战术数据链实时性研究
摘要
战术数据链的基本作用是保证战场上各个作战单元之间迅速交换情报信息，共享各作战单元掌握的所有情报，实时监视战场态势，提高相互协调能力和整体作战效能。战术数据链在现代战争中发挥着极其重要的作用，数据链的建设是信息化战争发展的重要标志之一，数据链的应用水平在很大意义上决定着信息化战争的水平和能力。战术数据链是数据通信技术在军事方面的典型应用，主要采用通信网络技术和应用协议，实现机载、陆基和舰载战术数据系统之间的新型数据交换及战术系统的各项功能，因此组网协议的研究是数据链系统工作的核心。
本文首先介绍课题的研究背景、国内外研究现状、研究内容及技术路线；
第二章系统地总结战术数据链的分类、作用、特点及基本结构；
第三章介绍了本文所研究的战术数据链的协议，战术数据链系统协议采用信道组网协议，并详细描述了协议中网络体系、网络运行模式、数据处理流程、轮询协议运行、组网实现以及链路操作过程；
第四章是仿真建模，这也是课题的重点，该章根据第三章的协议设计在Qualnet仿真软件下进行战术数据链MAC(Medium Access Control)层建模，同时在单链模型基础上建立了战术数据链多链模型；
第五章是仿真实验及结果分析，该部分首先在单网模型下做了大量实验对战术数据链系统MAC层系统响应时间、端到端时延、网络循环周期等实时性指标进行分析，然后研究了战术数据链系统多链性能，给出了战术数据链系统多链情况下网络节点跨网传递消息的时延实验，结合应用，通过对实验结果分析发现了战术数据链应用层消息端到端时延的变化主要取决于MAC层端到端时延的变化。
总之，本文根据要求对战术数据链的MAC层进行仿真建模，同时根据需要，建立了战术数据链多链模型，通过大量的仿真实验，分析了单网和多网情况下影响战术数据链实时性能的指标，对实际应用提供一定的参考。
The basic function of Tactical Data Information Link(TDIL) is to guarantee that intelligence information can be exchanged in real time and shared among combat units, battlefield situation is under continuous real-time surveillance, so the ability of cooperation each other and the effect of joint operations are effectively improved. The multi-link simulation of TDILdirectly influences the evaluation of the TDIL's application performance.TDIL is representative application of data communications in military affairs. TDIL adoptes communication network technology to achieve new type data exchange among air Platform、army and navy. So the kernel of data link system is to research network protocol.
Firstly, study background & actuality、study content and technical route of the thesis were introduced in chapter 1. Based on TDIL, the thesis summarized sort、function、characteristic and basic architecture in chapter2. On the basic of protocol of TADIL,in the thesis, polling protocol was adopted. Network configuration、data processing、protocol operation、network implementation and link operating procedure were particularly introduced in chapter3. In chapter 4, the thesis developed a MAC module of TDIL based on the QualNet simulation platform.
In chapter 5 the thesis maked experiments with some scenes, some simulation results and analyses were given at the end. The result indicated that changed delay of TADIL message in application layer of TDAIL application layer accord with changed delay of TADIL message in MAC layer.
In conclusion, MAC model of TDIL was designed in the thesis,as well as modeling multilink configuration. Through many experiments,the thesis analysed system performance.The results indicated that the system can meet the requirements of tactical and technical index in some condition, and had reference and guide value in engineering application.
