基于Link-16的数据链网络性能分析系统研究与设计

贺小宝

摘   要：数据链网络性能分析是数据链网络管理的重要内容，通过对数据链网络性能的分析，数据链管理中心可以全面了解整个数据链网络的运行状态，及时解决数据链网络中存在的问题。文章论述了一种数据链网络性能分析方法并设计了基于Link-16的数据链网络性能分析系统，使用本系统能够准确的了解和掌握Link-16数据链网络整体运行状态，发现网络运行规律。

关键词：Link-16;数据链;网络性能分析

数据链系统是当今军事电子信息系统中的核心无线网络通信系统，主要用于实现指控平台、探测平台及武器平台之间的信息交互功能，能够在不同的平台间形成紧密的战术链接关系。数据链系统是应用于战场环境下的网络信息系统，由于其应用场景的复杂地理环境和电磁环境及军事应用背景，数据链系统应提供持续可靠的通信服务，并且需要及时掌握数据链系统的网络性能，同时根据网络性能快速做出对应决策，保证数据链系统网络的稳定运行。本文以Link-16数据链应用过程中产生的海量数据为依据，采用多个角度从多个指标分析网络性能，从而能够准确地了解和掌握Link-16数据链网络整体运行情况，发现网络运行规律。

1    Link-16简介

Link-16，也称为联合战术信息分配系统（Joint Tactical Information Distribution System，JTIDS），是一种海、陆、空三军使用的大型综合战术数据链，采用直序扩频、高速跳频等技术，具有容量大、保密性好、抗干扰能力强、使用灵活、功能齐全等特点，是指挥控制与各作战单位之间大量信息交换主要依赖的高速数据分发的重要系统，是C4KISR系统的重要组成部分[1]。

Link-16采用的是时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）工作方式，把整个时间轴按时间段划分，传输的时间以时隙来分配。Link-16的系统时间划分包含时元、时帧、时隙，其中，一天24 h分为112.5个时元，每个时元的长度为12.7 min;每个时元又分为64个时帧，每个时帧的长度为12 s。每个时帧分为1 536个时隙，每个时隙的长度为7.812 5 ms[2]。在每个时元中为每个Link-16系统的成员分配一定数量的时隙以发射信号，而在不发射信号的时隙中则接收其他成员所发射的信号。

为支持作战通信需求，Link-16将不同功能划分为不同的网络参与组（Network Participation Group，NPG），时隙资源先分配给NPG，然后再分配给加入NPG的用户。这样每个用户在各自时隙内工作，共同完成了NPG承担的任务。精确定位与识别（Precise Participant Location Information，PPLI）是其中一种NPG，每个用户使用PPLI实现识别、同步和相对导航功能，PPLI消息中包含用户详细状态信息。

2    数据链网络性能指标设计

首先，明确入脱网判定准则，即数据链网络管理收到第一条PPLI消息与最后一条PPLI消息之间的中间时间段表示该平台在网时间段。脱网后如果再次入网，则按照上面的规则分段统计入网时长。脱网判别准则为之前收到该平台的PPLI消息，但如果在“指定时长”后一直未收到该平台的PPLI消息，则认为该平台脱网。

数据链网络性能分析按照网络整体、单个平台、军兵种、平台型号、海上空中平台、空中平台所属军兵种、指定区域7个数据模型分析方面对数据链网络进行分类分析处理，分析指标包括脱网总次数、出动总架次、在网总时长、脱网总时长、在网率、单位时间脱网次数、单位架次脱网次数、单位时间PPLI消息接收量。各分析指标含义如下。

（1）脱网总次数：按照入脱网判别准则确定脱网，统计分析总脱网次数。

（2）出动总架次：按照PPLI消息中的平台速度和高度信息确定平台出动架次，统计分析出动总架次。

（3）在网总时长：在某次任务中的某次在网期间，用连续收到该平台的最后一条PPLI消息中的系统时间，减去收到的第一条PPLI消息中的系统时间，计算得到该次在网期间该平台的在网时长。对各单次任务中各平台的在网总时长进行相应累加得到多次任务中各平台的在网总时长，统计分析在网总时长。

（4）脱网总时长：某平台脱网后，接收到该平台重新入网的第一条PPLI消息中的系统时间，减去收到的该平台上次脱网时最后一条PPLI消息中的系统时间，为该平台本次脱网的脱网时长。对各单次任务中各平台的脱网总时长进行相应累加得到多次任务的累计全网脱网总时长，统计分析脱网总时长。

（5）在网率：分类统计分析其在网总时长、脱网总时长，将在网总时长除以在网总时长与脱网总时长之和，得到其在网率。

（6）单位时间脱网次数：分类统计与分析其脱网总次数、在网总时长及脱网总时长，将脱网总次数除以在网总时长与脱网总时长之和，得到其单位时间脱网次数。

（7）单位架次脱网次数：分类统计分析其脱网总次数、出动总架次，将脱网总次数除以出动总架次，得到其单位架次脱网次数。

（8）单位时间PPLI消息接收量：分类统计分析其PPLI消息总接收量、在网总时长，将PPLI消息总接收量除以在网总时长，得到其单位时间PPLI消息接收量。

其中，在网率、单位时间脱网次数、单位架次脱网次数及单位时间PPLI消息接收量是归一化处理后的指标。

3    系统的设计与分析

3.1  系统组成

系统的设计遵循软件工程的规律，运用模块化的设计思想，便于后期对软件的修改和维护。本系统由原始数据预处理、网络规划处理、数据库管理与维护、数据分析、地图处理及报表处理等模块组成。

3.2  系统信息处理流程

系统信息处理流程如图1所示，简要说明如下：

（1）网络规划处理模块读取并处理数据链网络的初始化参数文件，参数内容包括参加数据链网络所有平台的平台编号、平台类型、平台分类、所属军兵种等信息。网络规划处理模块调用数据库管理子模块对初始参数信息进行存储管理。

（2）数据预处理模块读取记录数据，按照记录数据格式解析记录数据中的PPLI消息内容，将解析到的PPLI消息按照作战任务进行分类处理并进行存储管理。

（3）数据分析模块调用数据库管理子模块按照任务分类对PPLI消息进行查询处理，按照数据链网络的入脱网判断准则对各平台的PPLI消息進行分析处理，从而得到各平台的入脱网时的状态信息并进行存储管理。

（4）数据分析模块按照多个数据模型分析角度对数据链网络进行分类分析处理。

（5）报表处理模块对各分类分析结果进行输出处理，并对输出结果进行可视化显示处理，从而更直观地实现对数据链网络运行状态的分析。

（6）地图处理模块调用数据库管理子模块对网络成员入脱网信息及PPLI消息进行查询，实现对网络状态的地图显示分析处理。

4    结语

本文在基于Link-16数据链系统使用，研究并设计了一种数据链网络性能分析方法，结合多次任务采集的海量数据，对网络性能进行分析，从海量数据中发掘网络运行规律，避免数据量较少情况下的网络运行状态分析所产生的可能分析误差。从多角度统计分析Link-16数据链系统的网络运行状态，并使用多个指标对网络运行状态进行说明，能够更准确、更多方面掌握JIDS数据链网络的运行情况，丰富网络状态统计分析维度。

[参考文献]

[1] 李天荣.Link-16动态组网技术研究[J].现代导航，2013（2）：140.

[2] 梅文华，蔡善法.JTIDS/Link16数据链[M].北京：国防工业出版社，2017.