海戰場無線通信網絡規劃技術研究＊

李 瑞

（海軍裝備部裝備采購中心 北京 100071）

1 引言

海戰場無線通信網絡規劃（以下簡稱網絡規劃）是指給定作戰平臺預計的地理坐標，在滿足視距和組網等約束條件下，利用已有的無線通信手段，設計出一個海戰場作戰平臺的互連互通關系，使所有參與平臺都可以直接或通過中繼站、網關站與其它作戰平臺相互通信。網絡規劃可以將海戰場上各作戰平臺更好的鉸鏈在一起，實現海戰場信息共享，使指揮員能實時掌握戰場態勢，有效調配作戰資源，縮短決策時間，可以大大提高海戰場作戰平臺的協同作戰能力和整體作戰效能。

2 海戰場無線通信網絡組成及特點

2.1 海戰場無線通信網絡組成

海戰場無線通信網絡主要由岸基有線通信網絡、海軍戰術數據鏈、寬帶數據鏈和Ku衛星通信系統等組成，可以實現岸基系統與海上作戰艦艇、海上編隊之間，海上編隊系統內，以及岸基系統、海上編隊系統與空中和潛艇平臺間的互連互通互操作。典型海戰場無線通信網絡的組成如圖1所示。

按照通信對象和連接關系可分為四個無線通信網：編隊內通信網、編隊間通信網、艦岸遠程通信網和岸潛通信網。

圖1 海上一體化無線網絡組成示意圖

1）編隊內網絡通信組織

編隊內通信網將主要依托寬帶數據鏈，在天基通信網建成且其能力達到一定程度時可考慮依托高速衛星通信網，通過改進通信系統裝備來提高系統性能，通過引入空中中繼來擴大其覆蓋范圍，形成綜合高速衛星、微波信道和可靠的短波、超短波信道等多種無線傳輸手段的海上編隊內無線通信網。其中短波和超短波主要提供組網或點對點話音和低速數據通信；微波主要提供組網的高速數據通信，并可以經過中繼平臺實現超視距的通信。

2）編隊間網絡通信組織

在軍用衛星通信網達到一定的規模時，編隊間通信網將主要依托高速可靠的衛星信道資源實現編隊間的通信能力，海上編隊間通信網主要使用短波和超短波通信手段（其中大量使用的是短波通信手段）以及UHF衛星鏈路，以滿足編隊間的話音協同和少量的低速數據通信。

3）艦岸遠程網絡通信組織

艦岸遠程通信網主要使用短波和衛星通信手段。衛星信道穩定、可靠、通信容量大，但戰時衛星中繼系統易被摧毀，短波信道雖然通信容量小，穩定性較差，但短波通信建立迅捷簡便，不易被摧毀，是艦岸數據通信的主要手段。

4）岸潛網絡通信組織

海戰場無線傳輸網絡依托多功能拖曳天線、綜合通信浮標與岸基指揮所單向通信，通過裝備艦潛數據鏈實現潛艇與編隊之間的雙向協同信息的傳輸。

2.2 海戰場無線通信網絡特點分析

海戰場無線通信網絡具有如下顯著特點：

1）網絡拓撲結構動態變化。海戰場中的平臺節點具有位置任意移動和作戰任務轉換的特征。海戰場中平臺節點可以根據作戰任務或編隊配置自由加入和退出網絡（如關機），同時，無線傳播條件隨時間和空間不斷改變。

2）帶寬有限、容量可變的鏈路。無線鏈路的容量明顯低于有限鏈路的容量?？紤]到多接入、多徑衰減、噪聲和信號干擾等因素，無線通信實際的吞吐量遠遠低于它的最大傳輸速率，以至于在網絡中會經常出現擁塞的情況。

3）多跳通信。由于視距、能量和保密條件的限制，海戰場中平臺節點的通信設備傳輸范圍有限，當兩平臺節點不能直接通信時，需要借助其它平臺節點進行中繼信息。

4）有限的網絡安全。與有線網絡相比，海戰場無線通信網絡更容易受到安全性問題的威脅。在網絡規劃與設計時，需要考慮網絡安全接入和信息傳輸的保密與安全。

5）衛星通信與其他通信手段相比，具有通信距離遠、覆蓋面積大、保障能力強、通信容量大和質量穩定可靠等優點。由于目前我國沒有海外基地作支撐，因此只有大力發展衛星通信技術，才能更好的發揮我海軍在中遠海的作戰效能。

3 海戰場無線通信網絡規劃

3.1 網絡規劃目標

海戰場無線通信網絡規劃的目標是根據海戰場作戰需求和戰術指令，采用動態規劃、頻率分配和數據庫等技術完成海戰場戰區范圍內各無線網絡規劃和信道分配，盡量實現各平臺節點不受干擾地收發數據并達到最大的系統傳輸容量和傳輸質量，為海戰場作戰平臺的協同作戰提供通信保障。

3.2 網絡規劃約束

為了保證在各頻段工作的設備正常工作，無線通信設備的使用必須符合操作約束和協調約束，根據無線通信設備的作戰需求設計通信網絡，使該網絡能夠滿足海戰場作戰需求的傳輸容量和節點連通性要求。網絡規劃的典型約束有如下幾點：