本文首先介绍课题的研究背景、国内外研究现状、研究内容及技术路线；
第二章系统地总结战术数据链的分类、作用、特点及基本结构；
第三章介绍了本文所研究的战术数据链的协议，战术数据链系统协议采用信道组网协议，并详细描述了协议中网络体系、网络运行模式、数据处理流程、轮询协议运行、组网实现以及链路操作过程；
第四章是仿真建模，这也是课题的重点，该章根据第三章的协议设计在Qualnet仿真软件下进行战术数据链MAC(Medium Access Control)层建模，同时在单链模型基础上建立了战术数据链多链模型；
第五章是仿真实验及结果分析，该部分首先在单网模型下做了大量实验对战术数据链系统MAC层系统响应时间、端到端时延、网络循环周期等实时性指标进行分析，然后研究了战术数据链系统多链性能，给出了战术数据链系统多链情况下网络节点跨网传递消息的时延实验，结合应用，通过对实验结果分析发现了战术数据链应用层消息端到端时延的变化主要取决于MAC层端到端时延的变化。
总之，本文根据要求对战术数据链的MAC层进行仿真建模，同时根据需要，建立了战术数据链多链模型，通过大量的仿真实验，分析了单网和多网情况下影响战术数据链实时性能的指标，对实际应用提供一定的参考。
The basic function of Tactical Data Information Link(TDIL) is to guarantee that intelligence information can be exchanged in real time and shared among combat units, battlefield situation is under continuous real-time surveillance, so the ability of cooperation each other and the effect of joint operations are effectively improved. The multi-link simulation of TDILdirectly influences the evaluation of the TDIL's application performance.TDIL is representative application of data communications in military affairs. TDIL adoptes communication network technology to achieve new type data exchange among air Platform、army and navy. So the kernel of data link system is to research network protocol.
Firstly, study background & actuality、study content and technical route of the thesis were introduced in chapter 1. Based on TDIL, the thesis summarized sort、function、characteristic and basic architecture in chapter2. On the basic of protocol of TADIL,in the thesis, polling protocol was adopted. Network configuration、data processing、protocol operation、network implementation and link operating procedure were particularly introduced in chapter3. In chapter 4, the thesis developed a MAC module of TDIL based on the QualNet simulation platform.
In chapter 5 the thesis maked experiments with some scenes, some simulation results and analyses were given at the end. The result indicated that changed delay of TADIL message in application layer of TDAIL application layer accord with changed delay of TADIL message in MAC layer.
In conclusion, MAC model of TDIL was designed in the thesis,as well as modeling multilink configuration. Through many experiments,the thesis analysed system performance.The results indicated that the system can meet the requirements of tactical and technical index in some condition, and had reference and guide value in engineering application.
引文
[1] 孙义明，杨丽萍．信息化战争中的战术数据链．北京：北京邮电大学出版社，2005．7；20～22
[2] 万永乐，张剑．战术互联网建模与仿真．通信技术．2002：130(10)；49～53
[3] 张剑，刘伟．军用无线网络仿真[J]．军事通信技术，2002，(2)：31～32
[4] 陈春明，王可人，郭建蓬．基于OPNET的Link16网络仿真平台设计．通信对抗[J]．2005，2；9～10
[5] 田斌鹏，陈林星等．基于QualNet仿真环境下的战术数据链多链建模仿真．电讯技术(已录用)．
[6] G S Sidhu, R F Andrews, A B Oppenheimer. Inside Apple Talk, Second Edition, Addison Wesley Publishing Company. Inc, 1990; 10～15
[7] 赵玉亭．基于QualNet构建Ad Hoc网络跨层协议交互机制．计算机仿真．2007．6：62～55
[8] 刘红军，罗巧云．北约最新的战术数据链Link22，电讯技术增刊．2004，1；10～12
[9] 王文博，张金文．OPNET Modeler与网络仿真．北京：人民邮电出版社，2003．10；32～35
[10] 陈鑫林．现代通信中的排队论．北京：电子工业出版社，1999；41～55
[11] Theodore S．Rappaport著．无线通信原理与应用．蔡涛等译．电子工业出版社，1999．11；25～36
[12] 崔玉美，胡战虎．战术数据链中纠错编码技术的设计．航空电子技术．2003．9；25～26
[13] 花江．低空数据传输中的自组织时分多址协议仿真．电讯技术，2004．3；20～22
[14] 吴燕，李文革等．三军联合战术信息分发系统研究．信息产业部电子第二十研究所，2001
[15] 卢建川．美军数据链装备体系综合分析．电讯技术，2004．3，25～26
[16] 蔡红，缪彩练．情报侦察信息分发数据链体系剖析．电讯技术，2004．3：23～25
[17] 曹广平，郭贵堂．导弹飞行控制数据链技术．电讯技术，2004．3．30～35
[18] 刘强．一种轮询系统的平均周期时间．计算机研究与发展，1999(7)：819～823
[19] 张宇眉，赵东风．无线局域网中动态优先级轮询控制系统分析．计算机工 程与应用，2005．3；15～21
[20] 田乃硕，金顺福．时分多路访问(TDMA)协议的性能分析．燕山大学学报，2002．1；7～8
[21] Fred Goldstein. JTIDS/Multi-Link Test Device(MLTD) Laboratory Environment Test System. MILCOM 97 Proceedings,Vol. 1, 1997: 413～418.
