(中國(guó)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?wèn)題，并從速度上進(jìn)行優(yōu)化，極大地增強(qiáng)部隊(duì)的整體作戰(zhàn)效能。

Link 16數(shù)據(jù)鏈[1，2]是以美國(guó)為代表的北約部隊(duì)廣泛采用的一種戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈路，裝備于美國(guó)和北約全部的預(yù)警機(jī)和許多地面防空指揮所，以及戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)、驅(qū)逐艦和航母等典型的作戰(zhàn)平臺(tái)，可在指揮控制系統(tǒng)與飛機(jī)、導(dǎo)彈等武器系統(tǒng)平臺(tái)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(tái)，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)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(jìn)行有效分配，是作戰(zhàn)研究的關(guān)鍵。因此，對(duì)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(yàn)證測(cè)試技術(shù)和測(cè)試流程，搭建了驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)。

2 數(shù)據(jù)鏈驗(yàn)證關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)據(jù)鏈驗(yàn)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(yùn)行模擬技術(shù)，這些關(guān)鍵技術(shù)是開(kāi)展數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用能力驗(yàn)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(shí)現(xiàn)較為獨(dú)立，仿真器之間的互操作性和重用性差；開(kāi)發(fā)維護(hù)和使用費(fèi)時(shí)且成本高；可驗(yàn)證性、有效性和置信度較差等問(wèn)題。應(yīng)用HLA架構(gòu)數(shù)據(jù)鏈驗(yàn)證環(huán)境，解決數(shù)據(jù)鏈仿真環(huán)境中多個(gè)仿真器(聯(lián)邦成員)間互操作性問(wèn)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(wú)中心的移動(dòng)通信系統(tǒng)，采用時(shí)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(shí)間基準(zhǔn)，站點(diǎn)的時(shí)隙必須與時(shí)間基準(zhǔn)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(diǎn)，但它必須有精確的定時(shí)和同步以保證移動(dòng)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(shí)現(xiàn)方式上采用目前較先進(jìn)的軟件無(wú)線電技術(shù)。數(shù)據(jù)鏈驗(yàn)證系統(tǒng)能夠較為真實(shí)地模擬實(shí)際平臺(tái)對(duì)時(shí)隙的占用，在特定的時(shí)隙發(fā)送和接收不同類(lèi)型的消息，能夠支持各種平臺(tái)參與數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的仿真、測(cè)試和評(píng)估。

3 數(shù)據(jù)鏈驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)功能及組成

3.1 數(shù)據(jù)鏈驗(yàn)證測(cè)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(jī)接入能力、支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈規(guī)模應(yīng)用驗(yàn)證、完成標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議檢驗(yàn)和裝備性能檢驗(yàn)的平臺(tái)環(huán)境，來(lái)完成數(shù)據(jù)鏈保障行動(dòng)過(guò)程推演、數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用環(huán)境和戰(zhàn)法研究以及行動(dòng)前計(jì)劃推演驗(yàn)證等功能。加載行動(dòng)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(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)鏈運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，通過(guò)統(tǒng)一的驗(yàn)證推演控制，在數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模擬設(shè)備、各參與平臺(tái)和傳感器模擬器的參與下，對(duì)數(shù)據(jù)鏈任務(wù)規(guī)劃與行動(dòng)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(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 數(shù)據(jù)鏈驗(yàn)證測(cè)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(yùn)行模擬子系統(tǒng)、參與平臺(tái)子系統(tǒng)、輔助設(shè)備子系統(tǒng)和評(píng)估子系統(tǒng)，如圖1示。

圖1 數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用驗(yàn)證測(cè)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(tái)和相應(yīng)的軟件組成，完成行動(dòng)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(hù)，將數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組織預(yù)案?jìng)鬏數(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(yuǎn)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(jī)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(dòng)態(tài)勢(shì)推演管理和分發(fā)、發(fā)布干預(yù)指令、參與平臺(tái)響應(yīng)信息處理等功能。

3.2.4網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模擬子系統(tǒng)

由數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模擬器和統(tǒng)計(jì)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(yùn)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(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況進(jìn)行記錄、統(tǒng)計(jì)、分析，顯示網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行參數(shù)。

3.2.5參與平臺(tái)子系統(tǒng)

由驗(yàn)證測(cè)試平臺(tái)和最小參與典型平臺(tái)的模擬器組成，參與平臺(tái)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(tái)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(yàn)證測(cè)試數(shù)據(jù)鏈消息交互背景生成的多平臺(tái)模擬器和傳感器模擬器等設(shè)備組成，多平臺(tái)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(píng)估子系統(tǒng)

能夠?qū)︱?yàn)證過(guò)程的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組織預(yù)案指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行記錄和回放，用于事后分析。

4 數(shù)據(jù)鏈驗(yàn)證測(cè)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(yàn)證的整個(gè)流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)鏈驗(yàn)證測(cè)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(diǎn)的數(shù)量來(lái)反映；平臺(tái)類(lèi)型，包括C2(指揮、控制)類(lèi)型和非C2類(lèi)型，不同類(lèi)型的平臺(tái)對(duì)信息的需求不同，特別是考慮C2平臺(tái)在整個(gè)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中的需求；交互關(guān)系，即平臺(tái)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(gè)因素得到數(shù)據(jù)鏈驗(yàn)證測(cè)試需求。

