移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)下海上通信系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)用

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摘要:為及時(shí)監(jiān)控海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，提出基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的海上通信系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用。系統(tǒng)通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信，實(shí)現(xiàn)海上監(jiān)控裝置、移動(dòng)工作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器間的通信，由海上監(jiān)控裝置及時(shí)采集與傳輸通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息，通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)器利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信將數(shù)據(jù)傳輸并反饋給移動(dòng)工作站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容的訪問(wèn)。在傳輸過(guò)程中及時(shí)監(jiān)控與分析網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題位置，結(jié)合監(jiān)控中心軟件共同實(shí)現(xiàn)海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用中驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)性能。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；海上通信；移動(dòng)調(diào)頻

0引言

因海上通信系統(tǒng)會(huì)受到船舶航行位置、海況信息等干擾，極易造成通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)不佳，因而對(duì)海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的及時(shí)監(jiān)控與管理極為重要[1–2]。且考慮到海上通信無(wú)法采用有線電纜、光纖通信及電力載波通信組網(wǎng)等高成本、高技術(shù)含量的方式對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)一管理，因此海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的通信組網(wǎng)成為實(shí)施海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)監(jiān)控的難點(diǎn)[3]。隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)日漸成熟，其必然成為創(chuàng)建海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的首選[4]。無(wú)線通信中首要應(yīng)注重的即為通信網(wǎng)絡(luò)的安全性，其次是通信的效率與成功率。本文設(shè)計(jì)基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的海上通信系統(tǒng)，不僅可提高通信傳輸?shù)男逝c安全性，且保障了監(jiān)控的及時(shí)性。

1海上通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的海上通信系統(tǒng)由海上監(jiān)控裝置、移動(dòng)工作站、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)服務(wù)器等共同構(gòu)成，系統(tǒng)由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)工作站、海上監(jiān)控裝置、數(shù)據(jù)服務(wù)器三者間的通信，為數(shù)據(jù)服務(wù)器和移動(dòng)工作站裝配的用戶識(shí)別卡為移動(dòng)4GDTU，而為海上監(jiān)控裝置裝配的用戶識(shí)別卡為GPRS/EDGE，系統(tǒng)構(gòu)成見(jiàn)圖1。為達(dá)到移動(dòng)工作站、海上監(jiān)控裝置與數(shù)據(jù)服務(wù)器三者間由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的目的，可在為系統(tǒng)內(nèi)全部節(jié)點(diǎn)通電之后依次獲取專(zhuān)用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部特定IP地址，此地址由移動(dòng)按照SIM卡號(hào)進(jìn)行分配得到。海上通信數(shù)據(jù)信息通過(guò)海上監(jiān)控裝置傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器，由系統(tǒng)后臺(tái)運(yùn)行的SCADA軟件分別實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)器對(duì)所接收數(shù)據(jù)的處理、顯示和保存工作以及移動(dòng)工作站對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)容的訪問(wèn)工作，為降低此過(guò)程中的通信風(fēng)險(xiǎn)，提升海上數(shù)據(jù)采集、處理保存和顯示等工作的精準(zhǔn)度、效率與安全性，可將所傳輸數(shù)據(jù)與待訪問(wèn)數(shù)據(jù)通過(guò)海上監(jiān)控裝置與數(shù)據(jù)服務(wù)器分別實(shí)行壓縮與加密處理，實(shí)現(xiàn)基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控通信系統(tǒng)移動(dòng)通信特點(diǎn)充分顯現(xiàn)的目的，并有效提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)木珳?zhǔn)度與效率。

