日盲紫外非視距Ad hoc網絡在軍事通信中的應用

摘 要：介紹了日盲紫外非視距Ad hoc網絡的鏈路工作方式、性能特點及組網原理，分析了日盲紫外非視距Ad hoc網絡在軍事通信中的應用。仿真實驗證明本組網模式的有效性。

關鍵詞：Ad hoc 網絡 非視距 紫外光

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）05（b）-0204-02

軍事通信領域常用通信手段主要是有線、微波、無線和光纖等幾種。上述通信手段在軍事通信領域起到非常重要的作用。首先，由于有線和光纖需要預先鋪設設定的線路，無法達到機動和快速反應的戰場通信要求，通信方式很不靈活；其次，無線和微波通信較易被竊聽、干擾和破壞，也不適合“電磁寂靜”通信場合。因此，上述通信手段在軍事通信領域都有較大局限性。因此，為在未來信息化戰爭中立于不敗之地，世界各國均在尋求更為隱蔽、更為新穎、更為安全和抗干擾能力更強的通信手段。在此背景下，日盲區域紫外光無線通信應運而生了。

日盲區域紫外光通信是通過大氣散射進行信息傳輸的一種通信方式，具有非視距NLOS（Non—Line—of—Sight）傳輸、抗干擾能力強、保密性強、構建和維護成本低等優點[1]。因而，日盲區域紫外光通信作為射頻通信的一種理想替代方式，目前廣泛地應用于鄉村、城市室外環境、軍事通信等領域[2]。但是，由于近地大氣分子和微粒對日盲紫外光的強吸收作用，使得其傳輸距離受到了限制。

而無線Ad-hoc網絡是可移動、無中心的分布式網絡，各節點的地位是平等的。任一節點均可作為源節點、中繼節點或目的節點。故任意源節點可以通過多跳到達目的節點。因而，可結合無線Ad-hoc網絡及日盲紫外通信的優點，構建日盲紫外非視距通信Ad-hoc通信網絡，用以實現非視距傳輸、抗干擾能力強、保密性好的可靠的遠距離的軍事通信傳輸，以彌補日盲紫外光非視距通信系統通信距離短的缺陷。可見，日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡是滿足軍事通信領域各類移動場景通信要求的新型有效手段。

1 日盲區域紫外光通信鏈路工作方式及優點

1.1 日盲區域紫外光非視距通信鏈路工作方式

共有三種工作形式[1]，紫外光信號只有在通過發射機仰角和接收機視場角形成的散射區域散射后才能組成通信鏈路而到達接收機。其中，全向發全向收通信鏈路工作方式的特點是：定位要求最低、無限的散射體積、最小的帶寬；定向發全向收通信鏈路工作方式的特點為：在散射體積內具有最大的紫外光能量、有限的散射體積、較大的帶寬；定向發定向收通信鏈路工作方式的特點為：有限的散射體積、最大的帶寬。相應的，組建日盲區域紫外光通信網絡，其中節點間的相鄰關系可按通信鏈路工作方式分為全向——全向鄰居、全向——定向鄰居、定向——定向鄰居等情形。

1.2 日盲紫外非視距Ad-hoc通信具有的優點

除具有一般紫外光通信所具有的數據傳輸的保密性高、系統抗干擾能力強、低位辨率、全方位性、全天候工作等所有優點[1]外，日盲紫外非視距Ad-hoc通信還特別具有較一般紫外光通信傳輸距離遠的優點。這是因為日盲紫外非視距Ad-hoc通信是基于日盲區域紫外光通信，同時以Ad-hoc方式組網，可有效克服單純以紫外光通信方式組網傳輸距離短的缺點，可達到5～10 km的通信距離。例如：由美國GTE公司為美軍所研制的新型隱蔽式紫外光音頻通信系統，非視距通信距離可達1～2 km，定向視距通信距離可達5～10 km[3].

