一種基于NTN網絡的自組網系統在近岸通信中的應用

文/玄緒強 陳庚

NTN(Node-to-Node)網絡是一種動態拓撲的對等網絡， NTN網絡內數據交換是通過多跳轉發機制實現，通過路由協議轉發決策，實現網絡內各節點的互聯，從而實現遠距離無線通信。由于網絡內節點的加入、退出、移動等引起的網絡拓撲結構不規則的動態變化，所以它也是具有無線傳輸功能的一個多跳的臨時性自愈系統。該系統能夠監控網絡拓撲結構變化，交互路由信息，產生、維護和選擇路由，并根據選擇的路由轉發數據，提供網絡的連通性。

在船只近岸通信中，傳統的基站式通信無法覆蓋廣大海域，衛星通信又易受帶寬資源限制。而NTN網絡組網方式靈活。多跳臨時性的特點可以實現兩個不能直接建立通信的節點可以通過其他節點實現多信道多頻點數據通信。同時，因其所有節點地位對等，因此不需要固定基站支持，具有網絡易部署、廣覆蓋、自組性、多跳、分布式的無線信道等特點，特別適合近岸海上通信。

1 NTN網絡的特點

NTN網絡本身由一定數量的固定節點和移動節點組成，其網絡結構靈活。所有節點本身也是終端，既可以點對點，也可以點對多點，且每個節點均地位平等，數據可通過節點進行轉發。同時受鏈路資源的限制，NTN網絡的網絡層協議會根據相應的傳輸條件而特殊定制，而其數據鏈路層協議在解決本地業務終端業務接入的同時，還需要協調網絡內其他節點的網絡資源與信道分配、編解碼方式等問題。對比傳統無線通信網絡， NTN網絡有以下幾點突出優點：

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1.1 支持遠距離、全無線、移動、多跳、自組網功能

網絡內各節點之間可通過多跳無線傳輸的方式實現通信，以滿足特殊行業采用一般通信系統無線支持的應用環境。

1.2 支持多種網絡接入方式

NTN網絡節點支持通過設置網關實現不同類型網絡接入NTN網絡。完成不同類型網絡之間的通信。

1.3 網絡結構魯棒性、靈活性

因為NTN網絡各節點之間地位對等，因此支持如星型、環型、線型等多種網絡結構組網，同時由于其具有分布式的特點，網絡內任意節點出現故障并不會影響整個網絡的通信，網絡在數據傳輸時會自動避開故障節點，通過其他路由與目的節點通信。因此NTN網絡能夠適應多種復雜網絡環境。

1.4 傳輸帶寬大

從理論上講傳輸帶寬和距離有一定關系。如果想實現遠距離無線傳輸，在天線增益、發射功率等硬件無法改變的情況下只能犧牲一定帶寬。而NTN網絡采用多跳傳輸方式，縮短了節點之間的傳輸距離，在一定程度上節省了無線傳輸帶寬。

2 基于NTN網絡的微波通信系統應用

圖2

NTN自組網微波系統主要由固定站微波設備、移動端微波設備和網管系統組成，實現固定站-艦艇、艦艇-艦艇間高速無線信息傳輸通道，為語音、數據、視頻、多媒體等各種業務數據的傳輸提供支撐。

由于微波設備可在無線覆蓋范圍內實現靈活部署和快速展開實現動態組網、自動路由，NTN自組網微波系統可作為海上寬帶信息傳輸的骨干節點擔負系統干線傳輸、中繼和信息接入的任務，為固定、艦艇與艦艇之間提供無線寬帶信息傳輸通道。

2.1 設備組成及主要功能

NTN自組網微波設備由設備主機、天線、北斗天線、配套電纜等組成。其中設備主機內部包含主控及協議處理單元、基帶處理單元、調制解調單元、設備功放模塊、電源模塊及天饋單元。NTN自組網微波設備可支持兩種場景下的網絡通信模式：海上通信工作模式、近岸通信工作模式。在海上通信工作模式下，既可以實現相鄰兩個微波設備之間的直接對等通信。也支持不相鄰兩個自組網微波設備之間經其它便攜微波設備多跳轉發后的通信。在近岸通信工作模式下，支持NTN網絡微波設備通過固定站連接至陸地骨干通信網絡。

2.2 工作原理

NTN自組網微波系統采用TDM雙工方式，支持北斗/外接時統信號同步。其微波設備射頻調制單元采用雙載波、高中頻模式實現通道數字基帶到模擬調制解調的AD變換、射頻變頻、AGC/ALC控制功能。同時NTN網絡微波系統可自動協商各節點的工作頻點，實現自動頻率規劃，對工作頻帶內的干擾進行工作頻點切換，實現設備發射功控，減少系統內干擾。

NTN自組網微波系統網絡內用戶數據的傳輸由寬帶核心模塊通過標準以太網接口與NTN通道單元模塊連接，利用通道單元的NTN模塊實現。NTN通道單元內集成了基帶處理、協議處理和實時基帶處理三個模塊，將來自寬帶核心模塊的用戶數據、NTN組網協議消息經過編碼調制形成I/Q基帶數據，通道處理板高速基帶信號經調制解調完成后，連接各自射頻前端功放，并通過射頻合路器和射頻選通濾波器送天線。

2.3 CSCI人機界面

NTN自組網微波系統的網管系統支持對網絡中各類資源的管理、監控、配置，支持SNMP網管接口協議。系統內部由主控單元模塊通過管理接口將接入系統的管理消息報文轉發到通道單元模塊，實現用戶和管理系統對設備的管理。在設備內置顯控界面支持設備狀態查詢和參數配置。同時用戶可以將設備配置口與PC 的網口連接，通過PC端網頁訪問設備的Web界面，對信道頻點、最大組網數、發射功率、業務網口、編碼方式對應SNR門限值、干擾掃描等功能進行配置。

3 結束語

為了提高海上近岸船只的通信保障能力，通信網絡必須綜合利用各種通信技術手段，包括短波通信、衛星通信和無線自組網等。本文所討論的基于NTN網絡的自組網微波設備在實現海上基于IP的音視頻傳輸方面具有鮮明的特點。該系統不依賴預設的網絡基礎設施，在任何時間、地點按需提供網絡容量和覆蓋范圍，能有效支持現場通信；由于沒有中心控制點，可方便地擴展到需要的規模；IP 地址分配、網絡拓撲發現、傳輸參數選擇和移動管理都可自動配置完成，需要最小的人為干預。總之，基于NTN網絡的無線自組網微波設備在提高海上船只的通信服務保障能力方面有著十分突出的現實意義。