基于Link-16的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)性能分析系統(tǒng)研究與設(shè)計

賀小寶

摘 ? 要：數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)性能分析是數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)管理的重要內(nèi)容，通過對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)性能的分析，數(shù)據(jù)鏈管理中心可以全面了解整個數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)，及時解決數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中存在的問題。文章論述了一種數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)性能分析方法并設(shè)計了基于Link-16的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)性能分析系統(tǒng)，使用本系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的了解和掌握Link-16數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)整體運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運行規(guī)律。

關(guān)鍵詞：Link-16;數(shù)據(jù)鏈;網(wǎng)絡(luò)性能分析

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是當(dāng)今軍事電子信息系統(tǒng)中的核心無線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)，主要用于實現(xiàn)指控平臺、探測平臺及武器平臺之間的信息交互功能，能夠在不同的平臺間形成緊密的戰(zhàn)術(shù)鏈接關(guān)系。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是應(yīng)用于戰(zhàn)場環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，由于其應(yīng)用場景的復(fù)雜地理環(huán)境和電磁環(huán)境及軍事應(yīng)用背景，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)應(yīng)提供持續(xù)可靠的通信服務(wù)，并且需要及時掌握數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能，同時根據(jù)網(wǎng)絡(luò)性能快速做出對應(yīng)決策，保證數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行。本文以Link-16數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)為依據(jù)，采用多個角度從多個指標(biāo)分析網(wǎng)絡(luò)性能，從而能夠準(zhǔn)確地了解和掌握Link-16數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)整體運行情況，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運行規(guī)律。

1 ? ?Link-16簡介

Link-16，也稱為聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分配系統(tǒng)（Joint Tactical Information Distribution System，JTIDS），是一種海、陸、空三軍使用的大型綜合戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，采用直序擴頻、高速跳頻等技術(shù)，具有容量大、保密性好、抗干擾能力強、使用靈活、功能齊全等特點，是指揮控制與各作戰(zhàn)單位之間大量信息交換主要依賴的高速數(shù)據(jù)分發(fā)的重要系統(tǒng)，是C4KISR系統(tǒng)的重要組成部分[1]。

Link-16采用的是時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）工作方式，把整個時間軸按時間段劃分，傳輸?shù)臅r間以時隙來分配。Link-16的系統(tǒng)時間劃分包含時元、時幀、時隙，其中，一天24 h分為112.5個時元，每個時元的長度為12.7 min;每個時元又分為64個時幀，每個時幀的長度為12 s。每個時幀分為1 536個時隙，每個時隙的長度為7.812 5 ms[2]。在每個時元中為每個Link-16系統(tǒng)的成員分配一定數(shù)量的時隙以發(fā)射信號，而在不發(fā)射信號的時隙中則接收其他成員所發(fā)射的信號。

為支持作戰(zhàn)通信需求，Link-16將不同功能劃分為不同的網(wǎng)絡(luò)參與組（Network Participation Group，NPG），時隙資源先分配給NPG，然后再分配給加入NPG的用戶。這樣每個用戶在各自時隙內(nèi)工作，共同完成了NPG承擔(dān)的任務(wù)。精確定位與識別（Precise Participant Location Information，PPLI）是其中一種NPG，每個用戶使用PPLI實現(xiàn)識別、同步和相對導(dǎo)航功能，PPLI消息中包含用戶詳細狀態(tài)信息。

2 ? ?數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)設(shè)計

首先，明確入脫網(wǎng)判定準(zhǔn)則，即數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)管理收到第一條PPLI消息與最后一條PPLI消息之間的中間時間段表示該平臺在網(wǎng)時間段。脫網(wǎng)后如果再次入網(wǎng)，則按照上面的規(guī)則分段統(tǒng)計入網(wǎng)時長。脫網(wǎng)判別準(zhǔn)則為之前收到該平臺的PPLI消息，但如果在“指定時長”后一直未收到該平臺的PPLI消息，則認為該平臺脫網(wǎng)。

數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)性能分析按照網(wǎng)絡(luò)整體、單個平臺、軍兵種、平臺型號、海上空中平臺、空中平臺所屬軍兵種、指定區(qū)域7個數(shù)據(jù)模型分析方面對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)進行分類分析處理，分析指標(biāo)包括脫網(wǎng)總次數(shù)、出動總架次、在網(wǎng)總時長、脫網(wǎng)總時長、在網(wǎng)率、單位時間脫網(wǎng)次數(shù)、單位架次脫網(wǎng)次數(shù)、單位時間PPLI消息接收量。各分析指標(biāo)含義如下。

（1）脫網(wǎng)總次數(shù)：按照入脫網(wǎng)判別準(zhǔn)則確定脫網(wǎng)，統(tǒng)計分析總脫網(wǎng)次數(shù)。

（2）出動總架次：按照PPLI消息中的平臺速度和高度信息確定平臺出動架次，統(tǒng)計分析出動總架次。

（3）在網(wǎng)總時長：在某次任務(wù)中的某次在網(wǎng)期間，用連續(xù)收到該平臺的最后一條PPLI消息中的系統(tǒng)時間，減去收到的第一條PPLI消息中的系統(tǒng)時間，計算得到該次在網(wǎng)期間該平臺的在網(wǎng)時長。對各單次任務(wù)中各平臺的在網(wǎng)總時長進行相應(yīng)累加得到多次任務(wù)中各平臺的在網(wǎng)總時長，統(tǒng)計分析在網(wǎng)總時長。

