基于Mesh網絡多源異構混合信息一體融合技術研究

摘 要：結合作戰數據建設發展任務實際，面向“廣域多能戰”的數據集成運用特點，基于Mesh網絡技術提出面向作戰大數據無線智能傳輸方案，將作戰各類型數據實時傳輸至遠程數據處理平臺進行可視化操作和數據智能存儲分析，為指揮機構提供貫通各級、交互可控的“科技+”“網絡+”的數據集成運用全新模式。

關鍵詞：廣域多能戰；多源異構；Mesh網絡

中圖分類號：E911；TN92 文獻標志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1673-3819.2025.02.006

Research on integrated fusion technology of multi-source

heterogeneous hybrid information based on Mesh network

ZHANG Weiren， HUANG Xuxing

（Urumqi Campus of the Engineering University of PAP， Urumqi 830002， China）

Abstract：According to the practical task of data construction and development， and the characteristics of data integration and application for “wide area multi-ability warfare”， a scheme of wireless intelligent transmission for large data in combat is proposed based on Mesh network technology， real-time transmission of various types of combat data to remote data processing platforms for visual operations and intelligent data storage and analysis， to provide command organizations at all levels， interactive and controllable “science and technology +”“network +” data integration using a new model.

Key words：wide area multi-power warfare; multi-source heterogeneous; Mesh network

近年來，國家總體戰、一體化聯合作戰和一線自主協同網信體系建設大幅推進，部隊遂行任務時對短波、超短波、數字集群、衛星電話、視頻指揮、電視電話會議、視頻監控、可視化評估和無人裝備操作等綜合信息保障技術需求日益迫切。數字化裝備種類和數量逐年遞增，通信方式更新迭代，新老裝備并存，信息化裝備數據傳遞和層級結構日趨復雜。如何對信息化裝備數據進行集成運用成為作戰需求的重要環節，對不同類型通信裝備體系數據融合提出了更高的要求。裝備的信息化設備主要為有線電通信設備、無線電通信設備、交換設備、單兵智能終端等。這些設備又分不同型號和批次版本，導致現有信息保障方式存在實時信息數據龐雜、異構設備難以兼容和傳輸鏈路雜亂等短板，嚴重制約了作戰指揮快捷性、行動高效性、保障有序性的要求，研究人員急需圍繞面向“廣域多能戰”的數據集成運用體系建設加大研究。

1 國內外研究現狀

現代戰爭的基本特征是“過程迅速、打擊準確、技術密集、體系制勝”，數據集成運用開發注重扁平化、智能化和網絡化的設計，要適應這種狀態的變化，戰爭實施的每個環節都必須作相應的一些改變，傳統的數據集成技術必須徹底改變。

俄羅斯為應對當前的安全威脅，逐步強化信息裝備和智能化設備的部署，初步實現網絡化的作戰指揮，構建起統一的數據集成運用系統。美國戰術互聯網是依托無線電通信和網絡技術，將各類型信息化裝備集成運用。美軍部署戰場無線網絡，可實現分布式、自適應的網絡結構，實現了網絡在實戰中的可靠保障，實現通過數據鏈技術手段，進行即時的戰術數據交換[1]。國內信息化建設起步較晚，有線通信發展較為全面，無線通信主要集中在衛星通信、超短波和短波電臺、微波接力等方面。作戰指揮中末端數據實時接入還存在設備龐雜、隨遇共享能力弱、音視頻信號傳輸速率帶寬窄等問題；各類通信系統均為獨立組網分屬保障，兼容性、互通性差；無人裝備存在實時數據轉換傳輸遲滯、可視化指揮范圍有限、信息化設備信息采集單一、軍民融合項目中前沿智能設備無網可依、戰場動態網絡支持欠缺等現實突出問題。信息獲取方式手段單一，渠道互限，覆蓋全域的各類傳感器系統和偵察情報系統尚未完全建立[2]。現有移動通信指揮車信號覆蓋范圍、信息獲取的體量和質量遠遠不夠，無法實時獲取完整、準確的戰場環境大數據信息。

2 數據集成技術分析

一體化聯合作戰必須著眼構建數據廣域覆蓋、融合調度、指揮精準高效的全新保障體系。為確保信息保障的“迅速、準確、保密、暢通”，實現戰場指揮控制系統化，僅靠發揮各種信息資源的單獨作用是遠遠不夠的，只有將各種信息資源進行技術組合才能發揮出整體的作用[3]。因此，如何合理配置和融合“戰場最后一公里”數據信息就顯得尤為重要。

