无线局域网在船舶网络通信中的应用研究

尹晓丹

（中船电子科技（三亚）有限公司，北京 100070）

0 引言

船舶网络通信系统承担着内部数据与控制信号传输的重要任务，船用设备信息化、网络化水平的提升，使得传统船用网络通信架构的适应性不断降低[1-3]。同时，受有线网络通信系统接入方式的影响，对各系统的升级改造产生了不同程度的影响，无线局域网的优势在此得到发挥[4]。

1 无线局域网技术概述

人们根据局域网接入方式的不同将其分为有线局域网和无线局域网两种类型，所谓无线局域网，是指网络数据传输通过固定频率的电磁波信号完成，而不需要实体物理介质进行传递[5]。基于这一特征，无线局域网具有可移动、可编辑、便于升级等优势。

然而，作为开放空间的电磁波传递，无线局域网所使用的发射装置功率较低，无法实现远距离信号传输，因此，无线局域网的信号有效辐射范围R≤10m，当接收端超出该范围后，则无法稳定链接。

2 无线局域网结构与协议

基于接入方式的不同，无线局域网的网络结构与通信协议与有线网络也存在着些许差异，具体如下：

2.1 无线局域网结构

根据实际需要，可选择的无线局域网结构主要有两种，分别是AP结构和无线网桥结构。首先，AP结构是使用范围最广的一种简单二端口网桥，通过有线连接的方式，该网桥能够实现数据在无线网络和有线网络中的相互转换；其次，无线网桥结构实现的是无线网络的中继，数据在终端之间进行点对点的传输，由于无线网桥结构的使用不需要对网络通信协议进行更改，因此，无线网桥结构仅仅是对网络数据的转发，不参与网络数据传输的其它任一环节[6]。

2.2 无线局域网协议

目前，使用作为广泛的无线局域网协议有IEEE802.11b、IEEE802.11a与 IEEE802.11g， 以 上三种协议同属于IEEE802.11系列[7]。作为最早出现的无线局域网标准协议，其规范了无线数据传输的相关标准，然而，根据实际需求的不同，IEEE802.11延伸出来的三个协议在内容上有着明显差异。

2.2.1 IEEE802.11b协议

该协议是目前主流无线网络协议，其工作频率为2.4GHz，数据传输速率可兼容1Mbit/s、2Mbit/s、5.5Mbit/s和11Mbit/s，由于IEEE802.11b的安全性较高，且技术难度较低，可满足不同环境下的无线网络数据传输要求[8]。

2.2.2 IEEE802.11a协议

作为IEEE802.11b协议的重要补充，IEEE802.11a协议的工作频率更高，可满足大数据量的瞬时吞吐需求，最高速度可达54Mbit/s。因此，IEEE802.11a协议适用于需要快速传输音频、图像等数据的场景，如新闻直播等。

2.2.3 IEEE802.11g协议

虽然，IEEE802.11b与IEEE802.11a同属于IEEE802.11协议体系，但是，由于两者通信频率等存在差异，以至于对应终端设备无法互联，这导致基于IEEE802.11协议的无线网络推广存在困难[9]。为解决这一问题，IEEE802.11g协议通过兼容IEEE802.11b与IEEE802.11a，并将工作频率设定为2.4GHz，且对应数据传输速度高达54Mbit/s。

3 无线局网在船舶网络通信中的应用

相比较传统有线局域网来说，无线局域网在船舶通信系统中的应用不仅降低了网络辐射成本，也在一定程度上弱化了船舶设计难度，在减少网络线缆连接的情况下，舱室内部更加美观，如视频监控系统、综合导航系统等都已经接入船舶无线局域网[10]。

3.1 基于无线局域网技术的视频监控系统

视频监控系统是监视船舶内外情况的重要系统，传统视频监控数据传输网络以有线为主，这不仅增加了布线成本，也给后期维护工作带来了巨大的工作量。在此情况下，可利用无线局域网解决该问题，无线局域网与有线局域网互为备份，在原有视频监视系统的基础上进行冗余设计，大大提高了视频监控系统的可靠性。不仅如此，该视频监控系统还使用了无线多跳技术，即某一无线节点出现故障的情况下，无线局域网内部数据传输将从故障节点跳跃至正常节点，除非所有无线节点均发生故障。

3.2 综合导航系统的无线控制功能实现

现代船舶导航系统的自动化水平显著提升，为保证船舶导航数据的准确性，综合导航系统需要实时分析来自罗经、计程仪、GPS、导航雷达、AIS等设备的航向、速度、位置及周边环境信息，同时，综合导航系统根据数据处理结果，向智能舰桥系统发送控制指令，在保证航行安全的情况下，控制船舶航向、航速，并通过AIS向目标船舶发出危险告警。

由于综合导航系统数据来源较多，在系统设计开发时需要预留较多的接口，这使得硬件开发成本与后期维护成本相对较高，为此，研究人员在保留罗经、计程仪、导航雷达三个有线接口的情况下，增加无线数据收发模块，并接入船舶无线局域网。之所以预留有线接口，是因为罗经、计程仪信号对电磁干扰较为敏感，有线传输可保证数据传输的稳定性，其次，导航雷达传输的为视频信号，有线传输可保证视频传输过程中足够的带宽配给。

为兼容船舶无线网络通信系统，综合导航系统无线局域网协议选用IEEE802.11g，该协议适用于当前主流GPS设备、AIS设备等船舶设备无线信号传输协议。同时，采用高频率、大带宽的无线网络协议，可支持后期系统升级改造。

4 船舶网络通信中无线局域网应用注意事项

尽管，从设计开发成本与使用维护成本的角度来看，无线局域网在传播网络通信中的应用优势明显，但也同样存在着不足，主要表现在无线协议的适应性、无线网络通信安全两个方面。

首先，为确保船舶无线网络通信协议的上下兼容，建议选择满足IEEE802.11g协议的无线网络设备；其次，在无线通信网络部署的过程中选择合适的空间节点，并通过严格的通信网络可靠性检测，保证无线网络通信质量；最后，在无线通信网络系统设计过程中，需要增加安全保密模块，严格执行权限访问制度与非法访问溯源机制，加强无线网络通信安全。

5 结语

无线网络通信系统仪器便捷、高效、低廉等优势得到了广泛应用，在船舶设备大量加载无线网络模块的情况下，组建船舶无线网络通信系统也就成为可能。然而，无线局域网并不能完全取代有线网络通信系统，两者可互为冗余，提高船舶网络通信系统的可靠性。随着无线局域网技术日益成熟，船舶无线网络通信系统规模将不断扩大，为船舶系统的自动化、智能化发展提供支持。