卫星移动通信与无线自组网的融合及应用

王俊峰,吴翔洲,杜吉庆

(南京熊猫汉达科技有限公司,江苏 南京 210000)

0 引言

尽管通信系统在现阶段社会生活的各个行业中有着较为广泛的应用,但仍然存在一些问题。网络信息技术的发展是无线自组网系统发展的前提,将卫星移动通信系统与无线自组网系统进行有效融合,能够充分借助网络信息技术,实现卫星移动通信系统的优化调整和升级,提高移动通信的信息传输质量和效率[1]。

1 卫星移动通信系统

卫星移动通信系统本质是一种利用卫星通信,为用户提供系统范围内的漫游及移动通信服务的多址传输,移动用户之间或移动用户与固定用户之间,利用通信卫星作为中继站而进行的通信。系统一般由通信卫星、关口地球站、控制中心以及移动终端组成。卫星移动通信系统依据其所用轨道不同,主要分为静止轨道、中轨道、低轨道。

卫星移动通信系统通过远距离的卫星通信实现对全国范围内所有地区的信号进行连接和传输,并应用TDMA和CDMA两种多址连接技术保证偏远山区以及海洋等地也能实现移动通信。在实际应用中,林区、都市密集区等很容易阻碍卫星信号的发射和传输,这也是现阶段我国难以完全发挥卫星移动通信系统作用的主要原因[2]。

2 无线自组网系统

无线自组网系统以无线网络为基础,是一种由多个可移动节点组成的临时性多跳自治系统。传统的无线网络系统是以路由器为预设的基础设施,需要搭建移动网络才能满足网络通信的需求,且路由器位置不能随时移动。无线自组网系统能够将网络中的每个节点都看作一个路由器,在提高网络通信效率的同时,也能有效避免外界干扰因素的影响[3-4]。

Adhoc和Mesh网络是无线自组网以不同的技术原理应用在不同场景中的两种类型,根据无线自组网的数据带宽应用需求,可以将其划分为窄带和宽带两种自组网系统。(1)窄带无线自组网数据带宽大多在几百Mbit/s范围内。(2)宽带是我国现阶段广泛应用的无线自组网方式,其数据带宽范围为1 Mbit/s到几十Mbit/s。宽带无线自组网系统以Mesh网络为主要网络,可以划分为COFDM IP Mesh,WiFi Mesh两种系统。其中,COFDM IP Mesh系统具有快速自组织、体积小等特点,在战术类无线移动通信系统中有更加明显的应用优势。

3 无线自组网与卫星移动通信的融合应用

卫星移动通信系统难以对阻碍卫星信号传输的地区提供通信服务,在深入研究解决措施的过程中,人们发现无线自组网与卫星移动通信之间的共同点,并将无线自组网与卫星移动通信尝试融合,取得的一系列成果为两种系统的融合应用提供了一定的思路,并取得了一定的实践成果,具体包括以下几个方面。

3.1 终端设备层面单通道双模的应用

无线自组网与卫星移动通信系统都是通过终端设备为用户提供通信服务的,在无线自组网与卫星移动通信的融合过程中,必须考虑终端设备的使用情况。在两种系统融合应用之后,终端设备的作用主要通过双通道双待以及单通道双模两种类型来发挥,终端设备层融合应用体系如图1所示。实践发现,单通道双模类型在数字化单兵以及无人化平台的应用中效果更加明显。

图1 终端设备层融合应用体系

3.1.1 数字化单兵

无线通信发挥传递信息与命令的重要功能。信息化和数字化技术的发展使得各行各业都在朝着信息化的方向发展,单兵在信息化场景下执行任务的过程中,需要依靠数字化设备才能实现攻击、防护、观察、通信等任务。COFDM IP Mesh系统作为无线自组网系统中体积较小、便于携带的网络系统,能够通过网络节点实现单兵在执行任务过程中的通信需求。这种无线自组网系统应用的COFDM技术能够保证携带该网络系统的单兵在乘坐350 km/h以上的车辆时也能实现双向通信。将卫星移动通信系统与COFDM IP Mesh系统融合,能通过卫星信号的传输及时掌握单兵情况,为任务指挥以及不同单兵之间的协同通信提供更加便利的条件。

