Link 16 on reaaliaikaisen taktisen tilannekuvan selkäranka NATO:n ilmaoperaatioissa — häirinnänkestävä, salattu TDMA (Time Division Multiple Access) -radiolinkki, joka yhdistää ilma-alukset, alukset ja maapäätteet yhteiseksi taktiseksi kuvaksi. Ohjelmistokehittäjille, jotka rakentavat järjestelmiä, joiden täytyy hyödyntää tätä kuvaa tai osallistua sen tuottamiseen, Link 16 -integraatio on yksi teknisesti vaativimmista yhteentoimivuusvaatimuksista puolustusohjelmistoissa. J-sarjan sanomamuoto on tiivis ja tehokas, mutta vaatii huolellista toteutusta; Link 16:n ja IP-verkkojen välinen yhdyskäytäväarkkitehtuuri lisää monimutkaisuutta; ja jälkikorrelaatio sekä datafuusio, joka on tehtävä kun Link 16 -data tulee monilähteiseen COP:hen, on itsessään merkittävä insinöörihaaste.
Mitä Link 16 on ja missä sitä käytetään
Link 16 on virallisesti määritelty standardissa STANAG 5516 ja sen yhdysvaltalaisessa vastineessa MIL-STD-6016. Se toimii 960–1215 MHz:n taajuuskaistalla käyttäen JTIDS (Joint Tactical Information Distribution System) -päätteitä, jotka toteuttavat hajaspektrin ja taajuushyppelyn tarjotakseen suojan häirintää ja sieppausta vastaan. Verkkoarkkitehtuuri on TDMA-verkko — tarkasti ajoitettu aikavälien rakenne, joista kukin on osoitettu tietylle päätteelle lähetystä varten. Tämä TDMA-rakenne tarjoaa deterministisen kaistanleveyden jaon ja poistaa kilpailupohjaisten verkkojen törmäysongelman, mutta vaatii tarkkaa aikasynkronointia kaikkien päätteiden välillä.
Link 16:ta käyttävät pääasiassa kiinteäsiipiset taktiset ilma-alukset (hävittäjät, tankkerit, AEW-alustat), merivoimien pintataistelualukset ja sukellusveneet sekä maapohjaiset ilmapuolustusjärjestelmät. Se tarjoaa reaaliaikaista jälkidataa ilma-, pinta- ja maakohteille; taktista puhekoordinointia; tehtävädatan latauksen ilma-aluksiin; ja maalin sitomisen koordinoinnin ilmapuolustukselle. Jälkien sijaintipäivitysten viive on tyypillisesti 12 sekuntia tai vähemmän verkkokonfiguraatiosta riippuen — riittävä suurinopeuksisten ilma-alusten seuraamiseen laskennallisella ekstrapoloinnilla päivitysten välillä.
Ohjelmistonäkökulmasta sovellukset harvoin yhdistyvät suoraan Link 16 -radiopäätteisiin. Sen sijaan ne yhdistyvät Link 16 -yhdyskäytävään — palvelimeen, joka kokoaa dataa Link 16 -verkosta ja asettaa sen IP-verkossa toimivien sovellusten saataville standardoidun rajapinnan kautta. Kaksi hallitsevaa yhdyskäytävärajapintastandardia ovat STANAG 5602 (SIMPLE — Standard Interface for Multiple Platform Link Evaluation) ja yhdysvaltalainen Joint Range Extension Applications Protocol (JREAP), joka tunneloi Link 16 -datan IP-verkkojen yli.
J-sarjan sanomarakenne
Link 16 -data kuljetetaan J-sarjan sanomissa — perheessä tiiviitä binäärisanomatyyppejä, joista kukin on määritelty J-numerolla (J2.0, J3.0, J12.0 jne.) ja kiinteäpituisella bittipakatulla rakenteella. J-sarjan sanomarakenteen ymmärtäminen on olennaista kenelle tahansa, joka toteuttaa Link 16 -datankuluttajan tai yhdyskäytävän kääntäjän.
