移动网络下海上通信系统构建应用

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摘要:为及时监控海上通信系统运行状态，提出基于移动网络的海上通信系统构建与应用。系统通过移动网络通信，实现海上监控装置、移动工作站、数据服务器间的通信，由海上监控装置及时采集与传输通信系统运行状态信息，通过数据服务器利用移动网络通信将数据传输并反馈给移动工作站实现数据内容的访问。在传输过程中及时监控与分析网络问题位置，结合监控中心软件共同实现海上通信系统运行状态的监控，并通过实际应用中验证所设计系统性能。

关键词：移动网络；海上通信；移动调频

0引言

因海上通信系统会受到船舶航行位置、海况信息等干扰，极易造成通信系统运行状态不佳，因而对海上通信系统运行状态的及时监控与管理极为重要[1–2]。且考虑到海上通信无法采用有线电缆、光纤通信及电力载波通信组网等高成本、高技术含量的方式对其进行统一管理，因此海上通信系统运行状态监控的通信组网成为实施海上通信系统运行状态及时监控的难点[3]。随着移动网络日渐成熟，其必然成为创建海上通信系统运行状态远程监控系统的首选[4]。无线通信中首要应注重的即为通信网络的安全性，其次是通信的效率与成功率。本文设计基于移动网络技术的海上通信系统，不仅可提高通信传输的效率与安全性，且保障了监控的及时性。

1海上通信系统设计

本文设计的海上通信系统由海上监控装置、移动工作站、移动网络与数据服务器等共同构成，系统由移动网络实现移动工作站、海上监控装置、数据服务器三者间的通信，为数据服务器和移动工作站装配的用户识别卡为移动4GDTU，而为海上监控装置装配的用户识别卡为GPRS/EDGE，系统构成见图1。为达到移动工作站、海上监控装置与数据服务器三者间由移动网络实现数据通信的目的，可在为系统内全部节点通电之后依次获取专用移动网络的内部特定IP地址，此地址由移动按照SIM卡号进行分配得到。海上通信数据信息通过海上监控装置传输到数据服务器，由系统后台运行的SCADA软件分别实现数据服务器对所接收数据的处理、显示和保存工作以及移动工作站对数据服务器内容的访问工作，为降低此过程中的通信风险，提升海上数据采集、处理保存和显示等工作的精准度、效率与安全性，可将所传输数据与待访问数据通过海上监控装置与数据服务器分别实行压缩与加密处理，实现基于移动网络技术的海上通信系统运行状态监控通信系统移动通信特点充分显现的目的，并有效提升数据传输的精准度与效率。

1.1系统原理

系统设计过程中主要以移动网络内的CMWAP为基础进行数据通信，此时需要向移动公司申请专用无线静态专网端口，并赋予用户专属GGSN节点域，此域可实现不同通信SIM卡的申请。同时在GGSN节点上能够进行用户SIM卡的登录使用，使GGSN节点能够对SIM卡的IMEI号码和移动网络称呼进行实时校对，待校对准确之后为域中SIM卡分配特定IP地址。比如192.168.10.xxx，对于域中全部SIM卡来说，各个SIM卡彼此间可进行通信，而不可对域外其余IP进行访问，且处于域外的互联网与所有SIM卡同样不可对此域进行访问。全部数据均由移动无线专网实现传输，数据传输极其安全，因此各DTU可直接对监控中心发起连接。

1.2数据服务器

上文分析并设计了移动网络无线专网通信，现将其与专线组网传输通过移动客户平台中继进行连接，并与专网平台联合，即可建立数据服务器。数据服务器信息传输过程图见图2。数据服务器信息传输的整体过程表现为：1）终端设备利用物联网专卡将信息终端设备采集的海上通信系统运行状态数据经周围基站向客户平台提出传输申请，期间数据传输申请需采用已分配的特定IP地址与移动网络接入点实现。2）先对通信白名单进行身份校对，再根据已设置的移动网络传输方法，采用TDD-LTE中心网络MME节点的HSS服务器鉴权判断附着过程传输的移动网络接入点与IP地址等，如果没有通过判断，客户平台和终端二者间不能创建通信，只有通过判断时客户平台和终端二者间方可进行通信。3）能够对网络进行及时监控与问题位置分析，可及时监控并记录客户平台和终端间所传输的信息状态，并且在没有完成传输时能够分析找寻出问题位置及时向移动工作人员反映予以解除。4）为信息平台和客户中心创建PTN组网，并将各网关相连，采用IPsec隧道模式中的ESP协议以IKE加密后将数据传输到海上运输公司信息平台，由海上运输公司信息平台解密。若采用移动网络则需为专网设置特定的IP地址与接入点称呼，且数据的传输应在符合移动网络鉴权过程之后，若不符合鉴权过程则无法进行数据传输；所使用的移动网络具有成熟的技术与广阔的覆盖率，对提升数据传输稳定性提供有效保证，且移动网络所具备的独立通信通道令传输更顺畅无阻，避免传输延迟。