[22] 王海砚．战术数据链多址组网协议分析．电讯技术，2004．3；
[23] 黄波，刘宏．GSM通信协议的系统结构和数据链路协议的实例分析．常德师范学院学报，2000．4；21～26
[24] 孙宇彤．TDMA空中接口技术．人民邮电出版社，2002．1；27～30
[25] 任秀丽，范力军等．一种公平而有效的动态轮询方案．东北大学学报，2003．8；16～17
[26] 刘利民，徐志伟．一种基于CSMA／CA的无线局域网协议的实现方法．计算机工程与设计，2002．2；10～12
[27] 吴日春，周文，张文锋．CSMA／CA在无线局域网中的应用研究．甘肃科技，2001．2；28～32
[28] IEEE std 802.11. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Specifications, 1999.; 9～15
[29] 肖俊峰．无线网络MAC协议性能分析与改善．北京邮电大学博士论文．2006．4
[30] 肖瑶，周宗仪．随机接入协议．通信技术，2003．1；
[31] 刘徐德．战术通信、导航定位和识别综合系统文集(1)．电子工业出版社，1991；
[32] 郭梯云，杨家玮．数字移动通信．人民邮电出版社，1995；5～10
[33] 曹瑛．数据链在陆军航空兵中的应用研究．电讯技术，2004．3；9～12
[34] 王锋，廉保旺，丁在田．基于FDM-TDM的V／UHF地空战术数据链研究．空军工程大学学报 2005，4；10～14
[35] W F Lo, HT Moufath. Carrier Sense Multiple Access with Collision Decection for Radio Channels. IEEE 13th Common. And Energy Conf. IEEE. pp: 244～247, 1997.
[36] US Department of Defense. Interoperability and Performance Standards for Tactical Digital Information LinkA. MIL-STD-188-203-1A, 1988. 1: 7～68.
[37] US Department of Defense. Subsystem Design and Engineering Standards for Tactical Digital Information LinkB. MIL-STD-188-212, 1984. 3: 20～44.
[38] US Department of Defense. Subsystem Design and Engineering Standards for Tactical Digital Information LinkC. MIL-STD-188-203-3, 1983. 10: 25～39.
[39] B. E. White. Tactical Data Link, Air Traffic Management and Software Programmable Radios, 18th DASCON, vol.1,1999: 5.C.5-1—5.C.5-8.
[40] 陈林星等．移动AdHoc网络-自组织分组无线网络技术．电子工业出版社．2006．32～55
[41] Gegore E.Mitchell,John F.Gander.mpact Of TimeDelays On The JTIDS Network.IEEE, 1990. 30～31
[42] Scalable Network Technologies, Inc., QualNet 3.9 Programmer's Guide, October 24, 2005.12～15
[43] Fred Goldstein Martin McDonough. Joint Tactical Information Distrubtion System(JTIDS) Mmtil-Link Test Device(MLD) Labory Environment Test System.Dvnamics Research Corboration IEEE,1997.10～11
[44] Stan Schatt. Linking LANS. Windcrest Books, 1991. 20～21
[45] Scalable Network Technologies, Inc., QualNet 3.9 Programmer's Guide, October 24, 2005.
