王俊峰,吳翔洲,杜吉慶

(南京熊貓漢達(dá)科技有限公司,江蘇 南京 210000)

0 引言

盡管通信系統(tǒng)在現(xiàn)階段社會生活的各個行業(yè)中有著較為廣泛的應(yīng)用,但仍然存在一些問題。網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展是無線自組網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展的前提,將衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)與無線自組網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行有效融合,能夠充分借助網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù),實現(xiàn)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)整和升級,提高移動通信的信息傳輸質(zhì)量和效率[1]。

1 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)本質(zhì)是一種利用衛(wèi)星通信,為用戶提供系統(tǒng)范圍內(nèi)的漫游及移動通信服務(wù)的多址傳輸,移動用戶之間或移動用戶與固定用戶之間,利用通信衛(wèi)星作為中繼站而進(jìn)行的通信。系統(tǒng)一般由通信衛(wèi)星、關(guān)口地球站、控制中心以及移動終端組成。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)依據(jù)其所用軌道不同,主要分為靜止軌道、中軌道、低軌道。

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)通過遠(yuǎn)距離的衛(wèi)星通信實現(xiàn)對全國范圍內(nèi)所有地區(qū)的信號進(jìn)行連接和傳輸,并應(yīng)用TDMA和CDMA兩種多址連接技術(shù)保證偏遠(yuǎn)山區(qū)以及海洋等地也能實現(xiàn)移動通信。在實際應(yīng)用中,林區(qū)、都市密集區(qū)等很容易阻礙衛(wèi)星信號的發(fā)射和傳輸,這也是現(xiàn)階段我國難以完全發(fā)揮衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)作用的主要原因[2]。

2 無線自組網(wǎng)系統(tǒng)

無線自組網(wǎng)系統(tǒng)以無線網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ),是一種由多個可移動節(jié)點組成的臨時性多跳自治系統(tǒng)。傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是以路由器為預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施,需要搭建移動網(wǎng)絡(luò)才能滿足網(wǎng)絡(luò)通信的需求,且路由器位置不能隨時移動。無線自組網(wǎng)系統(tǒng)能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點都看作一個路由器,在提高網(wǎng)絡(luò)通信效率的同時,也能有效避免外界干擾因素的影響[3-4]。

Adhoc和Mesh網(wǎng)絡(luò)是無線自組網(wǎng)以不同的技術(shù)原理應(yīng)用在不同場景中的兩種類型,根據(jù)無線自組網(wǎng)的數(shù)據(jù)帶寬應(yīng)用需求,可以將其劃分為窄帶和寬帶兩種自組網(wǎng)系統(tǒng)。(1)窄帶無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)帶寬大多在幾百Mbit/s范圍內(nèi)。(2)寬帶是我國現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用的無線自組網(wǎng)方式,其數(shù)據(jù)帶寬范圍為1 Mbit/s到幾十Mbit/s。寬帶無線自組網(wǎng)系統(tǒng)以Mesh網(wǎng)絡(luò)為主要網(wǎng)絡(luò),可以劃分為COFDM IP Mesh,WiFi Mesh兩種系統(tǒng)。其中,COFDM IP Mesh系統(tǒng)具有快速自組織、體積小等特點,在戰(zhàn)術(shù)類無線移動通信系統(tǒng)中有更加明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。

3 無線自組網(wǎng)與衛(wèi)星移動通信的融合應(yīng)用

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)難以對阻礙衛(wèi)星信號傳輸?shù)牡貐^(qū)提供通信服務(wù),在深入研究解決措施的過程中,人們發(fā)現(xiàn)無線自組網(wǎng)與衛(wèi)星移動通信之間的共同點,并將無線自組網(wǎng)與衛(wèi)星移動通信嘗試融合,取得的一系列成果為兩種系統(tǒng)的融合應(yīng)用提供了一定的思路,并取得了一定的實踐成果,具體包括以下幾個方面。