4.2 標(biāo)繪行動(dòng)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(diǎn)，標(biāo)繪各平臺(tái)的位移軌跡。明確平臺(tái)之間指揮關(guān)系和信息交互關(guān)系，確定各平臺(tái)的消息收發(fā)行為。C2平臺(tái)作為數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)的核心平臺(tái)，應(yīng)特別考慮它與其它平臺(tái)之間的信息交連，與其它C2平臺(tái)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(tái)的特點(diǎn)，確定其所要加入的功能網(wǎng)。

4.3 系統(tǒng)初始化、啟動(dòng)

標(biāo)繪生成行動(dòng)預(yù)案后，整個(gè)驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行初始化，下發(fā)網(wǎng)絡(luò)預(yù)案；系統(tǒng)啟動(dòng)后，各平臺(tái)按照標(biāo)繪進(jìn)行行動(dòng)推演驗(yàn)證。

4.4 數(shù)據(jù)鏈推演驗(yàn)證

數(shù)據(jù)鏈推演驗(yàn)證過(guò)程中包括對(duì)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(yàn)和時(shí)隙需求分析等過(guò)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(tái)根據(jù)裝備不同，首先進(jìn)行能夠承擔(dān)的網(wǎng)絡(luò)責(zé)任進(jìn)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(shí)間基準(zhǔn)，位置基準(zhǔn)、網(wǎng)管和中繼等網(wǎng)絡(luò)責(zé)任角色。根據(jù)各參與平臺(tái)的特點(diǎn)，確定其應(yīng)承擔(dān)的網(wǎng)絡(luò)責(zé)任。

(3)連通性檢驗(yàn)

按照作戰(zhàn)過(guò)程中各平臺(tái)的移動(dòng)軌跡，檢查各個(gè)位移位置處各節(jié)點(diǎn)之間的連通情況，檢驗(yàn)該數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)式樣是否能夠滿足平臺(tái)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(shí)的結(jié)果。若得到的連通性檢驗(yàn)結(jié)果不能滿足驗(yàn)證需求，則要重新對(duì)組網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到滿足連通需求。

(4)時(shí)隙需求分析

根據(jù)數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)中確定的各平臺(tái)的數(shù)據(jù)鏈消息收發(fā)行為，通過(guò)推演得到各平臺(tái)在整個(gè)過(guò)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(biāo)準(zhǔn)估算出各平臺(tái)的時(shí)隙需求。得到各平臺(tái)時(shí)隙需求后，需要檢驗(yàn)各平臺(tái)對(duì)時(shí)隙資源的占用是否滿足整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和各個(gè)平臺(tái)的約束條件，如不滿足則重新對(duì)數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整。

4.5 推演驗(yàn)證結(jié)束

按照預(yù)定的時(shí)間需求，完成推演驗(yàn)證測(cè)試。

4.6 結(jié)果分析

對(duì)推驗(yàn)證過(guò)程的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)組織預(yù)案指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估，對(duì)過(guò)程進(jìn)行記錄和回放，并進(jìn)行分析工作。

5 應(yīng)用案例

下面以典型C2平臺(tái)參與下的應(yīng)用過(guò)程，給出數(shù)據(jù)鏈驗(yàn)證測(cè)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(gè)參與平臺(tái)，包括6個(gè)C2平臺(tái)和16架戰(zhàn)斗機(jī)，分紅藍(lán)雙方對(duì)抗，其中紅方目標(biāo)11個(gè)，藍(lán)方目標(biāo)11個(gè)。分別加入兩個(gè)獨(dú)立的Link 16數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)，其間C2平臺(tái)分別與本方的平臺(tái)進(jìn)行交接和對(duì)各自的戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行指揮控制。整個(gè)驗(yàn)證測(cè)試環(huán)境如圖3所示。

圖3 驗(yàn)證測(cè)試環(huán)境示意圖Fig.3 A typical scenario of validation test

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

圖4 紅方/藍(lán)方部隊(duì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)連通矩陣Fig.4 Connectivity matrixes of network platforms

圖5 紅藍(lán)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(lán)雙方時(shí)隙需求報(bào)告Fig.6 Time slot requirements report

由圖4可以看到，在整個(gè)行動(dòng)過(guò)程中，紅方或藍(lán)方目標(biāo)基本能夠滿足100%與己方目標(biāo)保持連通，這樣就為作戰(zhàn)行動(dòng)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(duì)紅藍(lán)雙方不同的網(wǎng)絡(luò)責(zé)任進(jìn)行指定，來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。圖6分別給出了紅藍(lán)雙方各平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)隙需求，普通指揮所占總時(shí)隙的6.64%，紅藍(lán)雙方的典型C2平臺(tái)分別占總時(shí)隙的11.91%，各戰(zhàn)斗機(jī)所占用時(shí)隙為1.76%，所有單元所占的總時(shí)隙為39.26%，滿足網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

Link 16數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)敲绹?guó)研制的供三軍聯(lián)合使用的一種集通信、導(dǎo)航和識(shí)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(duì)導(dǎo)航等服務(wù)，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)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(bào)保障不可或缺的重要組成部分。

如何解決好典型C2平臺(tái)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(wèn)題，是數(shù)據(jù)鏈發(fā)揮其最大作戰(zhàn)效能的核心問(wèn)題。本文從數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的組成、驗(yàn)證的流程以及仿真結(jié)果等方面對(duì)Link 16數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行了總結(jié)和分析，并在典型C2平臺(tái)參與的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下對(duì)數(shù)據(jù)鏈性能進(jìn)行了仿真，給出了是否合理的結(jié)論，對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)資源分配驗(yàn)證研究具有一定的參考價(jià)值。

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