海上微波无线传输组网方式及关键技术

2021-11-21李春华

无线互联科技 2021年1期

关键词：子网数据包路由

李春华

（中海油信息科技有限公司湛江分公司，广东湛江 524000）

0 引言

在海上通信中，要考虑技术应用问题。微波无线传输的应用具有优势，但是要考虑到组织方式，明确关键技术，为海上通信提供最可靠的方案。

1 微波传输的优点

不同于传统模式的有线传输，海上通信采用微波无线传输具有多方面的优势，区别于有线传输，更易于组网。传统的有线传输如果要构建网络会受多种客观因素的制约，而无线网络可以不受周围条件的影响，安装微波输入硬件就可以建立局域网。传统网络中设施的安装地点要考虑到网络数据的收发点，具有局限性[1]。无线网络组成后，在信号网络覆盖范围内均可以使用网络。与传统网络相比，微波网络具有多样化的组网方法，可以自由搭配，并且信息输送速度可以保证。微波网络令计算机的移动性得到发挥，可以规避传统局域网的缺陷。

2 海上微波无线传输的组网

2.1 组网方式

微波组网可以依据传输的需要配置出N个节点，组成不同规模的子网。各个子网能同时工作，相互不发生干扰。组建单一的局域网。各个节点全部架设在船上，在海域上可以任意展开，船能自由移动，覆盖到需要的海域。船编队行进时，微波系统可以提供通信保障。通信网络可以架设在海岸边，沿岸组建出局域网，方便与海域上的船通信联系。组建相对独立的子网。子网规模可以结合通信需要确定，可以同时在不同范围内工作，灵活组建出可以交叠的子网，还可以采用不同的频率依据需要组建出不同规模、不同类型的子网。信号覆盖区域虽然交叠但是不会发生相互干扰。

2.2 功能设计

在具体的应用中，组网方式多种，如可选择无中心分布式，将传统的点对点变为扁平化的模式，以满足海域内通信的需要。系统内部节点的传输方式也可以灵活配置，选择任一节点作基准网，实现不同节点的通信。因为指挥中心易于变革，方便海上的船舶调度，提供通信服务，通信保障方案可以更加灵活。在数据的支持上，各节点处于对等的状态。不同节点可以与周围节点发生链接，结合路由信息选择链路进行传输。相邻节点彼此间可以通信，以动态化的路由协议作为基础，结合实际选择不同节点动态组网。每个节点都可以设定为中转站，保证了网络内信号的覆盖效果。网络拓扑结构的动态变化由于有了协议的支持，可以适应船舶移动通信的需求。

2.3 调制方式

在通信传输时，调制方式可依据接收信号强度自动加以调整。在条件具备时，接收信号达到要求时，调制的编码方式为高阶，如16QAM3／4，借助高效的编码方式保证了高速数据传输的需要。由于高带宽业务的应用，大量数据传输可以快速实现。信号较弱条件下，调制采用低阶，如选择BPSK1／2，传输带宽可以保证语音、数据传输的需要。

2.4 同步方式

系统可以采用TOD的同步与跳同步，保证了同步的无时差。在组网后，任意选择可以建立群首模式。群首采和分布式的“全网时间基准”，这种方式可以保证时间等级最高。对于其他节点，时间等级随着距离跳数的增加会发生降低。节点可以周期对特定区域广播，组网后时间基准与响应范围得以延续。如果没有入网的节点获取邻近节点的信息，会自动与已入网节点完成TOD信息同步，还可以自动更新TOD与RTC，结合新的TOD信息完成跳频序列，这样保证网络中的时间同步。更高等级的组网实现后，节点时间可以自动周期更新。

2.5 组网接入方式

网络的接入方式采用TDMA，双工TDD。帧分为固定分配帧与动态分配帧。固定分配帧是依据组网规模在网节点中固定配置，针对大业务量的节点采用动态分配帧，借助信令加以动态分配。固定分配帧可以采用两种方式，子帧可以采用网络控制或数据控制[2]。子帧通过网络控制可以保证网络的同步，动态分配帧可以实现是网络接入中的关键功能模块。数据子帧更加灵活，可以更好地适用于小流量数据的传输。组织后的动态分配帧结合数据子帧的特点，保证大流量业务的实现，如海上测控数据的传输。

