Ad-hoc技術(shù)在應(yīng)急行動指揮車中的應(yīng)用研究

肖偉 黃永弟

（中國人民解放軍73685 部隊江蘇南京210016）

1 引言

短短幾十年間，移動通信由第一代系統(tǒng)發(fā)展至第3代系統(tǒng)，正在準(zhǔn)備進(jìn)入第4代時代。在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，無線傳感網(wǎng)絡(luò)正得到日益重視，它能廣泛應(yīng)用于突發(fā)情況預(yù)報、應(yīng)急行動指揮協(xié)調(diào)等重要領(lǐng)域。為實現(xiàn)無固定基站的移動通信，一種新穎的移動自組網(wǎng)，即Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運而生，并飛速發(fā)展，它是一種不需要有線基礎(chǔ)設(shè)施支持的移動網(wǎng)絡(luò)，具有穩(wěn)定、可靠、高帶寬特征和很強(qiáng)的機(jī)動、抗毀能力，十分適用于應(yīng)急行動指揮。

2 應(yīng)急指揮車通信現(xiàn)狀

當(dāng)前通常使用的各種機(jī)動信息處理車，可進(jìn)行作戰(zhàn)指揮、指揮作業(yè)、信息處理等多種功能，各車既可以單臺執(zhí)行任務(wù)，又可以多臺組合使用；既可以利用光纖、有線線路、雙絞線、超短波電臺等多手段達(dá)成系統(tǒng)內(nèi)部的連接，又可以利用微波接力、有線等提供的信道進(jìn)入遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，達(dá)成遠(yuǎn)程信息的交換。然而，在多臺車編組遂行作業(yè)時，對于機(jī)動過程中的數(shù)據(jù)通信卻沒有較好的辦法，僅能依靠超短波電臺提供的窄帶信道實施通信[1,2]。尤其是當(dāng)面對承載業(yè)務(wù)高帶寬信道需求情況下，僅靠超短波電臺難以完成。實現(xiàn)高帶寬的數(shù)據(jù)通信，必須在開闊區(qū)域通過有線雙絞線的形式展開，其對各指揮車的相互距離、操作步驟等都有較高要求。

3 在應(yīng)急行動指揮車中的應(yīng)用

3.1 Ad-hoc技術(shù)簡介

Ad-hoc技術(shù)也稱移動自組網(wǎng)技術(shù)，是指一種特定的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，強(qiáng)調(diào)的是多跳（multi-hop）、自組織、無中心的概念。Ad-hoc技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代的美國軍事領(lǐng)域，它是在美國國防部（DARPA）資助研究的“戰(zhàn)場環(huán)境中的無線分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（PRNET）”項目中產(chǎn)生的一種新型的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架技術(shù)[3]。Ad-hoc技術(shù)就是在吸取了戰(zhàn)場環(huán)境中的無線分組數(shù)據(jù)網(wǎng)、抗毀可適應(yīng)性網(wǎng)絡(luò)（Survivable Adaptive Netw ork，SURAN）和全球移動信息系統(tǒng)（GlobalM obile Information Systems，GloMo）等項目的組網(wǎng)思想之后，產(chǎn)生的一種新型網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架技術(shù)[4]。

Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)是一種特殊的無線移動網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的地位平等，無需任何預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施和任何的中心控制節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點不僅具有普通移動終端的功能，而且具有分組轉(zhuǎn)發(fā)能力。與固定網(wǎng)絡(luò)和普通移動網(wǎng)絡(luò)相比，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)具有以下特點[5,6]：

①分布式控制：Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的移動節(jié)點兼?zhèn)渲鳈C(jī)和路由功能，不存在一個網(wǎng)絡(luò)中心控制點，用戶節(jié)點之間的地位是平等的，節(jié)點可以隨時加入和離開網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議通常采用分布式控制方式，因而具有很強(qiáng)的健壯性和抗毀性；

②網(wǎng)絡(luò)自主性：Ad hoc網(wǎng)絡(luò)相對常規(guī)通信網(wǎng)絡(luò)而言，最大的區(qū)別就是網(wǎng)絡(luò)的部署或展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施；節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，它們可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)；

