海事巡邏船編隊(duì)自組網(wǎng)的應(yīng)用研究

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(mǎn)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。基礎(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(mǎn)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(lài)、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.