移動網絡下海上通信系統構建應用

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摘要:為及時監控海上通信系統運行狀態，提出基于移動網絡的海上通信系統構建與應用。系統通過移動網絡通信，實現海上監控裝置、移動工作站、數據服務器間的通信，由海上監控裝置及時采集與傳輸通信系統運行狀態信息，通過數據服務器利用移動網絡通信將數據傳輸并反饋給移動工作站實現數據內容的訪問。在傳輸過程中及時監控與分析網絡問題位置，結合監控中心軟件共同實現海上通信系統運行狀態的監控，并通過實際應用中驗證所設計系統性能。

關鍵詞：移動網絡；海上通信；移動調頻

0引言

因海上通信系統會受到船舶航行位置、海況信息等干擾，極易造成通信系統運行狀態不佳，因而對海上通信系統運行狀態的及時監控與管理極為重要[1–2]。且考慮到海上通信無法采用有線電纜、光纖通信及電力載波通信組網等高成本、高技術含量的方式對其進行統一管理，因此海上通信系統運行狀態監控的通信組網成為實施海上通信系統運行狀態及時監控的難點[3]。隨著移動網絡日漸成熟，其必然成為創建海上通信系統運行狀態遠程監控系統的首選[4]。無線通信中首要應注重的即為通信網絡的安全性，其次是通信的效率與成功率。本文設計基于移動網絡技術的海上通信系統，不僅可提高通信傳輸的效率與安全性，且保障了監控的及時性。

1海上通信系統設計

本文設計的海上通信系統由海上監控裝置、移動工作站、移動網絡與數據服務器等共同構成，系統由移動網絡實現移動工作站、海上監控裝置、數據服務器三者間的通信，為數據服務器和移動工作站裝配的用戶識別卡為移動4GDTU，而為海上監控裝置裝配的用戶識別卡為GPRS/EDGE，系統構成見圖1。為達到移動工作站、海上監控裝置與數據服務器三者間由移動網絡實現數據通信的目的，可在為系統內全部節點通電之后依次獲取專用移動網絡的內部特定IP地址，此地址由移動按照SIM卡號進行分配得到。海上通信數據信息通過海上監控裝置傳輸到數據服務器，由系統后臺運行的SCADA軟件分別實現數據服務器對所接收數據的處理、顯示和保存工作以及移動工作站對數據服務器內容的訪問工作，為降低此過程中的通信風險，提升海上數據采集、處理保存和顯示等工作的精準度、效率與安全性，可將所傳輸數據與待訪問數據通過海上監控裝置與數據服務器分別實行壓縮與加密處理，實現基于移動網絡技術的海上通信系統運行狀態監控通信系統移動通信特點充分顯現的目的，并有效提升數據傳輸的精準度與效率。

1.1系統原理

系統設計過程中主要以移動網絡內的CMWAP為基礎進行數據通信，此時需要向移動公司申請專用無線靜態專網端口，并賦予用戶專屬GGSN節點域，此域可實現不同通信SIM卡的申請。同時在GGSN節點上能夠進行用戶SIM卡的登錄使用，使GGSN節點能夠對SIM卡的IMEI號碼和移動網絡稱呼進行實時校對，待校對準確之后為域中SIM卡分配特定IP地址。比如192.168.10.xxx，對于域中全部SIM卡來說，各個SIM卡彼此間可進行通信，而不可對域外其余IP進行訪問，且處于域外的互聯網與所有SIM卡同樣不可對此域進行訪問。全部數據均由移動無線專網實現傳輸，數據傳輸極其安全，因此各DTU可直接對監控中心發起連接。

1.2數據服務器

上文分析并設計了移動網絡無線專網通信，現將其與專線組網傳輸通過移動客戶平臺中繼進行連接，并與專網平臺聯合，即可建立數據服務器。數據服務器信息傳輸過程圖見圖2。數據服務器信息傳輸的整體過程表現為：1）終端設備利用物聯網專卡將信息終端設備采集的海上通信系統運行狀態數據經周圍基站向客戶平臺提出傳輸申請，期間數據傳輸申請需采用已分配的特定IP地址與移動網絡接入點實現。2）先對通信白名單進行身份校對，再根據已設置的移動網絡傳輸方法，采用TDD-LTE中心網絡MME節點的HSS服務器鑒權判斷附著過程傳輸的移動網絡接入點與IP地址等，如果沒有通過判斷，客戶平臺和終端二者間不能創建通信，只有通過判斷時客戶平臺和終端二者間方可進行通信。3）能夠對網絡進行及時監控與問題位置分析，可及時監控并記錄客戶平臺和終端間所傳輸的信息狀態，并且在沒有完成傳輸時能夠分析找尋出問題位置及時向移動工作人員反映予以解除。4）為信息平臺和客戶中心創建PTN組網，并將各網關相連，采用IPsec隧道模式中的ESP協議以IKE加密后將數據傳輸到海上運輸公司信息平臺，由海上運輸公司信息平臺解密。若采用移動網絡則需為專網設置特定的IP地址與接入點稱呼，且數據的傳輸應在符合移動網絡鑒權過程之后，若不符合鑒權過程則無法進行數據傳輸；所使用的移動網絡具有成熟的技術與廣闊的覆蓋率，對提升數據傳輸穩定性提供有效保證，且移動網絡所具備的獨立通信通道令傳輸更順暢無阻，避免傳輸延遲。