（4）脫網(wǎng)總時長：某平臺脫網(wǎng)后，接收到該平臺重新入網(wǎng)的第一條PPLI消息中的系統(tǒng)時間，減去收到的該平臺上次脫網(wǎng)時最后一條PPLI消息中的系統(tǒng)時間，為該平臺本次脫網(wǎng)的脫網(wǎng)時長。對各單次任務(wù)中各平臺的脫網(wǎng)總時長進行相應(yīng)累加得到多次任務(wù)的累計全網(wǎng)脫網(wǎng)總時長，統(tǒng)計分析脫網(wǎng)總時長。

（5）在網(wǎng)率：分類統(tǒng)計分析其在網(wǎng)總時長、脫網(wǎng)總時長，將在網(wǎng)總時長除以在網(wǎng)總時長與脫網(wǎng)總時長之和，得到其在網(wǎng)率。

（6）單位時間脫網(wǎng)次數(shù)：分類統(tǒng)計與分析其脫網(wǎng)總次數(shù)、在網(wǎng)總時長及脫網(wǎng)總時長，將脫網(wǎng)總次數(shù)除以在網(wǎng)總時長與脫網(wǎng)總時長之和，得到其單位時間脫網(wǎng)次數(shù)。

（7）單位架次脫網(wǎng)次數(shù)：分類統(tǒng)計分析其脫網(wǎng)總次數(shù)、出動總架次，將脫網(wǎng)總次數(shù)除以出動總架次，得到其單位架次脫網(wǎng)次數(shù)。

（8）單位時間PPLI消息接收量：分類統(tǒng)計分析其PPLI消息總接收量、在網(wǎng)總時長，將PPLI消息總接收量除以在網(wǎng)總時長，得到其單位時間PPLI消息接收量。

其中，在網(wǎng)率、單位時間脫網(wǎng)次數(shù)、單位架次脫網(wǎng)次數(shù)及單位時間PPLI消息接收量是歸一化處理后的指標(biāo)。

3 ? ?系統(tǒng)的設(shè)計與分析

3.1 ?系統(tǒng)組成

系統(tǒng)的設(shè)計遵循軟件工程的規(guī)律，運用模塊化的設(shè)計思想，便于后期對軟件的修改和維護。本系統(tǒng)由原始數(shù)據(jù)預(yù)處理、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃處理、數(shù)據(jù)庫管理與維護、數(shù)據(jù)分析、地圖處理及報表處理等模塊組成。

3.2 ?系統(tǒng)信息處理流程

系統(tǒng)信息處理流程如圖1所示，簡要說明如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃處理模塊讀取并處理數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的初始化參數(shù)文件，參數(shù)內(nèi)容包括參加數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)所有平臺的平臺編號、平臺類型、平臺分類、所屬軍兵種等信息。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃處理模塊調(diào)用數(shù)據(jù)庫管理子模塊對初始參數(shù)信息進行存儲管理。

（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊讀取記錄數(shù)據(jù)，按照記錄數(shù)據(jù)格式解析記錄數(shù)據(jù)中的PPLI消息內(nèi)容，將解析到的PPLI消息按照作戰(zhàn)任務(wù)進行分類處理并進行存儲管理。

（3）數(shù)據(jù)分析模塊調(diào)用數(shù)據(jù)庫管理子模塊按照任務(wù)分類對PPLI消息進行查詢處理，按照數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的入脫網(wǎng)判斷準(zhǔn)則對各平臺的PPLI消息進行分析處理，從而得到各平臺的入脫網(wǎng)時的狀態(tài)信息并進行存儲管理。

（4）數(shù)據(jù)分析模塊按照多個數(shù)據(jù)模型分析角度對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)進行分類分析處理。

（5）報表處理模塊對各分類分析結(jié)果進行輸出處理，并對輸出結(jié)果進行可視化顯示處理，從而更直觀地實現(xiàn)對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)的分析。

（6）地圖處理模塊調(diào)用數(shù)據(jù)庫管理子模塊對網(wǎng)絡(luò)成員入脫網(wǎng)信息及PPLI消息進行查詢，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的地圖顯示分析處理。

4 ? ?結(jié)語

本文在基于Link-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)使用，研究并設(shè)計了一種數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)性能分析方法，結(jié)合多次任務(wù)采集的海量數(shù)據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)性能進行分析，從海量數(shù)據(jù)中發(fā)掘網(wǎng)絡(luò)運行規(guī)律，避免數(shù)據(jù)量較少情況下的網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)分析所產(chǎn)生的可能分析誤差。從多角度統(tǒng)計分析Link-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)，并使用多個指標(biāo)對網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)進行說明，能夠更準(zhǔn)確、更多方面掌握JIDS數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的運行情況，豐富網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)統(tǒng)計分析維度。

[參考文獻]

[1] 李天榮.Link-16動態(tài)組網(wǎng)技術(shù)研究[J].現(xiàn)代導(dǎo)航，2013（2）：140.

[2] 梅文華，蔡善法.JTIDS/Link16數(shù)據(jù)鏈[M].北京：國防工業(yè)出版社，2017.