海上微波無線傳輸組網方式及關鍵技術

李春華

（中海油信息科技有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524000）

0 引言

在海上通信中，要考慮技術應用問題。微波無線傳輸的應用具有優勢，但是要考慮到組織方式，明確關鍵技術，為海上通信提供最可靠的方案。

1 微波傳輸的優點

不同于傳統模式的有線傳輸，海上通信采用微波無線傳輸具有多方面的優勢，區別于有線傳輸，更易于組網。傳統的有線傳輸如果要構建網絡會受多種客觀因素的制約，而無線網絡可以不受周圍條件的影響，安裝微波輸入硬件就可以建立局域網。傳統網絡中設施的安裝地點要考慮到網絡數據的收發點，具有局限性[1]。無線網絡組成后，在信號網絡覆蓋范圍內均可以使用網絡。與傳統網絡相比，微波網絡具有多樣化的組網方法，可以自由搭配，并且信息輸送速度可以保證。微波網絡令計算機的移動性得到發揮，可以規避傳統局域網的缺陷。

2 海上微波無線傳輸的組網

2.1 組網方式

微波組網可以依據傳輸的需要配置出N個節點，組成不同規模的子網。各個子網能同時工作，相互不發生干擾。組建單一的局域網。各個節點全部架設在船上，在海域上可以任意展開，船能自由移動，覆蓋到需要的海域。船編隊行進時，微波系統可以提供通信保障。通信網絡可以架設在海岸邊，沿岸組建出局域網，方便與海域上的船通信聯系。組建相對獨立的子網。子網規模可以結合通信需要確定，可以同時在不同范圍內工作，靈活組建出可以交疊的子網，還可以采用不同的頻率依據需要組建出不同規模、不同類型的子網。信號覆蓋區域雖然交疊但是不會發生相互干擾。

2.2 功能設計

在具體的應用中，組網方式多種，如可選擇無中心分布式，將傳統的點對點變為扁平化的模式，以滿足海域內通信的需要。系統內部節點的傳輸方式也可以靈活配置，選擇任一節點作基準網，實現不同節點的通信。因為指揮中心易于變革，方便海上的船舶調度，提供通信服務，通信保障方案可以更加靈活。在數據的支持上，各節點處于對等的狀態。不同節點可以與周圍節點發生鏈接，結合路由信息選擇鏈路進行傳輸。相鄰節點彼此間可以通信，以動態化的路由協議作為基礎，結合實際選擇不同節點動態組網。每個節點都可以設定為中轉站，保證了網絡內信號的覆蓋效果。網絡拓撲結構的動態變化由于有了協議的支持，可以適應船舶移動通信的需求。

2.3 調制方式

在通信傳輸時，調制方式可依據接收信號強度自動加以調整。在條件具備時，接收信號達到要求時，調制的編碼方式為高階，如16QAM3／4，借助高效的編碼方式保證了高速數據傳輸的需要。由于高帶寬業務的應用，大量數據傳輸可以快速實現。信號較弱條件下，調制采用低階，如選擇BPSK1／2，傳輸帶寬可以保證語音、數據傳輸的需要。

2.4 同步方式

系統可以采用TOD的同步與跳同步，保證了同步的無時差。在組網后，任意選擇可以建立群首模式。群首采和分布式的“全網時間基準”，這種方式可以保證時間等級最高。對于其他節點，時間等級隨著距離跳數的增加會發生降低。節點可以周期對特定區域廣播，組網后時間基準與響應范圍得以延續。如果沒有入網的節點獲取鄰近節點的信息，會自動與已入網節點完成TOD信息同步，還可以自動更新TOD與RTC，結合新的TOD信息完成跳頻序列，這樣保證網絡中的時間同步。更高等級的組網實現后，節點時間可以自動周期更新。

2.5 組網接入方式

網絡的接入方式采用TDMA，雙工TDD。幀分為固定分配幀與動態分配幀。固定分配幀是依據組網規模在網節點中固定配置，針對大業務量的節點采用動態分配幀，借助信令加以動態分配。固定分配幀可以采用兩種方式，子幀可以采用網絡控制或數據控制[2]。子幀通過網絡控制可以保證網絡的同步，動態分配幀可以實現是網絡接入中的關鍵功能模塊。數據子幀更加靈活，可以更好地適用于小流量數據的傳輸。組織后的動態分配幀結合數據子幀的特點，保證大流量業務的實現，如海上測控數據的傳輸。

