王松齡

[摘 要]本文首先對(duì)無線自組網(wǎng)絡(luò)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，然后針對(duì)海上移動(dòng)通信的特點(diǎn)，從無線自組網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、構(gòu)建方式和關(guān)鍵技術(shù)三個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。最后著重從船艇遇險(xiǎn)救生定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)入手，對(duì)無線自組網(wǎng)絡(luò)在船艇航行時(shí)的應(yīng)用進(jìn)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(hào)]U665.261 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

1 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

20個(gè)世紀(jì)70年代，美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)局資助了一項(xiàng)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(dòng)節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)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(chǎng)通信指揮與控制、搶險(xiǎn)救災(zāi)、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及交通運(yùn)輸?shù)缺姸囝I(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，該網(wǎng)絡(luò)一經(jīng)問世便引起了世界各國(guó)的的廣泛關(guān)注，各國(guó)的研究部門都將無線自組織網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃署（ DARPA）資助加州大學(xué)洛杉機(jī)分校聯(lián)合羅克韋爾研究中心開展了WINS項(xiàng)目，對(duì)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)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(diǎn)

（1）無需基礎(chǔ)設(shè)施無線自組網(wǎng)絡(luò)具有獨(dú)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(diǎn)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(diǎn)以一定的速度朝任意的方向移動(dòng)。這是因?yàn)闊o線自組網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是可以動(dòng)態(tài)變化的，它可以很好地適應(yīng)節(jié)點(diǎn)難以預(yù)測(cè)的各種變化。

（3）無線自組網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的地位是平等的，組成了一個(gè)對(duì)等式的網(wǎng)絡(luò)，其中的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入和離開網(wǎng)絡(luò)，任意節(jié)點(diǎn)的故障不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)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(gè)節(jié)點(diǎn)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(duì)來說比較簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)具有平等的地位。節(jié)點(diǎn)的功能和發(fā)揮的作用也都一樣，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的離開都不會(huì)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)造成破壞。在節(jié)點(diǎn)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(huì)出現(xiàn)信道擁塞呼叫不成功的現(xiàn)象，尤其是在進(jìn)行編隊(duì)航度和海上救助等場(chǎng)合，此現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，針對(duì)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(diǎn)，利用無線自組可以擴(kuò)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(jìn)、無線自組網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)、操作平臺(tái)的理論設(shè)計(jì)三個(gè)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(jìn)

基于當(dāng)前船艇已經(jīng)存在的通信設(shè)備，通過分析對(duì)比，綜合無線自組網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)需求，我們選擇船用TBR-121A型超短波電臺(tái)作為基礎(chǔ)，進(jìn)行無線自組網(wǎng)絡(luò)的改造開級(jí)。主要是通過嵌入式模塊，將當(dāng)前的超短波電臺(tái)信號(hào)發(fā)送的路由協(xié)議進(jìn)行修改完善，以達(dá)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(shí)現(xiàn)

前面介紹無線自組網(wǎng)絡(luò)時(shí)，我們了解到由于船艇航行時(shí)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(jìn)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(jìn)的通信設(shè)備以及配套的操作平臺(tái)。當(dāng)船艇航行時(shí)，打開船艇上攜帶的船載終端通信設(shè)備，通信設(shè)備就會(huì)自動(dòng)組建成無線自組織網(wǎng)絡(luò)。通過操作平臺(tái)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(dá)成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)和廣播通信。當(dāng)選擇點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信時(shí)，船艇會(huì)與目標(biāo)船艇建立路由。通過對(duì)通信的時(shí)分控制，一條船艇可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)與多個(gè)船艇進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。當(dāng)選擇點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信模式時(shí)，我們認(rèn)為可以實(shí)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(gè)討論平臺(tái)強(qiáng)化船艇間的溝通協(xié)調(diào)。當(dāng)船艇選擇指揮通信模式時(shí)，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(shí)該信息將優(yōu)先被接收和處理，以保證指揮信息的實(shí)時(shí)暢通！

4 無線自組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究

船艇編隊(duì)航行時(shí)，為了保證船艇安全，對(duì)通信的要求往往更高。但是由于編隊(duì)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(diǎn)可以很好地?cái)U(kuò)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(duì)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(shí)代的發(fā)展，對(duì)于通信提出了更高的要求。當(dāng)前人們?cè)絹碓较Ｍ軌蛟诓贿^多占用信道的情況下，短時(shí)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(duì)航行時(shí)的通信保障，我們希望能夠達(dá)到以下幾點(diǎn)應(yīng)用目標(biāo)：

1.解決指揮艇與編隊(duì)內(nèi)所有船艇以及編隊(duì)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(duì)內(nèi)部船提供一個(gè)實(shí)時(shí)討論平臺(tái)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 惠立鋒.航道船艇動(dòng)力裝置工況網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[D].重慶大學(xué)，2012.

[2] 邵凱.江蘇省航海類高職院校與港口企業(yè)協(xié)同創(chuàng)新途徑研究[J].2016（22）.