移动网络下船舶通信终端系统设计探析

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摘要:近年来，海上船舶的种类和数量越来越多，船舶之间、船舶与陆地之间的数据传输需求越来越大。为了满足日益增长的通信需求，海上船舶的移动通信网络获得了广泛的重视。本文系统介绍了GMDSS，AIS和AdHoc移动通信网络，并重点研究了海上船舶的AdHoc移动网络，设计了一种AdHoc网络的嵌入式船舶通信终端，详细介绍了通信终端的开发过程，并研究了移动终端的DSDV通信协议。

关键词：移动网络；终端开发；硬件；AdHoc网络

0引言

自从现代化船舶工业诞生以来，海上移动通信技术始终是世界各国的研究重点。从最早的无线电通信、雷达通信技术，到目前日渐成熟的卫星电话、GPRS通信和AIS移动通信，海上移动网络不断的进行技术革新。海上移动网络对于船舶的航行有非常重要的作用，在船舶执行日常作业任务时，海上移动通信可以为传播提供导航数据、岸基指挥信号等，帮助船舶工作人员进行航线的制定，提高航行的效率；在船舶出现事故或有紧急状态时，移动网络可以实现船舶与海上监管部门的快速联系，第一时间获得海上救援，保障航行船员的安全。近年来，随着船舶数量的增加，海上移动网络传递的数据呈指数性的爆炸增长，为传统的海上移动通信提出了更高的要求。受传统移动通信技术硬件设备的限制，移动通信网络往往会存在信道拥塞、信号传递不畅通等问题。本文重点介绍了2种海上移动通信网络技术，分别是GMDSS系统和AdHoc移动网络技术，重点基于AdHoc移动网络技术搭建了海上移动通信系统，并开发了一种AdHoc移动网络的移动通信终端，对于改善当前海上移动通信网络的性能有重要价值。

1船舶海上移动通信网络的研究与发展现状

海上移动通信根据信道频率可以分为短波、超短波和微波通信方式，目前，海上应用范围最广的移动通信系统是AIS系统、GMDSS系统和AdHoc移动网络技术[1]，如下：1）GMDSS全球海上遇险和安全系统GMDSS是全球海上遇险和安全系统，是IMO为了提高海上预先救援的时效性，组建一种综合移动通信系统，该系统移动网络工作频率为短波通信，由轨道卫星、地面无线电基站和船载终端共同构成。船舶发生事故时，可以通过GMDSS系统的船载终端发送救援信号，信号通过轨道卫星发送至陆地的基站，进一步指挥船舶救援。GMDSS系统可以为用户提供如下功能：①报警功能。报警功能是GMDSS系统的基础功能，一旦船舶发生碰撞、触礁等事故，可以通过该系统向岸基、附近船舶进行报警。②现场通信功能。在事故船舶的搜救过程中，GMDSS系统能够在现场与岸基控制中心、遇险船舶、救援飞机等构建通信网络，确保救援的顺利进行。③定位功能。GMDSS系统集成了GPS定位模块，不仅能够实现自身船舶的全球精确定位，也能够通过遇险船舶的无线电信号进行其他船舶的定位，寻找遇险的船舶。2）AIS系统AIS是自动识别系统的缩写，该系统对于船舶在一定范围内的航行安全性有重要的作用，特别是在港口等船舶密集的区域。国际海事组织IMO规定国际航行船舶、客船等必须要配置AIS系统。AIS系统采用的移动网络为VHF超高频无线电通信，它的移动通信频段为162.025MHz），信号传输的速率为9600bit/s。AIS自动识别系统在船舶数量较少的情况下能够发挥重要作用，但是当海域内船舶数量较多时，无线电数据传输的干扰信号较大，信号质量下降。3）移动AdHoc网络近年来，移动AdHoc通信网络成为了一项热门研究，这种移动通信技术不同于GMDSS技术和AIS通信技术，它不需要固定的中心基站，是一种具有自动组网和信道分配功能的通信网络。移动AdHoc移动通信网络是一个多跳（Multi-hop）的通信网络，且网络中的节点按照分布式算法相互之间协调运行，每个节点都能实现自治，从而为海域内的船舶提供一个可靠的网络服务。图2为移动AdHoc通信网络的节点拓扑结构。在船舶AdHoc通信网络中，每一个具有终端的船舶都是网络中的节点，每个船舶节点都具有路由器的功能，不仅能够实现与相邻节点之间的数据传输，按照通信协议对相邻节点之间的数据进行编码和解码，确保船舶节点之间的通信可靠性。本文研究的重点也是船舶AdHoc通信网络，通过借鉴GMDSS系统的船载终端的设计思路，本文开发了船舶AdHoc通信网络的移动终端。

2船舶AdHoc移动网络的通信终端系统设计

2.1基于嵌入式的船舶移动网络终端硬件设计

由于船舶AdHoc移动通信网络中的节点同时具有终端功能和路由功能，因此，本文结合嵌入式技术设计了一种AdHoc网络终端，功能原理如图3所示。船舶AdHoc移动通信网络终端主要由电源模块、语音编码单元、放大单元、输入单元、定位信息采集单元、网关处理器单元、无线射频单元和信道组成。在AdHoc移动通信网络终端的开发过程中，重点对硬件结构进行设计。1）网关处理器单元移动通信网络终端的网关处理器采用Orion/R4600处理器[2]，该处理器具有强大的计算性能，同时功耗和体积均比较小。网关处理器是船舶网络通信终端的心脏，负责AdHoc移动通信网络的路由查找和数据处理等功能，同时也负责通信网络的路由协议获取以及路由计算。2）语音编码单元网络终端的语音编码单元采用AD75681芯片，实现数模转换，同时还具有语音信号的滤波功能，能够实现船舶之间的实时、双向音频编码。3）信道单元在AdHoc移动通信网络终端上，本文设计了2种12.5/25kHz带宽的无线信道，其中一种信道负责数据传输和路由协议的维护，总共有6个；另一种信道负责船舶网络节点之间语音、短信息等数据的传递，总共有8个。4）定位信息采集单元终端的定位信息单元采用GPS全球定位导航系统，选用的芯片类型为SR-60GPS芯片。

2.2船舶AdHoc移动网络的路由通信协议

在AdHoc移动网中终端中，通信协议是数据传输的基础。本文采用DSDV协议[3]作为船舶终端的数据通信协议，该协议框架下每个船舶AdHoc移动网络节点需要对特定的路由信息表进行运维，该路由信息表中包含了当前节点和数据源节点的地址、序号等重要信息。DSDV通信协议相邻节点之间需要周期性的交换路由信息，更新路由信息表，明确AdHoc移动通信网络的节点变化。图4为AdHoc移动通信网络终端的路由信息表示意图。

3结语

船舶AdHoc移动通信网络是一种热门的移动通信方式，实现了海域内规模化的通信网络搭建。本文通过研究GMDSS系统的移动终端原理，开发了一种船舶AdHoc移动通信网络的终端，并重点研究了终端的硬件组成和终端的移动通信协议实现。

参考文献：

[1]董鹏,邵壮志.基于AdHoc网络的船舶通信终端显示系统研究[J].数字技术与应用,2015(11):36–36.

[2]王春波,赵建平,冯宇.基于蓝牙的AdHoc网络研究与实现[J].吉林大学学报:信息科学版,2014(1):101–105.

[3]任建科.GMDSS通信设备模拟器系统的网络设计[J].上海海运学院学报,1999,20(2):56–56.

作者:林俊发 李旭明 黄丕赛 单位:广州市成格信息技术有限公司