自組網(wǎng)設(shè)備在海警編隊(duì)通信中的有效應(yīng)用

肖俊飛

（廣西海警第一支隊(duì)司令部，廣西 北海 536000）

0 引 言

隨著我國綜合國力的不斷增強(qiáng)，船舶活動(dòng)區(qū)域在不斷擴(kuò)大，海上的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)不斷凸顯，為了落實(shí)并履行海事部門安全監(jiān)督的管理職責(zé)，需要密切配合海上維權(quán)執(zhí)法的相關(guān)活動(dòng)，特別是針對(duì)應(yīng)急搜救和特殊任務(wù)的執(zhí)行，海警船舶編隊(duì)顯得十分重要。采用移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)，解決海警船舶編隊(duì)之間的通信問題，分析自組網(wǎng)技術(shù)在海上巡邏編隊(duì)中的具體應(yīng)用，從而針對(duì)自組網(wǎng)的通信安全問題提出切實(shí)可行的解決方案。

1 海警艦船編隊(duì)的通信方式

1.1 短波通信

在現(xiàn)階段的海上移動(dòng)通信中，短波通信主要是利用電離層的方式實(shí)現(xiàn)通信，這種通信方式能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳輸。正是因?yàn)閭鬏數(shù)木嚯x較遠(yuǎn)，所以在海上通信中一直占據(jù)著非常重要的地位。但是，因?yàn)橐资艿剿ヂ湫诺赖挠绊憰?huì)造成傳輸帶寬受阻，可以使用自適應(yīng)技術(shù)改變數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?，傳輸速率能夠達(dá)到4.8 kb/s[1]。

1.2 VHF通信

VHF通信主要應(yīng)用于近海中，作為船舶遇險(xiǎn)的重要通信手段，水上搜救、通航管理都需要使用到VHF通信系統(tǒng)，是國際上應(yīng)用在沿海近岸領(lǐng)域中非常重要的通信方式。VHF通信中使用的是同頻單工的方式，船舶與岸臺(tái)之間都只能使用雙工方式?，F(xiàn)有的VHF通信系統(tǒng)一般應(yīng)用在語音通信業(yè)務(wù)中。但是，隨著航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求越來越緊迫，VHF信道間隔越來越小，為了減少信號(hào)占用資源，急需提高通信系統(tǒng)來節(jié)省信道的資源。VHF通信能夠?qū)崿F(xiàn)船舶與兩岸之間的通信，只能實(shí)現(xiàn)近距離的通信。由于VHF通信的質(zhì)量較差，覆蓋的范圍較小，只能在一艘船上使用。又因?yàn)橥ㄐ诺男诺垒^窄，在通信的過程中易出現(xiàn)信道擁擠問題，無法滿足現(xiàn)今的業(yè)務(wù)需求，VHF由于通信的容量小、信號(hào)差，制約了VHF通信在海上的進(jìn)一步發(fā)展。

1.3 SSB通信

SSB通信方式目前仍然是很多海岸電臺(tái)使用較多的一種通信方式，SSB通信簡單直接，在國內(nèi)所有的大小船舶中應(yīng)用較為廣泛，且受到一定的歡迎。在船舶中配備SSB通信設(shè)備，是海上遇險(xiǎn)安全通信的重要方式，能保證船岸之間的正常通信。但是，隨著航海運(yùn)輸事業(yè)的不斷發(fā)展，船舶數(shù)量的不斷增加，現(xiàn)有的SSB通信方式的缺陷逐漸顯露。比如通信時(shí)間較長、延遲高、系統(tǒng)費(fèi)用較高。雖然能夠訪問網(wǎng)絡(luò)，但是通信速率較低，無法實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。

2 海警編隊(duì)通信組網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 4G-LTE技術(shù)

