尹曉丹

（中船電子科技（三亞）有限公司，北京 100070）

0 引言

船舶網(wǎng)絡通信系統(tǒng)承擔著內部數(shù)據(jù)與控制信號傳輸?shù)闹匾蝿眨迷O備信息化、網(wǎng)絡化水平的提升，使得傳統(tǒng)船用網(wǎng)絡通信架構的適應性不斷降低[1-3]。同時，受有線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)接入方式的影響，對各系統(tǒng)的升級改造產(chǎn)生了不同程度的影響，無線局域網(wǎng)的優(yōu)勢在此得到發(fā)揮[4]。

1 無線局域網(wǎng)技術概述

人們根據(jù)局域網(wǎng)接入方式的不同將其分為有線局域網(wǎng)和無線局域網(wǎng)兩種類型，所謂無線局域網(wǎng)，是指網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸通過固定頻率的電磁波信號完成，而不需要實體物理介質進行傳遞[5]?；谶@一特征，無線局域網(wǎng)具有可移動、可編輯、便于升級等優(yōu)勢。

然而，作為開放空間的電磁波傳遞，無線局域網(wǎng)所使用的發(fā)射裝置功率較低，無法實現(xiàn)遠距離信號傳輸，因此，無線局域網(wǎng)的信號有效輻射范圍R≤10m，當接收端超出該范圍后，則無法穩(wěn)定鏈接。

2 無線局域網(wǎng)結構與協(xié)議

基于接入方式的不同，無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡結構與通信協(xié)議與有線網(wǎng)絡也存在著些許差異，具體如下：

2.1 無線局域網(wǎng)結構

根據(jù)實際需要，可選擇的無線局域網(wǎng)結構主要有兩種，分別是AP結構和無線網(wǎng)橋結構。首先，AP結構是使用范圍最廣的一種簡單二端口網(wǎng)橋，通過有線連接的方式，該網(wǎng)橋能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡中的相互轉換；其次，無線網(wǎng)橋結構實現(xiàn)的是無線網(wǎng)絡的中繼，數(shù)據(jù)在終端之間進行點對點的傳輸，由于無線網(wǎng)橋結構的使用不需要對網(wǎng)絡通信協(xié)議進行更改，因此，無線網(wǎng)橋結構僅僅是對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的轉發(fā)，不參與網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠渌我画h(huán)節(jié)[6]。

2.2 無線局域網(wǎng)協(xié)議

目前，使用作為廣泛的無線局域網(wǎng)協(xié)議有IEEE802.11b、IEEE802.11a與 IEEE802.11g， 以 上三種協(xié)議同屬于IEEE802.11系列[7]。作為最早出現(xiàn)的無線局域網(wǎng)標準協(xié)議，其規(guī)范了無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P標準，然而，根據(jù)實際需求的不同，IEEE802.11延伸出來的三個協(xié)議在內容上有著明顯差異。

2.2.1 IEEE802.11b協(xié)議

該協(xié)議是目前主流無線網(wǎng)絡協(xié)議，其工作頻率為2.4GHz，數(shù)據(jù)傳輸速率可兼容1Mbit/s、2Mbit/s、5.5Mbit/s和11Mbit/s，由于IEEE802.11b的安全性較高，且技術難度較低，可滿足不同環(huán)境下的無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸要求[8]。

2.2.2 IEEE802.11a協(xié)議

作為IEEE802.11b協(xié)議的重要補充，IEEE802.11a協(xié)議的工作頻率更高，可滿足大數(shù)據(jù)量的瞬時吞吐需求，最高速度可達54Mbit/s。因此，IEEE802.11a協(xié)議適用于需要快速傳輸音頻、圖像等數(shù)據(jù)的場景，如新聞直播等。

2.2.3 IEEE802.11g協(xié)議

雖然，IEEE802.11b與IEEE802.11a同屬于IEEE802.11協(xié)議體系，但是，由于兩者通信頻率等存在差異，以至于對應終端設備無法互聯(lián)，這導致基于IEEE802.11協(xié)議的無線網(wǎng)絡推廣存在困難[9]。為解決這一問題，IEEE802.11g協(xié)議通過兼容IEEE802.11b與IEEE802.11a，并將工作頻率設定為2.4GHz，且對應數(shù)據(jù)傳輸速度高達54Mbit/s。