3.1 終端設(shè)備層面單通道雙模的應(yīng)用

無線自組網(wǎng)與衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)都是通過終端設(shè)備為用戶提供通信服務(wù)的,在無線自組網(wǎng)與衛(wèi)星移動通信的融合過程中,必須考慮終端設(shè)備的使用情況。在兩種系統(tǒng)融合應(yīng)用之后,終端設(shè)備的作用主要通過雙通道雙待以及單通道雙模兩種類型來發(fā)揮,終端設(shè)備層融合應(yīng)用體系如圖1所示。實踐發(fā)現(xiàn),單通道雙模類型在數(shù)字化單兵以及無人化平臺的應(yīng)用中效果更加明顯。

圖1 終端設(shè)備層融合應(yīng)用體系

3.1.1 數(shù)字化單兵

無線通信發(fā)揮傳遞信息與命令的重要功能。信息化和數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展使得各行各業(yè)都在朝著信息化的方向發(fā)展,單兵在信息化場景下執(zhí)行任務(wù)的過程中,需要依靠數(shù)字化設(shè)備才能實現(xiàn)攻擊、防護(hù)、觀察、通信等任務(wù)。COFDM IP Mesh系統(tǒng)作為無線自組網(wǎng)系統(tǒng)中體積較小、便于攜帶的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),能夠通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點實現(xiàn)單兵在執(zhí)行任務(wù)過程中的通信需求。這種無線自組網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用的COFDM技術(shù)能夠保證攜帶該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的單兵在乘坐350 km/h以上的車輛時也能實現(xiàn)雙向通信。將衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)與COFDM IP Mesh系統(tǒng)融合,能通過衛(wèi)星信號的傳輸及時掌握單兵情況,為任務(wù)指揮以及不同單兵之間的協(xié)同通信提供更加便利的條件。

3.1.2 無人化平臺

無人化平臺以無人機(jī)、無人車等自動操控平臺為主,主要以遠(yuǎn)程操控和自主智能實現(xiàn)平臺自控。無線自組網(wǎng)與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)最大的區(qū)別就在于其能實現(xiàn)自控,遠(yuǎn)程操控的無人化平臺主要依據(jù)通信數(shù)據(jù)的傳輸功能。在應(yīng)用無線自組網(wǎng)系統(tǒng)之前,無人化平臺的遠(yuǎn)程操控存在一定的距離限制,且容易受到輸出功率的影響,因而對體積及功耗有著非常嚴(yán)格的要求;應(yīng)用無線自組網(wǎng)系統(tǒng)能通過COFDM IP Mesh系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點提供的IP接口、串口、應(yīng)用數(shù)據(jù)等實現(xiàn)與3G,4G,5G等網(wǎng)絡(luò)的連接,形成不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漕愋?并通過無人化平臺發(fā)射的信號滿足多個無人化平臺的操控需求。

無人化平臺將衛(wèi)星通信系統(tǒng)與無線自組網(wǎng)融合,如圖2所示。借助衛(wèi)星移動信號的傳輸,實現(xiàn)在各種環(huán)境和地形條件下的數(shù)據(jù)信息采集以及高效傳輸?shù)裙δ?搭載設(shè)備包括檢測設(shè)備、傾斜相機(jī)、高清相機(jī)等,不僅能加強(qiáng)對無人化平臺的指揮和控制,還能滿足地質(zhì)工程等特殊行業(yè)的勘探和偵查工作需求,其數(shù)據(jù)成果包含監(jiān)測數(shù)據(jù)、傾斜模型、4D產(chǎn)品等,可以為相關(guān)工作提供更加科學(xué)、可靠的數(shù)據(jù)信息支撐,也為我國衛(wèi)星通信事業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)融合的相關(guān)思路。

圖2 無人化平臺

3.2 智慧應(yīng)用平臺

無線自組網(wǎng)系統(tǒng)與衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的融合,最主要的就是通過搭建移動通信網(wǎng)絡(luò)形成高效、高質(zhì)量的移動通信系統(tǒng),基于其搭建的智慧應(yīng)用平臺能夠在海洋和林業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