1.1系統(tǒng)原理

系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中主要以移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的CMWAP為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，此時(shí)需要向移動(dòng)公司申請(qǐng)專(zhuān)用無(wú)線靜態(tài)專(zhuān)網(wǎng)端口，并賦予用戶專(zhuān)屬GGSN節(jié)點(diǎn)域，此域可實(shí)現(xiàn)不同通信SIM卡的申請(qǐng)。同時(shí)在GGSN節(jié)點(diǎn)上能夠進(jìn)行用戶SIM卡的登錄使用，使GGSN節(jié)點(diǎn)能夠?qū)IM卡的IMEI號(hào)碼和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)呼進(jìn)行實(shí)時(shí)校對(duì)，待校對(duì)準(zhǔn)確之后為域中SIM卡分配特定IP地址。比如192.168.10.xxx，對(duì)于域中全部SIM卡來(lái)說(shuō)，各個(gè)SIM卡彼此間可進(jìn)行通信，而不可對(duì)域外其余IP進(jìn)行訪問(wèn)，且處于域外的互聯(lián)網(wǎng)與所有SIM卡同樣不可對(duì)此域進(jìn)行訪問(wèn)。全部數(shù)據(jù)均由移動(dòng)無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸極其安全，因此各DTU可直接對(duì)監(jiān)控中心發(fā)起連接。

1.2數(shù)據(jù)服務(wù)器

上文分析并設(shè)計(jì)了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)線專(zhuān)網(wǎng)通信，現(xiàn)將其與專(zhuān)線組網(wǎng)傳輸通過(guò)移動(dòng)客戶平臺(tái)中繼進(jìn)行連接，并與專(zhuān)網(wǎng)平臺(tái)聯(lián)合，即可建立數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器信息傳輸過(guò)程圖見(jiàn)圖2。數(shù)據(jù)服務(wù)器信息傳輸?shù)恼w過(guò)程表現(xiàn)為：1）終端設(shè)備利用物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)卡將信息終端設(shè)備采集的海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)周?chē)鞠蚩蛻羝脚_(tái)提出傳輸申請(qǐng)，期間數(shù)據(jù)傳輸申請(qǐng)需采用已分配的特定IP地址與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。2）先對(duì)通信白名單進(jìn)行身份校對(duì)，再根據(jù)已設(shè)置的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸方法，采用TDD-LTE中心網(wǎng)絡(luò)MME節(jié)點(diǎn)的HSS服務(wù)器鑒權(quán)判斷附著過(guò)程傳輸?shù)囊苿?dòng)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)與IP地址等，如果沒(méi)有通過(guò)判斷，客戶平臺(tái)和終端二者間不能創(chuàng)建通信，只有通過(guò)判斷時(shí)客戶平臺(tái)和終端二者間方可進(jìn)行通信。3）能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控與問(wèn)題位置分析，可及時(shí)監(jiān)控并記錄客戶平臺(tái)和終端間所傳輸?shù)男畔顟B(tài)，并且在沒(méi)有完成傳輸時(shí)能夠分析找尋出問(wèn)題位置及時(shí)向移動(dòng)工作人員反映予以解除。4）為信息平臺(tái)和客戶中心創(chuàng)建PTN組網(wǎng)，并將各網(wǎng)關(guān)相連，采用IPsec隧道模式中的ESP協(xié)議以IKE加密后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶Ｉ线\(yùn)輸公司信息平臺(tái)，由海上運(yùn)輸公司信息平臺(tái)解密。若采用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)則需為專(zhuān)網(wǎng)設(shè)置特定的IP地址與接入點(diǎn)稱(chēng)呼，且數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)在符合移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)過(guò)程之后，若不符合鑒權(quán)過(guò)程則無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所使用的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)具有成熟的技術(shù)與廣闊的覆蓋率，對(duì)提升數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性提供有效保證，且移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所具備的獨(dú)立通信通道令傳輸更順暢無(wú)阻，避免傳輸延遲。

