WPAN在野戰(zhàn)指揮所局域網(wǎng)中的應(yīng)用

摘 要:介紹了基于藍(lán)牙技術(shù)的WPAN在指揮所網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用。主要解決指揮所建網(wǎng)的地域限制和靈活性不足等問(wèn)題，借助藍(lán)牙芯片實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)傳輸和多種手持移動(dòng)設(shè)備的接入、脫離，并在技術(shù)指標(biāo)上滿足野戰(zhàn)要求。設(shè)計(jì)了指揮所組網(wǎng)以及與戰(zhàn)場(chǎng)廣域網(wǎng)的連接方案，為野戰(zhàn)條件下的指揮所網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供了參考。

關(guān)鍵詞: 藍(lán)牙技術(shù); WPAN; 指揮所局域網(wǎng); 戰(zhàn)場(chǎng)廣域網(wǎng)

中圖分類號(hào):TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)11-0055-03

Application of WPAN inLocal Area Network of Field Command Post

SUN Shao-bin， LI Tian-pei

(Bengbu Tank Institute Academe， Bengbu 233050， China)

Abstract: The application of WPAN based on the Bluetooth in the construction of command post network is introduced. The scheme is provided to resolve the problems such as the restriction in area， the lack of functional agility and so on. The multi-servicetransmission and the access and separation of a variety of handheld mobile devices are realized by Bluetooth chip， the demand of technical standard are satisfied. A scheme of connection between the networking of the command post and the WAN of field is designed， a reference for the construction of the commend post in field is provided.

Keywords: Bluetooth; WLAN; PAN in command post; wide area network in command post

0 引 言

當(dāng)前，我國(guó)數(shù)字化部隊(duì)的建設(shè)已經(jīng)提上了日程，作為指揮中樞，各級(jí)指揮所內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)尤其重要，隨著各個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)的手持設(shè)備日益增多，如炮兵的諸元計(jì)算設(shè)備，GPS手持機(jī)，北斗終端等，都需要與指揮終端連接。同時(shí)，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境瞬息萬(wàn)變、指揮所必須滿足移動(dòng)性和抗摧毀性，才能更好地指揮戰(zhàn)斗。

當(dāng)前指揮局域網(wǎng)不能提供多業(yè)務(wù)的傳輸，如果針對(duì)一種業(yè)務(wù)專門(mén)建設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，就會(huì)造成資源的浪費(fèi)。從設(shè)備上講存在網(wǎng)絡(luò)兼容性差、機(jī)動(dòng)性差、組網(wǎng)不靈活、容易被摧毀等缺陷。從信息共享方面講，增加了信息傳輸層次，拉長(zhǎng)了傳輸時(shí)間，不利于達(dá)到戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)透明的目的。

因此提出基于WPAN的野戰(zhàn)小區(qū)制局域網(wǎng)，作為戰(zhàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)中位于指揮端的局域網(wǎng)，它們的作用范圍一般在100 m之內(nèi)，可用于師、團(tuán)一級(jí)的指揮所內(nèi)部的局域網(wǎng)，用各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)并列的聯(lián)網(wǎng)方式，使各業(yè)務(wù)部門(mén)的信息能夠直接傳給指揮員，各種設(shè)備也可以隨時(shí)加入網(wǎng)絡(luò)、共享信息，從而為各級(jí)指揮員提供全面的戰(zhàn)場(chǎng)。指揮所局域網(wǎng)再接入戰(zhàn)場(chǎng)互聯(lián)網(wǎng)主干網(wǎng)可以使指揮所得到更加全面、有效的戰(zhàn)場(chǎng)信息。

1 WPAN的發(fā)展

1998年，人們首次提出個(gè)人局域網(wǎng)(Personal Area Network，PAN)的概念，這是與廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)相并列、范圍更小的網(wǎng)絡(luò)，PAN是對(duì)LAN，MAN的一個(gè)補(bǔ)充，是針對(duì)用戶的進(jìn)一步延伸，但它并不一定是無(wú)線連接的。而WPAN就是指無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)(Wireless Personal Area Network)，指的是能在便攜式電器和通信設(shè)備之間進(jìn)行短距離無(wú)線特別連接的自組網(wǎng)絡(luò)，它不需要使用接入點(diǎn)(AP)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的范圍大約在10 m左右，這些設(shè)備之間可以進(jìn)行通信，就像普通電纜一樣，WPAN最初的定位便是低功率、低價(jià)格和低速率的電纜替代技術(shù)。如果說(shuō)無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)是邁向網(wǎng)絡(luò)化的“最后100 m”，那么WPAN就是“最后的10 m”。