2.6 组网路由策略

在船的移动中，为了节省无线带宽，路由可采用按需方式。路由协议基于标准AOD，针对路由发现实施了Qos的改造，可以更好适合海上微波传输的需要。AODV协议考虑到了路由节点的控制。组网后的不同节点通过广播向路由请求，分组节点会依据广播信息发出的指示，设定节点路由，“反向路由”得以实现。组网投入使用后，反向路节点还要考虑到广播源节点的需要，通过节点将信息发送到邻近的节点，并向邻近节点加以扩散。在组网中，必要时节点要增加路由，即建立“正向路由”。在实际的组网中，正向路基于RREP源节点，将信息发送给邻节点。如果中间节点不保证分组得以应用，将不会转发此类请求，并自动退出搜索。节点的实现要考虑到如何保证源节点的分组成功率。建立符合要求的路径要保证节点发出信息后得到应答，源节点需要选择通信效果最可靠的路径来实现传输业务。组网后，需要周期维护活动节点的路由，探测新路径。新路径如果具有更好的传输质量，会切换到新路径上，这种方式可以更好适合舰的快速移动。

3 海上微波无线传输关键技术

3.1 异构网络互连

为了实现不同子网可以更高效互连，异构网中的路由器协议可局部修改优化。网际路要实现可以采用以下方法：船上组建的局域网借助电台子网加以互连，以构成微波通信子网，形成整体；节点面向不同的通路，可存贮不同路径的路由信息，通过度量值的对比选择最优的链路，数据传输依据控制策略，以保证系统的抗毁性；针对负载均衡，还要考虑到路径的度量值，针对微波宽带的度量值还要组网的传输能力以及业务状态，以保证链路带宽得以利用，保证综合利用率；不同带宽中的数据IP报文要结合设定的速率[3]。海上无线通信对于路径的选择，需考虑电台子网的组网能力，运用Hello协议来维护节点关系。

3.2 拥塞控制优化

海上无线通信网可以采用不同的带宽，因此会发生链路拥塞问题，导致资源浪费现象。高带宽链路转化为低带宽链路，由于数据流的变化，易发生链路拥塞，业务传输速度会受到影响，严重时网络传输会发生阻塞，网络连通性的不能保证；当低带宽链路变为高带宽链路时，网络资源难以得以利用，造成网络资源浪费。利用拥塞控制自优化技术能有效解决异构网络不同状态切换产生的连通性中断和资源利用率等问题。传输层应用TCP技术，可以提升业务传输的整体效果。TCP采用了多接口技术，可以将网络中的空闲资源加以利用，能保证不同路径的协同性，保证了吞吐率，网络资源利用率得以提升。

在实际的应用中，TCP传输层建立了发送窗口，发送端面向各路径通过轮询方式的不断发送传输数据。基于TCP的子流可以对拥塞加以控制。在传输层，接收端对于已接收的乱序包重新整理排序，有序数据传输到上层。排序后的数据包有了编号，用于在传输层上的识别。子流接收数据包后，会依据子流序列号对数据包加以处理，处理后的数据包会存储接收窗口，通过程序设定，数据包的序列号在有效范围内才会传送数据包。

3.3 安全技术

为了保证海上无线通信的安全，需要可靠的安全技术加以支持。安全检测要可以动态监测微波网络，监测到与安全有关的风险事件，如数据窃取、非法入侵、违规使用等。系统需要对情况加以真实记录，阻断违规行为。安全检测还要保证防销毁、防篡改，可以实时跟踪数据信息，分析和报告跟踪中得来的信息。安全检测要考虑选择什么方式加以跟踪检测。安全检测可以用于对内部的越权操作审计，阻止越权操作。网络扫描技术要识别出系统是否存在被攻击的风险[4]。数据安全是动态的，如何保证动态网络系统的安全是防护方案急需解决的问题。安全服务是及时解决系统安全的重要环节。当前海上无线通信网络对安全提出了更高的标准，需求更加强调网络的紧急响应。由于安全防护的复杂性，系统解决网络安全问题需要快速响应。另外，安全响应还要考虑到数据的备份。在数据受到破坏后可以快速响应、启动备份。可靠的数据备份方案要使得系统在灾难性条件下可以快速得到恢复，避免造成不可挽回的损失。