基于Mesh網(wǎng)絡的摩托化梯隊行軍通信指揮系統(tǒng)

趙 銳，潘金滿，禇 天，王 鵬，王 元

(1．軍事交通學院基礎部，天津 300161;2．軍事交通學院研究生管理大隊，天津 300161)

基于Mesh網(wǎng)絡的摩托化梯隊行軍通信指揮系統(tǒng)

趙 銳1，潘金滿2，禇 天2，王 鵬2，王 元2

(1．軍事交通學院基礎部，天津 300161;2．軍事交通學院研究生管理大隊，天津 300161)

以基層部隊摩托化機動中的現(xiàn)實需求為依據(jù)，分析了在摩托化梯隊行軍通信網(wǎng)絡中應用Mesh網(wǎng)絡技術的優(yōu)勢和特點，并構(gòu)架了一個通信指揮系統(tǒng)，以解決摩托化梯隊行軍中的指揮問題，實現(xiàn)對梯隊行軍狀態(tài)的實時監(jiān)控和有效指揮。

Mesh技術;通信指揮;梯隊行軍

當前基層部隊在摩托化梯隊行軍過程中普遍采用軍用手持對講機和短波電臺進行組網(wǎng)，設定統(tǒng)一的頻率，采用廣播的方式進行通信聯(lián)絡。這種通信指揮方式存在著諸多的問題，一方面，由于信號衰減和地形的影響，通信距離常常無法得到保證;另一方面，由于通信設備的性能，無法傳輸大量的數(shù)據(jù)信息和視頻信息，造成指揮員無法實時掌控梯隊的行軍狀態(tài)，影響了指揮效能，不利于行軍梯隊快速安全地完成重要機動任務。無線Mesh網(wǎng)絡技術是將WLAN網(wǎng)絡技術與移動Ad Hoc網(wǎng)絡技術結(jié)合在一起的新型無線網(wǎng)絡技術，其具有更大的容量和更快的速率。無線Mesh網(wǎng)絡充分發(fā)揮了WLAN與Ad Hoc的優(yōu)勢，是未來無線網(wǎng)絡技術發(fā)展的關鍵性技術［1］。為此提出基于Mesh網(wǎng)絡技術構(gòu)架一個通信指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)信息和視頻信息的有效傳輸。該系統(tǒng)通過無線節(jié)點自動中繼組網(wǎng)，可以有效解決通信距離問題;通過對采集的數(shù)據(jù)信息進行綜合處理，可以為指揮員掌握梯隊行軍狀態(tài)，為梯隊行軍提供決策支持。

1 無線Mesh網(wǎng)絡技術的特性及優(yōu)勢

無線Mesh網(wǎng)絡技術是一種基于多跳路由和對等網(wǎng)絡技術的寬帶無線網(wǎng)絡技術。具有自組網(wǎng)、自修復和多跳級聯(lián)等特性［2］。在摩托化梯隊行軍通信指揮系統(tǒng)中引入無線Mesh網(wǎng)絡技術后，將具有如下優(yōu)勢:

1)組網(wǎng)快捷，擴展靈活。為了適應執(zhí)行不同任務的需要，梯隊編成往往不是一成不變的，而是根據(jù)執(zhí)行任務的不同，將所需的車輛編入梯隊，以滿足完成相應任務的需求。車載固定設備不可能頻繁移動拆裝，所以，在車輛上安裝的通信設備必須具備自適應能力。Mesh網(wǎng)絡是由大量移動節(jié)點組成的自組網(wǎng)絡，它不依賴任何已有的網(wǎng)絡基礎設施，網(wǎng)絡中的節(jié)點動態(tài)變化且任意分布，節(jié)點之間通過無線方式互連，節(jié)點間的通信可能經(jīng)過多個中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)［3］。各通信節(jié)點接入網(wǎng)絡后，能夠自動確定與系統(tǒng)的最佳傳輸路由，并且各通信節(jié)點根據(jù)需要，隨時插入和刪除，從而實現(xiàn)梯隊編成根據(jù)任務不同而隨時變化的要求。

2)健壯性好，傳輸可靠性高。部隊在執(zhí)行機動任務過程中，對通信可靠性的要求較高，不能因為個別節(jié)點發(fā)生故障，而影響到其他節(jié)點通信，因此，通信網(wǎng)絡的健壯性一定要好。實現(xiàn)網(wǎng)絡健壯性通常的方法是使用多路由器傳輸數(shù)據(jù)。如果某個路由器發(fā)生故障，信息由其他路由器通過備用路徑傳送。而Mesh網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中每個節(jié)點都有一條或幾條傳送數(shù)據(jù)的路徑。如果最近的節(jié)點出現(xiàn)故障或者受到干擾，數(shù)據(jù)包將自動路由到備用路徑繼續(xù)進行傳輸，整個網(wǎng)絡的運行不會受到影響［4］，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，確保了梯隊在機動過程中的通信暢通。