WPAN的IEEE標(biāo)準(zhǔn)都由IEEE的802.15工作組制定，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也包括MAC層和物理層這兩個(gè)層的標(biāo)準(zhǔn)(W-IEEE 802.15)，它工作在2.4 GHz的ISM頻段。目前，WPAN的實(shí)用技術(shù)有ZigBee，Bluetooth和UWB(Ultra-Wide Band)等3種。其中，藍(lán)牙技術(shù)最早應(yīng)用于WPAN，其標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.15.1(W-BLUE)，數(shù)據(jù)率為720 Kb/s，通信范圍在10 m左右。為了應(yīng)對(duì)不同客戶的需求，WPAN還定義了另外兩種低速和高速WPAN。其中，低速WPAN的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.15.4，主要應(yīng)用了ZigBee技術(shù)，可用于工業(yè)監(jiān)控、辦公自動(dòng)化、與控制等領(lǐng)域，其傳輸速率一般在2～250 Kb/s;高速WPAN的標(biāo)準(zhǔn)是IEEE 802.15.3，目前應(yīng)用超寬帶UMB技術(shù)的WPAN傳輸速率可以達(dá)到100～400 Mb/s，完全可以在小范圍內(nèi)高速傳送圖像或DVD質(zhì)量的多媒體視頻文件。WPAN的高速發(fā)展及其技術(shù)特點(diǎn)可以用來(lái)解決軍隊(duì)數(shù)字化進(jìn)程中的部分問(wèn)題，加快部隊(duì)?wèi)?zhàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)步伐[1]。

2 基于藍(lán)牙技術(shù)的WPAN在指揮所網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

2.1 藍(lán)牙技術(shù)簡(jiǎn)介

藍(lán)牙是一個(gè)開(kāi)放性、短距離無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它可以用于在較小的范圍內(nèi)通過(guò)無(wú)線連接的方式實(shí)現(xiàn)固定設(shè)備以及移動(dòng)設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，可以在各種數(shù)字設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)靈活、安全、低成本、小功耗的話音和數(shù)據(jù)通信。因?yàn)樗{(lán)牙技術(shù)可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中，因此它特別適用于小型的移動(dòng)通信設(shè)備[2-3]。

如果把藍(lán)牙技術(shù)引入到移動(dòng)電話和電腦中，就可以去掉移動(dòng)電話與電腦之間的連接電纜而通過(guò)無(wú)線使其建立通信。除此之外，藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)還為已存在的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和外設(shè)提供通用接口以組建一個(gè)遠(yuǎn)離固定網(wǎng)絡(luò)的個(gè)人特別連接設(shè)備群。

在組網(wǎng)方面，支持藍(lán)牙技術(shù)的設(shè)備以特定的方式構(gòu)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，稱為微微網(wǎng)(piconet)。微微網(wǎng)最多由8個(gè)設(shè)備組成，所有藍(lán)牙設(shè)備都是對(duì)等的，以同樣的方式工作。但當(dāng)微微網(wǎng)建立時(shí)，只有一臺(tái)設(shè)備的時(shí)鐘和跳頻序列用來(lái)使其他設(shè)備同步，該設(shè)備稱為主設(shè)備(master unit)，其他被同步的設(shè)備稱為從設(shè)備(slave unit)，微微網(wǎng)中的設(shè)備具有惟一的MAC地址(MAC address)，用于相互區(qū)分和標(biāo)識(shí)。微微網(wǎng)中的設(shè)備可處于休眠狀態(tài)(parket state)、監(jiān)聽(tīng)(sniff state)狀態(tài)或保持(hode state)狀態(tài)，當(dāng)處于休眠狀態(tài)時(shí)設(shè)備無(wú)MAC地址。

由若干獨(dú)立的非同步的微微網(wǎng)構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)(scatter network)。例如1994年愛(ài)立信公司推出的藍(lán)牙系統(tǒng)是最早使用的WPAN，藍(lán)牙使用TDM方式和擴(kuò)頻跳頻(FHSS)技術(shù)組成了不用基站的皮可網(wǎng)(piconet)，也就是微微網(wǎng)。每一個(gè)皮可網(wǎng)通過(guò)共享主、從設(shè)備可以把多個(gè)皮可網(wǎng)鏈接起來(lái)，形成一個(gè)范圍更大的擴(kuò)散網(wǎng)(scatternet)。如圖1所示。其中，圓M表示主設(shè)備，圓S表示從設(shè)備，圓P表示不工作的擱置設(shè)備[1]。