1.3海上監(jiān)控裝置

及時(shí)采集并傳輸每個(gè)海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的遙測(cè)、遙信及遙脈數(shù)據(jù)信息的任務(wù)由海上監(jiān)控裝置完成，按照任務(wù)的需求為海上監(jiān)控裝置設(shè)定如下條件：2個(gè)以太網(wǎng)口，14個(gè)光電隔離串口；集成GPRSDTU功能，令海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息向移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線遠(yuǎn)程傳輸?shù)靡酝瓿?；支持ModBus，DL450-92（部頒CDT）等規(guī)約，且能夠向其余規(guī)約延伸；移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的裝配由WEB方式完成；工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，高性價(jià)比且性能牢靠穩(wěn)固；采用2U，18寸標(biāo)準(zhǔn)的上架機(jī)箱作為整機(jī)，其體型小而牢固。依據(jù)設(shè)定條件開(kāi)發(fā)基于“ARM9+WinCE”結(jié)構(gòu)的海上監(jiān)控裝置。本文系統(tǒng)分別設(shè)置不同線程內(nèi)布置各項(xiàng)任務(wù)。其中主線程主要實(shí)現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)的狀況標(biāo)識(shí)、定時(shí)傳輸與WDT響應(yīng)等人機(jī)接口任務(wù)。通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)具有較高優(yōu)先等級(jí)的線程采集海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，避免其余線程令采集過(guò)程出現(xiàn)停歇現(xiàn)象。共同進(jìn)行海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集線程、人機(jī)接口線程與海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)處理線程內(nèi)的工作任務(wù)，由消息響應(yīng)函數(shù)實(shí)現(xiàn)各線程間的通信。

2實(shí)驗(yàn)對(duì)比

以某海上運(yùn)輸公司為例，采用本文系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控與傳輸，通過(guò)測(cè)試實(shí)驗(yàn)海上運(yùn)輸公司應(yīng)用本文系統(tǒng)后的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，驗(yàn)證實(shí)際應(yīng)用中本文系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

2.1移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率對(duì)比

為驗(yàn)證本文系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)海上運(yùn)輸公司的實(shí)際應(yīng)用效果，現(xiàn)將此海上運(yùn)輸公司劃分為8個(gè)區(qū)域，以A-H表示，對(duì)各區(qū)域使用本文系統(tǒng)后的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率情況進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。據(jù)了解移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域覆蓋率標(biāo)準(zhǔn)值為70%，分析可知，應(yīng)用本文系統(tǒng)后的實(shí)驗(yàn)海上運(yùn)輸公司各區(qū)域的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率均高于標(biāo)準(zhǔn)值，說(shuō)明本文系統(tǒng)具有較好的實(shí)際應(yīng)用效果。

2.2傳輸速率對(duì)比

通過(guò)對(duì)未采用本文系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)海上運(yùn)輸公司的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與采用本文系統(tǒng)的海上運(yùn)輸公司移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分別進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)比二者的傳輸速率，驗(yàn)證采用本文系統(tǒng)后實(shí)驗(yàn)海上運(yùn)輸公司運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置為：隨機(jī)選取一個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域，設(shè)置下載速率為16.29Mbps，上傳速率為0.43Mbps，網(wǎng)絡(luò)延遲為48ms，測(cè)試運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性情況見(jiàn)圖3。通過(guò)對(duì)比未采用本文系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)海上運(yùn)輸公司移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與采用本文系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)海上運(yùn)輸公司移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可得出，采用本文通信系統(tǒng)傳輸速率是原有系統(tǒng)的2倍左右，由此說(shuō)明采用本文系統(tǒng)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)速率更高，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的效率更高，傳輸更穩(wěn)定。

3結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)一種基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的海上通信系統(tǒng)，提升遠(yuǎn)程監(jiān)控海上通信系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的效率與準(zhǔn)確性，為及時(shí)處理海上通信系統(tǒng)運(yùn)行問(wèn)題提供有效幫助。本文將此系統(tǒng)應(yīng)用于某海上運(yùn)輸公司中，通過(guò)應(yīng)用效果可以看出，本文所提系統(tǒng)可以有效提高數(shù)據(jù)傳輸效率。未來(lái)會(huì)繼續(xù)應(yīng)用于其他方面，并持續(xù)監(jiān)測(cè)本文系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果。

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作者:鄧志龍 黃繼文 盧盛輝 單位:南寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院人工智能學(xué)院