船艇海上航行無線自組網(wǎng)絡(luò)探究

王松齡

[摘 要]本文首先對無線自組網(wǎng)絡(luò)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進行了簡要介紹，然后針對海上移動通信的特點，從無線自組網(wǎng)絡(luò)的特點、構(gòu)建方式和關(guān)鍵技術(shù)三個方面進行了詳細的介紹。最后著重從船艇遇險救生定位系統(tǒng)的設(shè)計入手，對無線自組網(wǎng)絡(luò)在船艇航行時的應(yīng)用進行了深入的研究。

[關(guān)鍵詞]無線自組網(wǎng);船艇;通信;定位

[中圖分類號]U665.261 [文獻標(biāo)識碼]A

1 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

20個世紀70年代，美國國防部高級研究計局資助了一項特別的研究——分組無線網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)可以讓通信信息在不受固定或有線的基礎(chǔ)設(shè)施限制的環(huán)境下傳輸。在結(jié)構(gòu)上，該網(wǎng)絡(luò)是由一系列移動節(jié)點組成，節(jié)點之間通過無線方式互連，這就是最早的無線自組織網(wǎng)絡(luò)雛形，由于無線自組網(wǎng)在戰(zhàn)場通信指揮與控制、搶險救災(zāi)、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及交通運輸?shù)缺姸囝I(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價值，該網(wǎng)絡(luò)一經(jīng)問世便引起了世界各國的的廣泛關(guān)注，各國的研究部門都將無線自組織網(wǎng)絡(luò)作為一個重要的研究領(lǐng)域，美國國防高級研究計劃署（ DARPA）資助加州大學(xué)洛杉機分校聯(lián)合羅克韋爾研究中心開展了WINS項目，對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)進行了研究。

2 無線自組網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

2.1 無線自組網(wǎng)絡(luò)的特點

（1）無需基礎(chǔ)設(shè)施無線自組網(wǎng)絡(luò)具有獨立組網(wǎng)能力，即無需依賴于任何預(yù)先架設(shè)的設(shè)施，僅靠節(jié)點自身的收發(fā)裝置就可以建立網(wǎng)絡(luò)，這使得無線自組網(wǎng)絡(luò)可以更好地適應(yīng)海上的通信環(huán)境。

（2）無線自組網(wǎng)絡(luò)允許其中的節(jié)點以一定的速度朝任意的方向移動。這是因為無線自組網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是可以動態(tài)變化的，它可以很好地適應(yīng)節(jié)點難以預(yù)測的各種變化。

（3）無線自組網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的地位是平等的，組成了一個對等式的網(wǎng)絡(luò)，其中的節(jié)點可以隨時加入和離開網(wǎng)絡(luò)，任意節(jié)點的故障不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的運行。

2.2 無線自組網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方式

無線自組網(wǎng)絡(luò)是由無數(shù)個節(jié)點按照一定的結(jié)構(gòu)互相連接而成的網(wǎng)絡(luò)。完全分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)又叫做平面式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)相對來說比較簡單，網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點具有平等的地位。節(jié)點的功能和發(fā)揮的作用也都一樣，任何一個節(jié)點的離開都不會對整個網(wǎng)絡(luò)造成破壞。在節(jié)點數(shù)量不是很多的情況下一般選用此種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3 船艇航行無線自組網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

伴隨著船艇間的通信需求和通信數(shù)據(jù)量的逐漸增加，傳統(tǒng)的通信方式往往會出現(xiàn)信道擁塞呼叫不成功的現(xiàn)象，尤其是在進行編隊航度和海上救助等場合，此現(xiàn)象尤為嚴重，針對此類情況，我們從解決通信擁塞和大數(shù)據(jù)量傳輸兩方面入手，構(gòu)建基于無線自組網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)，無線自組網(wǎng)是一種新興的網(wǎng)絡(luò)形式，具有自組織構(gòu)建無需基礎(chǔ)設(shè)施、多跳式通聯(lián)的特點，利用無線自組可以擴展船艇間的通信范圍以及大數(shù)據(jù)量通信的能力，本文主要從通信設(shè)備的改進、無線自組網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)、操作平臺的理論設(shè)計三個方面介超了如何構(gòu)建適宜船艇航行狀態(tài)下的無線自組網(wǎng)絡(luò)。

3.1 通信設(shè)備的改進

基于當(dāng)前船艇已經(jīng)存在的通信設(shè)備，通過分析對比，綜合無線自組網(wǎng)絡(luò)的特點需求，我們選擇船用TBR-121A型超短波電臺作為基礎(chǔ)，進行無線自組網(wǎng)絡(luò)的改造開級。主要是通過嵌入式模塊，將當(dāng)前的超短波電臺信號發(fā)送的路由協(xié)議進行修改完善，以達到適應(yīng)無線自組網(wǎng)絡(luò)需求的目的。

3.2 無線自組網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)

前面介紹無線自組網(wǎng)絡(luò)時，我們了解到由于船艇航行時的特殊通信環(huán)境，無線自組網(wǎng)路的完全分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加適用于海上通信環(huán)境。因此我們們選用完全分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，作為組網(wǎng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，將改進的通信設(shè)備組建成無線自組網(wǎng)絡(luò)。

在船艇上加裝改進的通信設(shè)備以及配套的操作平臺。當(dāng)船艇航行時，打開船艇上攜帶的船載終端通信設(shè)備，通信設(shè)備就會自動組建成無線自組織網(wǎng)絡(luò)。通過操作平臺中應(yīng)用程序的開發(fā)，只需要按照我們的需求，選擇需要的模式，我們就可以很好地達成點對點、點對多點和廣播通信。當(dāng)選擇點對點通信時，船艇會與目標(biāo)船艇建立路由。通過對通信的時分控制，一條船艇可以實現(xiàn)同時與多個船艇進行點對點通信。當(dāng)選擇點對多點通信模式時，我們認為可以實現(xiàn)與建立微信討論組相類似的目標(biāo)。既在組內(nèi)的每條船艇，都可以接收到其他任意一條船艇發(fā)送的信息。該模式的設(shè)立旨在構(gòu)建一個討論平臺強化船艇間的溝通協(xié)調(diào)。當(dāng)船艇選擇指揮通信模式時，該船艇所發(fā)送的信息將以廣播的形式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一條船艇，同時該信息將優(yōu)先被接收和處理，以保證指揮信息的實時暢通！

4 無線自組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究

船艇編隊航行時，為了保證船艇安全，對通信的要求往往更高。但是由于編隊航行的船艇數(shù)量過多、分布范圍過大等因素的影響，給通信帶來很大的困難。在航行船艇之間構(gòu)建無線自組網(wǎng)絡(luò)，利用無線自組網(wǎng)絡(luò)多跳通信的特點可以很好地擴大當(dāng)前通信的覆蓋范圍，提高通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力。

（1）需求分析。當(dāng)前船艇編隊航行過程中，主要依靠的通信手段有旗語、燈光和甚高頻等。但是隨著時代的發(fā)展，對于通信提出了更高的要求。當(dāng)前人們越來越希望能夠在不過多占用信道的情況下，短時間內(nèi)傳遞更多的有用信息。

（2）應(yīng)用目標(biāo)。將無線自組網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于船艇編隊航行時的通信保障，我們希望能夠達到以下幾點應(yīng)用目標(biāo)：

1.解決指揮艇與編隊內(nèi)所有船艇以及編隊內(nèi)部船艇之間的通信數(shù)據(jù)傳輸問題。2.解決船艇之可通信傳輸互相干擾的問題。3.為編隊內(nèi)部船提供一個實時討論平臺。

[參考文獻]

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