美军TTNT数据链发展应用现状

金荣，张衡阳

（1 空军驻西安地区军事代表室，西安 710068; 2 空军工程大学信息与导航学院，西安 710077）

0 引言

近几次高技术局部战争表明，美军现有武器装备和技术已基本具备精确打击固定目标的能力，但是打击活动目标（时敏目标）的能力则不够充分。因此，美军决定要发展一种支持实时火控过程，灵活、动态、快速、大容量的战术数据链，快速而准确地协同感知和确定战术目标的位置，并进行快速精确协同打击。2001年美军启动的战术瞄准网络技术（Tactical Targeting Networks Technology：TTNT）是当前航空数据链中最为先进的技术之一[1]。10多年时间内经过多次试验，结果表明该技术已经逐渐成熟，作为美军战术数据链，在未来作战应用中将发挥重要的作用。

1 TTNT数据链简介

1.1 研究目标

在目标探测、主动识别、瞄准、打击、摧毁的全过程中，TTNT提供为预警机、战斗机、无人机、情报和监视侦察平台以及地面作战平台之间提供鲁棒的、高性能、互操作的低时延数据通信，能够快速定位“时敏目标”，支持实时火控过程，同时使附带毁伤最小。

1.2 技术特点

（1）架构：专用Ad hoc网络，可以实时重构并具备灵活性；（2）体系：采用IP协议体系结构，易于与其它网络互通；（3）有效性：网络带宽宽、时延小、高优先级信息接入成功率高；（4）可靠性：网络健壮，自愈性强，可动态自配置；（5）灵活性：通信容量视战况实时配置，用户入网/退网方便；（6）兼容性：作为一个模块加装在Link-16终端上，采用J系列报文消息格式，与Link-16完全兼容，并可通过网关接入全球信息栅格；（7）多元性：业务多样，包括文本聊天、电子邮件、静止图像文件共享、双向视频流、目标瞄准、基于IP的飞行任务信息以及跟踪数据态势感知。

1.3 主要性能指标

（1）系统规模：可容纳的用户数为200个～2000个；（2）系统容量：总传输速率>10Mbps；（3）传输速率：2Mbps（传输距离小于185km），500Kbps（传输距离大于185km小于370km），220Kbps（传输距离大于370km小于555km）；（4）传输时延：小于2ms（传输距离小于185km），小于6ms（传输距离大于185km小于370km），小于30ms（传输距离大于370km小于555km）；（5）入网时间：新注册的平台在5s内进入网络；（6）成功传输概率：最高优先级的信息成功传输概率大于99%。

2 关键技术

2.1 网络架构

从网络的体系架构看，TTNT是一种典型的基于IP的航空自组织网络体系架构，可以临时快速自组成网和网络自修复的能力，无需复杂的预规划，可扩展性非常强，飞机可随遇退网、入网，Ad hoc网络的多跳路由功能可支持超视距通信，可以实现多个飞机编队的大空域组网应用。

2.2 分布式信道接入控制技术

TTNT数据链信道接入控制协议采用SPMA协议[5]，具备临时、动态和快速组网、分布式动态接入、支持多节点同时通信、支持多种业务并区分业务优先级的QoS保证、最高优先级业务能够立即接入信道等能力。主要技术包括：分布式、快速、安全的入网认证算法；基于时频分析方法的信道忙闲程度检测和预测算法；具有冲突分解的多信道分布式接入算法；基于信道忙闲程度和区分业务优先级的多信道接入算法；基于负载反馈和退避窗口实时更新的可变因子退避算法。

2.3 高动态多跳IP路由技术

TTNT数据链路由协议要能够对空中平台高速运动引起的网络拓扑变化有很强的感知能力，能够准确构建和维护网络拓扑数据库，实时构建和更新路由表，支持数据传输的低时延和高可靠性。主要技术包括：航空编队网络的动态性分析与预测技术；自适应信标交换算法；邻居节点表构建与维护算法；网络拓扑数据库实时构建和维护技术；基于网络拓扑数据库的编队拓扑控制算法；实时可靠的主动式路由协议的设计。

2.4 分布式入网安全认证技术

节点启动 TTNT工作模式，周期性地发送HELLO消息，进行邻居节点的发现，并启动入网安全认证过程，从而完成节点快速入网功能。

TTNT入网流程：

（1）进入网络范围，接收HELLO消息。

（2）解析HELLO消息，构建邻居节点表。

（3）向最近节点发送身份验证信息。

（4）安全认证交互，验证通过，完成入网。

TTNT退出网络流程：节点退出网络有两种方式

（1）节点损毁或飞离网络范围，网络中其他节点无法收发该节点的信息，超时后将其从邻居节表中删除。

（2）人工发出断开网络连接请求，其他节点接收到其断开连接信息，将其从邻居节点表中删除。

外来节点加入 TTNT网络时必须进行安全认证，文献6表明采用基于公钥加密体制PKI认证方式。TTNT中每个节点传递信息也必须安全，所以通信协议必须使用一定形式的加密机制。TTNT通信采用公钥加密机制认证并协商对称会话密钥，然后利用会话密钥加密通信数据。这种混合安全机制解决了加密运算速度和密钥分配管理问题。TTNT认证算法基于PKI机制、无需第三方参与的认证算法，包括密钥创建，管理和交换。算法遵从Diffie-Hellman Key Exchange方式，成功产生Diffie-Hellman Key完成密钥交换后，通信双方创建一个对称密钥来进行随后的数据通信加密。