2 日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡的構成原理

日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡的構成原理如圖1所示。節點A欲與節點F進行通信，但F在A點視距外，則A可以節點B為中繼，進而和F達成非視距通信。這就構成了一個簡單的日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡。

日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡節點間通信由發射節點由信號源、調制器、紫外光源構成；收節點由光探測器、解調器、輸出的放大信號構成，而日盲區域紫外光構成系統的傳輸部分。

對于日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡而言，紫外光源（發射器）對整個系統的性能起著關鍵性的作用。紫外光源主要有低壓氣體放電燈、表面放電燈、紫外激光器和脈沖氙燈等類型。但其中的脈沖氙燈由于存在可見光及紅外線所占比重大、發射譜帶寬、紫外發射效率低等缺點而較少采用。在針對光源的調制方式方面，一般包括調頻調制與調幅調制兩種形式。但由于紫外輻射在傳輸過程中的吸收與散射，調頻調制方式要優于調幅調制方式。故多采用調頻方式進行調制。

3 日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡在軍事通信中的應用

鑒于日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡的優點及組網原理，日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡非常適合地形復雜、作戰半徑任意的作戰環境。日盲紫外非視距Ad-hoc網絡在通信過程中，發射機以某一確定方向和滿足作戰要求的發射功率，向通信范圍內不斷發射紫外光載波信號。在地形復雜戰區（如森林、丘陵及建筑物密集地帶），非視距Ad-hoc網絡通信方式顯得尤為重要。該方式可有效克服樹木、丘陵等等障礙物對通信效果的影響。在接收端，收節點可在日盲紫外光的有效傳輸范圍內，方便地接收通信信號，并且能夠自由移動以保持良好的通信質量[3]。

日盲紫外非視距Ad-hoc網絡具體應用場景有：常規戰術行動及隱秘行動。其中，在常規戰術行動中，在骨干通信節點之間若采用日盲紫外非視距Ad-hoc通信，將大大減少通信設備和線路的開設及拆除時間。而在隱秘行動中，針對需要完成的預定任務，日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡通過大氣層的微小顆粒散射到接收機的視野區，可實現非視距通信。相對于采用低頻無線電通信極易被敵方發現，敵方在遠端即可截收和監聽我方參與行動的成員之間的通信，以此確定各成員的位置，預測我方成員可能的行動；高頻無線電通信雖然不易被探測和截收，但無法進行非視距通信，且無法適應復雜地形環境等缺點。顯然，日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡具有較大的優越性。

4 日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡的一種典型軍事應用場景及仿真實驗

如圖2所示，我們構建了一種適用于常規戰術行動和及隱秘行動的典型軍事應用場景。其中節點A表示骨干節點，可為中心通信車或通信方艙，B、C、D、E、F等節點為戰術級可移動節點，既可以和骨干節點通信，在骨干節點被摧毀或失去聯系時，還可以和網內其余節點以自組織的方式進行信。

我們采用OPNET14.5，在Pentium（R） Dual-Core CPU， E5200 2.50 GHz 1.21 GHz，2.00 GB的硬件環境下，模擬圖4所示日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡，針對其主要網絡性能進行了仿真。仿真結果如圖3所示。圖3（a）顯示了該組網模式下網絡的吞吐量，圖3（b）顯示了該組網模式下網絡中端到端平均時延。由實驗結果可以看出，以日盲紫外非視距Ad-hoc方式組建的通信網絡，在網絡吞吐量及端到端平均時延等網絡性能方面，均能滿足軍事通信戰場戰術級的要求。

5 結語

顯而易見，日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡作為一項新興的技術，在軍事通信領域具有重要的戰略意義。但由于我國針對日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡的研究和實踐工作才剛剛起步，我軍在該領域的研究尚為空白。因此，我均應加大對日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡的研究力度。

基于本文研究成果，我們下一步將針對適用于日盲紫外非視距Ad-hoc通信網絡的MAC協議及路由協議展開研究。

參考文獻

[1]趙太飛，柯熙政，馮艷玲.無線紫外光Mesh網絡技術研究[J].激光雜志，2010，31（6）：40-43.

[2]褚煒，基于定向天線的無線Mesh網絡Mac機制研究[D].西安電子科技大學，2007：14-17.

[3]張忠廉，劉榴娣.紫外線技術在軍事上的應用研究[J].光學技術，2000，26（4）：289-296.

[4]Gray A Shaw，Melissa Nischan.Short-range NLOS ultraviolet communication test bed and measurements[J].SPIE，2001，4396：31-40.