③動態(tài)拓?fù)洌篈d hoc網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點可以隨處移動，也可以隨時開機(jī)和關(guān)機(jī)，這些都會使網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隨時發(fā)生變化，此外，無線傳播條件的不確定性，也導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟圆豢深A(yù)測的方式任意和快速地改變；

④帶寬限制和變化的鏈路容量：Ad hoc網(wǎng)絡(luò)采用無線傳輸技術(shù)作為底層通信手段，相對于有線信道，其容量較低；并且由于多路訪問、多徑衰落、噪聲和信號干擾等多種因素，使得移動節(jié)點的實際帶寬還要小于理論上的最大帶寬值；

⑤多跳路由：當(dāng)節(jié)點要與其信號覆蓋范圍之外的節(jié)點進(jìn)行通信時，需要中間節(jié)點進(jìn)行分組的多跳轉(zhuǎn)發(fā)。與固定網(wǎng)絡(luò)的多跳不同，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的多跳路由是由普通的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點完成的，而不是由專用的路由設(shè)備（如路由器）完成的。

3.2 Ad hoc設(shè)備在應(yīng)急行動指揮車中應(yīng)用

GN 1600-28A是采用Ad hoc技術(shù)的寬帶移動自組網(wǎng)設(shè)備，可以工作在700M hz、2.4GHz、5GHz 3種工作模式下，隨著工作頻率的增加，其通信傳輸速率增大，傳輸?shù)木嚯x會變短。在應(yīng)急行動指揮車組中部署時，將該設(shè)備以太口通過超五類或六類網(wǎng)線，接入應(yīng)急行動指揮車中以太網(wǎng)交換機(jī)中，在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)與以太網(wǎng)交換機(jī)的互通。各應(yīng)急行動指揮車的以太網(wǎng)通過GN 1600-28A設(shè)備的無線信道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。部署時，需要將GN 1600-28A設(shè)備的有線天線安裝在車壁或車頂上，在可視距、無遮擋的環(huán)境下實現(xiàn)無線高頻數(shù)據(jù)通信。在應(yīng)急指揮車編隊行進(jìn)過程中，將該GN 1600-28A設(shè)備安裝在各車中，進(jìn)行測試。

試驗數(shù)據(jù)表明：在最高80 km/h的速度行駛過程中，通過IxChariot軟件UDP測試網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，可得到1M bps～18 M bps的穩(wěn)定通信速率；2節(jié)點之間的通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)3 km；各應(yīng)急行動指揮車動態(tài)組網(wǎng)連接，在一車遇遮擋時，能夠快速切換連接到其他節(jié)點上去，實現(xiàn)上層應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)連續(xù)不中斷。

3.3 設(shè)備應(yīng)用效果分析

⑴連通各類型機(jī)動車輛

目前使用的各型號應(yīng)急通信車，功能針對性較強(qiáng)、用途相對單一，在設(shè)計時大多沒有考慮與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展接口，很難做到無縫對接。加裝移動自組網(wǎng)設(shè)備后，可以有效地將各類型車輛互聯(lián)互通，利用通信車輛提供的信道，承載計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及各種應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)信息溝通。

⑵提供高帶寬網(wǎng)絡(luò)傳輸

移動自組網(wǎng)設(shè)備工作在高頻波段，依靠其先進(jìn)的協(xié)議特點，能夠支持幾十兆的數(shù)據(jù)傳輸速度，相對于衛(wèi)星通信、短波通信等來說，無疑在速度方面有了質(zhì)的飛躍，可以滿足同時運行多種業(yè)務(wù)的高寬帶應(yīng)用需求。

⑶組網(wǎng)簡單快速

與W iM ax、W iFi等通信網(wǎng)絡(luò)而言，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)最大的特點就是網(wǎng)絡(luò)的部署或展開無需依賴于任何預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施。節(jié)點通過分層協(xié)議和分布式算法協(xié)調(diào)各自的行為，它們可以快速、自動地組成一個獨立的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可以隨處移動，隨時開機(jī)和關(guān)機(jī)，也可以隨機(jī)地以任意速度向任何方向移動。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)沒有嚴(yán)格的控制中心，所有節(jié)點的地位平等，即是一個對等式網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點可以隨時加入和離開網(wǎng)絡(luò)。

