Mikä on Link 22? NILE, STANAG 5522 ja miten taktinen datalinkki toimii

Link 22 on NATOn suojattu HF/UHF-taktinen datalinkki tietojen vaihtoon näköyhteyden ulkopuolelle. NILE-ohjelma (NATO Improved Link Eleven) kehitti sen korvaamaan Link 11:tä ja täydentämään Link 16:a, ja se on standardoitu STANAG 5522:ssa (ATDLP-5.22). Alukset, lentokoneet, sukellusveneet ja rannikkokeskukset jakavat maalitietoja enintään kahdeksan verkon ja 125 yksikön „superverkossa” — ilman satelliitteja.

Tämä opas selittää, miten Link 22 toimii — yksikön arkkitehtuuri, HF- ja UHF-siirtotiet ja nopeudet, NILE-verkot ja superverkko, dynaaminen TDMA, F- ja FJ-sarjan viestit, tietoturva, edelleenlähetys ja testityökalut — ja mitä ohjelmistotiimit rakentavat, kun alusta ottaa linkin käyttöön. Luvut ovat NILE-projektin julkaisuista Link 22 Guidebook (2013) ja Customer Information Guide (2020). Suoraa vertailua varten lue Link 22 vastaan Link 16.

Link 22, NILE ja STANAG 5522 selitetty

NILE tulee sanoista NATO Improved Link Eleven: se oli Link 22:n alkuperäinen nimi ja on edelleen monikansallisen projektin, joka rakentaa sen yhteiset komponentit, nimi. 1980-luvun lopulla NATO päätti, että Link 11:tä pitää parantaa; operatiiviset vaatimukset määritti NATO Staff Requirement 9.3.1990, ja projekti määritteli uuden taktisten viestien standardin STANAG 5522 (julkaistu nimellä ATDLP-5.22) uuden kerroksellisen viestintäarkkitehtuurin kera. NATO antoi tulokselle nimen Link 22.

Projekti käynnistyi 1987, suunnittelu ja kehitys valmistuivat 2002, ja sitä on tuettu käytössä siitä lähtien. NILE-maita on seitsemän: Kanada, Ranska, Saksa, Italia, Espanja, Iso-Britannia ja Yhdysvallat (isäntämaa); Alankomaat oli alun perin mukana ja Espanja otti sen paikan. San Diegossa Yhdysvaltain laivaston PMW 150:n yhteydessä toimiva projektihallintotoimisto johtaa ohjelmaa ja julkaisee avointa tietoa osoitteessa link22.org. Tavoitteet ovat korvata Link 11, parantaa liittolaisten yhteentoimivuutta ja täydentää Link 16:a. Link 22 suunniteltiin ensisijaisesti merilinkiksi pinta- ja sukellusveneitorjuntaan, mutta se kattaa kaikki ympäristöt — ilman, pinnan, vedenalaisen ja maan.

Kuka käyttää Link 22:ta tänään

Link 22 on operatiivisessa käytössä useissa NILE- ja kumppanimaissa; muut maat liittyvät NILE-maiden hyväksymän kolmansille osapuolille myynnin prosessin kautta. Julkisuudessa raportoituja virstanpylväitä:

Link 22:n arkkitehtuuri: TDS, DLP, SNC, LLC, SPC ja radiot

Link 22 käyttää kerrospinoista mallia, joka noudattaa ISO:n viestintäkerroksia ja jonka rajapinnat on määritelty tarkasti, jotta useat toimittajat voivat osallistua. Jokainen osallistuja on NILE-yksikkö (NU), ja sen sisällä ketju kulkee taistelujärjestelmästä antenniin:

• Taktinen tietojärjestelmä (TDS) — isäntä-C2- tai taistelunjärjestelmä, joka omistaa taktisen kuvan ja tuottaa ja kuluttaa taktisia tietoja kansallisten sääntöjen mukaisesti.
• Datalinkkiprosessori (DLP) — osa TDS:ää tai siihen liitetty laite. Se rakentaa ja jäsentää STANAG 5522 -viestit ja hoitaa maalitietojen hallinnan, korrelaation, raportointivastuun, ristiriitojen ratkaisun, suodatuksen ja tietojen edelleenlähetyksen. Se kommunikoi SNC:n kanssa DLP–SNC-rajapinnan Interface Design Descriptionin (IDD) kautta.
• System Network Controller (SNC) — ydin, suunnilleen verkko- ja kuljetuskerrokset: päästä päähän -toimitus, reititys, automaattinen välitys, TDMA, palvelun laatu ja verkonhallinta. Se on yksi NILE-maiden omistama ohjelmistototeutus, kirjoitettu Ada 95:llä ja ajettavissa tavallisella Windows- tai Linux-tietokoneella.
• Link-Level COMSEC (LLC) — salauslaite. Nykyisen LLC 7M:n kehittivät Yhdysvallat, NSA sertifioi sen helmikuussa 2016, ja sitä myydään vain Yhdysvaltain Foreign Military Salesin kautta; yksi laite palvelee enintään neljää NILE-verkkoa.
• Signal Processing Controller (SPC) — suunnilleen datalinkki- ja fyysinen kerros: modulaatio, virheiden havaitseminen ja korjaus (EDAC) sekä lähetysturvallisuus. Yksikkö tarvitsee yhden SPC:n per verkko; SPC:t ovat kaupallisia tuotteita.
• Radiot — kaupalliset HF- ja UHF-laitteet. Olemassa olevat Link 11:n HF-radiovat tukevat alkuperäisiä kiinteän taajuuden HF-kantoaaltoja 1–6; uudemmat kantoaallot ja taajuushyppelytilat vaativat radioita, jotka on niille hyväksytty.

SNC, LLC, SPC:t ja radiot muodostavat NILE-viestintälaitteiston (NCE); Link 22 -järjestelmä on NCE plus DLP:n Link 22 -osa. SNC ja rajapintamäärittelyt ovat NILE:n yhteisiä tuotteita ja LLC 7M on yhdysvaltalainen kehitys — mutta TDS/DLP, SPC:t, radiot, aikalahde ja kaiken integrointi ovat kansallinen vastuu. Oppaan referenssiasennuksessa DLP–SNC- ja SNC–LLC-rajapinnat toimivat TCP/IP:llä Ethernetissä, LLC kytketään kuhunkin SPC:hen sarjaliitännällä ja kellonajan lähde (STANAG 4430) syöttää DLP:n, SNC:n, SPC:t ja taajuushyppelyradiot. Kumppanimaat saavat SNC:n vain suoritettavina tiedostoina; SNC:n pienemmät versiot toimivat yhteen, pääversiot (esimerkiksi 9.x ja 10.x) eivät.

Link 22:n taajuusalueet ja nopeudet

Jokainen NILE-verkko käyttää yhtä siirtotietä. Link 22 määrittää kaksi aluetta: HF (2–30 MHz), näköyhteyden ulkopuolinen kattavuus maa-aallolla ja ionosfääriaallolla, optimoitu (mutta ei rajoitettu) noin 300 meripeninkulmaan, ja UHF (225–400 MHz), vain suora näköyhteys. Kummallakin alueella voidaan lähettää kiinteällä taajuudella (FF) tai taajuushyppelyllä elektronisen suojan toimenpiteiden (EPM) tilassa häirintäsietoisuutta varten. Jokainen siirtotie tarjoaa useita asetuksia, joilla nopeus vaihdetaan kestävyyteen, joten verkko toimii huonossakin etenemisessä, myös korkeilla leveysasteilla, joilla Link 11 puuttuu.

Nopeudet ovat se, mitä jää taktisille tiedoille virheenkorjauksen ja synkronoinnin ylikustannuksen jälkeen; paketikoot ovat vuoden 2013 oppaasta. Kapasiteetti summautuu verkkojen yli: vuoden 2020 julkaisu ilmoittaa 44 532 bit/s kahdelle UHF- plus kahdelle HF-verkolle ja kantaman yli 1 000 meripeninkulman. HF-parannukset tulivat saksalaisesta kehityshankkeesta 2007–2009, joka teki vakiintuneista HF-asetuksista kestävimmät, laajensi katkeamattoman kattavuuden 1 000 meripeninkulmaan ja lisäsi nopeat kantoaallot. Mittakaunaksi: Link 16 toimittaa pakkauksesta riippuen 26 880–107 520 bit/s; Link 22 vaihtaa raakan nopeuden kantamaan, kestävyyteen ja automaattiseen välitykseen.

