005 戰術數據鏈路簡介 - Link-16 基本概述(二)

        當不使用EDAC位元進行錯誤編碼檢查時，則每個未編碼資訊的時槽傳送450位元(標準封包)、900位元(封包2型)、1800位元(封包4型)，然而每個時槽實際上可以傳送465個位元的標準封包、930位元的封包2型及1860位元之封包4型。且所有的位元可用來作為通用的自由文字訊息。由於增加JTIDS/MIDS數據傳輸率，在相同的時間下，Link-16比Link-11能夠傳送更多的數據，有了這樣的認知後，Link-16 J-Series訊息標準研發人員便加上J-Series數據元件，而在Link 11上無法交換這些數據元件，Link 16 J-Series訊息所允許回報的戰術資訊量則變成Link 11的2到3倍之多。近54 kbps之戰術數據速率可供封包2型結構使用，實際上在假設1/128秒內傳送420數據位元(6個70位元的字元)能力下，可判定為即時速率。然而JTIDS網路容量可以藉由使用多重網技術來增加，統計分析顯示大約可同時存在20個不同網而不會相互干擾，另外其他選項則是允許同步傳送，最先收到傳送資料的單位(最接近的單位)總是為唯一處理的單位。
       
        實際上，戰術數據速率增加並不是直接比較Link-4A、Link-11、及Link-16有效的數據速率就能得到，部分原因如下：
         在每一個網路中，部分時槽所配置的功能並不包含在Link-11內，例如空管及語音。
         配置到戰術數據的時槽數量必須增加一倍，以滿足單跳中繼傳送需求。
         不是所有分配到時槽皆必須要使用。
         最後，對於任何所給與的時槽群組，終端機會自動調整訊息封包密度以支援必須要
傳送的數據數量。

       就以Link-16有效的戰術數據速率來說，假如Link-16網路全面使用單跳中繼及封包2型分封結構的話，將遠遠超過Link-11。原則上，美海軍的F-14D 雄貓式戰鬥機(已除役)，在第５個網路參與群組中的每一個時框(frame)內的4個高更新率時槽，及NPG-6中每時框內之另2個時槽傳送自己的單位回報，稱為精確參與者位置識別(Precise Participant Location and Identification , PPLI) 訊息，以達到每2秒鐘平均有一半的更新回報資料之速率，這使得雄貓式戰機比傳統上(相較於採用Link-11網路週期)有更快的更新率。

實際Link-16網路的容量取決於有多少參與單位以每時框有多少時槽正在發射，以及其他如上述等因素。通常以每秒鐘位元率估計系統Link-16容量，對粗估而言，將每秒鐘真正使用的時槽數量(最大值128)，乘上每一時槽所傳送的位元數量(225或450)，並且用運作網數量乘上這結果。但就事實而言，然而使用在此次計算的值應該考慮容量上減少的，由於數據中繼的關係、封包結構的改變、時槽不使用、及某些時槽只屬於單網，無論系統容量估計有多大，但終究任何終端機的總處理能力被限制僅能在每秒有128個時槽的單網內。

004 戰術數據鏈路簡介 - Link-16 基本概述(一)

架構
        Link-16採用分時多重存取(Time Division Multiple Access, TDMA) 原理，此為Link-16終端機的自動功能，TDMA架構使用交錯時間以提供多重及明顯地同時通訊網路，所有JTIDS單位或Jus均預先指定一組時槽用以傳送其數據及接收來自其他單位的數據，每一個時槽之持續時間為1/128秒或7.8125毫秒(ms)。51個頻率在JTIDS傳送，時槽內的頻率並不是固定不變，而是快速地變化 (每13微秒改變1次) 依據預先設定好的偽隨機形式，這樣的技術稱為跳頻(frequency hopping)。