LTE作為國際上一種新的通信標(biāo)準(zhǔn)，為了更好滿足用戶對(duì)高數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，在傳輸速率、使用性能、延遲方面都有了較大的提升，比第三代無線通信系統(tǒng)有了更好地發(fā)展。LTE主要應(yīng)用在民用小區(qū)中，如果將其應(yīng)用到海警編隊(duì)中，會(huì)存在一些問題。比如，覆蓋范圍無法得到滿足，因?yàn)楹＞庩?duì)都是由多艘船舶組成，LTE作為民用標(biāo)準(zhǔn)，其協(xié)議是開放性的，一旦將LTE應(yīng)用到海警編隊(duì)中，將會(huì)干擾整個(gè)系統(tǒng)，使整個(gè)通信系統(tǒng)無法正常工作。當(dāng)多個(gè)編隊(duì)出海時(shí)，也無法保證多個(gè)基站之間的通信，因此不適用于海警編隊(duì)的通信應(yīng)用。

2.2 自組網(wǎng)技術(shù)

自組網(wǎng)沒有固定的通信設(shè)備，主要利用無線收發(fā)裝置形成通信終端，終端相當(dāng)于通信節(jié)點(diǎn)，能夠完成傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功能，同時(shí)也能起到一定的路由作用，具有一定的網(wǎng)絡(luò)管理功能。自組網(wǎng)運(yùn)行不需要特殊的節(jié)點(diǎn)作為支撐，節(jié)點(diǎn)加入或離開都不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行有所影響。自組網(wǎng)絡(luò)中對(duì)控制中心沒有嚴(yán)格的控制，各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的地位較為平等，主要通過分布式算法進(jìn)行各自行為的協(xié)調(diào)，構(gòu)建移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的速度較快，同時(shí)也具有較好的性能。其獨(dú)立組網(wǎng)的能力較強(qiáng)，能夠快速構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)且不需要任何基礎(chǔ)設(shè)施的支撐。自組網(wǎng)的多跳性功能可以有效擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，當(dāng)自組網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)與其他的通信有交集時(shí)，需要通過中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，無線自組網(wǎng)中的多跳路由就是通過此方式完成，而不是利用專門的路由設(shè)備。移動(dòng)終端的移動(dòng)速度會(huì)受到各種條件因素的影響，使得自組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化[2]。

3 海上無線傳輸?shù)乃ヂ涮卣?/h2>

海上無線傳輸?shù)乃ヂ涮卣魇侵冈谒矫嫔系闹鄙洳ㄅc反射波互相發(fā)生干涉。假設(shè)海面上的一點(diǎn)P經(jīng)過r1到達(dá)了Q，場強(qiáng)為A1，反射波經(jīng)過r2達(dá)到了Q點(diǎn)，場強(qiáng)為A2，r1、r2的空間耗損為m1、m2，反射系數(shù)為a，在海面環(huán)境中，a=1。由此可見，場強(qiáng)是決定反射系數(shù)a的關(guān)鍵，并且場強(qiáng)也會(huì)隨著行程差行程發(fā)生周期性的變化。海上無線傳輸信號(hào)中，點(diǎn)撥的直達(dá)路徑與反射路徑共同構(gòu)成了信號(hào)傳輸，直達(dá)路徑的距離與信號(hào)的強(qiáng)度相關(guān)，合并接收端與發(fā)射端，則信道的衰落深度為：

如果信號(hào)在海上進(jìn)行無線傳播時(shí)存在視距，則傳播信號(hào)的幅度主要是通過萊斯進(jìn)行分布。從式（1）中可以得出，當(dāng)信道中存在視距路徑時(shí)，傳輸信號(hào)功率較強(qiáng)。

為了能夠更好的計(jì)算誤碼率，需要在所有的信號(hào)強(qiáng)度范圍中對(duì)概率進(jìn)行平均計(jì)算，衰落信道中的誤碼率需要通過AWGN信道中的誤碼率進(jìn)行平均，得到：