[46] European Telecommunication stand. Digital cellular telecommunications system. Radio transmission and reception, 1996. 20～25
[47] Ken Miller. Cellular essentials for wireless data transmission. Data communication. 21(5): 99, 1990; 18～20
[48] Wireless Session Protocol specification. Approved version 4-May-2000.
[49] Black, Ulysses. TCP/IP and Related Protocals. New York: McGraw-Hill, 1995.
[50] "Multi-Role Flight Management For the E-8C Joint STARS Aircraft." Ken McElreath Collins Avionics & Communications Division Rockwell International Corporation. 35～36
[51] Kesidis G. ATM Networks Performance. Boston: Kluuwer Academ ic Publishers, 1996. 12～15
[52] Hashidao.Analysis of mulfiqueue. The Electrical Communication Laboratories. NTT, 20(3～4): 189～199, 1972.
[53] W. Simpson. PPP challenge handshake authentication protocol (CHAP). RFC 1994, Aug. 1996. 21～23
[54] Jeremiah F H.Modeling and Analysis of Computer Communications Networks[M]. New York: Plenum Press, 1984. 17～19
[55] 邢智，戴浩．基于OPNET的Link-16数据链建模与仿真．军事运筹与系统工程 2005，5；46～50
[2] 万永乐，张剑．战术互联网建模与仿真．通信技术．2002：130(10)；49～53
[3] 张剑，刘伟．军用无线网络仿真[J]．军事通信技术，2002，(2)：31～32
[4] 陈春明，王可人，郭建蓬．基于OPNET的Link16网络仿真平台设计．通信对抗[J]．2005，2；9～10
[5] 田斌鹏，陈林星等．基于QualNet仿真环境下的战术数据链多链建模仿真．电讯技术(已录用)．
[6] G S Sidhu, R F Andrews, A B Oppenheimer. Inside Apple Talk, Second Edition, Addison Wesley Publishing Company. Inc, 1990; 10～15
[7] 赵玉亭．基于QualNet构建Ad Hoc网络跨层协议交互机制．计算机仿真．2007．6：62～55
[8] 刘红军，罗巧云．北约最新的战术数据链Link22，电讯技术增刊．2004，1；10～12
[9] 王文博，张金文．OPNET Modeler与网络仿真．北京：人民邮电出版社，2003．10；32～35
[10] 陈鑫林．现代通信中的排队论．北京：电子工业出版社，1999；41～55
[11] Theodore S．Rappaport著．无线通信原理与应用．蔡涛等译．电子工业出版社，1999．11；25～36
[12] 崔玉美，胡战虎．战术数据链中纠错编码技术的设计．航空电子技术．2003．9；25～26
[13] 花江．低空数据传输中的自组织时分多址协议仿真．电讯技术，2004．3；20～22
[14] 吴燕，李文革等．三军联合战术信息分发系统研究．信息产业部电子第二十研究所，2001
[15] 卢建川．美军数据链装备体系综合分析．电讯技术，2004．3，25～26
[16] 蔡红，缪彩练．情报侦察信息分发数据链体系剖析．电讯技术，2004．3：23～25
[17] 曹广平，郭贵堂．导弹飞行控制数据链技术．电讯技术，2004．3．30～35
[18] 刘强．一种轮询系统的平均周期时间．计算机研究与发展，1999(7)：819～823
[19] 张宇眉，赵东风．无线局域网中动态优先级轮询控制系统分析．计算机工 程与应用，2005．3；15～21
[20] 田乃硕，金顺福．时分多路访问(TDMA)协议的性能分析．燕山大学学报，2002．1；7～8
[21] Fred Goldstein. JTIDS/Multi-Link Test Device(MLTD) Laboratory Environment Test System. MILCOM 97 Proceedings,Vol. 1, 1997: 413～418.