2.2 基本方案

基于藍(lán)牙技術(shù)的指揮所局域網(wǎng)采用現(xiàn)有藍(lán)牙技術(shù)協(xié)議，目前藍(lán)牙設(shè)備的射頻功率以及通信距離基本滿足了作戰(zhàn)要求，如果增加發(fā)射功率，通信距離可擴(kuò)展到1 000 m甚至夠遠(yuǎn)，為了適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和指揮所的特殊需求，提出了藍(lán)牙設(shè)備的組件及設(shè)計(jì)方案[4-5]。

圖1 藍(lán)牙系統(tǒng)中的皮可網(wǎng)和擴(kuò)散網(wǎng)

藍(lán)牙設(shè)備包括:

(1) 采用基帶部分和射頻部分分開(kāi)的藍(lán)牙芯片。

(2) 在基帶芯片后面加上保密接口，在加密時(shí)使用。

(3) 射頻放大芯片，加有功率控制模塊。

(4) 噪聲處理電路，降低信號(hào)中的噪聲。

(5) 高效率的射頻功放，對(duì)噪聲處理電路輸出的信號(hào)進(jìn)行再次放大，擴(kuò)大覆蓋范圍。

(6) 發(fā)射天線。

由以上組件構(gòu)成的藍(lán)牙終端，可以實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸，此設(shè)備繼承了藍(lán)牙系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。例如:

(1) 網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備體積小、重量輕，便于單兵攜帶。

(2) 設(shè)備工作方式獨(dú)特、功耗低，有利于長(zhǎng)時(shí)間野外作戰(zhàn)。

(3) 組網(wǎng)靈活，便于集中和分散，增加網(wǎng)絡(luò)的抗摧毀性。

(4) 可以實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)的通信，能提供更加準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)戰(zhàn)場(chǎng)信息。

目前，藍(lán)牙設(shè)備更加高效、標(biāo)準(zhǔn)化，藍(lán)牙技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)保密話音、非保密話音、數(shù)據(jù)、傳真和視頻等多業(yè)務(wù)合一，增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的功能，便于網(wǎng)絡(luò)的快速展開(kāi)。

2.3 基于藍(lán)牙技術(shù)的WPAN的互聯(lián)

基于藍(lán)牙技術(shù)的WPAN的互聯(lián)方案如圖2所示。

圖2 兩個(gè)野戰(zhàn)藍(lán)牙局域網(wǎng)的互連

通過(guò)使用網(wǎng)關(guān)路由器的方法實(shí)現(xiàn)將藍(lán)牙局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)互連和網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的功能。具體如圖2所示，圖中的N1，N2通過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了互相通信，用這種形式可以向位于多個(gè)分散地理位置上的指揮所提供協(xié)同通信能力。

2.4 野戰(zhàn)藍(lán)牙局域網(wǎng)與戰(zhàn)場(chǎng)互聯(lián)網(wǎng)接入

目前，各國(guó)部隊(duì)都非常重視戰(zhàn)場(chǎng)互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，戰(zhàn)場(chǎng)骨干網(wǎng)可覆蓋整個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)區(qū)域，完成保密話音、數(shù)據(jù)、視頻圖像等業(yè)務(wù)的傳輸與交換，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)透明。但由于戰(zhàn)場(chǎng)面積很大，流動(dòng)性強(qiáng)，不可能單純依靠電纜鏈接，而主要依靠了無(wú)線接入點(diǎn)(RAP)[6-7]。RAP好像一個(gè)移動(dòng)的基站，戰(zhàn)場(chǎng)上所有的業(yè)務(wù)均可以通過(guò)RAP中繼，轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)戰(zhàn)場(chǎng)的任一個(gè)角落，RAP起到了連接骨干網(wǎng)和子網(wǎng)的關(guān)鍵作用[8]。所以，只要將各個(gè)指揮所的藍(lán)牙局域網(wǎng)接入廣域網(wǎng)及戰(zhàn)場(chǎng)互聯(lián)網(wǎng)，才能真正地將戰(zhàn)場(chǎng)前沿的信息及時(shí)可靠地提供給指揮官，真正實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)信息的共享。其方案如下:

由幾個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)a1~a4和相對(duì)一個(gè)固定節(jié)點(diǎn)E1組成一級(jí)指揮所藍(lán)牙局域網(wǎng)，由幾個(gè)節(jié)點(diǎn)b1~b4和E2組成的一個(gè)野戰(zhàn)指揮所藍(lán)牙局域網(wǎng)。兩個(gè)網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)關(guān)E1，E2與幾百米外的RAP通信，從而接入戰(zhàn)場(chǎng)互聯(lián)網(wǎng)。如圖3所示。