NILE-verkot ja Link 22 -superverkko

NILE-verkko on joukko yksiköitä, jotka vaihtavat STANAG 5522 -tietoja yhdellä siirtotiellä yhdellä verkko-parametersillalla. Operatiivinen Link 22 -järjestelmä on superverkko — kahdesta yksiköstä yhdessä verkossa kahdeksaan NILE-verkkoon ja 125 yksikköön. Jokainen yksikkö voi olla kerralla neljässä verkossa, ja jokainen verkko voi käyttää mitä tahansa siirtietä ja tilaa: esimerkiksi HF hajautetulle osastolle, UHF suojueen sisällä ja UHF EPM siellä, missä häirintää odotetaan.

Mikä tahansa yksikkö voi osoittaa viestin mille tahansa toiselle superverkossa riippumatta siitä, missä verkoissa ne ovat. SNC seuraa yhteyksiä ja päättää viesti kerrallaan, tarvitaanko uudelleenlähetys vastaanottajien tavoittamiseksi — automaattinen välitys samassa tai toisessa verkossa. Tämä poistaa Link 11:n verkon ohjausaseman ja Link 16:n omat ilma-alusten toistimet sekä toistoaikaviipaleiden suunnittelun. Välitys on oletuksena automaattista; yksiköltä voi kieltää välityksen tai tehdä siitä ensisijaisen toistimen, ja reititys kiertää ruuhkat ja kadonneet yksiköt.

Viestit osoitetaan Totalcast (kaikki yksiköt), Neighborcast (RF-naapurit yksikön kussakin verkossa), Mission Area Sub-Network (ennalta määritelty ryhmä), dynaaminen lista (kaksi viisi nimettyä yksikköä) tai pisteväli, kuittauksella tai ilman. TDS ja DLP tunnistavat yksiköt 15-bittisellä Link 22 -osoitteella, joka on sovitettu yhteen Link 16 -osoitteistuksen kanssa; SNC jakaa myös sisäisen 7-bittisen NILE-osoitteen, jota DLP ei koskaan näe. Ilman ohjausasemaa ja hajautetuilla protokollilla yhden yksikön menettäminen ei kaada verkkoa.

TDMA, dynaaminen TDMA ja palvelun laatu

Jokainen NILE-verkko jakaa kapasiteetin TDMA:lla, mutta ilman solmupistettä: Link 16:n Network Time Reference -yksikköä ei ole. Verkkosyklin rakenne jakaa ajan kiinteisiin miniaikaviipaleisiin, joiden pituus riippuu siirtiestä; aikaviipaleet ovat kokonaisia miniaikaviipaleita, kukin yksikölle osoitettuna, ja verkkosykli voi olla enintään 1 024 miniaikaviipaleen pituinen. Valinnaiset Priority Injection -aikaviipaleet eivät kuulu kenellekään: kiireelliset prioriteetin 1 viestit voivat lähteä sieltä aikaisin ja toistetaan lähettäjän omassa viipaleessa törmäyksen varalta.

Suunnittelijat joko määrittelevät syklin OPTASK LINK -viestissä tai antavat kunkin yksikön kapasiteettitarpeen ja pääsyviiveen, ja SNC laskee optimoidun rakenteen. Käytössä Dynamic TDMA (DTDMA) antaa ruuhkautuneiden yksiköiden saada muiden luovuttamaa vapaata kapasiteettia väliaikaisesti tai pysyvästi muuttamatta syklin pituutta. Jos se ei riitä, verkonhallintayksikkö voi muuttaa verkon uudella syklin rakenteella tai alustaa sen uudelleen eri siirtotien parametreilla lyhyen tauon jälkeen.

Jokainen DLP:n pyyntö sisältää palvelun laadun, jonka SNC toteuttaa: prioriteetti 1–4; luotettavuus — tavallinen (80 % vastaanottotodennäköisyys), korkea (90 %) tai kuitauksin taattu toimitus, jossa SNC laskee toistot ja hajottaa ne paketteihin; neljä vanhenemistasoa, jotta vanhentuneita tietoja ei koskaan lähetetä; tietojen alkuperä säilytetään kaikilla välitysreiteillä; ja radiovaitiolon ohituksen lippu.

