海上综合无线自组网通信应用解决方案

发布时间:

2023-08-29 16:42

20 世纪以来,通信系统经历了从电缆到光缆、有线到无线、从模拟到数字、从 1G 到 5G,,陆上通信系统发生着日新月异的发展变革。然而,在浩瀚的海洋上,由于海洋环境复杂多变、海上施工十分困难等原因,海洋通信网络的发展明显滞后于陆地通信网络。近年来,随着我国海事活动日趋频繁和海洋经济迅猛发展,研发新一代海洋通信技术与系统已经成为了学术界和工业界一个备受瞩目的焦点。无论是港口、码头、岸海通信系统、岸岛通信系统、海上船组编队、无人船编队、海天一体、海上平台等互联互通组网需求越来越多,需求的形式也产生了多样化的需求,远距离、高带宽、视频、语音、数据、控制、遥测等各种需求,越来越迫切。

常规的海洋通信网络主要包括海上无线通信系统、海洋卫星通信系统和基于陆地蜂窝网络的岸基移动通信系统。由于这些通信系统的通信制式互不兼容、通信带宽高低不一、覆盖范围存在盲区、缺乏高效统一的管理机制,常规海洋通信网络越来越难以满足我国日益增长的海洋活动需求,成为制约海洋开发与探索向纵深发展的重大瓶颈。因此,必须充分调研我国海洋通信的发展现状,了解世界先进海洋通信技术,探索与我国海洋环境相一致的海上信道模型,开发适合我国国情的海洋通信网络架构,最终构建一个高速率、高可靠、全覆盖、易管理、低成本的新型海洋通信网络。

一、海洋通信的几种方式

图1(海上无线通信系统)

如图 1 所示,我国广泛应用的海上无线通信系统主要包括海上无线通信网络、海洋卫星通信网络和岸基移动通信网络, 它们共同构成一个基本实现海洋全覆盖的通信网络架构。该系统能够保障近海、远海和远洋的船舶到海岸、船舶到船舶的日常通信;在海洋运输、油气勘探开采、海洋环境监测、海洋渔业、海水养殖和海洋科考等领域,提供了相对可靠、准确、及时和安全的通信基础设施。

图2 (陆海空通信系统)

图2中,岸基通信系统可通过地面光纤线路形成一个远距离的内网系统,离岸较近的船舶可以通过海上无线自组网通信系统与陆地基站进行互联互通,当船舶远离岸基无线通信系统时,则可以结合卫星通信系统与地面中心相连,母船在周边的小船则可以通过海上自建的自组网通信系统与母船相链接,大船在行进过程当中可以与岸基或者与岛基通信系统或者与高空卫星通信系统互联,最终形成一个有效的海洋通信网络。

二、典型的通信组网方式

图3 (网络拓扑结构)

1、链型拓扑架构

所谓链型拓扑,既节点之间是通过是通过相邻节点直接互相传递,相隔节点之间不能直接实现通信,必须通过相邻节点进行通信转接。实现的方式主要两种:

Mesh自组网单频点同频组网跳转通信(优势是架设灵活、方便,无中心,不受设备顺序困扰,缺点是经过多跳后带宽成倍下降),如图4

图4 (mesh链状组网)

点对点桥接异频接力组网传输,每个节点处需要放置双频点通信装置(可以是两台设备,也可以是一台设备具备两个独立的射频通道),接力传输装置也分为两种模式,一种模式是普通的点对点桥接装置,需要人为设置频点,编排顺序(如图5所示)。另外一种方式是设置好主站和子站,调整完毕后可通过主站发出指令,自动编排组网。

图5 (点对点桥接接力传输)

2、星型拓扑架构

这种方式主要是有中心的工作方式,各点必须通过中心节点进行互联互通,无线组网应用主要是点对多点的工作方式。

图6 (点对多点星型网络)

3、网型拓扑架构

图7 (16节点全网互联网状网图)

网络中每个节点之间可以彼此相连,每个节点可以与网中的多个节点互联互通,同时又可以避免环网现象。设备自身可根据网络状况自行判断数据走向路径。

4、混合型拓扑架构

混合型拓扑架构结合了点对点(链状网络)、点对多点(星型网络)、网状网络、树形拓扑、环形图谱等。实际应用当中常常会用到混合组网方式,这样可以最大的发挥各种网络架构的优势,而且也比较经济合理。图2就是一种典型的混合型拓扑架构。

图8 (树形拓扑架构)

图9 (环形拓扑架构)

三、海洋通信中的典型应用举例

1、海上应急救援自组网通信应用

图10 应急救援自组网应用图

2、海上巡逻自组网通信应用

图11(陆海空通信系统)

3、海上登船突击检查综合通信保障应用

图12(海上突击检查无线自组网通信保障系统)

4、海上无人靶船演练自组网通信控制系统

图13 海上无人靶船应用

5、远洋科考船综合无线自组网通信保障应用

图14 科考船无线通信保障应用

6、无人船编队组网应用

图15 无人船编队无线通信组网应用

7、海陆空综合无线通信组网应用

图16

8、海上浮标与船队无线通信组网应用

图17

9、海上作业平台与浮标及卫星的综合无线通信组网应用

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