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        海事巡邏船編隊(duì)自組網(wǎng)的應(yīng)用研究

        2016-08-17 03:00:58敖騰
        中國(guó)新通信 2016年14期

        敖騰

        【摘要】 海事巡邏船在執(zhí)行應(yīng)急搜救、溢油指揮和特殊行動(dòng)時(shí)對(duì)編隊(duì)自組網(wǎng)有迫切的需求。本文從自組網(wǎng)的路由協(xié)議入手,闡述了按需路由的基本原理,并結(jié)合海事巡邏船編隊(duì)的特性引入了集群路由協(xié)議;然后對(duì)船舶編隊(duì)自組網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述,指出了自組網(wǎng)特點(diǎn);最后針對(duì)自組網(wǎng)通信安全問(wèn)題提出具體的解決思路。

        【關(guān)鍵詞】 船舶編隊(duì) 自組網(wǎng) 路由協(xié)議 集群路由

        一、引言

        隨著我國(guó)綜合國(guó)力和經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)不斷發(fā)展,船舶活動(dòng)密集區(qū)域不斷擴(kuò)大,海上交通風(fēng)險(xiǎn)凸顯,為切實(shí)履行海事部門(mén)水上交通安全監(jiān)督管理職責(zé)以及配合海上維權(quán)執(zhí)法行動(dòng),特別是應(yīng)急搜救、溢油指揮和特殊行動(dòng)等任務(wù)需求時(shí),船舶編隊(duì)顯得十分必要,如何解決編隊(duì)船舶之間的通信問(wèn)題則迫在眉睫,而移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)提供了一種可行的解決方式。本文是移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)在海事巡邏船編隊(duì)組網(wǎng)這一典型場(chǎng)景中的具體應(yīng)用研究。

        二、自組網(wǎng)路由協(xié)議

        自組網(wǎng)是指一組帶有無(wú)線接收裝置的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成的一個(gè)多跳臨時(shí)性的自治系統(tǒng)[1],主要應(yīng)用在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施支持的環(huán)境中或現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)不能滿足移動(dòng)性、機(jī)動(dòng)性等要求的情況下。

        與單跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同,自組網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)之間是通過(guò)多跳數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,需要路由協(xié)議進(jìn)行分組轉(zhuǎn)發(fā),是各移動(dòng)節(jié)點(diǎn)互相通信的基礎(chǔ)。無(wú)線信道變化的不規(guī)則性,節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)、加入、退出等都會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化。路由協(xié)議的作用就是監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的這種動(dòng)態(tài)變化,定位目的節(jié)點(diǎn)位置,產(chǎn)生、維護(hù)和選擇路由,交換路由信息,確保網(wǎng)絡(luò)連通[2]。

        自組網(wǎng)一般采用按需路由策略,按需路由認(rèn)為在動(dòng)態(tài)變化的自組網(wǎng)環(huán)境中,沒(méi)有必要維護(hù)去往其他所有節(jié)點(diǎn)的路由,僅在沒(méi)有去往的節(jié)點(diǎn)路由的時(shí)候才“按需”進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由表內(nèi)容是按需建立的[2]。

        海事巡邏船編隊(duì)執(zhí)行任務(wù)時(shí),一般由一艘船舶作為指揮船舶,其余船舶根據(jù)指揮船舶的通信指令進(jìn)行通信。因此,自組網(wǎng)協(xié)議還具備了集群的特征。集群路由協(xié)議中,節(jié)點(diǎn)可分為普通節(jié)點(diǎn)(工作船)和群首節(jié)點(diǎn)(指揮船)兩種類(lèi)型。工作船和指揮船共同維護(hù)所在集群內(nèi)部的路由信息,指揮船負(fù)責(zé)所管轄集群的拓?fù)湫畔⒌膲嚎s和摘要處理。代表性的路由協(xié)議是CEDAR協(xié)議。

