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美军Link 16数据链系统技术介绍

Link 16 是一个加密的、抗干扰的战术数据链 (TDL) 网络,美国和北约盟国使用它通过公共通信链路共享信息,在分散的战斗元素之间建立态势感知。这使指挥和控制中心能够创建通用作战图片 (COP),使友军能够以电子方式观察战场、识别威胁和获取目标。

Link 16 通信用于在战场上传输实时战斗数据、语音通信、图像和相关导航信息。该网络使用兼容JTIDS的通信终端来发送和接收数据消息。通过Link 16网络,可以根据需要同时向任意数量的用户广播消息。链路 16 是一个无节点网络,即它不依赖于任何一个终端充当节点,而是所有支持 Link 16 的终端充当节点。

该战术数据链路 (TDL) 网络由 ViaSat Inc. 和 Data Link Solutions (DLS) LLC 开发,旨在提高互操作性并支持陆、海、空三军的联合作战。

Link 16的主要应用是作为防空和导弹防御指挥和控制系统。该网络被各国用于国家防空,连接其海基和陆基舰艇、陆基传感器和地对空导弹系统。这有助于他们通过识别威胁并消除它们来保护他们的领空。 由于该网络提供了高度的态势感知能力,该链接网络已被美国空军视为在多个有争议的环境中挽救生命的关键因素。

链路 16 使用时分多址 (TDMA) 技术,通过为每个用户分配一个唯一的时隙,通过不同的网络提供多个同步通信路径。该网络可用于在两个用户之间广播消息,或一次从单个用户向多个用户广播消息。它被称为无节点网络,即单个Link 16终端不充当其他终端的节点,因此,每个终端都充当网络中的一个节点。

Link 16 数据链路在国际电信联盟 (ITU) 无线电规则分配的 960 至 1215 MHz 的射频 (RF) 频段内运行。它通过支持三种数据速率中的任何一种来支持数据交换:31.6、57.6 或 115.2 Kbps。然而,通过结合更先进的高性能无线电架构以及跳频扩频 (FHSS) 等物理层技术,Link 16 网络可以提供超过 1 Mbps 的数据速率。它支持每秒多达 128 个时隙、127 个网络,并在 JTIDS 无线电单元之间适当分配。

Link 16 网络内交换的信息通常基于 J 系列消息进行编码,J 系列消息是一组使用具有明确定义含义的二进制数据字的消息格式。J系列报文包括通信控制、时隙重新分配、无线电中继控制、连接状态、网络时间更新、确认、路由建立等网络管理相关信息。根据情境场景,数据字被分组到不同的功能区域,并分配给不同的网络参与组 (NPG),其中包括:

  1. 精确的参与者位置和识别

  2. 实时监控

  3. 机载通信控制

  4. 任务管理,以及

  5. 电子战与协调

Link 16 网络由位于各种地面、海上和防空车辆中的多个终端组成。这些终端是根据加利福尼亚州圣地亚哥的IPO办公室设计的军用级无线电设备。不同的管理机构为陆地、海上或机载平台使用的无线电设备制定政策、标准、计划和要求。例如,在美国,MIL-STD-6016军用标准的主要空军指挥部是位于马萨诸塞州波士顿的空军全球网络空间集成中心。

Link 16 网络的类型

链路 16 网络由三种类型的通信模式组成,这些通信模式决定了哪种网络类型适合预期的网络成员。网络的所有成员都应选择相同的模式,以便所有节点都可以相互通信。模式1是指链路16的正常模式,其中网络节点或成员使用FHSS技术在960-1215 MHz频段内的不同频率之间跳跃,以发送和接收战术消息。这种跳频机制允许多个 Link 16 网络通过信道进行传输和接收。这种类型的网络称为多网络。在模式 2 和 4 中,成员可以在不使用跳频方案的情况下交换消息。模式 2 和 4 一次只允许一个网络共享消息。这种类型的网络称为单网。模式 3 存在并且是有效的模式,但未在实际应用中使用。

单网: 单网表示网络中的每个网络成员具有相同的网号、安全方案和相同的频率。每个网络成员都被分配了一个时隙,在此期间可以发送和接收消息。在此网络中,节点无法执行跳频,因为该网络的节点仅使用单个频率。典型的单网链路 16 网络如下图所示。

 单网络链路 16 网络,图片来源:用于多网络仿真的 Link 16 模型架构,IEEE

多网: 在多网络中,不同的网络可用于不同的集群平台,每个网络都包含其独特的安全认证方案、频段和跳频模式(因为有多个频段)。此拓扑用于隔离在不同网络中共享时隙的多个 NPG,从而消除或显著减少多个用户之间的干扰。跳频模式技术与其他信号处理技术一起提高了链路 16 的网络性能。Link 16 的多网设计如下图所示。

多网络链路 16 网络,图片来源:多网络仿真的 Link 16 模型架构,IEEE 

Link 16 网络的架构

链路 16 的架构定义了协议栈,该协议栈结合了不同的网络层、用于组织消息、编码、解码和执行各种其他操作的算法,以通过战术链路有效地传输和接收消息。

Link 16 网络的组件,图片来源:用于多网络仿真的 Link 16 模型架构,IEEE

Link 16 的协议栈体系结构类似于为计算机网络应用程序开发的其他网络协议(例如,OSI 模型)。最初,存在的应用层负责生成所需的战术消息以及添加的安全身份验证方案。网络层接收这些消息,同时检查数据包的最佳路由,并确定网络中的其他节点是否处于活动状态。因此,数据包在该层中被寻址,然后发送到数据链路层,该层对数据进行编码、解码和组织为帧。它还负责处理进出物理层的消息,并确定节点如何从通信过程中可能发生的潜在干扰中恢复。物理层是Link 16网络的最后一层,执行其他与信号处理相关的功能,例如信道编码和消息调制。传播延迟只不过是消息信号在网络中的多个节点之间传播的无线信道。当另一端的节点接收到数据包时,它们执行解码和组织消息的反向操作,如上图所示。

Link 16 的应用

机载平台: Link 16 网络目前用于陆地、海洋和空中的多个防御平台。出于空中目的,流行的飞机和战斗机,如B-2 Spirit、F/A-18 Hornet、F-22 Raptor和F-35 Lightning II,使用机载Link 16终端在它们之间以及与将网络扩展到争议地区以外的友军的其他网关进行通信。

海事:Link 16 被用于各种美国航母、法国航母、皇家海军舰艇、日本海事、MILGEM 项目级和瑞典当局。

地面平台:VESTA(验证、评估、模拟、培训和分析)是一种小型货车,在其上安装一个无线电台。该无线电台支持 Link 16 功能,使其能够与战场上的军事平台进行通信。

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