3)帶寬相對較大，傳輸能力強。傳統(tǒng)的梯隊行軍中，只要求能傳達命令即可，主要傳輸?shù)氖钦Z音信號，對帶寬的要求相對較低。但隨著信息技術的不斷發(fā)展，感知能力的不斷增強，大量的數(shù)據(jù)信息通過各類傳感器進入指揮系統(tǒng)，為實現(xiàn)高效指揮提供大量的數(shù)據(jù)支持，同時也對摩托化梯隊行軍中無線網(wǎng)絡的傳輸能力提出了更高的要求。Mesh網(wǎng)絡技術應用于摩托化梯隊行軍，在帶寬方面具有較大的優(yōu)勢，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對語音信息的傳輸，而且能夠滿足對視頻數(shù)據(jù)信息實時傳輸?shù)囊螅哂休^強的傳輸能力。

4)能耗較低，傳輸距離遠。在摩托化梯隊行軍中，傳統(tǒng)軍用對講機在通信過程中，由于采用廣播通信方式，不僅需要較大的功率，而且容易受地形影響，通信距離無法保證，通信效果不佳。據(jù)有關資料表明，Mesh網(wǎng)絡中單個節(jié)點的功耗可低至7 W，瞬時功率僅有10 W，節(jié)點間的通信距離在空曠條件下可以達到幾公里，再配合跳傳的通信傳輸方式，將極大增加通信距離。

2 基于無線Mesh網(wǎng)絡的通信指揮系統(tǒng)設計

梯隊行軍通信指揮系統(tǒng)是利用先進可靠的現(xiàn)代計算機、網(wǎng)絡及通信技術對梯隊行軍過程中的狀態(tài)信息進行采集、儲存、處理和分析，以實現(xiàn)指揮員對梯隊行軍進行實時監(jiān)控和有效指揮。如圖1所示，通過各車加載的各類傳感設備，對車輛的速度、車距、駕駛員情況等狀態(tài)信息進行采集，通過由各車Mesh終端設備組成的無線Mesh骨干網(wǎng)傳輸?shù)街笓]車上的中心計算機，中心計算機對這些數(shù)據(jù)信息進行分類處理后，將指揮員關心的信息顯示在屏幕上，并在必要時提供梯隊行軍的指揮方案。通過無線Mesh骨干網(wǎng)，各車可以相互進行語音通信和數(shù)據(jù)傳輸。指揮車可以采用廣播的方式，向各車通報路況、指示命令。

圖1 基于無線Mesh網(wǎng)絡技術的通信指揮系統(tǒng)示意圖

3 通信指揮系統(tǒng)的功能服務

通信指揮系統(tǒng)提供的服務有實時監(jiān)控服務、安全預警服務、信息傳送服務、輔助決策服務，如圖2所示。

圖2 通信指揮系統(tǒng)的功能服務示意圖

3．1 實時監(jiān)控服務

如圖3所示，通過北斗定位系統(tǒng)可以實時測得車輛的位置坐標，通過安裝在駕駛室的攝像設備可以實時采集駕駛員的視頻信息。微處理器根據(jù)采集到的坐標信息計算出車輛的行駛速度，然后將車輛的位置、速度和壓縮處理后的視頻等信息通過Mesh終端發(fā)送給中心計算機。中心計算機通過對數(shù)據(jù)進行處理，把各車的位置、速度、車距實時顯示在計算機的顯示屏上，并支持車隊指揮員即時查閱各車駕駛員狀態(tài)的視頻信息。從而實現(xiàn)系統(tǒng)對梯隊行駛狀態(tài)的實時監(jiān)控，這些采集到的數(shù)據(jù)信息一方面可以使指揮了解當前梯隊的行軍狀態(tài)，另一方面，可以成為系統(tǒng)輔助決策的依據(jù)。

3．2 安全預警服務

圖3 實時監(jiān)控服務示意圖

梯隊在行駛過程中，最易出現(xiàn)的安全問題就是車輛超速行駛，后車與前車車距過小，后車因剎車不及時而造成追尾事故。因此，為了確保梯隊的機動安全必須使車輛在行駛過程中與前車的車距始終大于安全車距。該系統(tǒng)能夠根據(jù)監(jiān)測到的各車速度信息確定車輛間的安全車距，并將當前車輛的車距與安全車距進行比較，一旦瞬時車距小于安全車距就會自動向駕駛員和指揮員發(fā)出預警，同時將該車的行駛狀態(tài)信息顯示在屏幕上，以方便指揮員查閱，及時發(fā)現(xiàn)問題，消除安全隱患。數(shù)據(jù)接收的相關代碼如下:

3．3 信息傳送服務

該服務主要實現(xiàn)各車間的語音、數(shù)據(jù)、視頻信息的傳輸。傳輸方式有兩種:廣播方式和點對點方式。當指揮員需要將路況信息通報給各車，或者傳達對突發(fā)情況的處置命令時，可以使用廣播的方式，各車在接收到情況通報或命令后，即時發(fā)出反饋信息。與采用傳統(tǒng)軍用對講機實現(xiàn)的廣播方式相比，采用數(shù)據(jù)反饋應答比人工語音反饋應答速度更快，可大大縮短下達指令的周期。當指揮員需要與單車進行通話，或各車間需要進行通信時，可以采用點對點的傳輸方式。由于采用數(shù)據(jù)包鏈路傳送，無須長時間占用信道，信道利用率比傳統(tǒng)方式更高。信息傳送的相關代碼如下:

3．4 輔助決策服務

輔助決策是對由計算機協(xié)助完成決策制定過程上的信息處理、優(yōu)化分析、方案初選等工作的總稱。在梯隊行進的過程中，一些指令是指揮員經(jīng)常要下達的，比如梯隊出發(fā)、停車休息、注意安全等。通過預先在系統(tǒng)中輸入相應的指令，可以使指揮員更方便快捷地向各車以廣播的方式發(fā)出指令。為了使指揮員能夠了解剩余里程和所需時間，該服務可根據(jù)接收到的各車的速度、車距信息計算出梯隊整體的平均行進速度，通過車隊的位置信息和目的地的位置信息，計算出梯隊與目的地的距離和到達目的地所需的時間，為指揮梯隊行軍提供數(shù)據(jù)參考。當梯隊通過交通繁忙的路口時，為了使梯隊能夠快速地通過，實現(xiàn)等待時間和通過時間最短的目標，該系統(tǒng)可以根據(jù)車輛數(shù)量、車隊的長度、各車的行駛速度等信息，通過計算為指揮員提供快速通過的方案。

4 結(jié)束語

基于無線Mesh網(wǎng)絡技術的通信指揮系統(tǒng)在軍事摩托化梯隊行軍領域的應用，能夠很好地解決車隊通信的問題，并且能夠為指揮員指揮梯隊行軍提供一定的輔助決策。然而，在真正的戰(zhàn)場環(huán)境下，機動過程中的突發(fā)情況是各種各樣的，例如衛(wèi)星過頂、敵機轟炸、化學襲擊等，這就要求該系統(tǒng)能夠根據(jù)多種突發(fā)情況提出及時有效的輔助決策方案。因此，下一步將重點結(jié)合戰(zhàn)場環(huán)境特點，以及指揮員現(xiàn)實指揮需要，研究更加貼近實戰(zhàn)的智能決策系統(tǒng)。

［1］侯銘，劉俊勇．無線Mesh網(wǎng)絡技術在物流信息傳輸平臺設計中的應用［J］．物流技術，2013，32(1):252-254

［2］AKYILDIZ I F，WANG X D．A Survey on Wireless Mesh Networks［J］．IEEE Communications Magazine，2005，43(9):23－30

［3］楊磊．基于無線Mesh網(wǎng)絡的井下應急通信系統(tǒng)［D］．重慶:重慶大學，2013

［4］王俊民，石輝．淺析Mesh網(wǎng)絡在軍隊中的一種應用［J］．信息系統(tǒng)工程，2012(09):84-86

Communication Command System for Motorized Echelons Marching Based on Mesh Network Technology

ZHAO Rui1，PAN Jin-man2，CHU Tian2，WANG Peng2，WANG Yuan2
(1．Department of Basic Course Teaching，Academy of Military Transportation，Tianjin 300161，China; 2．Postgraduate Management Team，Academy of Military Transportation，Tianjin 300161，China)

According to the real demand for motorized mobility of grassroots forces，this paper analyzes the advantages and features of Mesh network applieation in the communication network of motorized echelons marching，builds a communication command system to solve the problem of command in the process of motorized echelons marching so as to implement real-time monitoring and effective command of echelons marching．

Mesh technology;communication command;echelon marching

U285．21+1

A

1672－058X(2015)02－0054－04

10．16055/j．issn．1672－058X．2015．0002．011

責任編輯:李翠薇

2014－05－07;

2014－06－27．

趙銳(1957-)，男，陜西西安人，碩士，教授，從事計算機信息研究．