3 发展动向

3.1 射频隐身化

最初TTNT数据链系统设计为面向时敏目标打击的全向武器协同数据链，其射频隐身性能满足不了美军第4代隐身战机F22和F35的作战需求，所以在装备隐身战机 F22和 F35的数据链竞争中落败。随后，罗克韦尔·柯林斯公司对 TTNT数据链制定了一系列的改进和完善计划。其中最为重要的计划就是提升TTNT数据链系统的LDP/LDI性能。文献[7]表明，其改进措施采用了全向和定向通信相结合的方式，在网络初始化、网络重组过程中使用全向通信信号波形，待组网完成后，便使用定向通信信号波形进行通信，降低网络运行过程中被敌方干扰和截获的概率。

3.2 终端小形化

为了满足空-空和空-地的组网应用，罗克韦尔·柯林斯公司对TTNT数据链终端进行了小形化，以便加装在无人机、导弹、地面装甲车辆、单兵背负等各类小型终端上，开展了 QNT微型联网数据链技术的研究。QNT数据链与TTNT数据链有非常大的关系，同是罗克韦尔·柯林斯公司为主研制。从相关资料推断，QNT数据链是在TTNT数据链的基础上发展而来，有着很多的共性技术，只是在体积上变得更小，发射功率更小。因此，TTNT数据链终端的小型化是其一种必然的发展趋势。

3.3 应用多样化

从应用的角度看，TTNT是美军的一种新型战术数据链，是为解决未来航空作战动态组网、传输时效性、问题而开发的高性能武器数据链，属于高速、宽带、低时延的数据链网络。主要应用于对信息传输时效性要求很高的应用场合。

（1）空空协同。为了提高空中平台协同感知、决策、打击的能力，快速定位地面目标并进行快速打击，美军采用了这样一种作战模式：隐身作战飞机或无人机突前进行侦察，并迅速将侦察信息传送给编队的其他飞机，其他飞机在较远的空域对目标发射导弹进行攻击，突前的隐身飞机对导弹进行第三方制导。整个攻击过程包含协同感知、协同定位、网络制导、联合评估等四个大的环节。

（2）空地协同。空中作战平台利用站得高、看得远的优势对敌方阵地实施侦察，并将侦察信息实时地传送给地面火力单元，地面火力单元快速实施打击。地面终端也可将敌方重要目标信息实时传送给空中平台，由空中平台对其进行打击，在整个空地协同作战过程中由传感器到射手的时间大大缩短，从而可实现对地面移动目标进行有效打击。

（3）武器协同。多个空中作战平台对时敏目标的协同感知、协同定位、协同瞄准、网络制导，协同攻击，实现战机与战机、战机与导弹、导弹与导弹之间的各类平台协同。该类应用对信息传输的时效性非常高，TTNT数据链系统具备这种能力。

（4）空舰协同。在海洋上作战，由于超短波视距传播的特性，舰对空通信指挥的范围非常有限，需要采用TTNT数据链这种多跳自组网系统，利用节点的多跳路由中继功能实现超视距大范围的空中作战平台和海面舰艇之间的信息传输共享。同时，对于战机（无人机）着舰要求信息传输时延非常低，以克服舰体由于海洋环境颠簸所带来的影响[4]。

4 总结

TTNT数据链是一种基于IP的航空Ad hoc网络，是美军正在研制的新型先进武器协同级数据链，采用了大量先进的技术，其MAC协议、路由协议和物理终端电台的设计紧紧围绕着打击“时敏目标”的要求而展开，旨在实现空-空和空-地武器协同级网络通信，缩短 C4KISR系统从 “传感器”到“射手”的时间，提高网络中心战的能力。

[1] 骆光明.数据链——信息系统连接武器系统的捷径[M].北京：国防工业出版社，2008.

[2] Tactical Targeting Networks Technology（TTNT）,information exploitation office, DARPANET CENTRIC PROGRAMS.

[3] Rockwell Collins receives contract award for completion of the TTNT waveform development.

[4] Rockwell Collins supplies Tactical Targeting Network Technology for deck handling trials of X-47B Unmanned Demonstrator, http://www.rockwellcollins.com/sitecore/

[5] Tactical Targeting Networks Technology（TTNT）,http://www.rockwellcollins.com/sitecore/content/Data/Pro ducts/Communications_and_Networds/Networks/Tactical_Targeting_Network_Technology.aspx

[6] Midshipman Joshua B. Datko, SUPPORTING SECURE,AD HOC JOINS FOR TACTICAL NETWORKS, Trident Scholar project report, 2002.

[7] Tactical Targeting Networks Technology and Connectivity,http://www.sldinfo.com/wp-content/2009/11/TTNT White Paper 1.pdf.