F- ja FJ-sarjan viestit versus J-sarja

Link 22 lähettää taktiset tiedot kiinteän muodon viesteinä, jotka muodostuvat 72-bittisistä taktisen viestin sanoista (TMW), yhdestä kahdeksaan sanaa per viesti. Nämä F-sarjan viestit kuuluvat samaan J-perheeseen kuin Link 16: ne käyttävät samoja tietoelementtien määrittelyjä, 15-bittisiä osoitteita, 19-bittisiä maalinumeroita ja WGS-84-sijainteja. Lajeja on kaksi:

• Uniikit F-sarjan viestit — tiiviit versiot Link 16:n viesteistä tai viestit, joilla ei ole Link 16-vastinetta. Ne säästävät kaistaa hitaissa HF-verkoissa.
• FJ-sarjan viestit — Link 16:n J-sarjan viestit pakattuna 72-bittisiin sanoihin, joten monet Link 16:n viestit ylittävät Link 22:n muuttumattomina.

Yhteinen tietosanakirja antaa Link 22:n tiedoille sen laajuuden ja erottelutarkkuuden, joka Link 11:n M-sarjalta puuttui, ja tekee käännöksestä Link 16:lle paljon helpomman kuin Link 11:n kääntäminen. Perheen Link 16 -puolesta katso J-sarjan viestilista ja J-sarjan kenttäoppaamme.

DLP rakentaa kunkin viestin (tai ottaa sen TDS:stä) ja luovuttaa sen SNC:lle Transmission Service Requestinä (TSR), joka kantaa sen QoS:n; SNC validoii pyynnön ja raportoi onnistumisen tai epäonnistumisen. NCE käsittelee taktisia viestejä kuin sinetöityjä kirjekuoria eikä koskaan lue niiden sisältöä. Luonnos siitä, mitä DLP hallitsee pyyntöä kohti (havainnollistava; todellinen koodaus määrittelee DLP–SNC IDD):

# Illustrative model of what a DLP manages per Link 22 transmission request.
# Not the DLP-SNC IDD encoding, which the NILE PMO distributes to programmes.
from dataclasses import dataclass, field
from enum import Enum, auto

class Reliability(Enum):
    STANDARD = auto()    # 80 % probability of reception
    HIGH = auto()        # 90 % probability of reception
    GUARANTEED = auto()  # repeat until acknowledged or unreachable

class Addressing(Enum):
    TOTALCAST = auto()       # every unit in the super network
    NEIGHBORCAST = auto()    # RF neighbours on each of my networks
    MASN = auto()            # predefined mission area sub-network
    DYNAMIC_LIST = auto()    # 2 to 5 units named in the request
    POINT_TO_POINT = auto()  # exactly one unit

@dataclass
class TransmissionServiceRequest:
    request_id: int
    words: list[bytes]                # 1-8 tactical message words, 72 bits = 9 bytes each
    priority: int = 3                 # 1 (highest) to 4 (lowest)
    reliability: Reliability = Reliability.STANDARD
    perishability: int = 1            # one of four levels
    data_originator: int = 0          # 15-bit address of the unit that first reported the data
    addressing: Addressing = Addressing.TOTALCAST
    destinations: list[int] = field(default_factory=list)
    acknowledge: bool = False         # machine receipt from the addressees
    priority_injection: bool = False  # priority-1 only: may use unowned PI timeslots
    radio_silence_override: bool = False

    def validate(self) -> None:
        if not 1 <= len(self.words) <= 8 or any(len(w) != 9 for w in self.words):
            raise ValueError("a Link 22 message is 1-8 words of 72 bits")
        if not 1 <= self.priority <= 4:
            raise ValueError("priority must be 1-4")
        if self.priority_injection and self.priority != 1:
            raise ValueError("priority injection is for priority-1 messages only")
        if self.addressing is Addressing.DYNAMIC_LIST and not 2 <= len(self.destinations) <= 5:
            raise ValueError("a dynamic list names 2-5 units")