Kukin J-sarjan sanoma koostuu kiinteästä otsikosta ja vaihtelevanpituisesta dataosasta, joka on jaettu määriteltyjen bittileveyksien sanoiksi. Koodaus on erittäin tiivistä — sijaintidata koodataan mukautettuun binäärimuotoon määritellyllä skaalauksella ja siirtymällä, ei liukulukuna ilmaistuna leveys-/pituusasteena. Sijaintikenttä voi käyttää 25 bittiä leveysasteelle määritellyllä kvantisointiaskeleella; vastaanottavan sovelluksen on sovellettava koodauskaavan käänteisfunktiota palauttaakseen maantieteellisen koordinaatin. Tämä koodaus on määritelty J-sarjan sanomastandardissa (MIL-STD-6016 -taulukot); kehittäjien tulisi generoida hakutaulukot tai muunnosfunktiot määrittelyn pohjalta sen sijaan, että koodaisivat muunnoksen käsin jokaiselle kentälle.
Tärkeimmät J-sarjan sanomatyypit COP-integraatiolle ovat: J2.0 (Indirect Interface Unit Track — ensisijainen ilmajälkisanoma, joka kuljettaa sijainti-, nopeus-, korkeus-, identiteetti- ja IFF-dataa); J3.0 (Reference Point — taktiseen koordinointiin käytettävät maantieteelliset vertailupisteet); J12.0 (Mission Assignment — ilmatehtävien jakoon); ja J14.0 (Parametric Information — elektronisen sodankäynnin dataan). Pelkkä J2.0-sanoma muodostaa valtaosan Link 16 -verkon liikenteestä ilmaoperaatioiden aikana ja on ilmakuvan perusta missä tahansa yhteisoperaatioiden COP:ssa.
Jälkinumeroiden hallinta: Link 16 käyttää jälkinumeroa (Track Number, TN) — 5-numeroista oktaalilukua, jonka jälkeä raportoiva yksikkö osoittaa — ensisijaisena jälkitunnisteena. Jälkinumeroiden hallinta moniverkkoisessa COP:ssa on merkittävä datafuusiohaaste: samalla fyysisellä ilma-aluksella voi olla eri jälkinumerot eri Link 16 -verkoissa, ja jälkinumeroristiriidat (kaksi eri ilma-alusta samalla jälkinumerolla verkoissa, jotka myöhemmin sillataan yhteen) on ratkaistava pudottamatta jälkiä COP:sta. Vankan jälkinumeroiden hallintakerroksen toteuttaminen on yksi korkeimman prioriteetin insinööritehtävistä missä tahansa Link 16 -integraatioprojektissa.
Ohjelmistointegraatio: Link 16 -yhdyskäytävästä COP:hen
Ohjelmistointegraation polulla Link 16:sta COP-näyttöön on kolme päävaihetta: yhdyskäytäväyhteys ja sanomien vastaanotto, J-sarjan sanomien jäsentäminen ja entiteettien tilan irrottaminen, sekä jälkikorrelaatio ja fuusio muiden datalähteiden kanssa.
Yhdyskäytäväyhteys muodostetaan tyypillisesti UDP-monilähetyksellä (SIMPLE-protokollan yhdyskäytäville) tai TCP:llä (JREAP-yhdyskäytäville). Yhdyskäytävä lähettää J-sarjan sanomat tilaaville sovelluksille määritellyssä monilähetysryhmässä tai työntää ne yhdistetyille JREAP-asiakkaille. Sovelluksen on käsiteltävä liikenteen TDMA-vetoinen purskeluonne: sanomat saapuvat purskeina TDMA-aikarakenteen mukaisesti, ei tasaisena virtana. Puskurien mitoituksen ja käsittelyarkkitehtuurin on mukauduttava tähän purskekuvioon pudottamatta sanomia tai aiheuttamatta tarpeetonta viivettä.