4 自組網(wǎng)設(shè)備在海警編隊(duì)通信中的具體應(yīng)用

4.1 自組網(wǎng)路由協(xié)議

自組網(wǎng)是一種多跳臨時(shí)性的系統(tǒng)，沒有具體的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備作為支撐，能夠滿足現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)無法滿足的移動(dòng)性需求。自組網(wǎng)與單跳無線網(wǎng)不同，組網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都是按照多跳數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)交換，利用路由協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，路由協(xié)議則是各個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行信息互相通信的基礎(chǔ)。無線信道節(jié)點(diǎn)的變化具有一定的不規(guī)則形，節(jié)點(diǎn)不管是加入還是退出都會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。路由協(xié)議的主要作用就是監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化，一旦發(fā)生位置變化將會(huì)自動(dòng)定位目的節(jié)點(diǎn)位置，從而維護(hù)路由，保證網(wǎng)絡(luò)的暢通。

自組網(wǎng)一般情況下都是利用路由策略的方式，在自組網(wǎng)的環(huán)境中，不需要去維護(hù)其他的路由節(jié)點(diǎn)，只需要按需分配即可。海警編隊(duì)在執(zhí)行任務(wù)的過程中，以一艘船舶作為指揮，其余船舶聽從指揮，自組網(wǎng)設(shè)備還具備集群的功能，在集群路由協(xié)議中，節(jié)點(diǎn)分為普通節(jié)點(diǎn)與首節(jié)點(diǎn)，兩種節(jié)點(diǎn)代表兩種不同類型的船舶工作方式，船舶之間都會(huì)共同維護(hù)所有集群內(nèi)部之間的路由信息[4]。

4.2 自組網(wǎng)的應(yīng)用方式

海警編隊(duì)通信可以采用多種通信手段相結(jié)合的通信方式，比如衛(wèi)星通信、自組網(wǎng)通信或者集群通信等，形成綜合通信系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)海警編隊(duì)的移動(dòng)通信。通過多種移動(dòng)通信實(shí)現(xiàn)對(duì)大陸指揮所的接入，從而實(shí)現(xiàn)信息之間的數(shù)據(jù)通信。海警編隊(duì)與大陸指揮所之間都需要通過衛(wèi)星通信的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；海警編隊(duì)各個(gè)艦船之間的通信可以利用自組網(wǎng)的方式實(shí)現(xiàn)語音、視頻通信，可以解決海警編隊(duì)之間的通信問題，能夠更好地進(jìn)行海上巡航管理，保衛(wèi)國土領(lǐng)域。由于自組網(wǎng)設(shè)備之間的節(jié)點(diǎn)都是利用無線信道的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，在傳輸數(shù)據(jù)的過程中存在監(jiān)聽或者偽造的可能。為了解決數(shù)據(jù)信息被盜取的問題，要加強(qiáng)對(duì)海警編隊(duì)的通信鏈路的保護(hù)，對(duì)通信方式進(jìn)行加密，保證編隊(duì)的通信安全。海警編隊(duì)通信安全可以利用PKI技術(shù)，并搭建身份認(rèn)證系統(tǒng)，為海警編隊(duì)的內(nèi)部發(fā)送數(shù)字安全認(rèn)證書，明確相互之間的管理協(xié)議，區(qū)分發(fā)送者與接收者之間的身份信息，保證各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通信的完整性[5]。

5 結(jié) 論

移動(dòng)自組網(wǎng)設(shè)備沒有固定的設(shè)備作為數(shù)據(jù)支撐，在海上通信領(lǐng)域中有著非常廣闊的發(fā)展前景。通過分析關(guān)于海警編隊(duì)中常用的集中通信方式和自組網(wǎng)技術(shù)，明確了使用自組網(wǎng)技術(shù)對(duì)于海警編隊(duì)通信的優(yōu)勢(shì)，對(duì)海上通信進(jìn)行加密和身份驗(yàn)證，保證海上數(shù)據(jù)通信的安全性和完整性。