Network & Net
        Link-16網路是參與者的集合，所有的參與者需時間同步並分享一個整體的共同覺知：也就是時槽邊界出現之處，所有參與者所掌握全部時槽的集合亦可認定為網路。Net是時槽的子集合，隸屬於Link-16網路，也是參與者分享這子集合的時槽，Link-16 的網是由跳頻形式來區隔，網路中之多重網可以藉由「堆疊」允許時槽再度被使用，也就是各個網以不同的頻率傳送資料，每一個網將被指定一個數字用來指派特定跳頻形式。
        Link-16網路可由一個或多個網所組成，最多可有128個網路編號，而可供運作的網編號從0到126，因此可以有127可操作網 (第0網到第126網)。在Link-16網路，雖然基本上以不超過3到6個網來運作，所以在任何所給與的時槽，各單位是在127個網其中的1個網上運作，其運作方式不是傳送就是接收。
        Link-16運作的網編號併同網路設計檔一起自動載入終端機，然網編號127代表「No Statement」，意為保留供特殊使用：用以指示堆疊的或操作手選擇的網編號介於0到126，將於後面說明。故當一個網路設計指定「網127」，適當的操作設定通常要在作戰任務鏈路(OPTASK LINK)訊息中提供，這表示在終端機啟動時操作手將必須以手動方式設定網編號，對於海軍指管處理器(Command and Control Processor (C2P))或共通數據鏈路管理系統(Common Data Link Management System (CDLMS))人機介面的操作手而言，第127個網必須設在OFF的位置。


資料交換
        依據數據封包結構是採用標準、封包2型(Packed-2)、或封包4型(Packed-4)，Link-16 在7.8125微秒的時槽中可以傳送3、6、或12個Link-16的字元組，Link-16數據字元與Link 11結構類似，是由一可變數量的字元所組成－通常是1、2、或3個字元－雖然訊息的長度有可能超過40個字元，3種可能傳送的訊息：固定格式、自由文字、與可變格式，固定格式的訊息在Link 16上交換即是我們所知道的J-Series訊息，所有J-Series訊息是採用「固定格式」訊息內含同位檢查位元(parity bits)及Reed-Solomon (R-S)錯誤偵測與修正(error detection and correction (EDAC))編碼，有效的戰術數據位元率為每秒26,880、53,760、或107,520位元(bits per second (bps))，由2個因素來決定：
            在時槽內含有多少個戰術數據字元、及
            終端機在時槽內所傳送的這些字元是否為多餘的。
        這些數據速率代表戰術數據、同位檢查位元、及R-S EDAC編碼所需的額外位元(多餘位元)，一個具備Reed-Solomon (R-S)編碼的時槽，在標準封包時需要210個位元(70位元的字元有3個)戰術資訊，在封包－2時需要420個位元(70位元的字元有6個)戰術資訊，在封包－4時需要840個位元(70位元的字元有12個)戰術資訊，計算任何Link 16訊息交換型式平均數據速率，只要將時槽內的戰術資訊位元數量乘上128即可，該128是每秒鐘所傳送的時槽數量。
        雖然固定格式訊息是最常用來傳送J-Series訊息，但是海軍與美國空軍也使用固定格式訊息去執行其文字交換能力，已經為美國空軍所使用的J28.2文字訊息，最近已經安裝到E-2C上，同時也安裝到TAOM T5.0軟體上，雖然這訊息是正式設計給美國空軍使用，E-2C的安裝使用現存的處理能力。
        自由文字格式可以用來作為不同功能，目前，在作戰使用自由文字格式的只有語音，且是用EDAC編碼方式傳送，海軍與海軍陸戰隊使用2種數據速率－每秒2.4仟位元(kbps)及每秒16 kbps`－但美海軍習以16 kbps為設定來傳送語音。