1）視距傳輸約束。由于部分數據鏈設備采用的是超短波頻段，數據鏈設備之間存在視距傳輸的約束。

2）組網約束。由于數據鏈設備采用的是公共信道，單個臺站的傳輸能力、轉發能力必須要受到限制。

3）電磁兼容約束。無線通信設備的電磁兼容包括同一平臺的電磁兼容和平臺之間的電磁兼容問題。由于通信設備工作在空中交通管制頻段，必須與現有的各類信號臺保持必要的間隔距離。

4）可靠性約束?？梢圆捎脭U頻通信技術、差錯控制技術和猝發通信技術等提供傳輸的可靠性。但是在海戰場環境下，網絡結點的移動使網絡拓撲結構經常發生變化，通信鏈路受地理環境、電磁環境、敵方干擾等因素的影響，出現不穩定或失效的現象，從而導致網絡性能的下降。

5）傳輸時延約束。不同通信設備對信息傳輸的時延要求各不相同。設計的拓撲必須滿足通信鏈路終端對信息傳輸的要求。

影響網絡規劃的因素還有組織關系和裝備約束等等。

3.3 網絡規劃思路及策略

在滿足連通性的基礎上，網絡規劃重點需要考慮信息傳輸質量問題。傳輸質量要求主要包括四個指標：傳輸速率、傳輸帶寬、傳輸時延和傳輸精度。由于受當前海軍無線通信設備帶寬和能力的限制，不可能每個指標都能同時達到最優，有時在滿足某個指標的同時，必須以損失其它指標為代價。海戰場協同作戰需傳輸的信息類型較多，不同應用的信息對傳輸質量要求的側重點不相同?；诖耍诰W絡規劃時可以考慮在分析現有通信手段及特性以及連通需求的基礎上，對不同應用的信息進行分類，根據信息傳輸不同質量要求，選擇不同鏈路進行組網。海軍無線傳輸信息主要分為三類：武器協同信息、戰術數據信息和其它綜合業務信息。每類信息對于傳輸質量指標的側重點都不同，比如，武器協同信息可能更關注傳輸時延，而戰術數據信息（傳感器目標信息）可能更關注信息精度。因此，可以構建武器協同數據網、戰術數據網、綜合業務通信網三層通信網絡構成的一體化通信傳輸網絡體系。最后，利用網絡仿真工具對網絡的性能進行分析和驗證。

3.4 網絡規劃流程設計

海戰場無線通信網絡規劃需要根據戰場無線通信網絡的組網方式、拓撲結構、數據鏈設備性能及海戰場環境信息，同時結合動態組網規劃技術、電磁兼容分析技術和無線頻譜分配管理技術等擬定最佳的網絡規劃方案和頻率分配方案；使海戰場通信網絡以盡可能少的頻率資源獲得更大的傳輸容量和傳輸質量，并在網絡的部分頻段受到干擾的情況下，實現網絡自動優化，及時調整網絡規劃方案。

海戰場無線通信網絡規劃流程如圖2所示。

確定網絡規劃目標后需要對目標進行分解細化，并分析海戰場無線傳送信息內容需求和傳送質量要求等，要保證實時／準實時／非實時數據可靠穩定的傳輸；分析海戰場現有的通信手段及其特性，初步完成網絡規劃設計。網絡規劃雖然是基于當前已有的通信手段進行設計，但要考慮未來通信手段的增強和變化，規劃設計需要具備可擴展性和健壯性；網絡拓撲結構生成模塊根據通信傳輸容量、通信傳輸質量和網絡傳輸覆蓋預測分析建立通信網絡拓撲。頻率分配要根據海戰場各網絡平臺的位置、鏈路可靠性分析和鏈路的保障優先級進行自動頻率分配，自動頻率分配的結果包含頻率使用的時間和地點范圍。

圖2 海戰場無線信息傳輸網絡規劃流程圖

位置定位報告、無線通信網絡設備數據庫、地理信息系統（Geographic Information System，GIS）數據庫、無線傳輸覆蓋模型、海戰場商用通信設備與無線覆蓋數據庫、干擾分析模型、頻率分配算法庫等構成海戰場無線通信網絡規劃的決策支持要素。位置定位報告提供作戰武器平臺的地理位置，通信網絡設備數據庫提供己方或敵方的無線通信設備的參數、內部收發體制參數。海戰場商用通信設備與無線覆蓋數據庫提供商用通信網絡的設備參數和無線覆蓋，為無線通信設備的干擾分析提供依據。干擾模型提供同頻干擾模型、鄰道干擾模型和互調干擾模型對無線頻率分配方案的干擾進行分析，通過干擾最小的準則實現無線網絡規劃和頻率分配的最佳化。

在網絡規劃過程中，對規劃方案進行仿真驗證是不可缺少的一個環節。網絡仿真軟件通過在計算機上建立一個虛擬的網絡平臺來實現真實網絡環境的模擬，仿真運行和分析結果對網絡的性能，網絡參數的選取以及網絡優化提供支撐與參考。

4 結語

近幾場局部戰爭表明，未來海戰場戰爭將不再是單平臺之間的較量，而是體系與體系的對抗。如何利用我海軍現有的通信手段對海戰場作戰平臺進行網絡規劃是實施網絡中心戰需要重點考慮的問題之一。本文從海戰場無線通信網絡的組成及特點入手，分析研究了網絡規劃的目標、網絡規劃思路與策略、網絡規劃約束和網絡規劃流程，其研究成果對于我海軍裝備建設與發展具有重要現實意義。

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