⑷網(wǎng)絡(luò)有較強(qiáng)的健壯性

Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是一個動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)中的移動節(jié)點兼?zhèn)渲鳈C(jī)和路由功能，不存在一個網(wǎng)絡(luò)中心控制點，用戶節(jié)點之間的地位是平等的，節(jié)點可以隨時加入和離開網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議通常采用分布式控制方式，因而具有很強(qiáng)的健壯性和抗毀性，任何節(jié)點發(fā)生故障都不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行。任何節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行，因此具有極強(qiáng)的抗毀性。

4 Ad hoc設(shè)備部署時的問題

應(yīng)急行動指揮車與各種通信車在通信組網(wǎng)過程中，由于上述問題，致使各種車輛較難實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。各車側(cè)重于實現(xiàn)自身應(yīng)提供的功能，對于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的規(guī)劃與配置不夠規(guī)范，在與同種車型的通信時往往比較順利，而與其他車型通信時，即使能夠提供數(shù)據(jù)鏈路層的通信信道，也會因為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃配置的不一致而難以溝通。主要體現(xiàn)在3個方面。

①網(wǎng)絡(luò)設(shè)備型號不一致，每種車輛裝配的設(shè)備僅滿足自身衛(wèi)星通信、視頻會議等功能，當(dāng)這些不同型號的設(shè)備實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時就可能存在一些不可靠等問題；②網(wǎng)絡(luò)協(xié)議配置各不相同，有的車輛配置的是靜態(tài)路由，而有的車輛配置的是動態(tài)路由，有的是OSPF協(xié)議，有的是R IP協(xié)議，這就為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)增加了許多困難；③網(wǎng)絡(luò)地址空間沒有規(guī)劃，設(shè)備的地址配置比較隨意，配置的網(wǎng)絡(luò)地址沒有規(guī)劃，有的使用的還是私有網(wǎng)絡(luò)地址，沒有一個全局的統(tǒng)一地址規(guī)劃。要將這些不同通信車輛實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，甚至與特定網(wǎng)絡(luò)連通，就必須要對設(shè)備進(jìn)行一些必要的改造，這就有可能對原先車型的功能產(chǎn)生一定的影響。

Ad-hoc設(shè)備通信時的加密問題，也將是影響設(shè)備使用的一個重要因素。由于該設(shè)備屬于無線設(shè)備，在空間中會發(fā)射電磁波，設(shè)備自身提供的軟件加密方法難以真正保證數(shù)據(jù)的安全保密。因此，就必須配置基于數(shù)據(jù)鏈路層的加密設(shè)備，才能真正發(fā)揮該設(shè)備的功能。

5 結(jié)束語

文章就Ad-hoc技術(shù)在應(yīng)急通信指揮方面開展了一些探索研究，分析了該技術(shù)一些獨特的優(yōu)勢。充分利用該技術(shù)特點，妥善處理技術(shù)應(yīng)用過程中的一些不足，必然會給應(yīng)急通信指揮帶來新的飛躍。

[1]柳虔林，趙東風(fēng).應(yīng)急機(jī)動通信系統(tǒng)構(gòu)建的探討[J]《.通信管理與技術(shù)》，2008(5)：16- 18.

[2]曹鋒杰.應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)建設(shè)及任務(wù)探討[J]《.中國應(yīng)急救援》，2010(5)22- 25.

[3]陳 川.淺談人防機(jī)動指揮通信系統(tǒng)[J]《.中國新通信》，2012(15):96.

[4]凌海軍，余晶晶.機(jī)動指揮通信車設(shè)備集中控制系統(tǒng)設(shè)計[J].《指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)》，2011(2)：32- 34.

[5]胡宇峰.無線寬帶自組織網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用[J]《.電信快報》，2012(10)：53- 55.

[6]王海濤.應(yīng)急通信發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)手段分析[J]《.電力系統(tǒng)通信》，2011(2)：19- 20.