1.3海上監控裝置

及時采集并傳輸每個海上通信系統運行狀態的遙測、遙信及遙脈數據信息的任務由海上監控裝置完成，按照任務的需求為海上監控裝置設定如下條件：2個以太網口，14個光電隔離串口；集成GPRSDTU功能，令海上通信系統運行狀態的數據信息向移動網絡的無線遠程傳輸得以完成；支持ModBus，DL450-92（部頒CDT）等規約，且能夠向其余規約延伸；移動網絡網絡的裝配由WEB方式完成；工業級產品，高性價比且性能牢靠穩固；采用2U，18寸標準的上架機箱作為整機，其體型小而牢固。依據設定條件開發基于“ARM9+WinCE”結構的海上監控裝置。本文系統分別設置不同線程內布置各項任務。其中主線程主要實現GPRS數據的狀況標識、定時傳輸與WDT響應等人機接口任務。通過開發一個具有較高優先等級的線程采集海上通信系統運行狀態數據，避免其余線程令采集過程出現停歇現象。共同進行海上通信系統運行狀態數據采集線程、人機接口線程與海上通信系統運行狀態數據處理線程內的工作任務，由消息響應函數實現各線程間的通信。

2實驗對比

以某海上運輸公司為例，采用本文系統實現對海上通信系統運行狀態的監控與傳輸，通過測試實驗海上運輸公司應用本文系統后的移動網絡傳輸速率，驗證實際應用中本文系統的應用效果。

2.1移動網絡覆蓋率對比

為驗證本文系統在實驗海上運輸公司的實際應用效果，現將此海上運輸公司劃分為8個區域，以A-H表示，對各區域使用本文系統后的移動網絡覆蓋率情況進行檢測，檢測結果見表1。據了解移動網絡的區域覆蓋率標準值為70%，分析可知，應用本文系統后的實驗海上運輸公司各區域的移動網絡覆蓋率均高于標準值，說明本文系統具有較好的實際應用效果。

2.2傳輸速率對比

通過對未采用本文系統的實驗海上運輸公司的移動網絡與采用本文系統的海上運輸公司移動網絡分別進行檢測，依據檢測結果對比二者的傳輸速率，驗證采用本文系統后實驗海上運輸公司運行狀態監控數據傳輸的穩定性。實驗參數設置為：隨機選取一個移動網絡覆蓋區域，設置下載速率為16.29Mbps，上傳速率為0.43Mbps，網絡延遲為48ms，測試運行狀態監控數據傳輸穩定性情況見圖3。通過對比未采用本文系統的實驗海上運輸公司移動網絡與采用本文系統的實驗海上運輸公司移動網絡可得出，采用本文通信系統傳輸速率是原有系統的2倍左右，由此說明采用本文系統的移動網絡速率更高，進行數據傳輸時的效率更高，傳輸更穩定。

3結語

本文設計一種基于移動網絡的海上通信系統，提升遠程監控海上通信系統運行狀態的效率與準確性，為及時處理海上通信系統運行問題提供有效幫助。本文將此系統應用于某海上運輸公司中，通過應用效果可以看出，本文所提系統可以有效提高數據傳輸效率。未來會繼續應用于其他方面，并持續監測本文系統的實際應用效果。

參考文獻：

馮偉,唐睿,葛寧.星地協同智能海洋通信網絡發展展望[J].電信科學,2020,36(10):1–11.

[1]饒浩,梁顯鋒,張津舟,等.適用于海上衛星通信終端的快速測試系統[J].電訊技術,2020,60(1):15–20.

[2]王寧,蘆海,周彬,等.海上寬帶自動跟蹤天線系統應用[J].船海工程,2019(A1):213–215.

[3]刁紅艷.船載移動網絡通信系統的異常信號檢測系統[J].艦船科學技術,2020,42(10):140–142.

作者:鄧志龍 黃繼文 盧盛輝 單位:南寧職業技術學院人工智能學院