多体制融合的海上卫星通信网络建设研究

    关田静

    

    摘要：卫星通信是地球无线电通信站使用卫星作为中继实现的通信，其通信距离较远，并且覆盖范围较广，具有较大的容量及较强的机动性，从而使卫星通信成为海上执法舰船通信的主要途径。但是卫星通信的体制较为复杂，并且通信过程中的设备较多，导致卫星通信的进一步发展受到了限制。基于此，文章分析了卫星通信相关体制的发展，提出了基于多体制融合的海上卫星通信网络，从而有效解决传统卫星通信过程中的问题。

    关键词：多体制融合；海上卫星；通信网络

    海洋面积占据地球的1/4，海上通信是人们在海洋资源开发及跨洋航行中的主要问题。地空高频无线通信受到距离的限制不能够为轮船及飞机的跨洋航行提供通信，卫星通信具有灵活方便的特点，能够为飞机及轮船等航线提供通信途径。在航空运输及远洋不断发展的过程中，航海及民航运输业对卫星通信的要求越来越高。在现代用户对系统容量及传输速率需求不断提高的过程中，传统低速率应急卫星通信己经无法满足现代市场发展需求，所以就要创建全新的海上卫星通信网络，从而满足海上终端及飞机的通信需求。

    1海上通信技术面临的问题

    现代海上通信的主要方式包括以下几种：（1）距离海岸线30海里之内的海域可以通过地面移动通信实现；（2）距离海岸线30?50海里的海域可以通过特高频（UltraHighFrequency，UHF）及甚高频（VeryHighFrequency，VHF）频段无线电对讲或者卫星实现数据及语音通信；（3）距离海岸线50?180海里的海域可以通过单边带短波电台实现；（4）距离海岸线180海里以外的海域可以通过超短波电台实现。以此可以看出，现代海上通信技术面临海上远距离通话方面的问题，因为信道资源缺乏，通信成本较高，不能够和地面网络相比[1]。

    在地面网络不断发展的过程中，人们对于网络使用的需求越来越高，除了一般的通话之外，大部分的终端业务都要通过网络实现。现代地面移动网络己经发展成为4G，不久就会推出5G网络业务，人们的上网速度也会不断提高。但是海上网络业务还没有覆盖，部分场所的通信通过卫星通信实现，还处于2G蜂窝链路交换阶段。

    现代海上通信技术要解决的就是通信距离方面及网络通信限制方面的问题，目前海上使用的卫星通信设备主要包括国产及进口两种类型，两者都要面临更新换代的问题，并且进口卫星通信设备的控制接口不能完全开放，系统集成开发使用受到了约束[2]。

    2多体制融合的海上卫星通信网络2.1创建目标

    创建海上卫星通信网络的主要目的就是提高卫星通信系统的业务、宽带速度、覆盖面及安全保密性，系统使用计算机设计，支持图像、视频、语音、文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）、超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）及邮件等业务，覆盖范围为300万平方公里，具有较高的安全性，通过便捷性的通信网络实现跨网的互通互联，为海上舰船及飞机通信指挥提供保障。创建海上卫星通信网络的思想为：提高卫星通信效率，充分使用现有网络，促进海上卫星通信的未来发展，实现岸海一体化[3]。

    2.2海上卫星通信网络的总体结构

    根据海上舰船及飞机使用需求，本文所创建的海上卫星通信网络主要包括两个主站及卫星通信移动小站，主站和业务通信中心使用光纤链路相互连接，两个主站通过地面公共光纤网络和卫星信道相互连接，以此能够实现主站和业务信息中心链路的相互连接，从而有效提高网络的可靠性。舰船移动站的创建要以实际业务需求和安全条件的配置实现，在用户站通过鉴权之后连入网络，通过其中的某个主站和海上卫星通信网络相互连接，岸基指挥中心的业务通信通过用户站及主站实现[4]。

    2.3海上卫星通信网络的功能架构

    海上卫星通信网络的功能架构如图1所示，可以看出，有线网络和卫星子网是通过IP相互透明操作的，通过SAP接口实现和卫星相关功能及和卫星没有关系功能的相互分离，和卫星相关层主要包括卫星物理层及卫星数据链路层[5]。

    2.4海上卫星通信网络的架构

    海上卫星通信网络架构使用网络传输方案，此方案包括IP路由及空口MAC路由，主要由网络层IP地址及物理层两种寻址方式，海上卫星通信网络寻址的设计为：每个用户站中有一个物理地址，在非易失存储器中保存，和唯一用户站相互对应。每个用户站任意制定到某个特定数据传输时都是使用用户站地址，任何制定传送到用户站数据都是使用广播地址。网络层寻址使用应用协议方式，简单来说就是IP地址寻址，主站和用户站都是在下级创建独立子网，不同用户站维护针对的子网网络，主站端用户站网络的管理通过网管实现。典型的网络架构可以详见图1，系统中的设备地址和IP地址进行灵活设置，如果有相应的需求，可以使用动态主机配置协、议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）自动分配。

    2.5海上衛星通信网络的功能

    首先，本文所设计的海上卫星通信网络具有邮件，图像，语音，FTP，视频及HTTP等业务；另外，能够根据实际的使用需求对宽带进行动态调整，并且实现资源的优先级配置，还能够实现业务流量、网络设备及卫星链路的动态监控；其次，各级的信息中心和分中心都能够将舰船的航迹及位置实时显示，以此获得船艇的航迹及位置信息，从而形成地图；最后，信息中心还能够实现重点船艇位置信息的监测，并且对通信中的网络层进行全面的安全防护及加密，操作用户实现分级权限管理，实现业务网及网管网的逻辑隔离，使用保密模块加解密物理信道，支持IP加密设备，使用多手段实现网络通信的安全[6]。

    3结语

    卫星通信在多年的发展中，其卫星业务不断地拓展，卫星通信体制也在持续发展，尤其是全新的多模自适应卫星通信接入，为海上卫星通信提供了全新的研究方向。本文所设计的海上卫星通信网络在投入实际运行中，能够有效解决现代海上舰船实现卫星通信过程中自动化程度弱、沟通效率低及网络能力较低的问题，创建多体制的信息传输交换平台，能够为海上舰船等平台提供多保障的卫星通信服务，为全国海上业务指挥中心提供全面的业务通信基础保障，以此提高海上舰船卫星通信的效率。

    [参考文献]

    [1]吴博.FMT-TDMA卫星通信体制关键技术研究[D].西安：西安电子科技大学，2014.

    [2]李奇峰.卫星移动通信系统的WCDMA兼容体制传输性能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2013.

    [3]郝学坤MF-TDMA卫星通信多站型组网体制研究[J].无线电通信技术，2012（1）：5-6.

    [4]吴素华.基于融合通信的海上一体化指挥信息网络研究[J].中国新通信，2016（19）：5-7.

    [5]沈玉.MF-TDMA卫星通信系统网络规划技术研究[J].无线电通信技术，2014（4）：11-14.

    [6]马俊.多体制融合的海上卫星通信网络建设研究[J]·中国新通信，2016（8）：107-110.