003 戰術數據鏈路簡介 - Link-16之歷史

        戰術數據鏈路 (tactical data links, TDLs) 的發展乃結合數位電腦，使聯軍兵力能夠跨越不同數位介面交換資訊，Link-11 (前身為TADIL A) 及Link-11B (前身為TADIL B) 是設計在功能性支援單位執行其任務時，使用8位元電腦來分享近即時監視與指揮之數位化資料。Link-16 的發展目的為用現代化與功能提升取代這些鏈路，以反應後期對16位元的需求。美國在1970年代開始發展Link-16，最初JTIDS (建置Class I終端機) 的能力仍是建置在某些NATO單位，當時預期這些JTIDS 終端機仍將再使用10年，在1999年科索沃衝突中，美軍艦Stout號(DDG 55)已可與NATO載台進行能力互通。

        第一個使用J-series訊息的Link-16 通訊終端設備為JTIDS Class II 終端機，Class II 終端機目前在使所有美國陸、海、空及陸戰隊等軍種可與共同參與計畫的同盟國的載台共同運作。而第 2代的Link-16 終端機 － MIDS。則是國際合作案，參與的國家有美國、法國、德國、西班牙、與義大利，另採用Class II 或 MIDS終端機之Link-16亦於其他國家安裝。對海軍而言，Link 16發展始於JTIDS Class II 終端機，使用分散式分時多重存取 (Distributed Time Division Multiple Access ,DTDMA) 協定，這項發展於1985年取消，而去支持美國空軍在Link-16上的發展，採用現行的協定TDMA。Class II 終端機在設計上是能夠在不同類型的載台上安裝，由於Carl Vinson戰鬥群的安裝被視為是測評(Test and Evaluation)安裝，在當時部署時執行技術測評(TECHEVAL)，並於返航後立即進行 Link-16 作戰測評(OPEVAL)，在艦隊現代化專案(Fleet Modernization Program, FMP)下，美軍艦Constellation號(CV 64)於1994年1月完成艦上安裝，這是美國海軍船艦第1次 Link-16安裝，美海軍Link-16全量產建置則始於1995年。

        Link-16特色：Link-16包含改善許多Link-11的性能，如：
        抗干擾
         增強保密性
         增加數據傳輸率(總處理能力(throughput))
         增加資訊交換量及精度
         減少數據終端機尺寸，使能安裝於戰機與攻擊機
         數位化、抗干擾、加密語音能力
         相對航行
         精確參與者位置與識別

002 戰術數據鏈路簡介 - 專有名詞與術語介紹

        原戰術數據鏈路(Tactical Data Link , TDL)是由美國防資訊系統署(Defense Information Systems Agency, DISA) 之構型管理委員會 (Configuration Control Board, CCB)將早期的戰術數位資訊鏈路(Tactical Digital Information Link, TADIL)一詞予以取代，故除ATDL-1外，其餘類型之數據鏈路代名皆以TDL作為類別代字，以配合北約組織使用國命名原則。
        Link 16已超越早期所使用之Link 11、Link 4A、與Link 11B，在數據鏈路通訊上有重大進步，無論何時Link 16均已成最適用的TDL，許多服役的美國海軍Link 11載台軍整合建置Link 16，然Link 16不會完全取代這些鏈路。由於Link 16終端機僅採用UHF頻率，除非運用適當的中繼載台，否則Link 16僅限於視距內通訊(line of sight, LOS)。