        三、船舶編隊(duì)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

        船舶編隊(duì)通信主要依靠基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)平臺(tái)兩部分?;A(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)主要采用寬帶編隊(duì)傳輸設(shè)備結(jié)合光纖(近海)或衛(wèi)星通信系統(tǒng)(遠(yuǎn)海);業(yè)務(wù)平臺(tái)可采用一套基于IP的多媒體集群指揮調(diào)度系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)集語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)為一體的信息采集、交互與處理。業(yè)務(wù)平臺(tái)與傳輸網(wǎng)絡(luò)通過(guò)基于以太網(wǎng)的IP端口互連。

        四、船舶編隊(duì)自組網(wǎng)特點(diǎn)

        通過(guò)上述部署可以實(shí)現(xiàn)編隊(duì)之間實(shí)時(shí)雙向數(shù)據(jù)、話音、報(bào)文交互,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、指令中繼功能,使得指揮指令更加準(zhǔn)確、快捷、安全的傳遞。船舶編隊(duì)自組網(wǎng)具有如下特點(diǎn):

        (1)網(wǎng)絡(luò)容量:自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)不小于10個(gè)。

        (2)業(yè)務(wù)類(lèi)型:可承載基于IP的語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)等多媒體綜合業(yè)務(wù)傳輸。

        (3)傳輸速率:支持業(yè)務(wù)傳輸吞吐量信道速率不小于80M bps,業(yè)務(wù)速率不小于60M bps,可滿足10個(gè)船載臺(tái)站同時(shí)接入,每個(gè)船載臺(tái)站接入業(yè)務(wù)吞吐量不小于2M bps。

        (4)傳輸距離

        ? 岸海接入

        不小于50公里(岸基站高度100米);

        ? 編隊(duì)自組網(wǎng)通信

        通信單跳不小于20海里;

        通信語(yǔ)音不小于3跳,數(shù)據(jù)不小于6跳。

        (5)傳輸時(shí)延:≤30 ms(單跳)。

        五、船舶編隊(duì)通信安全

        由于移動(dòng)自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間是通過(guò)無(wú)線信道進(jìn)行通信的,傳送的信息容易受到監(jiān)聽(tīng)、篡改、偽造等;自組網(wǎng)同時(shí)又是一個(gè)多跳無(wú)線網(wǎng)絡(luò),路由協(xié)議需要每個(gè)節(jié)點(diǎn)的參與。因此,為了解決數(shù)據(jù)來(lái)源不可控、數(shù)據(jù)信息被竊取、通信過(guò)程被監(jiān)聽(tīng)等通信安全問(wèn)題,需要對(duì)船舶編隊(duì)通信鏈路進(jìn)行加密,以確保編隊(duì)通信安全。船舶編隊(duì)通信安全可以采用PKI數(shù)字簽名技術(shù),搭建CA身份認(rèn)證系統(tǒng),為船舶編隊(duì)內(nèi)的各節(jié)點(diǎn)發(fā)放數(shù)字證書(shū),明確密鑰分發(fā)管理機(jī)制,以鑒別收發(fā)者的身份,同時(shí)保障各節(jié)點(diǎn)通信內(nèi)容的完整性,并做到通信信息的不可抵賴、不可篡改。

        六、結(jié)論

        移動(dòng)自組網(wǎng)由于不需要固定基站的支持,在軍事戰(zhàn)術(shù)通信、應(yīng)急通信、協(xié)同移動(dòng)通信等方面有廣闊的應(yīng)用前景。本文是移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)在海事巡邏船編隊(duì)組網(wǎng)這一典型場(chǎng)景中的應(yīng)用;由于海上通信環(huán)境容易受到氣象、水文等自然因素的影響,同時(shí)還受到衛(wèi)星覆蓋情況的影響,通信環(huán)境比較復(fù)雜,進(jìn)一步的通信保障還有待研究。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1]IETF. Mobile ad hoc networks charter [EB/OL]. http://www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html,1999-07-31.

        [2]史美林,英春.自組網(wǎng)路由協(xié)議綜述[J].通信學(xué)報(bào),2001,22(11):93-103.

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