圖3 野戰(zhàn)藍(lán)牙局域網(wǎng)接入戰(zhàn)場(chǎng)廣域網(wǎng)

3 野戰(zhàn)藍(lán)牙局域網(wǎng)在戰(zhàn)場(chǎng)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

野戰(zhàn)藍(lán)牙局域網(wǎng)主要解決各級(jí)指揮所內(nèi)部、業(yè)務(wù)部門(mén)各個(gè)移動(dòng)設(shè)備的數(shù)據(jù)聯(lián)通問(wèn)題，便于各部門(mén)之間利用各種設(shè)備快速聯(lián)系，共享信息，以增強(qiáng)指揮所的快速機(jī)動(dòng)能力。由于指揮所中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)野戰(zhàn)藍(lán)牙局域網(wǎng)完成通信，實(shí)現(xiàn)動(dòng)中通信，所以指揮所的編制可以依靠戰(zhàn)斗進(jìn)程來(lái)靈活組織，各部門(mén)設(shè)置不再受地域的限制，可以更加分散，提升生存能力。同時(shí)，野戰(zhàn)藍(lán)牙局域網(wǎng)也可以用于戰(zhàn)場(chǎng)前沿的機(jī)動(dòng)分隊(duì)通信，滿足戰(zhàn)場(chǎng)信息不間斷傳輸需求。野戰(zhàn)藍(lán)牙局域網(wǎng)內(nèi)各要素和移動(dòng)計(jì)算機(jī)可以通過(guò)其接入點(diǎn)與另一指揮所無(wú)線局域網(wǎng)或機(jī)動(dòng)分隊(duì)無(wú)線局域網(wǎng)的各節(jié)點(diǎn)通信，從而使機(jī)動(dòng)分隊(duì)的指揮員得到更加實(shí)時(shí)有效的戰(zhàn)場(chǎng)信息。

總之，由于藍(lán)牙局域網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)接入，隨地接入，其并列關(guān)系消除信息共享的級(jí)別限制，使戰(zhàn)場(chǎng)對(duì)各級(jí)指揮所同等透明，由于各種信息的支持，大大提高了各級(jí)指揮所對(duì)命令的理解能力，提高了指揮的精確性，便于在瞬息萬(wàn)變的戰(zhàn)場(chǎng)中抓住戰(zhàn)機(jī)[9]。

4 結(jié) 語(yǔ)

闡述了基于藍(lán)牙技術(shù)的WPAN在指揮所網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)了終端和組網(wǎng)方案，WPAN作為小范圍自組式網(wǎng)絡(luò)，主要解決了指揮所各個(gè)部門(mén)終端及移動(dòng)設(shè)備的互聯(lián)問(wèn)題，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)自組、設(shè)備可移動(dòng)、多業(yè)務(wù)傳輸?shù)哪康摹＼娛潞蜕钪械男录夹g(shù)應(yīng)用相互促進(jìn)，將導(dǎo)致技術(shù)的不斷更新以及更新的技術(shù)出現(xiàn)。隨著信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，高速WPAN已經(jīng)來(lái)到我們身邊，短距離內(nèi)傳送圖像和DVD質(zhì)量的視頻文件的技術(shù)也已成熟，這為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)提供了技術(shù)保障，而不斷發(fā)展的WPAN技術(shù)，在軍事上會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2008.

[2]喻國(guó)勇.解析無(wú)線個(gè)人域網(wǎng)[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2004(1):55-62.

[3]楊永會(huì)，姚軍，符強(qiáng).個(gè)人局域網(wǎng)的一種實(shí)現(xiàn)技術(shù)——藍(lán)牙技術(shù)[J].電子工程師，2001，27(3):17-20.

[4][美]Mark Ciampa.無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].北京:科學(xué)出版社，2003.

[5]張兆靜.無(wú)線局域網(wǎng)安全措施分析[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)，2009(4):72-73.

[6]張蒲生.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及實(shí)訓(xùn)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2007.

[7]楊盤(pán)龍.分層分布式Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ偷难芯縖J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2005，17(6):1405-1407.

[8]閔雪嬌，慕曉冬，張娟.戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ偷难芯縖J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2007，17(7):108-109.

[9]楊寶林.戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)及其體系結(jié)構(gòu)研究[J].通信工程，2006(4):35-39.

[10]王遵剛，伍銀，楊厚云.校園無(wú)線專網(wǎng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，24(1):76-80.