        後續陸續將提到之許多縮語，縮語JTIDS代表Link 16通訊組件，包括Class I與Class II 終端機之軟硬體及無線電裝備、以及其所產生之高容量、保密、抗干擾波型，而高功率放大器組(High Power Amplifier Group (HPAG))則是Class II組的一部分。如美國軍艦艇或E-2C所配備，或者美國海軍陸戰隊防空通訊載台(Defense Communications Platform (ADCP))，JTIDS被稱為Class IIH 終端機。
        將用來取代JTIDS的Link 16通信組件為多功能資訊分配系統(Multifunctional Information Distribution System (MIDS))，MIDS終端機比Class II終端機來的更小巧些，這使得它們更適合配置在戰機及其他載台：細節可參閱(http://www.rockwellcollins.com/ecat/gs/MIDS_LVT.html)網站。
        LVT-1早期建置於美海軍載台及美海軍陸戰隊的F/ A-18E/ F戰機上，LVT-2已由陸軍建置使用中，並已將建置於美海軍陸戰隊通用航空指揮與管制中心(Common Aviation Command and Control Station (CAC2S))，由於LVT-3其安裝在美國空軍F-15A-E戰機上，因此LVT-3也稱為戰機數據鏈路(Fighter Data Link (FDL))終端機.，所有前面所述之終端機 — JTIDS與MIDS — 表傳送與接收Link 16。因而無論何時當你聽到「JTIDS」或「MIDS」，就是「Link 16」的代名詞！
        IJMS原文為「Interim JTIDS Message Specification」，其訊息格式是依據早期暫定的規格並用在首批Link 16終端機(定名為「Class I」)上，美海軍及美海軍陸戰隊載台從未建置Class I 終端機亦從未使用 IJMS 訊息，現今Class I 終端機主要用在 NATO 空中預警與管制系統(Warning and Control System, AWACS) 飛機及地面管報中心 (Control and Reporting Centers, CRCs)上，Class I 終端機僅支援有限的JTIDS能力，且無法完全與現有的Link 16訊息標準相容。


        在美軍中仍有少部分載台具備Class I能力。如美國空軍Class II 終端機能夠轉譯 Class I IJMS及Link 16通訊協定，由於其能將IJMS訊息與J-series訊息互相轉換，我們稱之為雙語(bilingual)，但並非所有的雙語終端機皆具轉譯能力。如美國空軍的AWACS及CRC Class II 終端機都是「通道」雙語終端機，也就是讓收到的訊息通過送到主機上執行IJMS 及/或Link 16解讀， AWACS主機電腦支援IJMS及J-series兩者的訊息，所以能夠同時參與這2個鏈路，然而CRC的主機雖然能夠中繼傳送IJMS訊息，卻因無法解讀 IJMS 訊息，而沒有有效的雙語能力。早期美國海軍艦艇、E-2C、及已退役之F-14D戰機均安裝 Link 16 Class II 終端機。

        美國海軍陸戰隊ADCP及戰術空中作戰組(Tactical Air Operations Module, TAOM)亦安裝Class II 終端機，這2個單位的F/A-18戰機是安裝MIDS LVT-1終端機版本，為美國海軍陸戰隊發展的是CAC2S、聯合打擊戰機(Joint Strike Fighter (F-35)、及AV-8B等建置專案均採用 Link 16。使用J-series訊息進行點對點 (相對應於網狀化) 通訊協定稱為Serial J，Serial J為 Link 11B之更新版，用J-series等同訊息取代M-series訊息， Serial J不支援JTIDS終端機功能訊息(如時間同步與導航)，亦不支援某些功能(如戰機對戰機與加密語音)。其主要是由狀況覺知及相似於Link 11與Link 11B的指揮數據所組成，Serial J能夠使用不同的協定，包含聯合距離延伸(Joint Range Extension (JRE))協定。

       S-TDL J 是海軍使用的術語，用來說明在衛星鏈路上採用J-series訊息，S-TDL J並非由JTIDS或MIDS終端機來執行，而是採現行的UHF衛星、衛星數據機、及分離式加密裝置，然陸戰隊使用了JRE閘道器來供其Link-16進行衛星通訊。Socket J並非其正式術語，它表Link-16相容數據在TCP/IP網路上移動，Socket J有相似於J-series訊息的數據要素，但卻未遵循 J-series訊息協定。
        Link-22是NATO之最新研發，有時也稱為奈爾(NATO Improved Link-11, NILE)，它是將HF與UHF Link-11提升到J-series數據要素，Link-22允許最多可有4個網同時運作(3個HF網與1個UHF網) 。每個網使用分時多重存取(Time Division Multiple Access (TDMA))協定，不過此類協定不同於Link-16，目前NATO改進Link 11(NATO Improved Link-11 (NILE))的7個會員國海軍載台上已開始安裝Link-22，海軍預劃在2015年以Link-22 取代 Link-11。