3 無線局網(wǎng)在船舶網(wǎng)絡通信中的應用

相比較傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)來說，無線局域網(wǎng)在船舶通信系統(tǒng)中的應用不僅降低了網(wǎng)絡輻射成本，也在一定程度上弱化了船舶設計難度，在減少網(wǎng)絡線纜連接的情況下，艙室內部更加美觀，如視頻監(jiān)控系統(tǒng)、綜合導航系統(tǒng)等都已經(jīng)接入船舶無線局域網(wǎng)[10]。

3.1 基于無線局域網(wǎng)技術的視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是監(jiān)視船舶內外情況的重要系統(tǒng)，傳統(tǒng)視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡以有線為主，這不僅增加了布線成本，也給后期維護工作帶來了巨大的工作量。在此情況下，可利用無線局域網(wǎng)解決該問題，無線局域網(wǎng)與有線局域網(wǎng)互為備份，在原有視頻監(jiān)視系統(tǒng)的基礎上進行冗余設計，大大提高了視頻監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。不僅如此，該視頻監(jiān)控系統(tǒng)還使用了無線多跳技術，即某一無線節(jié)點出現(xiàn)故障的情況下，無線局域網(wǎng)內部數(shù)據(jù)傳輸將從故障節(jié)點跳躍至正常節(jié)點，除非所有無線節(jié)點均發(fā)生故障。

3.2 綜合導航系統(tǒng)的無線控制功能實現(xiàn)

現(xiàn)代船舶導航系統(tǒng)的自動化水平顯著提升，為保證船舶導航數(shù)據(jù)的準確性，綜合導航系統(tǒng)需要實時分析來自羅經(jīng)、計程儀、GPS、導航雷達、AIS等設備的航向、速度、位置及周邊環(huán)境信息，同時，綜合導航系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)處理結果，向智能艦橋系統(tǒng)發(fā)送控制指令，在保證航行安全的情況下，控制船舶航向、航速，并通過AIS向目標船舶發(fā)出危險告警。

由于綜合導航系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源較多，在系統(tǒng)設計開發(fā)時需要預留較多的接口，這使得硬件開發(fā)成本與后期維護成本相對較高，為此，研究人員在保留羅經(jīng)、計程儀、導航雷達三個有線接口的情況下，增加無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，并接入船舶無線局域網(wǎng)。之所以預留有線接口，是因為羅經(jīng)、計程儀信號對電磁干擾較為敏感，有線傳輸可保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，其次，導航雷達傳輸?shù)臑橐曨l信號，有線傳輸可保證視頻傳輸過程中足夠的帶寬配給。

為兼容船舶無線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，綜合導航系統(tǒng)無線局域網(wǎng)協(xié)議選用IEEE802.11g，該協(xié)議適用于當前主流GPS設備、AIS設備等船舶設備無線信號傳輸協(xié)議。同時，采用高頻率、大帶寬的無線網(wǎng)絡協(xié)議，可支持后期系統(tǒng)升級改造。

4 船舶網(wǎng)絡通信中無線局域網(wǎng)應用注意事項

盡管，從設計開發(fā)成本與使用維護成本的角度來看，無線局域網(wǎng)在傳播網(wǎng)絡通信中的應用優(yōu)勢明顯，但也同樣存在著不足，主要表現(xiàn)在無線協(xié)議的適應性、無線網(wǎng)絡通信安全兩個方面。

首先，為確保船舶無線網(wǎng)絡通信協(xié)議的上下兼容，建議選擇滿足IEEE802.11g協(xié)議的無線網(wǎng)絡設備；其次，在無線通信網(wǎng)絡部署的過程中選擇合適的空間節(jié)點，并通過嚴格的通信網(wǎng)絡可靠性檢測，保證無線網(wǎng)絡通信質量；最后，在無線通信網(wǎng)絡系統(tǒng)設計過程中，需要增加安全保密模塊，嚴格執(zhí)行權限訪問制度與非法訪問溯源機制，加強無線網(wǎng)絡通信安全。

5 結語

無線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)儀器便捷、高效、低廉等優(yōu)勢得到了廣泛應用，在船舶設備大量加載無線網(wǎng)絡模塊的情況下，組建船舶無線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)也就成為可能。然而，無線局域網(wǎng)并不能完全取代有線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，兩者可互為冗余，提高船舶網(wǎng)絡通信系統(tǒng)的可靠性。隨著無線局域網(wǎng)技術日益成熟，船舶無線網(wǎng)絡通信系統(tǒng)規(guī)模將不斷擴大，為船舶系統(tǒng)的自動化、智能化發(fā)展提供支持。