衛星移動通信與無線自組網的融合及應用

王俊峰,吳翔洲,杜吉慶

(南京熊貓漢達科技有限公司,江蘇 南京 210000)

0 引言

盡管通信系統在現階段社會生活的各個行業中有著較為廣泛的應用,但仍然存在一些問題。網絡信息技術的發展是無線自組網系統發展的前提,將衛星移動通信系統與無線自組網系統進行有效融合,能夠充分借助網絡信息技術,實現衛星移動通信系統的優化調整和升級,提高移動通信的信息傳輸質量和效率[1]。

1 衛星移動通信系統

衛星移動通信系統本質是一種利用衛星通信,為用戶提供系統范圍內的漫游及移動通信服務的多址傳輸,移動用戶之間或移動用戶與固定用戶之間,利用通信衛星作為中繼站而進行的通信。系統一般由通信衛星、關口地球站、控制中心以及移動終端組成。衛星移動通信系統依據其所用軌道不同,主要分為靜止軌道、中軌道、低軌道。

衛星移動通信系統通過遠距離的衛星通信實現對全國范圍內所有地區的信號進行連接和傳輸,并應用TDMA和CDMA兩種多址連接技術保證偏遠山區以及海洋等地也能實現移動通信。在實際應用中,林區、都市密集區等很容易阻礙衛星信號的發射和傳輸,這也是現階段我國難以完全發揮衛星移動通信系統作用的主要原因[2]。

2 無線自組網系統

無線自組網系統以無線網絡為基礎,是一種由多個可移動節點組成的臨時性多跳自治系統。傳統的無線網絡系統是以路由器為預設的基礎設施,需要搭建移動網絡才能滿足網絡通信的需求,且路由器位置不能隨時移動。無線自組網系統能夠將網絡中的每個節點都看作一個路由器,在提高網絡通信效率的同時,也能有效避免外界干擾因素的影響[3-4]。

Adhoc和Mesh網絡是無線自組網以不同的技術原理應用在不同場景中的兩種類型,根據無線自組網的數據帶寬應用需求,可以將其劃分為窄帶和寬帶兩種自組網系統。(1)窄帶無線自組網數據帶寬大多在幾百Mbit/s范圍內。(2)寬帶是我國現階段廣泛應用的無線自組網方式,其數據帶寬范圍為1 Mbit/s到幾十Mbit/s。寬帶無線自組網系統以Mesh網絡為主要網絡,可以劃分為COFDM IP Mesh,WiFi Mesh兩種系統。其中,COFDM IP Mesh系統具有快速自組織、體積小等特點,在戰術類無線移動通信系統中有更加明顯的應用優勢。

3 無線自組網與衛星移動通信的融合應用

衛星移動通信系統難以對阻礙衛星信號傳輸的地區提供通信服務,在深入研究解決措施的過程中,人們發現無線自組網與衛星移動通信之間的共同點,并將無線自組網與衛星移動通信嘗試融合,取得的一系列成果為兩種系統的融合應用提供了一定的思路,并取得了一定的實踐成果,具體包括以下幾個方面。

3.1 終端設備層面單通道雙模的應用

無線自組網與衛星移動通信系統都是通過終端設備為用戶提供通信服務的,在無線自組網與衛星移動通信的融合過程中,必須考慮終端設備的使用情況。在兩種系統融合應用之后,終端設備的作用主要通過雙通道雙待以及單通道雙模兩種類型來發揮,終端設備層融合應用體系如圖1所示。實踐發現,單通道雙模類型在數字化單兵以及無人化平臺的應用中效果更加明顯。

圖1 終端設備層融合應用體系

3.1.1 數字化單兵

無線通信發揮傳遞信息與命令的重要功能。信息化和數字化技術的發展使得各行各業都在朝著信息化的方向發展,單兵在信息化場景下執行任務的過程中,需要依靠數字化設備才能實現攻擊、防護、觀察、通信等任務。COFDM IP Mesh系統作為無線自組網系統中體積較小、便于攜帶的網絡系統,能夠通過網絡節點實現單兵在執行任務過程中的通信需求。這種無線自組網系統應用的COFDM技術能夠保證攜帶該網絡系統的單兵在乘坐350 km/h以上的車輛時也能實現雙向通信。將衛星移動通信系統與COFDM IP Mesh系統融合,能通過衛星信號的傳輸及時掌握單兵情況,為任務指揮以及不同單兵之間的協同通信提供更加便利的條件。