2.6 組網路由策略

在船的移動中，為了節省無線帶寬，路由可采用按需方式。路由協議基于標準AOD，針對路由發現實施了Qos的改造，可以更好適合海上微波傳輸的需要。AODV協議考慮到了路由節點的控制。組網后的不同節點通過廣播向路由請求，分組節點會依據廣播信息發出的指示，設定節點路由，“反向路由”得以實現。組網投入使用后，反向路節點還要考慮到廣播源節點的需要，通過節點將信息發送到鄰近的節點，并向鄰近節點加以擴散。在組網中，必要時節點要增加路由，即建立“正向路由”。在實際的組網中，正向路基于RREP源節點，將信息發送給鄰節點。如果中間節點不保證分組得以應用，將不會轉發此類請求，并自動退出搜索。節點的實現要考慮到如何保證源節點的分組成功率。建立符合要求的路徑要保證節點發出信息后得到應答，源節點需要選擇通信效果最可靠的路徑來實現傳輸業務。組網后，需要周期維護活動節點的路由，探測新路徑。新路徑如果具有更好的傳輸質量，會切換到新路徑上，這種方式可以更好適合艦的快速移動。

3 海上微波無線傳輸關鍵技術

3.1 異構網絡互連

為了實現不同子網可以更高效互連，異構網中的路由器協議可局部修改優化。網際路要實現可以采用以下方法：船上組建的局域網借助電臺子網加以互連，以構成微波通信子網，形成整體；節點面向不同的通路，可存貯不同路徑的路由信息，通過度量值的對比選擇最優的鏈路，數據傳輸依據控制策略，以保證系統的抗毀性；針對負載均衡，還要考慮到路徑的度量值，針對微波寬帶的度量值還要組網的傳輸能力以及業務狀態，以保證鏈路帶寬得以利用，保證綜合利用率；不同帶寬中的數據IP報文要結合設定的速率[3]。海上無線通信對于路徑的選擇，需考慮電臺子網的組網能力，運用Hello協議來維護節點關系。

3.2 擁塞控制優化

海上無線通信網可以采用不同的帶寬，因此會發生鏈路擁塞問題，導致資源浪費現象。高帶寬鏈路轉化為低帶寬鏈路，由于數據流的變化，易發生鏈路擁塞，業務傳輸速度會受到影響，嚴重時網絡傳輸會發生阻塞，網絡連通性的不能保證；當低帶寬鏈路變為高帶寬鏈路時，網絡資源難以得以利用，造成網絡資源浪費。利用擁塞控制自優化技術能有效解決異構網絡不同狀態切換產生的連通性中斷和資源利用率等問題。傳輸層應用TCP技術，可以提升業務傳輸的整體效果。TCP采用了多接口技術，可以將網絡中的空閑資源加以利用，能保證不同路徑的協同性，保證了吞吐率，網絡資源利用率得以提升。

在實際的應用中，TCP傳輸層建立了發送窗口，發送端面向各路徑通過輪詢方式的不斷發送傳輸數據。基于TCP的子流可以對擁塞加以控制。在傳輸層，接收端對于已接收的亂序包重新整理排序，有序數據傳輸到上層。排序后的數據包有了編號，用于在傳輸層上的識別。子流接收數據包后，會依據子流序列號對數據包加以處理，處理后的數據包會存儲接收窗口，通過程序設定，數據包的序列號在有效范圍內才會傳送數據包。

3.3 安全技術

為了保證海上無線通信的安全，需要可靠的安全技術加以支持。安全檢測要可以動態監測微波網絡，監測到與安全有關的風險事件，如數據竊取、非法入侵、違規使用等。系統需要對情況加以真實記錄，阻斷違規行為。安全檢測還要保證防銷毀、防篡改，可以實時跟蹤數據信息，分析和報告跟蹤中得來的信息。安全檢測要考慮選擇什么方式加以跟蹤檢測。安全檢測可以用于對內部的越權操作審計，阻止越權操作。網絡掃描技術要識別出系統是否存在被攻擊的風險[4]。數據安全是動態的，如何保證動態網絡系統的安全是防護方案急需解決的問題。安全服務是及時解決系統安全的重要環節。當前海上無線通信網絡對安全提出了更高的標準，需求更加強調網絡的緊急響應。由于安全防護的復雜性，系統解決網絡安全問題需要快速響應。另外，安全響應還要考慮到數據的備份。在數據受到破壞后可以快速響應、啟動備份。可靠的數據備份方案要使得系統在災難性條件下可以快速得到恢復，避免造成不可挽回的損失。

4 結語

海上應用微波通過信息技術可以為動態組網創造有利條件。在組網的實施中，要考慮到海上通信的特殊性，解決組網中的關鍵技術，保證通信網絡的可靠性與安全性，以滿足海上通信的使用要求。