移動網絡下船舶通信終端系統設計探析

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摘要:近年來，海上船舶的種類和數量越來越多，船舶之間、船舶與陸地之間的數據傳輸需求越來越大。為了滿足日益增長的通信需求，海上船舶的移動通信網絡獲得了廣泛的重視。本文系統介紹了GMDSS，AIS和AdHoc移動通信網絡，并重點研究了海上船舶的AdHoc移動網絡，設計了一種AdHoc網絡的嵌入式船舶通信終端，詳細介紹了通信終端的開發過程，并研究了移動終端的DSDV通信協議。

關鍵詞：移動網絡；終端開發；硬件；AdHoc網絡

0引言

自從現代化船舶工業誕生以來，海上移動通信技術始終是世界各國的研究重點。從最早的無線電通信、雷達通信技術，到目前日漸成熟的衛星電話、GPRS通信和AIS移動通信，海上移動網絡不斷的進行技術革新。海上移動網絡對于船舶的航行有非常重要的作用，在船舶執行日常作業任務時，海上移動通信可以為傳播提供導航數據、岸基指揮信號等，幫助船舶工作人員進行航線的制定，提高航行的效率；在船舶出現事故或有緊急狀態時，移動網絡可以實現船舶與海上監管部門的快速聯系，第一時間獲得海上救援，保障航行船員的安全。近年來，隨著船舶數量的增加，海上移動網絡傳遞的數據呈指數性的爆炸增長，為傳統的海上移動通信提出了更高的要求。受傳統移動通信技術硬件設備的限制，移動通信網絡往往會存在信道擁塞、信號傳遞不暢通等問題。本文重點介紹了2種海上移動通信網絡技術，分別是GMDSS系統和AdHoc移動網絡技術，重點基于AdHoc移動網絡技術搭建了海上移動通信系統，并開發了一種AdHoc移動網絡的移動通信終端，對于改善當前海上移動通信網絡的性能有重要價值。

1船舶海上移動通信網絡的研究與發展現狀

海上移動通信根據信道頻率可以分為短波、超短波和微波通信方式，目前，海上應用范圍最廣的移動通信系統是AIS系統、GMDSS系統和AdHoc移動網絡技術[1]，如下：1）GMDSS全球海上遇險和安全系統GMDSS是全球海上遇險和安全系統，是IMO為了提高海上預先救援的時效性，組建一種綜合移動通信系統，該系統移動網絡工作頻率為短波通信，由軌道衛星、地面無線電基站和船載終端共同構成。船舶發生事故時，可以通過GMDSS系統的船載終端發送救援信號，信號通過軌道衛星發送至陸地的基站，進一步指揮船舶救援。GMDSS系統可以為用戶提供如下功能：①報警功能。報警功能是GMDSS系統的基礎功能，一旦船舶發生碰撞、觸礁等事故，可以通過該系統向岸基、附近船舶進行報警。②現場通信功能。在事故船舶的搜救過程中，GMDSS系統能夠在現場與岸基控制中心、遇險船舶、救援飛機等構建通信網絡，確保救援的順利進行。③定位功能。GMDSS系統集成了GPS定位模塊，不僅能夠實現自身船舶的全球精確定位，也能夠通過遇險船舶的無線電信號進行其他船舶的定位，尋找遇險的船舶。2）AIS系統AIS是自動識別系統的縮寫，該系統對于船舶在一定范圍內的航行安全性有重要的作用，特別是在港口等船舶密集的區域。國際海事組織IMO規定國際航行船舶、客船等必須要配置AIS系統。AIS系統采用的移動網絡為VHF超高頻無線電通信，它的移動通信頻段為162.025MHz），信號傳輸的速率為9600bit/s。AIS自動識別系統在船舶數量較少的情況下能夠發揮重要作用，但是當海域內船舶數量較多時，無線電數據傳輸的干擾信號較大，信號質量下降。3）移動AdHoc網絡近年來，移動AdHoc通信網絡成為了一項熱門研究，這種移動通信技術不同于GMDSS技術和AIS通信技術，它不需要固定的中心基站，是一種具有自動組網和信道分配功能的通信網絡。移動AdHoc移動通信網絡是一個多跳（Multi-hop）的通信網絡，且網絡中的節點按照分布式算法相互之間協調運行，每個節點都能實現自治，從而為海域內的船舶提供一個可靠的網絡服務。圖2為移動AdHoc通信網絡的節點拓撲結構。在船舶AdHoc通信網絡中，每一個具有終端的船舶都是網絡中的節點，每個船舶節點都具有路由器的功能，不僅能夠實現與相鄰節點之間的數據傳輸，按照通信協議對相鄰節點之間的數據進行編碼和解碼，確保船舶節點之間的通信可靠性。本文研究的重點也是船舶AdHoc通信網絡，通過借鑒GMDSS系統的船載終端的設計思路，本文開發了船舶AdHoc通信網絡的移動終端。