[22] 王海砚．战术数据链多址组网协议分析．电讯技术，2004．3；
[23] 黄波，刘宏．GSM通信协议的系统结构和数据链路协议的实例分析．常德师范学院学报，2000．4；21～26
[24] 孙宇彤．TDMA空中接口技术．人民邮电出版社，2002．1；27～30
[25] 任秀丽，范力军等．一种公平而有效的动态轮询方案．东北大学学报，2003．8；16～17
[26] 刘利民，徐志伟．一种基于CSMA／CA的无线局域网协议的实现方法．计算机工程与设计，2002．2；10～12
[27] 吴日春，周文，张文锋．CSMA／CA在无线局域网中的应用研究．甘肃科技，2001．2；28～32
[28] IEEE std 802.11. Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Specifications, 1999.; 9～15
[29] 肖俊峰．无线网络MAC协议性能分析与改善．北京邮电大学博士论文．2006．4
[30] 肖瑶，周宗仪．随机接入协议．通信技术，2003．1；
[31] 刘徐德．战术通信、导航定位和识别综合系统文集(1)．电子工业出版社，1991；
[32] 郭梯云，杨家玮．数字移动通信．人民邮电出版社，1995；5～10
[33] 曹瑛．数据链在陆军航空兵中的应用研究．电讯技术，2004．3；9～12
[34] 王锋，廉保旺，丁在田．基于FDM-TDM的V／UHF地空战术数据链研究．空军工程大学学报 2005，4；10～14
[35] W F Lo, HT Moufath. Carrier Sense Multiple Access with Collision Decection for Radio Channels. IEEE 13th Common. And Energy Conf. IEEE. pp: 244～247, 1997.
[36] US Department of Defense. Interoperability and Performance Standards for Tactical Digital Information LinkA. MIL-STD-188-203-1A, 1988. 1: 7～68.
[37] US Department of Defense. Subsystem Design and Engineering Standards for Tactical Digital Information LinkB. MIL-STD-188-212, 1984. 3: 20～44.
[38] US Department of Defense. Subsystem Design and Engineering Standards for Tactical Digital Information LinkC. MIL-STD-188-203-3, 1983. 10: 25～39.
[39] B. E. White. Tactical Data Link, Air Traffic Management and Software Programmable Radios, 18th DASCON, vol.1,1999: 5.C.5-1—5.C.5-8.
[40] 陈林星等．移动AdHoc网络-自组织分组无线网络技术．电子工业出版社．2006．32～55
[41] Gegore E.Mitchell,John F.Gander.mpact Of TimeDelays On The JTIDS Network.IEEE, 1990. 30～31
[42] Scalable Network Technologies, Inc., QualNet 3.9 Programmer's Guide, October 24, 2005.12～15
[43] Fred Goldstein Martin McDonough. Joint Tactical Information Distrubtion System(JTIDS) Mmtil-Link Test Device(MLD) Labory Environment Test System.Dvnamics Research Corboration IEEE,1997.10～11
[44] Stan Schatt. Linking LANS. Windcrest Books, 1991. 20～21
[45] Scalable Network Technologies, Inc., QualNet 3.9 Programmer's Guide, October 24, 2005.
[46] European Telecommunication stand. Digital cellular telecommunications system. Radio transmission and reception, 1996. 20～25
[47] Ken Miller. Cellular essentials for wireless data transmission. Data communication. 21(5): 99, 1990; 18～20
[48] Wireless Session Protocol specification. Approved version 4-May-2000.
[49] Black, Ulysses. TCP/IP and Related Protocals. New York: McGraw-Hill, 1995.
[50] "Multi-Role Flight Management For the E-8C Joint STARS Aircraft." Ken McElreath Collins Avionics & Communications Division Rockwell International Corporation. 35～36
[51] Kesidis G. ATM Networks Performance. Boston: Kluuwer Academ ic Publishers, 1996. 12～15
[52] Hashidao.Analysis of mulfiqueue. The Electrical Communication Laboratories. NTT, 20(3～4): 189～199, 1972.
[53] W. Simpson. PPP challenge handshake authentication protocol (CHAP). RFC 1994, Aug. 1996. 21～23
[54] Jeremiah F H.Modeling and Analysis of Computer Communications Networks[M]. New York: Plenum Press, 1984. 17～19
[55] 邢智，戴浩．基于OPNET的Link-16数据链建模与仿真．军事运筹与系统工程 2005，5；46～50