研究的关键。因此，对数据链大规模应用以及网络资源分配的研究，是保障数据链在作战中发挥其最大作战效能的关键因素。本文在符合Link 16数据链组网协议以及应用规范基础上[6，7]，提出了数据链验证测试技术和测试流程，搭建了验证测试系统。

2 数据链验证关键技术

数据链验证关键技术主要包括高层体系结构(HLA)、TDMA仿真技术和可信保真度的数据链大规模运行模拟技术，这些关键技术是开展数据链应用能力验证的核心。

2.1 HLA技术

高层体系结构(HLA)属于分布交互仿真技术范畴，其目的是解决绝大多数仿真器的应用实现较为独立，仿真器之间的互操作性和重用性差；开发维护和使用费时且成本高；可验证性、有效性和置信度较差等问题。应用HLA架构数据链验证环境，解决数据链仿真环境中多个仿真器(联邦成员)间互操作性问题，提高仿真器的复用性。

2.2 TDMA仿真技术

联合战术信息分发系统是无中心的移动通信系统，采用时分多址(TDMA)的网络接入协议。TDMA网络是一种同步网络，必须有统一的时间基准，站点的时隙必须与时间基准同步，具有通信质量高、保密较好、系统容量较大等优点，但它必须有精确的定时和同步以保证移动终端和基站间正常通信。

2.3 大规模网络模拟技术

为了模拟大规模应用，在实现方式上采用目前较先进的软件无线电技术。数据链验证系统能够较为真实地模拟实际平台对时隙的占用，在特定的时隙发送和接收不同类型的消息，能够支持各种平台参与数据链系统的仿真、测试和评估。

3 数据链验证测试系统功能及组成

3.1 数据链验证测试系统功能

本系统建立满足作战应用规模、符合Link 16数据链装备能力、具备网络成员随机接入能力、支持数据链规模应用验证、完成标准协议检验和装备性能检验的平台环境，来完成数据链保障行动过程推演、数据链应用环境和战法研究以及行动前计划推演验证等功能。加载行动预案和数据链网络组织预案后，数据链验证测试系统按照设计的数据链运行网络规划，通过统一的验证推演控制，在数据链网络运行模拟设备、各参与平台和传感器模拟器的参与下，对数据链任务规划与行动需求一致性、数据链网络规划以及网络资源的合理性进行验证。

3.2 数据链验证测试系统组成

系统主要包括预案管理子系统、支持网络子系统、推演控制子系统、网络运行模拟子系统、参与平台子系统、辅助设备子系统和评估子系统，如图1示。

图1 数据链应用验证测试系统组成示意图Fig.1 Architecture of data link validation test system

3.2.1预案管理子系统

由服务器即操作台和相应的软件组成，完成行动预案和数据链网络组织预案的生成、加载管理和维护，将数据链网络组织预案传输到推演控制子系统。

3.2.2支持网络子系统

由本地局域网络、远端广域网络的网络硬件和软件组成网络环境，包括局域网和广域网网络接入设备(交换机等)和网络接入管理软件，能够支持多链接入和信息处理，支持广域网环境应用接入。

3.2.3推演控制子系统

由同预案管理子系统相同硬件和推演管理控制软件等组成。完成推演的导调控制，具备数据链网络组织预案接收和分解、行动态势推演管理和分发、发布干预指令、参与平台响应信息处理等功能。

3.2.4网络运行模拟子系统

由数据链网络运行模拟器和统计软件等软硬件组成，能按照加载的网络组织预案控制数据链网络的运行、逼真模拟数据链网络信息交换，并能按照网络预案分配的网络资源和指令，对网络运行情况进行记录、统计、分析，显示网络运行参数。

3.2.5参与平台子系统

由验证测试平台和最小参与典型平台的模拟器组成，参与平台模拟器具备参与单元的数据链信息参与能力，完成网络内本单元的信息交互工作，关注的典型平台具备人员操作干预功能；具备接收管理控制信息和指令功能。

3.2.6辅助设备子系统

由支持验证测试数据链消息交互背景生成的多平台模拟器和传感器模拟器等设备组成，多平台模拟器和传感器模拟器能够辅助推演控制子系统参与信息交互。

3.2.7评估子系统

能够对验证过程的数据链网络组织预案指标进行统计分析，对数据链组网运行过程进行记录和回放，用于事后分析。

4 数据链验证测试流程

根据数据链作战流程，Link 16数据链网络应用验证的整个流程如图2所示。

图2 数据链验证测试流程Fig.2 Data link validation test procedure

4.1 数据链需求

数据链网络规划需要考虑的因素有：网络规模，即组网的规模，由参与节点的数量来反映；平台类型，包括C2(指挥、控制)类型和非C2类型，不同类型的平台对信息的需求不同，特别是考虑C2平台在整个数据链网络中的需求；交互关系，即平台之间的指挥关系、协同关系和交接关系等。综合上述各个因素得到数据链验证测试需求。