Link 22:n tietoturva ja verkonhallinta

Tietoturva. LLC tarjoaa viestinnän ja verkon suojauksen (COMSEC ja NETSEC). LLC 7M käyttää eheyssuojausta ja aikaan sidottua salausta, mikä tekee spoofauksesta vaikeampaa ja helpommin havaittavaa kuin Link 11:ssä; aiempi KIV-21/LLC jakoi Link 16:n salauspiirin ja käytti viikkonaisia avaimia. Taajuushyppelyiset EPM-siirtotiet lisäävät lähetysturvallisuuden. Koska NCE ei koskaan lue taktista sisältöä, maa voi lisäksi salata taktiset tiedot päästä päähän linkin yllä — mitä Link 16 -terminaali, jonka on käytettävä lähettämiään tietoja, ei voi tarjota.

Verkonhallinta on suunniteltu automaattiseksi. Jokainen yksikkö alustetaan samoilla perusparametreilla OPTASK LINK -viestistä (OLM), jonka DLP lataa SNC:n superverkkohakemistoon; verkko voi kuljettaa taktista liikennettä aloitusajastaan lähtien ilman mitään ennakolta tehtyä lähetyksiä tai tutkia ensin etenemisen. Rooleja on kaksi: yksi superverkon hallintayksikkö (SNMU) ja verkonhallintayksikkö (NMU) per NILE-verkko, kummallakin varalla oleva, joka ottaa tehtävän automaattisesti — ja linkki toimii jopa ilman roolinhaltijaa. SNMU voi käynnistää uusia verkkoja, sammuttaa yksiköitä, verkkoja tai koko superverkon, optimoida suorituskykyä ja hallita radiovaitioloa ja salausavainten tilaa. Myöhään saapuvat käyttävät Late Network Entryä (LNE) saadakseen nykyiset parametrit — aktiivisena, passiivisena tai hiljaisena (vain kuuntelevana) liittymisenä; vain vastaanottavat yksiköt voivat kuunnella saamatta lähetyskapasiteettia.

Edelleenlähetys Link 16:lle ja Link 11:lle (STANAG 5616)

Link 22 harvoin toimii yksin. Tietojen edelleenlähetys — tietojen vastaanotto yhdeltä linkiltä ja niiden uudelleenlähetys oikein käännettyinä toiselle — on DLP-funktio NILE-järjestelmän määrittelyjen ulkopuolella. Sitä säätelee STANAG 5616 (ATDLP-6.16): osa II kattaa Link 22 ↔ Link 16, osa III Link 22 ↔ Link 11/11B, ja jokaisen kahta tai useampaa linkkiä käyttävän ja edelleenlähettävän DLP:n on täytettävä standardi. Yksikkö, joka on sekä Link 22:ssa että Link 16:ssa ja välittää niiden välillä, on FJ-yksikkö; monilinkkien toimintamenetelmät ovat ATDLP-7.33:ssa (aiemmin ADatP-33).

Yhteisen J-perheen sanakirjan ansiosta Link 22 ↔ Link 16 -edelleenlähetys on lähinnä uudelleenkohtaamista ja uudelleenpakkaamista, kun taas Link 11 vaatii M-sarjan viestien kääntämistä. NILE-opas arvioi DLP-työn mukaan: kaksois-Link 16/Link 22 on yksinkertaisempi kuin kaksois-Link 11/Link 22, ja täysi Link 11/16/22-DLP on vaikein. Maalinumeroiden jakoa, raportointivastuuta, kaksoiskappaleiden poistoa ja silmukoiden estoa käsitellään Link 16 / Link 22 -yhdyskäytäväoppaassamme ja artikkelissa taktisten datalinkkien yhdyskäytäväohjelmistoista; vanhan linkin poistamisesta kertoo Link 11 - migraatio.

Link 22 vastaan Link 16 lyhyesti

Link 16 (STANAG 5516) on suuren kapasiteetin häirintäsietoinen linkki ilmakuvaa varten: L-kaista, suora näköyhteys ja riippuvuus ilma- tai satelliittitoistimesta kantamaan. Link 22 on HF/UHF-linkki hajautetuille merivoimille: vähemmän nopeutta, mutta näköyhteyden ulkopuolinen kantama, automaattinen välitys ilman toistimialustoja ja paljon yksinkertaisempi verkonhallinta. Ne suunniteltiin toisiaan täydentämään. Katso koko Link 22 vs Link 16 -vertailu tai Link 11 vs Link 16 vs Link 22, tai aloita artikkelista mikä Link 16 on.