J-sarjan jäsentäminen edellyttää täydellisen kenttäkoodauksen toteuttamista jokaiselle sanomatyypille, jonka sovellus käsittelee. COP:lle, joka vaatii vain ilmajälkien näyttöä, J2.0:n ja J3.0:n toteuttaminen riittää. Yhteistulivoimasovellukselle myös J12.0 ja J28.0 (Threat Warning) vaaditaan. Tuotantolaatuisen Link 16 -jäsentäjän tulisi sisältää kenttätason validointi — sallitun alueen ulkopuolisia kenttäarvoja sisältävien sanomien havaitseminen ja kirjaaminen — koska väärin konfiguroiduista päätteistä tulee virheellisiä sanomia, eivätkä ne saa hiljaisesti tuottaa virheellisiä jälkien sijainteja.
Jälkikorrelaatio — sen määrittäminen, että Link 16 J2.0 -jälki edustaa samaa fyysistä ilma-alusta kuin jälki tutkasta, ADSB-syötteestä tai toisesta taktisesta datalinkistä — on fuusiokerroksen ongelma. Korrelaatiomenetelmä riippuu käytettävissä olevasta korreloivasta datasta: jos J2.0-sanoma kuljettaa Mode S ICAO -osoitteen (ilma-aluksen transponderista) ja tutkajälki kuljettaa myös saman ICAO-osoitteen, korrelaatio on suoraviivaista. Kun suoria korrelaatioavaimia ei ole saatavilla, käytetään kinemaattista korrelaatiota (testaten, voisivatko kaksi jälkeä olla sama ilma-alus sijainnin ja nopeuden yhdenmukaisuuden perusteella) siihen liittyvine epäselvyys- ja väärinkorrelaatioriskeineen.
Link 16 vs Link 11 vs NFFI: vertailu kehittäjille
Kehittäjät, jotka integroivat taktisten datalinkkien syötteitä, kohtaavat usein useita linkkistandardeja ja heidän on ymmärrettävä niiden erot toteuttaakseen oikean monilähteisen fuusion.
Link 11 (STANAG 5511) on Link 16:n edeltäjä, joka toimii HF- ja UHF-taajuuskaistoilla käyttäen kyselypohjaista verkkorakennetta TDMA:n sijaan. Se on hitaampi (jälkien päivitysnopeudet 30–45 sekuntia verrattuna Link 16:n 12 sekunnin tavoitteeseen) ja vähemmän häirinnänkestävä, mutta pysyy käytössä koska se toimii pidemmillä etäisyyksillä (HF-kaista antaa Link 11:lle näköyhteyden ylittävän kantaman) ja koska monet vanhat alustat tukevat Link 11:tä mutta eivät Link 16:ta. Link 11 -data käyttää erilaista sanomarakennetta (M-sarjan sanomat) mutta kuljettaa samankaltaista jälkisisältöä. Monilinkkisessä fuusioympäristössä Link 11 -jäljillä on tyypillisesti alemmat luottamuspainot fuusioalgoritmissa pidemmän päivitysvälin ja alemman sijaintitarkkuuden vuoksi.
NFFI (NATO Friendly Force Information) ei ole taktinen radiolinkki vaan IP-pohjainen protokolla ystävällisten joukkojen sijaintidatan jakamiseen maavoimien C2-järjestelmien välillä. Se toimii NATO:n IP-verkkojen yli (mukaan lukien Coalition Wide Area Network) ja käyttää XML-pohjaista sanomamuotoa Link 16:n tiiviin binäärikoodauksen sijaan. NFFI kattaa maaentiteettien jäljet (ajoneuvot, GPS-raportteja lähettävät jalkautuneet sotilaat) ilmajälkien sijaan. Yhteisoperaatioiden COP:ssa NFFI-jäljet ja Link 16 -jäljet täydentävät toisiaan: NFFI tarjoaa maakuvan, jota Link 16 ei kuljeta. NFFI- ja Link 16 -datan fuusio yhtenäiseksi yhteiskuvaksi on perusvaatimus mille tahansa aidosti yhteisoperaatioiden COP-näytölle.