自组网设备在海警编队通信中的有效应用

2019-04-17肖俊飞

通信电源技术 2019年3期

肖俊飞

（广西海警第一支队司令部，广西北海 536000）

0 引言

随着我国综合国力的不断增强，船舶活动区域在不断扩大，海上的运行风险不断凸显，为了落实并履行海事部门安全监督的管理职责，需要密切配合海上维权执法的相关活动，特别是针对应急搜救和特殊任务的执行，海警船舶编队显得十分重要。采用移动自组网技术，解决海警船舶编队之间的通信问题，分析自组网技术在海上巡逻编队中的具体应用，从而针对自组网的通信安全问题提出切实可行的解决方案。

1 海警舰船编队的通信方式

1.1 短波通信

在现阶段的海上移动通信中，短波通信主要是利用电离层的方式实现通信，这种通信方式能够实现远距离的传输。正是因为传输的距离较远，所以在海上通信中一直占据着非常重要的地位。但是，因为易受到衰落信道的影响会造成传输带宽受阻，可以使用自适应技术改变数据传输的性能，传输速率能够达到4.8 kb/s[1]。

1.2 VHF通信

VHF通信主要应用于近海中，作为船舶遇险的重要通信手段，水上搜救、通航管理都需要使用到VHF通信系统，是国际上应用在沿海近岸领域中非常重要的通信方式。VHF通信中使用的是同频单工的方式，船舶与岸台之间都只能使用双工方式。现有的VHF通信系统一般应用在语音通信业务中。但是，随着航运事业的发展，人们对大数据业务的需求越来越紧迫，VHF信道间隔越来越小，为了减少信号占用资源，急需提高通信系统来节省信道的资源。VHF通信能够实现船舶与两岸之间的通信，只能实现近距离的通信。由于VHF通信的质量较差，覆盖的范围较小，只能在一艘船上使用。又因为通信的信道较窄，在通信的过程中易出现信道拥挤问题，无法满足现今的业务需求，VHF由于通信的容量小、信号差，制约了VHF通信在海上的进一步发展。

1.3 SSB通信

SSB通信方式目前仍然是很多海岸电台使用较多的一种通信方式，SSB通信简单直接，在国内所有的大小船舶中应用较为广泛，且受到一定的欢迎。在船舶中配备SSB通信设备，是海上遇险安全通信的重要方式，能保证船岸之间的正常通信。但是，随着航海运输事业的不断发展，船舶数量的不断增加，现有的SSB通信方式的缺陷逐渐显露。比如通信时间较长、延迟高、系统费用较高。虽然能够访问网络，但是通信速率较低，无法实现更好的发展。

2 海警编队通信组网中的关键技术

2.1 4G-LTE技术

LTE作为国际上一种新的通信标准，为了更好满足用户对高数据传输的要求，在传输速率、使用性能、延迟方面都有了较大的提升，比第三代无线通信系统有了更好地发展。LTE主要应用在民用小区中，如果将其应用到海警编队中，会存在一些问题。比如，覆盖范围无法得到满足，因为海警编队都是由多艘船舶组成，LTE作为民用标准，其协议是开放性的，一旦将LTE应用到海警编队中，将会干扰整个系统，使整个通信系统无法正常工作。当多个编队出海时，也无法保证多个基站之间的通信，因此不适用于海警编队的通信应用。

2.2 自组网技术

自组网没有固定的通信设备，主要利用无线收发装置形成通信终端，终端相当于通信节点，能够完成传统网络节点的功能，同时也能起到一定的路由作用，具有一定的网络管理功能。自组网运行不需要特殊的节点作为支撑，节点加入或离开都不会对网络的动态运行有所影响。自组网络中对控制中心没有严格的控制，各个节点之间的地位较为平等，主要通过分布式算法进行各自行为的协调，构建移动通信网络的速度较快，同时也具有较好的性能。其独立组网的能力较强，能够快速构建网络且不需要任何基础设施的支撑。自组网的多跳性功能可以有效扩大网络的覆盖范围，当自组网中的一个节点与其他的通信有交集时，需要通过中间节点进行信号之间的转换，无线自组网中的多跳路由就是通过此方式完成，而不是利用专门的路由设备。移动终端的移动速度会受到各种条件因素的影响，使得自组网的拓扑结构发生变化[2]。

3 海上无线传输的衰落特征

海上无线传输的衰落特征是指在水平面上的直射波与反射波互相发生干涉。假设海面上的一点P经过r1到达了Q，场强为A1，反射波经过r2达到了Q点，场强为A2，r1、r2的空间耗损为m1、m2，反射系数为a，在海面环境中，a=1。由此可见，场强是决定反射系数a的关键，并且场强也会随着行程差行程发生周期性的变化。海上无线传输信号中，点拨的直达路径与反射路径共同构成了信号传输，直达路径的距离与信号的强度相关，合并接收端与发射端，则信道的衰落深度为：

如果信号在海上进行无线传播时存在视距，则传播信号的幅度主要是通过莱斯进行分布。从式（1）中可以得出，当信道中存在视距路径时，传输信号功率较强。

为了能够更好的计算误码率，需要在所有的信号强度范围中对概率进行平均计算，衰落信道中的误码率需要通过AWGN信道中的误码率进行平均，得到：

4 自组网设备在海警编队通信中的具体应用

4.1 自组网路由协议

自组网是一种多跳临时性的系统，没有具体的网络设备作为支撑，能够满足现有网络无法满足的移动性需求。自组网与单跳无线网不同，组网中各个节点之间都是按照多跳数据的方式进行数据通信和数据交换，利用路由协议进行数据转发，路由协议则是各个移动节点之间进行信息互相通信的基础。无线信道节点的变化具有一定的不规则形，节点不管是加入还是退出都会引起网络拓扑结构的变化。路由协议的主要作用就是监督网络拓扑结构变化，一旦发生位置变化将会自动定位目的节点位置，从而维护路由，保证网络的畅通。

自组网一般情况下都是利用路由策略的方式，在自组网的环境中，不需要去维护其他的路由节点，只需要按需分配即可。海警编队在执行任务的过程中，以一艘船舶作为指挥，其余船舶听从指挥，自组网设备还具备集群的功能，在集群路由协议中，节点分为普通节点与首节点，两种节点代表两种不同类型的船舶工作方式，船舶之间都会共同维护所有集群内部之间的路由信息[4]。

4.2 自组网的应用方式

海警编队通信可以采用多种通信手段相结合的通信方式，比如卫星通信、自组网通信或者集群通信等，形成综合通信系统，以实现海警编队的移动通信。通过多种移动通信实现对大陆指挥所的接入，从而实现信息之间的数据通信。海警编队与大陆指挥所之间都需要通过卫星通信的方式进行数据通信；海警编队各个舰船之间的通信可以利用自组网的方式实现语音、视频通信，可以解决海警编队之间的通信问题，能够更好地进行海上巡航管理，保卫国土领域。由于自组网设备之间的节点都是利用无线信道的方式实现数据通信，在传输数据的过程中存在监听或者伪造的可能。为了解决数据信息被盗取的问题，要加强对海警编队的通信链路的保护，对通信方式进行加密，保证编队的通信安全。海警编队通信安全可以利用PKI技术，并搭建身份认证系统，为海警编队的内部发送数字安全认证书，明确相互之间的管理协议，区分发送者与接收者之间的身份信息，保证各个节点之间通信的完整性[5]。