4.2 标绘行动预案

根据所得的数据链需求，部署好各参与节点，标绘各平台的位移轨迹。明确平台之间指挥关系和信息交互关系，确定各平台的消息收发行为。C2平台作为数据链组网的核心平台，应特别考虑它与其它平台之间的信息交连，与其它C2平台之间的交接关系等。部署好各参战力量，并确定各功能网，功能网包括指挥控制网、指挥协同网和话音网等，根据各参与平台的特点，确定其所要加入的功能网。

4.3 系统初始化、启动

标绘生成行动预案后，整个验证测试系统进行初始化，下发网络预案；系统启动后，各平台按照标绘进行行动推演验证。

4.4 数据链推演验证

数据链推演验证过程中包括对网络参与者的网络责任资质审查、网络责任指定、连通性检验和时隙需求分析等过程。

(1)网络责任资质审查

数据链网络参与平台根据装备不同，首先进行能够承担的网络责任进行审查，形成网络责任资质矩阵。

(2)网络责任指定

数据链网络中有时间基准，位置基准、网管和中继等网络责任角色。根据各参与平台的特点，确定其应承担的网络责任。

(3)连通性检验

按照作战过程中各平台的移动轨迹，检查各个位移位置处各节点之间的连通情况，检验该数据链组网式样是否能够满足平台交互需求。根据需要，可考虑引入地理环境数据和电磁环境数据，得到更真实的结果。若得到的连通性检验结果不能满足验证需求，则要重新对组网进行调整，以达到满足连通需求。

(4)时隙需求分析

根据数据链组网中确定的各平台的数据链消息收发行为，通过推演得到各平台在整个过程中接收和发送的消息数量，并按照数据链消息标准估算出各平台的时隙需求。得到各平台时隙需求后，需要检验各平台对时隙资源的占用是否满足整个网络和各个平台的约束条件，如不满足则重新对数据链组网进行调整。

4.5 推演验证结束

按照预定的时间需求，完成推演验证测试。

4.6 结果分析

对推验证过程的数据链网络组织预案指标进行统计评估，对过程进行记录和回放，并进行分析工作。

5 应用案例

下面以典型C2平台参与下的应用过程，给出数据链验证测试的典型结果。想定状态如下：设定该数据链网络共有22个参与平台，包括6个C2平台和16架战斗机，分红蓝双方对抗，其中红方目标11个，蓝方目标11个。分别加入两个独立的Link 16数据链网络，其间C2平台分别与本方的平台进行交接和对各自的战斗机进行指挥控制。整个验证测试环境如图3所示。

图3 验证测试环境示意图Fig.3 A typical scenario of validation test

按照数据链验证测试的流程，可得到参与平台的连通矩阵、网络责任资质矩阵和时隙需求矩阵，分别如图4、图5和图6所示。

图4 红方/蓝方部队网络平台连通矩阵Fig.4 Connectivity matrixes of network platforms

图5 红蓝双方网络责任资质矩阵Fig.5 Net-role matrixes of network platforms

图6 红蓝双方时隙需求报告Fig.6 Time slot requirements report

由图4可以看到，在整个行动过程中，红方或蓝方目标基本能够满足100%与己方目标保持连通，这样就为作战行动提供了可靠的数据传输保证。图5为网络责任资质审查之后产生的资质矩阵，可以对红蓝双方不同的网络责任进行指定，来保证网络正常运行。图6分别给出了红蓝双方各平台的网络时隙需求，普通指挥所占总时隙的6.64%，红蓝双方的典型C2平台分别占总时隙的11.91%，各战斗机所占用时隙为1.76%，所有单元所占的总时隙为39.26%，满足网络规划以及网络设计的要求。

6 结束语

Link 16数据链是美国研制的供三军联合使用的一种集通信、导航和识别(CNI)多功能于一体的综合系统，能提供高保密、抗干扰、大容量数据和话音通信以及相对导航等服务，在现代战争中发挥着极其重要的作用，已成为现代防空作战指挥和情报保障不可或缺的重要组成部分。

如何解决好典型C2平台参与下数据链网络规模、网络结构和网络资源分配的合理问题，是数据链发挥其最大作战效能的核心问题。本文从数据链网络的组成、验证的流程以及仿真结果等方面对Link 16数据链进行了总结和分析，并在典型C2平台参与的网络环境下对数据链性能进行了仿真，给出了是否合理的结论，对数据链网络应用以及网络资源分配验证研究具有一定的参考价值。

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