2船舶AdHoc移動網絡的通信終端系統設計

2.1基于嵌入式的船舶移動網絡終端硬件設計

由于船舶AdHoc移動通信網絡中的節點同時具有終端功能和路由功能，因此，本文結合嵌入式技術設計了一種AdHoc網絡終端，功能原理如圖3所示。船舶AdHoc移動通信網絡終端主要由電源模塊、語音編碼單元、放大單元、輸入單元、定位信息采集單元、網關處理器單元、無線射頻單元和信道組成。在AdHoc移動通信網絡終端的開發過程中，重點對硬件結構進行設計。1）網關處理器單元移動通信網絡終端的網關處理器采用Orion/R4600處理器[2]，該處理器具有強大的計算性能，同時功耗和體積均比較小。網關處理器是船舶網絡通信終端的心臟，負責AdHoc移動通信網絡的路由查找和數據處理等功能，同時也負責通信網絡的路由協議獲取以及路由計算。2）語音編碼單元網絡終端的語音編碼單元采用AD75681芯片，實現數模轉換，同時還具有語音信號的濾波功能，能夠實現船舶之間的實時、雙向音頻編碼。3）信道單元在AdHoc移動通信網絡終端上，本文設計了2種12.5/25kHz帶寬的無線信道，其中一種信道負責數據傳輸和路由協議的維護，總共有6個；另一種信道負責船舶網絡節點之間語音、短信息等數據的傳遞，總共有8個。4）定位信息采集單元終端的定位信息單元采用GPS全球定位導航系統，選用的芯片類型為SR-60GPS芯片。

2.2船舶AdHoc移動網絡的路由通信協議

在AdHoc移動網中終端中，通信協議是數據傳輸的基礎。本文采用DSDV協議[3]作為船舶終端的數據通信協議，該協議框架下每個船舶AdHoc移動網絡節點需要對特定的路由信息表進行運維，該路由信息表中包含了當前節點和數據源節點的地址、序號等重要信息。DSDV通信協議相鄰節點之間需要周期性的交換路由信息，更新路由信息表，明確AdHoc移動通信網絡的節點變化。圖4為AdHoc移動通信網絡終端的路由信息表示意圖。

3結語

船舶AdHoc移動通信網絡是一種熱門的移動通信方式，實現了海域內規模化的通信網絡搭建。本文通過研究GMDSS系統的移動終端原理，開發了一種船舶AdHoc移動通信網絡的終端，并重點研究了終端的硬件組成和終端的移動通信協議實現。

參考文獻：

[1]董鵬,邵壯志.基于AdHoc網絡的船舶通信終端顯示系統研究[J].數字技術與應用,2015(11):36–36.

[2]王春波,趙建平,馮宇.基于藍牙的AdHoc網絡研究與實現[J].吉林大學學報:信息科學版,2014(1):101–105.

[3]任建科.GMDSS通信設備模擬器系統的網絡設計[J].上海海運學院學報,1999,20(2):56–56.

作者:林俊發 李旭明 黃丕賽 單位:廣州市成格信息技術有限公司