一种基于NTN网络的自组网系统在近岸通信中的应用

文/玄绪强 陈庚

NTN(Node-to-Node)网络是一种动态拓扑的对等网络， NTN网络内数据交换是通过多跳转发机制实现，通过路由协议转发决策，实现网络内各节点的互联，从而实现远距离无线通信。由于网络内节点的加入、退出、移动等引起的网络拓扑结构不规则的动态变化，所以它也是具有无线传输功能的一个多跳的临时性自愈系统。该系统能够监控网络拓扑结构变化，交互路由信息，产生、维护和选择路由，并根据选择的路由转发数据，提供网络的连通性。

在船只近岸通信中，传统的基站式通信无法覆盖广大海域，卫星通信又易受带宽资源限制。而NTN网络组网方式灵活。多跳临时性的特点可以实现两个不能直接建立通信的节点可以通过其他节点实现多信道多频点数据通信。同时，因其所有节点地位对等，因此不需要固定基站支持，具有网络易部署、广覆盖、自组性、多跳、分布式的无线信道等特点，特别适合近岸海上通信。

1 NTN网络的特点

NTN网络本身由一定数量的固定节点和移动节点组成，其网络结构灵活。所有节点本身也是终端，既可以点对点，也可以点对多点，且每个节点均地位平等，数据可通过节点进行转发。同时受链路资源的限制，NTN网络的网络层协议会根据相应的传输条件而特殊定制，而其数据链路层协议在解决本地业务终端业务接入的同时，还需要协调网络内其他节点的网络资源与信道分配、编解码方式等问题。对比传统无线通信网络， NTN网络有以下几点突出优点：

图1

1.1 支持远距离、全无线、移动、多跳、自组网功能

网络内各节点之间可通过多跳无线传输的方式实现通信，以满足特殊行业采用一般通信系统无线支持的应用环境。

1.2 支持多种网络接入方式

NTN网络节点支持通过设置网关实现不同类型网络接入NTN网络。完成不同类型网络之间的通信。

1.3 网络结构鲁棒性、灵活性

因为NTN网络各节点之间地位对等，因此支持如星型、环型、线型等多种网络结构组网，同时由于其具有分布式的特点，网络内任意节点出现故障并不会影响整个网络的通信，网络在数据传输时会自动避开故障节点，通过其他路由与目的节点通信。因此NTN网络能够适应多种复杂网络环境。

1.4 传输带宽大

从理论上讲传输带宽和距离有一定关系。如果想实现远距离无线传输，在天线增益、发射功率等硬件无法改变的情况下只能牺牲一定带宽。而NTN网络采用多跳传输方式，缩短了节点之间的传输距离，在一定程度上节省了无线传输带宽。

2 基于NTN网络的微波通信系统应用

图2

NTN自组网微波系统主要由固定站微波设备、移动端微波设备和网管系统组成，实现固定站-舰艇、舰艇-舰艇间高速无线信息传输通道，为语音、数据、视频、多媒体等各种业务数据的传输提供支撑。

由于微波设备可在无线覆盖范围内实现灵活部署和快速展开实现动态组网、自动路由，NTN自组网微波系统可作为海上宽带信息传输的骨干节点担负系统干线传输、中继和信息接入的任务，为固定、舰艇与舰艇之间提供无线宽带信息传输通道。

2.1 设备组成及主要功能

NTN自组网微波设备由设备主机、天线、北斗天线、配套电缆等组成。其中设备主机内部包含主控及协议处理单元、基带处理单元、调制解调单元、设备功放模块、电源模块及天馈单元。NTN自组网微波设备可支持两种场景下的网络通信模式：海上通信工作模式、近岸通信工作模式。在海上通信工作模式下，既可以实现相邻两个微波设备之间的直接对等通信。也支持不相邻两个自组网微波设备之间经其它便携微波设备多跳转发后的通信。在近岸通信工作模式下，支持NTN网络微波设备通过固定站连接至陆地骨干通信网络。

2.2 工作原理

NTN自组网微波系统采用TDM双工方式，支持北斗/外接时统信号同步。其微波设备射频调制单元采用双载波、高中频模式实现通道数字基带到模拟调制解调的AD变换、射频变频、AGC/ALC控制功能。同时NTN网络微波系统可自动协商各节点的工作频点，实现自动频率规划，对工作频带内的干扰进行工作频点切换，实现设备发射功控，减少系统内干扰。

NTN自组网微波系统网络内用户数据的传输由宽带核心模块通过标准以太网接口与NTN通道单元模块连接，利用通道单元的NTN模块实现。NTN通道单元内集成了基带处理、协议处理和实时基带处理三个模块，将来自宽带核心模块的用户数据、NTN组网协议消息经过编码调制形成I/Q基带数据，通道处理板高速基带信号经调制解调完成后，连接各自射频前端功放，并通过射频合路器和射频选通滤波器送天线。

2.3 CSCI人机界面

NTN自组网微波系统的网管系统支持对网络中各类资源的管理、监控、配置，支持SNMP网管接口协议。系统内部由主控单元模块通过管理接口将接入系统的管理消息报文转发到通道单元模块，实现用户和管理系统对设备的管理。在设备内置显控界面支持设备状态查询和参数配置。同时用户可以将设备配置口与PC 的网口连接，通过PC端网页访问设备的Web界面，对信道频点、最大组网数、发射功率、业务网口、编码方式对应SNR门限值、干扰扫描等功能进行配置。

3 结束语

为了提高海上近岸船只的通信保障能力，通信网络必须综合利用各种通信技术手段，包括短波通信、卫星通信和无线自组网等。本文所讨论的基于NTN网络的自组网微波设备在实现海上基于IP的音视频传输方面具有鲜明的特点。该系统不依赖预设的网络基础设施，在任何时间、地点按需提供网络容量和覆盖范围，能有效支持现场通信；由于没有中心控制点，可方便地扩展到需要的规模；IP 地址分配、网络拓扑发现、传输参数选择和移动管理都可自动配置完成，需要最小的人为干预。总之，基于NTN网络的无线自组网微波设备在提高海上船只的通信服务保障能力方面有着十分突出的现实意义。