Link 22:n testaus: NILE Reference System ja MLST3

NILE-projekti rahoittaa kahta testijärjestelmää. NILE Reference System (NRS) on SNC:n yhteensopivuustesteri — ja tukee LLC:iden ja SPC:iden verifiointia — skenaarioiden generoinnilla, tietojen poiminnalla, toistolla ja automatisoidulla odotettujen vastausten analyysillä regressiotestaukseen. Sen kokoonpanot ovat SNC-verifikaatio (yksi testattava SNC enintään 124 simuloidua yksikköä vastaan), useita testattavia yksiköitä (kaksi–viisi oikeaa SNC:tä, haluttaessa oikeilla SPC:illä ja radioilla), koko järjestelmän simulaatio 1–125 yksiköllä ja Media Simulator -tila kansallisen DLP:n testaamiseen ilman oikeita SPC:iä. LLC-simulatori ja Media Simulator antavat integroijien työskennellä ilman salauslaitteita ja radioita.

Multiple Link System Test and Training Tool (MLST3) on yhteentoimivuustesteri: se tarkistaa DLP:n vaatimustenmukaisuuden taktisten viestien standardeille ja yhteentoimivuuden Link 16:n, Link 11:n ja JREAPin kanssa yksi- ja monilinkkikokoonpanoissa ja toimii myös koulutusvälineenä. MLST3 on saatavissa Yhdysvaltain Foreign Military Salesin kautta; muut valmistajat tarjoavat vaihtoehtoja. Alusta- ja liittoutumatestaukset etenevät tavallista reittiä, joka on kuvattu artikkelissa NATO-yhteentoimivuuden sertifioinnista.

Mitä ohjelmistotiimit rakentavat Link 22:lle

NILE-opas on suoraan: DLP:n kehittäminen ja integrointi on „merkittävin ja kallein työvaihe Link 22 -käyttöönotossa”. SNC toimitetaan, LLC ostetaan, SPC:t ja radiot ovat kaupallisia, joten insinöörityö keskittyy kansalliseen ohjelmistoon:

• DLP-integraatio — kuva TDS:n maalitietomalli F/FJ-sarjan viesteiksi, alustuksen, verkonohjauksen ja TSR-käsittelyn toteutus DLP–SNC-rajapinnan yli sekä raportointivastuun, suodatuksen ja korrelaation omiminen. Laajuus sanelee kustannukset: vain vastaanottavat DLP:t ovat yksinkertaisimpia, vastaanotto plus rajoitettu lähetys (valvonta, PLI) on vielä hallittavissa, täysi C2 vaatii paljon enemmän huolellisuutta.
• F- ja FJ-sarjan koodekit — bittitarkat kooderit ja dekooderit 72-bittisille TMW-sanoille, generoituna tietoelementtitauluista eikä käsin kirjoitettuina, arvoalueiden tarkistuksella ja edestakaisin testeillä.
• Monilinkkiyhdyskäytävät — STANAG 5616 -mukainen edelleenlähetys Link 22:n, Link 16:n ja Link 11:n välillä vakaalla maalinumeroiden kuvauksella ja silmukoiden estolla.
• C2- ja COP-syöte — Link 22:n maalitiedot merikuvassa, ajallisesti kohdistettuina ja fuusioituna Link 16:n, AIS:n ja tutkan kanssa; katso merellinen komento- ja hallintaohjelmisto ja merialueen tilannetietoisuus C2:ssa.
• Simulaatio ja koulutus — skenaariogeneraattorit, synteettiset superverkot sekä tallenne- ja toistotyökalut operaattorikoulutukseen ja regressiotestaukseen NRS:n ja MLST3:n rinnalla.

Käynnistä myös ei-ohjelmistopolku ajoissa. Kumppanimaalle tarvitaan NILE-maista sponsori, NILE-maiden ja Alankomaiden yksimielinen hyväksyntä sekä Yhdysvaltain FMS-tapaus LLC 7M:lle ja SNC:n kaksivuotisille block-cycle-julkaisuille — paperityö, joka kulkee kehityksen rinnalla, ei sen jälkeen.