自組網(wǎng)設備在海警編隊通信中的有效應用

肖俊飛

（廣西海警第一支隊司令部，廣西 北海 536000）

0 引 言

隨著我國綜合國力的不斷增強，船舶活動區(qū)域在不斷擴大，海上的運行風險不斷凸顯，為了落實并履行海事部門安全監(jiān)督的管理職責，需要密切配合海上維權執(zhí)法的相關活動，特別是針對應急搜救和特殊任務的執(zhí)行，海警船舶編隊顯得十分重要。采用移動自組網(wǎng)技術，解決海警船舶編隊之間的通信問題，分析自組網(wǎng)技術在海上巡邏編隊中的具體應用，從而針對自組網(wǎng)的通信安全問題提出切實可行的解決方案。

1 海警艦船編隊的通信方式

1.1 短波通信

在現(xiàn)階段的海上移動通信中，短波通信主要是利用電離層的方式實現(xiàn)通信，這種通信方式能夠實現(xiàn)遠距離的傳輸。正是因為傳輸?shù)木嚯x較遠，所以在海上通信中一直占據(jù)著非常重要的地位。但是，因為易受到衰落信道的影響會造成傳輸帶寬受阻，可以使用自適應技術改變數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅埽瑐鬏斔俾誓軌蜻_到4.8 kb/s[1]。

1.2 VHF通信

VHF通信主要應用于近海中，作為船舶遇險的重要通信手段，水上搜救、通航管理都需要使用到VHF通信系統(tǒng)，是國際上應用在沿海近岸領域中非常重要的通信方式。VHF通信中使用的是同頻單工的方式，船舶與岸臺之間都只能使用雙工方式。現(xiàn)有的VHF通信系統(tǒng)一般應用在語音通信業(yè)務中。但是，隨著航運事業(yè)的發(fā)展，人們對大數(shù)據(jù)業(yè)務的需求越來越緊迫，VHF信道間隔越來越小，為了減少信號占用資源，急需提高通信系統(tǒng)來節(jié)省信道的資源。VHF通信能夠實現(xiàn)船舶與兩岸之間的通信，只能實現(xiàn)近距離的通信。由于VHF通信的質量較差，覆蓋的范圍較小，只能在一艘船上使用。又因為通信的信道較窄，在通信的過程中易出現(xiàn)信道擁擠問題，無法滿足現(xiàn)今的業(yè)務需求，VHF由于通信的容量小、信號差，制約了VHF通信在海上的進一步發(fā)展。

1.3 SSB通信

SSB通信方式目前仍然是很多海岸電臺使用較多的一種通信方式，SSB通信簡單直接，在國內所有的大小船舶中應用較為廣泛，且受到一定的歡迎。在船舶中配備SSB通信設備，是海上遇險安全通信的重要方式，能保證船岸之間的正常通信。但是，隨著航海運輸事業(yè)的不斷發(fā)展，船舶數(shù)量的不斷增加，現(xiàn)有的SSB通信方式的缺陷逐漸顯露。比如通信時間較長、延遲高、系統(tǒng)費用較高。雖然能夠訪問網(wǎng)絡，但是通信速率較低，無法實現(xiàn)更好的發(fā)展。

2 海警編隊通信組網(wǎng)中的關鍵技術

2.1 4G-LTE技術

LTE作為國際上一種新的通信標準，為了更好滿足用戶對高數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅趥鬏斔俾省⑹褂眯阅堋⒀舆t方面都有了較大的提升，比第三代無線通信系統(tǒng)有了更好地發(fā)展。LTE主要應用在民用小區(qū)中，如果將其應用到海警編隊中，會存在一些問題。比如，覆蓋范圍無法得到滿足，因為海警編隊都是由多艘船舶組成，LTE作為民用標準，其協(xié)議是開放性的，一旦將LTE應用到海警編隊中，將會干擾整個系統(tǒng)，使整個通信系統(tǒng)無法正常工作。當多個編隊出海時，也無法保證多個基站之間的通信，因此不適用于海警編隊的通信應用。

2.2 自組網(wǎng)技術

自組網(wǎng)沒有固定的通信設備，主要利用無線收發(fā)裝置形成通信終端，終端相當于通信節(jié)點，能夠完成傳統(tǒng)網(wǎng)絡節(jié)點的功能，同時也能起到一定的路由作用，具有一定的網(wǎng)絡管理功能。自組網(wǎng)運行不需要特殊的節(jié)點作為支撐，節(jié)點加入或離開都不會對網(wǎng)絡的動態(tài)運行有所影響。自組網(wǎng)絡中對控制中心沒有嚴格的控制，各個節(jié)點之間的地位較為平等，主要通過分布式算法進行各自行為的協(xié)調，構建移動通信網(wǎng)絡的速度較快，同時也具有較好的性能。其獨立組網(wǎng)的能力較強，能夠快速構建網(wǎng)絡且不需要任何基礎設施的支撐。自組網(wǎng)的多跳性功能可以有效擴大網(wǎng)絡的覆蓋范圍，當自組網(wǎng)中的一個節(jié)點與其他的通信有交集時，需要通過中間節(jié)點進行信號之間的轉換，無線自組網(wǎng)中的多跳路由就是通過此方式完成，而不是利用專門的路由設備。移動終端的移動速度會受到各種條件因素的影響，使得自組網(wǎng)的拓撲結構發(fā)生變化[2]。