3.1.2 無人化平臺

無人化平臺以無人機、無人車等自動操控平臺為主,主要以遠程操控和自主智能實現平臺自控。無線自組網與傳統無線網絡最大的區別就在于其能實現自控,遠程操控的無人化平臺主要依據通信數據的傳輸功能。在應用無線自組網系統之前,無人化平臺的遠程操控存在一定的距離限制,且容易受到輸出功率的影響,因而對體積及功耗有著非常嚴格的要求;應用無線自組網系統能通過COFDM IP Mesh系統的網絡節點提供的IP接口、串口、應用數據等實現與3G,4G,5G等網絡的連接,形成不同的網絡拓撲類型,并通過無人化平臺發射的信號滿足多個無人化平臺的操控需求。

無人化平臺將衛星通信系統與無線自組網融合,如圖2所示。借助衛星移動信號的傳輸,實現在各種環境和地形條件下的數據信息采集以及高效傳輸等功能,搭載設備包括檢測設備、傾斜相機、高清相機等,不僅能加強對無人化平臺的指揮和控制,還能滿足地質工程等特殊行業的勘探和偵查工作需求,其數據成果包含監測數據、傾斜模型、4D產品等,可以為相關工作提供更加科學、可靠的數據信息支撐,也為我國衛星通信事業的發展提供技術融合的相關思路。

圖2 無人化平臺

3.2 智慧應用平臺

無線自組網系統與衛星移動通信系統的融合,最主要的就是通過搭建移動通信網絡形成高效、高質量的移動通信系統,基于其搭建的智慧應用平臺能夠在海洋和林業領域發揮重要作用。

3.2.1 智慧海洋平臺

無線自組網與衛星移動通信系統的融合,可以促進智慧海洋工程建設目標的實現,主要采用對海洋具有動態監控功能的綜合服務平臺。其中,寬帶自組網系統中的WiFi Mesh系統在海洋通信網絡的構建上發揮重要作用,該系統可以將整個海洋范圍進行網絡覆蓋,通過衛星移動通信系統收集、探測海洋每個網絡節點的信息,再經由衛星信號輸送給用戶。這種網絡系統在實際應用中不僅能滿足多種海洋探測需求,還能通過高效的海洋數據信息傳輸功能促進我國海上經濟的發展。

3.2.2 智慧林業平臺

對于林業林區的業務,森林管理和防火是兩項重點工作內容。由于林區樹木會阻擋衛星信號的傳輸,在應用無線自組網系統之前,通常采用ATC以及衛星/雙模終端實現林區管理。在林業林區設置多個不同的網絡節點,能夠有效解決衛星通信系統難以對林區進行衛星網絡信號覆蓋的問題。無線自組網與衛星移動通信系統的融合,以實時多樣化林區監測、林區巡邏監控指揮以及防火應急救援指揮功能的實現最明顯。在對林區進行監測和巡邏的過程中,移動通信網絡系統的應用不僅能有效保證林業林區管理工作的順利開展,還能有效降低林區火災等意外事故的發生率。

智慧應用平臺的應用,不僅能夠充分發揮衛星移動通信與無線自組網的融合優勢,還能夠有效促進我國基礎行業和領域的發展。現階段,智慧應用平臺逐漸在我國的海洋和森林領域發揮越來越重要的作用。將衛星移動與無線自組網進行結合,有效彌補了現階段衛星移動通信系統應用中存在的缺陷,是促進我國衛星事業以及移動通信事業發展的重要途徑。

在系統安全方面,智慧林業平臺采用安保技術,基于國密安全芯片和國密加密算法的硬件認證及數據加密,建立起“端+管”一體化安全體系。特別是針對數據安全保障,采用數據自毀措施,密碼輸入錯誤超過指定次數,移動智能終端存儲的數據自動銷毀;同時,利用唯一標識,實現移動智能終端—數據—用戶三者之間的綁定。

4 結語

綜上所述,無線自組網與衛星移動通信的融合具有多方優勢,不僅有效彌補了我國目前衛星移動通信系統應用中存在的缺陷,還能為衛星移動通信技術的升級和改造提供一定的參考。在未來的衛星移動通信事業發展過程中,無線自組網與衛星移動通信的融合是主要的發展趨勢和方向,將會推動我國各行各業的信息化發展。