海事巡逻船编队自组网的应用研究

敖腾

【摘要】 海事巡逻船在执行应急搜救、溢油指挥和特殊行动时对编队自组网有迫切的需求。本文从自组网的路由协议入手，阐述了按需路由的基本原理，并结合海事巡逻船编队的特性引入了集群路由协议；然后对船舶编队自组网通信网络结构进行了描述，指出了自组网特点；最后针对自组网通信安全问题提出具体的解决思路。

【关键词】 船舶编队 自组网 路由协议 集群路由

一、引言

随着我国综合国力和经济社会建设不断发展，船舶活动密集区域不断扩大，海上交通风险凸显，为切实履行海事部门水上交通安全监督管理职责以及配合海上维权执法行动，特别是应急搜救、溢油指挥和特殊行动等任务需求时，船舶编队显得十分必要，如何解决编队船舶之间的通信问题则迫在眉睫，而移动自组网技术提供了一种可行的解决方式。本文是移动自组网技术在海事巡逻船编队组网这一典型场景中的具体应用研究。

二、自组网路由协议

自组网是指一组带有无线接收装置的移动节点组成的一个多跳临时性的自治系统[1]，主要应用在没有网络基础设施支持的环境中或现有网络不能满足移动性、机动性等要求的情况下。

与单跳无线网络不同，自组网各节点之间是通过多跳数据转发机制进行数据交换，需要路由协议进行分组转发，是各移动节点互相通信的基础。无线信道变化的不规则性，节点的移动、加入、退出等都会引起网络拓扑结构的动态变化。路由协议的作用就是监控网络拓扑结构的这种动态变化，定位目的节点位置，产生、维护和选择路由，交换路由信息，确保网络连通[2]。

自组网一般采用按需路由策略，按需路由认为在动态变化的自组网环境中，没有必要维护去往其他所有节点的路由，仅在没有去往的节点路由的时候才“按需”进行路由发现。拓扑结构和路由表内容是按需建立的[2]。

海事巡逻船编队执行任务时，一般由一艘船舶作为指挥船舶，其余船舶根据指挥船舶的通信指令进行通信。因此，自组网协议还具备了集群的特征。集群路由协议中，节点可分为普通节点（工作船）和群首节点（指挥船）两种类型。工作船和指挥船共同维护所在集群内部的路由信息，指挥船负责所管辖集群的拓扑信息的压缩和摘要处理。代表性的路由协议是CEDAR协议。

三、船舶编队通信网络结构

船舶编队通信主要依靠基础传输网络和业务平台两部分。基础传输网络主要采用宽带编队传输设备结合光纤（近海）或卫星通信系统（远海）；业务平台可采用一套基于IP的多媒体集群指挥调度系统，可以实现集语音、视频、数据为一体的信息采集、交互与处理。业务平台与传输网络通过基于以太网的IP端口互连。

四、船舶编队自组网特点

通过上述部署可以实现编队之间实时双向数据、话音、报文交互，实现数据、指令中继功能，使得指挥指令更加准确、快捷、安全的传递。船舶编队自组网具有如下特点：

（1）网络容量：自组网节点数不小于10个。

（2）业务类型：可承载基于IP的语音、视频、数据等多媒体综合业务传输。

（3）传输速率：支持业务传输吞吐量信道速率不小于80M bps，业务速率不小于60M bps，可满足10个船载台站同时接入，每个船载台站接入业务吞吐量不小于2M bps。

（4）传输距离

？ 岸海接入

不小于50公里（岸基站高度100米）；

？ 编队自组网通信

通信单跳不小于20海里；

通信语音不小于3跳，数据不小于6跳。

（5）传输时延：≤30 ms（单跳）。

五、船舶编队通信安全

由于移动自组网节点间是通过无线信道进行通信的，传送的信息容易受到监听、篡改、伪造等；自组网同时又是一个多跳无线网络，路由协议需要每个节点的参与。因此，为了解决数据来源不可控、数据信息被窃取、通信过程被监听等通信安全问题，需要对船舶编队通信链路进行加密，以确保编队通信安全。船舶编队通信安全可以采用PKI数字签名技术，搭建CA身份认证系统，为船舶编队内的各节点发放数字证书，明确密钥分发管理机制，以鉴别收发者的身份，同时保障各节点通信内容的完整性，并做到通信信息的不可抵赖、不可篡改。

六、结论

移动自组网由于不需要固定基站的支持，在军事战术通信、应急通信、协同移动通信等方面有广阔的应用前景。本文是移动自组网技术在海事巡逻船编队组网这一典型场景中的应用；由于海上通信环境容易受到气象、水文等自然因素的影响，同时还受到卫星覆盖情况的影响，通信环境比较复杂，进一步的通信保障还有待研究。

参 考 文 献

[1]IETF. Mobile ad hoc networks charter [EB/OL]. http：//www.ietf.org/html.charters/manet-charter.html，1999-07-31.

[2]史美林，英春.自组网路由协议综述[J].通信学报，2001，22（11）：93-103.