001 戰術數據鏈路簡介 - Link-16 歷史與背景

前言
        Link 16是戰術數據鏈路，目前在北大西洋公約組織(North Atlantic Treaty Organization, NATO)、及其他同盟國仍持續進行整合與改良以支援各種聯合作戰的需求。Link 16最早用於美國海軍，安裝型號為JTIDS II型終端機，用以處理J-series訊息，安裝的載具有美軍艦Carl Vinson (CVN 70)及兩導彈巡洋艦戰鬥群－Antietam號(CG 54)與Arkansas號(CGN 41)艦。
相對於已使用多年的Link 4A、Link 11 及Link 11B等舊式鏈路系統而言，Link 16並未大幅度改變其戰術數據鏈路資訊交換的基本觀念，甚而針對既有的戰術數據鏈路能力，Link 16提供某些技術上與操作上的改善。
        後續將針對歐美建置整合Link 16載台後，數據鏈路能力改善的結果做詳細說明，你也可進一步了解其延伸之訊息結構與強化的波形內容。當然，您亦須先具備Link 4A、Link 11、及/或Link 11B運用概念。Link16在整體設計上之目的與Link 4A、Link 11及Link 11B相同，也就是讓軍事單位間可進行即時戰術資料交換。雖然Link 16在目的上與這些鏈路相同，但卻提供一些原有鏈路所欠缺的數據交換要素，同時亦顯著的提升如無節點、抗干擾、通訊彈性、分離傳送及資料保密、增加參與單位數量、增加資料容量、導航功能及語音加密。

Link 16歷史
        戰術數據鏈路(tactical data links, TDLs)的發展是結合數位化電腦，使聯軍與盟軍兵力能夠跨數位化介面交換資訊，Link 11 (前身為TADIL A)及Link 11B(前身為TADIL B)是設計在功能性支援單位執行其任務時，使用8位元電腦來分享近即時監視與指揮數據，Link 16的發展目的為用現代化與功能提升取代這些鏈路，以反應後期對16位元的需求。
        美國在1970年代開始發展Link 16，最初JTIDS (建置在Class I終端機) 的能力仍是建置在某些NATO單位。依目前局勢來看，JTIDS終端機可能在5年內由MIDS終端機所取代，然在1999年科索沃衝突中，美艦 Stout號(DDG 55)便開始可與NATO進行鏈路能力互通。
        第一個使用J-series訊息的Link 16通訊終端機是JTIDS Class II 終端機，Class II終端機目前仍用於所有美軍種 (陸、海、空及陸戰) 及同盟國載台。第二代 Link 16 終端機－MIDS終端機已開始量產與整合，它屬國際合作案，參與的國家有美國、法國、德國、西班牙、與義大利，另採用Class II 或 MIDS 終端機之 Link 16也在其他國家安裝。
        對海軍而言，Link 16發展始於JTIDS Class II 終端機，使用分散式分時多重存取(Distributed Time Division Multiple Access, DTDMA) 協定，這項發展至1985年由美國空軍在Link 16上的發展採用現行的協定分時多重存取 (Time Division Multiple Access, TDMA) 所取代。
        Class II 終端機在設計上是能夠在不同類型的載台上安裝，由於Carl Vinson戰鬥群的安裝被視為是測試與評估(Test and Evaluation, T&E)之安裝，在當時部署時執行技術測評 (Technical Evaluation, TECHEVAL)，並於返航後即刻進行Link 16 作戰測評 (Operational Evaluation,  OPEVAL)，在艦隊現代化專案(Fleet Modernization Program (FMP))下，美艦 Constellation號(CV 64)於1994年1月完成艦上安裝，此為美國海軍艦艇第1次安裝Link 16，美海軍Link 16全量產則於1995年開始。