隨著全球信息化產業的不斷發展，傳統的信息技術已經不能滿足數據集成需要，無線通信技術作為一種無中心、自組網的靈活通信技術越來越廣泛地被應用。無線通信傳輸技術一般按照通信距離區分，遠距離無線通信技術最主要的是4G/5G的移動運營商通信技術，雖然已成熟運用，但是存在建設、使用和維護成本高，數據易泄漏，終端網絡不可控等因素，不適合軍事應用[4]。無線傳輸近距離技術包括無線Mesh網絡技術（wireless mesh network， WMN）、無線寬帶（WiFi）、窄帶物聯網（NB-IoT）、廣域網（LoRa）、藍牙（bluetooth）、ZigBee等。綜合比較這些技術，其中，無線Mesh網絡日趨成熟，通過Mesh網絡實現用戶連接及數據分撥，再通過網關與其他系統互聯，實現信息傳輸。Mesh技術與其他的無線網絡技術區別主要體現在其不僅提供數據傳輸，還與自身網絡節點進行數據信息傳輸，同時能采用多跳的形式在自身系統中進行信息傳輸[5]。這種技術極大地拓展了無線通信的傳輸距離和覆蓋范圍，節省了建設及維護成本，增強了信息傳輸的靈活性和可靠性，是解決當前數據傳輸與集成瓶頸問題的可行方案。

3 多源異構混合信息一體融合技術

基于Mesh網絡技術，多源異構混合信息一體融合技術是依托OpenWrt智能路由網關節點科學構設無線網狀結構的無線網絡環境。該技術在無線網絡拓撲結構產生變化時，能隨無線網絡節點拓撲結構變化進行自動組織和配置。網絡使用最優鏈路狀態路由協議（optimized link state routing，OLSR）和OpenWrt系統OLSR協議程序組建協議，以OpenWrt搭建Mesh網絡結構，支持移動和多種存取方式，以及多路徑、多速率的多跳網絡（multi-hop）。

3.1 方案結構

智能無線傳輸系統（圖1）主要從硬件架構、系統架構、系統管理三個方面對系統進行設計。智能無線傳輸系統具備安裝部署快捷、結構靈活、帶寬高、成本低、自愈合和智能處理等先天優勢。

3.2 方案網絡結構

無線Mesh網絡中節點主要有普通STA（station）節點、Mesh網關節點MPP（Mesh portal point）以及Mesh STA節點三種類型。其中，普通STA節點就是Mesh網絡中的終端節點，沒有組網功能和Mesh路由功能[6]。Mesh網關節點中Mesh路由功能可以實現自動組網，并且以IEEE802.11標準執行，實現數據轉發和入網連接，是構建無線Mesh網絡結構中的重要組成節點，但缺點是不適用于快速機動的場景。而Mesh STA節點既具備普通STA的特點和Mesh路由功能，還可實現讓用戶設備接入多跳網絡，并將相關數據轉發至其他節點上。

智能無線傳輸系統中無線Mesh網絡的基本服務集BSS（basic server set）可實現數據傳輸協調和網絡接入管理等功能，其是由MP節點、Mesh STA節點以及終端STA節點三部分組成的集合，如圖2所示。

3.3 方案網絡通信拓撲結構設計

無線Mesh網絡分為三種組網模式：鏈式組網、星型組網以及本文所采用的網狀組網。其中，鏈式組網是通過鄰居節點間的相互連接實現數據的連接與轉發。而星型組網主要通過Mesh STA節點實現數據傳輸，其是一種常見的網絡拓撲結構，但由于星型組網模式中自身的星狀網絡拓撲不能實現遠距離、大范圍組網，故無法有效提升Mesh網絡的傳輸距離和覆蓋范圍。網狀組網則是將鏈式組網和星型組網兩種模式進行結合實現通信功能。在這種組網模式下，如果有Mesh STA節點在網絡中出現，就會立即與之相連接，并形成通信鏈路。這種組網模式具備諸多優勢，尤其是具有較強的遠距離組網功能，但也存在一些短板，例如在短距離、小范圍使用時效費比較低，需搭建3個以上Mesh節點才能滿足使用要求。結合上述特征，如果將Wi-Fi接入無線Mesh網絡就能巧妙解決這一問題，實現覆蓋范圍更廣、傳輸距離更遠、建設成本更低、可靠性更高的目的。