3 海上無線傳輸?shù)乃ヂ涮卣?/h2>

海上無線傳輸?shù)乃ヂ涮卣魇侵冈谒矫嫔系闹鄙洳ㄅc反射波互相發(fā)生干涉。假設海面上的一點P經(jīng)過r1到達了Q，場強為A1，反射波經(jīng)過r2達到了Q點，場強為A2，r1、r2的空間耗損為m1、m2，反射系數(shù)為a，在海面環(huán)境中，a=1。由此可見，場強是決定反射系數(shù)a的關鍵，并且場強也會隨著行程差行程發(fā)生周期性的變化。海上無線傳輸信號中，點撥的直達路徑與反射路徑共同構成了信號傳輸，直達路徑的距離與信號的強度相關，合并接收端與發(fā)射端，則信道的衰落深度為：

如果信號在海上進行無線傳播時存在視距，則傳播信號的幅度主要是通過萊斯進行分布。從式（1）中可以得出，當信道中存在視距路徑時，傳輸信號功率較強。

為了能夠更好的計算誤碼率，需要在所有的信號強度范圍中對概率進行平均計算，衰落信道中的誤碼率需要通過AWGN信道中的誤碼率進行平均，得到：

4 自組網(wǎng)設備在海警編隊通信中的具體應用

4.1 自組網(wǎng)路由協(xié)議

自組網(wǎng)是一種多跳臨時性的系統(tǒng)，沒有具體的網(wǎng)絡設備作為支撐，能夠滿足現(xiàn)有網(wǎng)絡無法滿足的移動性需求。自組網(wǎng)與單跳無線網(wǎng)不同，組網(wǎng)中各個節(jié)點之間都是按照多跳數(shù)據(jù)的方式進行數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)交換，利用路由協(xié)議進行數(shù)據(jù)轉發(fā)，路由協(xié)議則是各個移動節(jié)點之間進行信息互相通信的基礎。無線信道節(jié)點的變化具有一定的不規(guī)則形，節(jié)點不管是加入還是退出都會引起網(wǎng)絡拓撲結構的變化。路由協(xié)議的主要作用就是監(jiān)督網(wǎng)絡拓撲結構變化，一旦發(fā)生位置變化將會自動定位目的節(jié)點位置，從而維護路由，保證網(wǎng)絡的暢通。

自組網(wǎng)一般情況下都是利用路由策略的方式，在自組網(wǎng)的環(huán)境中，不需要去維護其他的路由節(jié)點，只需要按需分配即可。海警編隊在執(zhí)行任務的過程中，以一艘船舶作為指揮，其余船舶聽從指揮，自組網(wǎng)設備還具備集群的功能，在集群路由協(xié)議中，節(jié)點分為普通節(jié)點與首節(jié)點，兩種節(jié)點代表兩種不同類型的船舶工作方式，船舶之間都會共同維護所有集群內部之間的路由信息[4]。

4.2 自組網(wǎng)的應用方式

海警編隊通信可以采用多種通信手段相結合的通信方式，比如衛(wèi)星通信、自組網(wǎng)通信或者集群通信等，形成綜合通信系統(tǒng)，以實現(xiàn)海警編隊的移動通信。通過多種移動通信實現(xiàn)對大陸指揮所的接入，從而實現(xiàn)信息之間的數(shù)據(jù)通信。海警編隊與大陸指揮所之間都需要通過衛(wèi)星通信的方式進行數(shù)據(jù)通信；海警編隊各個艦船之間的通信可以利用自組網(wǎng)的方式實現(xiàn)語音、視頻通信，可以解決海警編隊之間的通信問題，能夠更好地進行海上巡航管理，保衛(wèi)國土領域。由于自組網(wǎng)設備之間的節(jié)點都是利用無線信道的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，在傳輸數(shù)據(jù)的過程中存在監(jiān)聽或者偽造的可能。為了解決數(shù)據(jù)信息被盜取的問題，要加強對海警編隊的通信鏈路的保護，對通信方式進行加密，保證編隊的通信安全。海警編隊通信安全可以利用PKI技術，并搭建身份認證系統(tǒng)，為海警編隊的內部發(fā)送數(shù)字安全認證書，明確相互之間的管理協(xié)議，區(qū)分發(fā)送者與接收者之間的身份信息，保證各個節(jié)點之間通信的完整性[5]。

5 結 論

移動自組網(wǎng)設備沒有固定的設備作為數(shù)據(jù)支撐，在海上通信領域中有著非常廣闊的發(fā)展前景。通過分析關于海警編隊中常用的集中通信方式和自組網(wǎng)技術，明確了使用自組網(wǎng)技術對于海警編隊通信的優(yōu)勢，對海上通信進行加密和身份驗證，保證海上數(shù)據(jù)通信的安全性和完整性。