海事巡邏船編隊自組網的應用研究

敖騰

【摘要】 海事巡邏船在執行應急搜救、溢油指揮和特殊行動時對編隊自組網有迫切的需求。本文從自組網的路由協議入手，闡述了按需路由的基本原理，并結合海事巡邏船編隊的特性引入了集群路由協議；然后對船舶編隊自組網通信網絡結構進行了描述，指出了自組網特點；最后針對自組網通信安全問題提出具體的解決思路。

【關鍵詞】 船舶編隊 自組網 路由協議 集群路由

一、引言

隨著我國綜合國力和經濟社會建設不斷發展，船舶活動密集區域不斷擴大，海上交通風險凸顯，為切實履行海事部門水上交通安全監督管理職責以及配合海上維權執法行動，特別是應急搜救、溢油指揮和特殊行動等任務需求時，船舶編隊顯得十分必要，如何解決編隊船舶之間的通信問題則迫在眉睫，而移動自組網技術提供了一種可行的解決方式。本文是移動自組網技術在海事巡邏船編隊組網這一典型場景中的具體應用研究。

二、自組網路由協議

自組網是指一組帶有無線接收裝置的移動節點組成的一個多跳臨時性的自治系統[1]，主要應用在沒有網絡基礎設施支持的環境中或現有網絡不能滿足移動性、機動性等要求的情況下。

與單跳無線網絡不同，自組網各節點之間是通過多跳數據轉發機制進行數據交換，需要路由協議進行分組轉發，是各移動節點互相通信的基礎。無線信道變化的不規則性，節點的移動、加入、退出等都會引起網絡拓撲結構的動態變化。路由協議的作用就是監控網絡拓撲結構的這種動態變化，定位目的節點位置，產生、維護和選擇路由，交換路由信息，確保網絡連通[2]。

自組網一般采用按需路由策略，按需路由認為在動態變化的自組網環境中，沒有必要維護去往其他所有節點的路由，僅在沒有去往的節點路由的時候才“按需”進行路由發現。拓撲結構和路由表內容是按需建立的[2]。

海事巡邏船編隊執行任務時，一般由一艘船舶作為指揮船舶，其余船舶根據指揮船舶的通信指令進行通信。因此，自組網協議還具備了集群的特征。集群路由協議中，節點可分為普通節點（工作船）和群首節點（指揮船）兩種類型。工作船和指揮船共同維護所在集群內部的路由信息，指揮船負責所管轄集群的拓撲信息的壓縮和摘要處理。代表性的路由協議是CEDAR協議。

三、船舶編隊通信網絡結構

船舶編隊通信主要依靠基礎傳輸網絡和業務平臺兩部分?；A傳輸網絡主要采用寬帶編隊傳輸設備結合光纖（近海）或衛星通信系統（遠海）；業務平臺可采用一套基于IP的多媒體集群指揮調度系統，可以實現集語音、視頻、數據為一體的信息采集、交互與處理。業務平臺與傳輸網絡通過基于以太網的IP端口互連。

四、船舶編隊自組網特點

通過上述部署可以實現編隊之間實時雙向數據、話音、報文交互，實現數據、指令中繼功能，使得指揮指令更加準確、快捷、安全的傳遞。船舶編隊自組網具有如下特點：

（1）網絡容量：自組網節點數不小于10個。

（2）業務類型：可承載基于IP的語音、視頻、數據等多媒體綜合業務傳輸。

（3）傳輸速率：支持業務傳輸吞吐量信道速率不小于80M bps，業務速率不小于60M bps，可滿足10個船載臺站同時接入，每個船載臺站接入業務吞吐量不小于2M bps。

（4）傳輸距離

？ 岸海接入

不小于50公里（岸基站高度100米）；

？ 編隊自組網通信

通信單跳不小于20海里；

通信語音不小于3跳，數據不小于6跳。

（5）傳輸時延：≤30 ms（單跳）。

五、船舶編隊通信安全

由于移動自組網節點間是通過無線信道進行通信的，傳送的信息容易受到監聽、篡改、偽造等；自組網同時又是一個多跳無線網絡，路由協議需要每個節點的參與。因此，為了解決數據來源不可控、數據信息被竊取、通信過程被監聽等通信安全問題，需要對船舶編隊通信鏈路進行加密，以確保編隊通信安全。船舶編隊通信安全可以采用PKI數字簽名技術，搭建CA身份認證系統，為船舶編隊內的各節點發放數字證書，明確密鑰分發管理機制，以鑒別收發者的身份，同時保障各節點通信內容的完整性，并做到通信信息的不可抵賴、不可篡改。

六、結論

移動自組網由于不需要固定基站的支持，在軍事戰術通信、應急通信、協同移動通信等方面有廣闊的應用前景。本文是移動自組網技術在海事巡邏船編隊組網這一典型場景中的應用；由于海上通信環境容易受到氣象、水文等自然因素的影響，同時還受到衛星覆蓋情況的影響，通信環境比較復雜，進一步的通信保障還有待研究。

參 考 文 獻

[1]IETF. Mobile ad hoc networks charter [EB/OL]. http：//www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html，1999-07-31.

[2]史美林，英春.自組網路由協議綜述[J].通信學報，2001，22（11）：93-103.