（1）MP節點：它是有線網絡與無線網絡相連接的樞紐，其主要職責是進行Mesh網絡和有線網絡間的數據傳輸。

（2）Mesh STA節點（圖3）：它是同時具備路由功能、Mesh組網功能、終端STA功能以及路由器數據轉發等功能的STA（station）。

（3）終端STA節點：它采用基于混合網絡架構（圖4），可以實現無線Mesh網絡A通過有線網絡與無線Mesh網絡B的遠程互訪。

3.4 方案基本技術性能分析

方案基本技術性能分析依托實戰化訓場地進行測試實施，測試范圍選擇方圓200 m矩形區域，性能分析中僅考慮平面數據，如圖5所示。

測試中，無線節點預裝OpenWrt系統，依據縱軸、橫軸確定節點次序編號，結合OLSRD軟件組建Mesh無線網絡，根據設備接口配置IP，運行數據如表1所示。

智能無線傳輸系統每個路由節點至少可支持500個設備接入，理論數據帶寬三頻段綜合數據可達1 000 Mb/s，具備定位數據、音視頻數據和通信數據等數字化智能自適應無線數據傳輸性能。預期基本技術性能如下。

3.4.1 自愈抗毀性

系統在遭遇路由節點斷電、故障和損毀等因素影響時，接入設備可智能尋找最近節點重新接入系統，其通過驗證識別，可實現網絡拓撲重構和路由鏈接，自愈時間根據網絡復雜程度約為數秒至數分鐘[7]。網絡內單點或局部出現問題不會引發大范圍故障甚至全網癱瘓，這種架構自身具備較好的自愈抗毀能力，特別適用于作戰中復雜苛刻的環境[8]。

3.4.2 業務承載多樣性

系統基于無線自組網技術，可實現多樣化的業務承載能力，戰場音頻、視頻、指揮調度信號、位置信息和網絡數據等業務信息可實現多點多方向最優路徑智能傳輸，適應廣域、多維實戰需要[9-10]。

3.4.3 高靈活性

系統根據作戰任務可實時擴充信號覆蓋規模，可依據場地形狀及范圍增設路由節點，實時增容、擴域，滿足作戰數據保障需求，也可借助無人機節點實現多維布設，靈活應對各種復雜情形[11]。此外，系統還可通過無線多跳的中繼方式擴展和延伸通信距離，實現遠距離、大范圍通信需求。

3.4.4 自動增益

路由節點采用MIMO天線技術（multiple-input multiple-output， MIMO），利用MIMO天線技術的波束賦形和自適應算法，信號輻射方向可根據移動目標方向進行智能增益，與傳統天線相比，MIMO天線技術信號輻射方向的調整角度擴大了約3倍，誤碼率降至10-5以下，數據傳輸速率提升至150 Mbit/s。其不僅提高了信號輻射方向的靈活性，還可通過空間分集增益增強了信號接收的質量與可靠性，同時能提高數據傳輸速率。

3.4.5 高移動性

系統路由節點采用基于MN-MIMO技術的多天線一體化設計，實現信號的多入多出性能。系統平臺與路由節點、路由節點之間均為無線連接，具有精準布設、快速撤收特性，滿足現代化戰爭需求。

3.4.6 多平臺協同

基于Mesh網絡技術，多元異構混合信息一體融合技術兼容常規網絡協議，可隨時接入各類網絡，實現無線加有線的網絡拓撲結構，接入網絡的任何節點經授權可實現遠程協同控制功能，利用智能自組網的拓撲特性，可將現場采集信息直接分享至遠端協同平臺，無須再經系統中心轉發，實現扁平化網絡結構。

3.4.7 高安全性

系統采用業界認為最安全的加密方式——WPA2-PSK的AES算法加密，加密秘鑰量可達128 位，認證秘鑰量 64 位。系統設置至少8位密碼，經計算，如果密碼中包含10位數數字、26位區分大小寫英文字母，以最低要求的 8 位數密碼計算，秘鑰量可達628，達百萬億級小概率事件，并且這還是沒有納入特殊字符的數據級別。系統根據作戰密級要求還可設置更為復雜的秘鑰或者集成可信數據加密模塊，提高保密等級。

4 結束語

基于Mesh網絡技術的多源異構混合信息一體融合方案研究內容由按設備物理屬性構建的“樹狀”傳統鏈路模式轉變為智能化“網狀”鏈路模式，實現“縱向層次化、橫向模塊化、動態部署化、集成體系化”的一體融合思路，構建一網承載、多能融入、人機混編、智能聯動和輔助決策的信息鏈路架構體系，實現數據集成運用的倍增效益。

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（責任編輯：張培培）