1.3海上监控装置

及时采集并传输每个海上通信系统运行状态的遥测、遥信及遥脉数据信息的任务由海上监控装置完成，按照任务的需求为海上监控装置设定如下条件：2个以太网口，14个光电隔离串口；集成GPRSDTU功能，令海上通信系统运行状态的数据信息向移动网络的无线远程传输得以完成；支持ModBus，DL450-92（部颁CDT）等规约，且能够向其余规约延伸；移动网络网络的装配由WEB方式完成；工业级产品，高性价比且性能牢靠稳固；采用2U，18寸标准的上架机箱作为整机，其体型小而牢固。依据设定条件开发基于“ARM9+WinCE”结构的海上监控装置。本文系统分别设置不同线程内布置各项任务。其中主线程主要实现GPRS数据的状况标识、定时传输与WDT响应等人机接口任务。通过开发一个具有较高优先等级的线程采集海上通信系统运行状态数据，避免其余线程令采集过程出现停歇现象。共同进行海上通信系统运行状态数据采集线程、人机接口线程与海上通信系统运行状态数据处理线程内的工作任务，由消息响应函数实现各线程间的通信。

2实验对比

以某海上运输公司为例，采用本文系统实现对海上通信系统运行状态的监控与传输，通过测试实验海上运输公司应用本文系统后的移动网络传输速率，验证实际应用中本文系统的应用效果。

2.1移动网络覆盖率对比

为验证本文系统在实验海上运输公司的实际应用效果，现将此海上运输公司划分为8个区域，以A-H表示，对各区域使用本文系统后的移动网络覆盖率情况进行检测，检测结果见表1。据了解移动网络的区域覆盖率标准值为70%，分析可知，应用本文系统后的实验海上运输公司各区域的移动网络覆盖率均高于标准值，说明本文系统具有较好的实际应用效果。

2.2传输速率对比

通过对未采用本文系统的实验海上运输公司的移动网络与采用本文系统的海上运输公司移动网络分别进行检测，依据检测结果对比二者的传输速率，验证采用本文系统后实验海上运输公司运行状态监控数据传输的稳定性。实验参数设置为：随机选取一个移动网络覆盖区域，设置下载速率为16.29Mbps，上传速率为0.43Mbps，网络延迟为48ms，测试运行状态监控数据传输稳定性情况见图3。通过对比未采用本文系统的实验海上运输公司移动网络与采用本文系统的实验海上运输公司移动网络可得出，采用本文通信系统传输速率是原有系统的2倍左右，由此说明采用本文系统的移动网络速率更高，进行数据传输时的效率更高，传输更稳定。

3结语

本文设计一种基于移动网络的海上通信系统，提升远程监控海上通信系统运行状态的效率与准确性，为及时处理海上通信系统运行问题提供有效帮助。本文将此系统应用于某海上运输公司中，通过应用效果可以看出，本文所提系统可以有效提高数据传输效率。未来会继续应用于其他方面，并持续监测本文系统的实际应用效果。

参考文献：

冯伟,唐睿,葛宁.星地协同智能海洋通信网络发展展望[J].电信科学,2020,36(10):1–11.

[1]饶浩,梁显锋,张津舟,等.适用于海上卫星通信终端的快速测试系统[J].电讯技术,2020,60(1):15–20.

[2]王宁,芦海,周彬,等.海上宽带自动跟踪天线系统应用[J].船海工程,2019(A1):213–215.

[3]刁红艳.船载移动网络通信系统的异常信号检测系统[J].舰船科学技术,2020,42(10):140–142.

作者:邓志龙 黄继文 卢盛辉 单位:南宁职业技术学院人工智能学院