3.2.1 智慧海洋平臺

無線自組網(wǎng)與衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的融合,可以促進(jìn)智慧海洋工程建設(shè)目標(biāo)的實現(xiàn),主要采用對海洋具有動態(tài)監(jiān)控功能的綜合服務(wù)平臺。其中,寬帶自組網(wǎng)系統(tǒng)中的WiFi Mesh系統(tǒng)在海洋通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建上發(fā)揮重要作用,該系統(tǒng)可以將整個海洋范圍進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)覆蓋,通過衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)收集、探測海洋每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信息,再經(jīng)由衛(wèi)星信號輸送給用戶。這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在實際應(yīng)用中不僅能滿足多種海洋探測需求,還能通過高效的海洋數(shù)據(jù)信息傳輸功能促進(jìn)我國海上經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3.2.2 智慧林業(yè)平臺

對于林業(yè)林區(qū)的業(yè)務(wù),森林管理和防火是兩項重點工作內(nèi)容。由于林區(qū)樹木會阻擋衛(wèi)星信號的傳輸,在應(yīng)用無線自組網(wǎng)系統(tǒng)之前,通常采用ATC以及衛(wèi)星/雙模終端實現(xiàn)林區(qū)管理。在林業(yè)林區(qū)設(shè)置多個不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點,能夠有效解決衛(wèi)星通信系統(tǒng)難以對林區(qū)進(jìn)行衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋的問題。無線自組網(wǎng)與衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的融合,以實時多樣化林區(qū)監(jiān)測、林區(qū)巡邏監(jiān)控指揮以及防火應(yīng)急救援指揮功能的實現(xiàn)最明顯。在對林區(qū)進(jìn)行監(jiān)測和巡邏的過程中,移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用不僅能有效保證林業(yè)林區(qū)管理工作的順利開展,還能有效降低林區(qū)火災(zāi)等意外事故的發(fā)生率。

智慧應(yīng)用平臺的應(yīng)用,不僅能夠充分發(fā)揮衛(wèi)星移動通信與無線自組網(wǎng)的融合優(yōu)勢,還能夠有效促進(jìn)我國基礎(chǔ)行業(yè)和領(lǐng)域的發(fā)展?，F(xiàn)階段,智慧應(yīng)用平臺逐漸在我國的海洋和森林領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。將衛(wèi)星移動與無線自組網(wǎng)進(jìn)行結(jié)合,有效彌補(bǔ)了現(xiàn)階段衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)應(yīng)用中存在的缺陷,是促進(jìn)我國衛(wèi)星事業(yè)以及移動通信事業(yè)發(fā)展的重要途徑。

在系統(tǒng)安全方面,智慧林業(yè)平臺采用安保技術(shù),基于國密安全芯片和國密加密算法的硬件認(rèn)證及數(shù)據(jù)加密,建立起“端+管”一體化安全體系。特別是針對數(shù)據(jù)安全保障,采用數(shù)據(jù)自毀措施,密碼輸入錯誤超過指定次數(shù),移動智能終端存儲的數(shù)據(jù)自動銷毀;同時,利用唯一標(biāo)識,實現(xiàn)移動智能終端—數(shù)據(jù)—用戶三者之間的綁定。

4 結(jié)語

綜上所述,無線自組網(wǎng)與衛(wèi)星移動通信的融合具有多方優(yōu)勢,不僅有效彌補(bǔ)了我國目前衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)應(yīng)用中存在的缺陷,還能為衛(wèi)星移動通信技術(shù)的升級和改造提供一定的參考。在未來的衛(wèi)星移動通信事業(yè)發(fā)展過程中,無線自組網(wǎng)與衛(wèi)星移動通信的融合是主要的發(fā)展趨勢和方向,將會推動我國各行各業(yè)的信息化發(fā)展。