3.1.2 无人化平台

无人化平台以无人机、无人车等自动操控平台为主,主要以远程操控和自主智能实现平台自控。无线自组网与传统无线网络最大的区别就在于其能实现自控,远程操控的无人化平台主要依据通信数据的传输功能。在应用无线自组网系统之前,无人化平台的远程操控存在一定的距离限制,且容易受到输出功率的影响,因而对体积及功耗有着非常严格的要求;应用无线自组网系统能通过COFDM IP Mesh系统的网络节点提供的IP接口、串口、应用数据等实现与3G,4G,5G等网络的连接,形成不同的网络拓扑类型,并通过无人化平台发射的信号满足多个无人化平台的操控需求。

无人化平台将卫星通信系统与无线自组网融合,如图2所示。借助卫星移动信号的传输,实现在各种环境和地形条件下的数据信息采集以及高效传输等功能,搭载设备包括检测设备、倾斜相机、高清相机等,不仅能加强对无人化平台的指挥和控制,还能满足地质工程等特殊行业的勘探和侦查工作需求,其数据成果包含监测数据、倾斜模型、4D产品等,可以为相关工作提供更加科学、可靠的数据信息支撑,也为我国卫星通信事业的发展提供技术融合的相关思路。

图2 无人化平台

3.2 智慧应用平台

无线自组网系统与卫星移动通信系统的融合,最主要的就是通过搭建移动通信网络形成高效、高质量的移动通信系统,基于其搭建的智慧应用平台能够在海洋和林业领域发挥重要作用。

3.2.1 智慧海洋平台

无线自组网与卫星移动通信系统的融合,可以促进智慧海洋工程建设目标的实现,主要采用对海洋具有动态监控功能的综合服务平台。其中,宽带自组网系统中的WiFi Mesh系统在海洋通信网络的构建上发挥重要作用,该系统可以将整个海洋范围进行网络覆盖,通过卫星移动通信系统收集、探测海洋每个网络节点的信息,再经由卫星信号输送给用户。这种网络系统在实际应用中不仅能满足多种海洋探测需求,还能通过高效的海洋数据信息传输功能促进我国海上经济的发展。

3.2.2 智慧林业平台

对于林业林区的业务,森林管理和防火是两项重点工作内容。由于林区树木会阻挡卫星信号的传输,在应用无线自组网系统之前,通常采用ATC以及卫星/双模终端实现林区管理。在林业林区设置多个不同的网络节点,能够有效解决卫星通信系统难以对林区进行卫星网络信号覆盖的问题。无线自组网与卫星移动通信系统的融合,以实时多样化林区监测、林区巡逻监控指挥以及防火应急救援指挥功能的实现最明显。在对林区进行监测和巡逻的过程中,移动通信网络系统的应用不仅能有效保证林业林区管理工作的顺利开展,还能有效降低林区火灾等意外事故的发生率。

智慧应用平台的应用,不仅能够充分发挥卫星移动通信与无线自组网的融合优势,还能够有效促进我国基础行业和领域的发展。现阶段,智慧应用平台逐渐在我国的海洋和森林领域发挥越来越重要的作用。将卫星移动与无线自组网进行结合,有效弥补了现阶段卫星移动通信系统应用中存在的缺陷,是促进我国卫星事业以及移动通信事业发展的重要途径。

在系统安全方面,智慧林业平台采用安保技术,基于国密安全芯片和国密加密算法的硬件认证及数据加密,建立起“端+管”一体化安全体系。特别是针对数据安全保障,采用数据自毁措施,密码输入错误超过指定次数,移动智能终端存储的数据自动销毁;同时,利用唯一标识,实现移动智能终端—数据—用户三者之间的绑定。

4 结语

综上所述,无线自组网与卫星移动通信的融合具有多方优势,不仅有效弥补了我国目前卫星移动通信系统应用中存在的缺陷,还能为卫星移动通信技术的升级和改造提供一定的参考。在未来的卫星移动通信事业发展过程中,无线自组网与卫星移动通信的融合是主要的发展趋势和方向,将会推动我国各行各业的信息化发展。