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

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摘要:為及時監(jiān)控海上通信系統(tǒng)運行狀態(tài)，提出基于移動網(wǎng)絡(luò)的海上通信系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用。系統(tǒng)通過移動網(wǎng)絡(luò)通信，實現(xiàn)海上監(jiān)控裝置、移動工作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器間的通信，由海上監(jiān)控裝置及時采集與傳輸通信系統(tǒng)運行狀態(tài)信息，通過數(shù)據(jù)服務(wù)器利用移動網(wǎng)絡(luò)通信將數(shù)據(jù)傳輸并反饋給移動工作站實現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容的訪問。在傳輸過程中及時監(jiān)控與分析網(wǎng)絡(luò)問題位置，結(jié)合監(jiān)控中心軟件共同實現(xiàn)海上通信系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控，并通過實際應(yīng)用中驗證所設(shè)計系統(tǒng)性能。

關(guān)鍵詞：移動網(wǎng)絡(luò)；海上通信；移動調(diào)頻

0引言

因海上通信系統(tǒng)會受到船舶航行位置、海況信息等干擾，極易造成通信系統(tǒng)運行狀態(tài)不佳，因而對海上通信系統(tǒng)運行狀態(tài)的及時監(jiān)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(wǎng)等高成本、高技術(shù)含量的方式對其進(jìn)行統(tǒng)一管理，因此海上通信系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控的通信組網(wǎng)成為實施海上通信系統(tǒng)運行狀態(tài)及時監(jiān)控的難點[3]。隨著移動網(wǎng)絡(luò)日漸成熟，其必然成為創(chuàng)建海上通信系統(tǒng)運行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的首選[4]。無線通信中首要應(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)計基于移動網(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)控的及時性。

1海上通信系統(tǒng)設(shè)計

本文設(shè)計的海上通信系統(tǒng)由海上監(jiān)控裝置、移動工作站、移動網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)服務(wù)器等共同構(gòu)成，系統(tǒng)由移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)移動工作站、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)器和移動工作站裝配的用戶識別卡為移動4GDTU，而為海上監(jiān)控裝置裝配的用戶識別卡為GPRS/EDGE，系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。為達(dá)到移動工作站、海上監(jiān)控裝置與數(shù)據(jù)服務(wù)器三者間由移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的目的，可在為系統(tǒng)內(nèi)全部節(jié)點通電之后依次獲取專用移動網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部特定IP地址，此地址由移動按照SIM卡號進(jìn)行分配得到。海上通信數(shù)據(jù)信息通過海上監(jiān)控裝置傳輸?shù)綌?shù)據(jù)服務(wù)器，由系統(tǒng)后臺運行的SCADA軟件分別實現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)器對所接收數(shù)據(jù)的處理、顯示和保存工作以及移動工作站對數(shù)據(jù)服務(wù)器內(nèi)容的訪問工作，為降低此過程中的通信風(fēng)險，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)與待訪問數(shù)據(jù)通過海上監(jiān)控裝置與數(shù)據(jù)服務(wù)器分別實行壓縮與加密處理，實現(xiàn)基于移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的海上通信系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)控通信系統(tǒng)移動通信特點充分顯現(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)計過程中主要以移動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的CMWAP為基礎(chǔ)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，此時需要向移動公司申請專用無線靜態(tài)專網(wǎng)端口，并賦予用戶專屬GGSN節(jié)點域，此域可實現(xiàn)不同通信SIM卡的申請。同時在GGSN節(jié)點上能夠進(jìn)行用戶SIM卡的登錄使用，使GGSN節(jié)點能夠?qū)IM卡的IMEI號碼和移動網(wǎng)絡(luò)稱呼進(jìn)行實時校對，待校對準(zhǔn)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(jìn)行通信，而不可對域外其余IP進(jìn)行訪問，且處于域外的互聯(lián)網(wǎng)與所有SIM卡同樣不可對此域進(jìn)行訪問。全部數(shù)據(jù)均由移動無線專網(wǎng)實現(xiàn)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸極其安全，因此各DTU可直接對監(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)計了移動網(wǎng)絡(luò)無線專網(wǎng)通信，現(xiàn)將其與專線組網(wǎng)傳輸通過移動客戶平臺中繼進(jìn)行連接，并與專網(wǎng)平臺聯(lián)合，即可建立數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器信息傳輸過程圖見圖2。數(shù)據(jù)服務(wù)器信息傳輸?shù)恼w過程表現(xiàn)為：1）終端設(shè)備利用物聯(lián)網(wǎng)?？▽⑿畔⒔K端設(shè)備采集的海上通信系統(tǒng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)周圍基站向客戶平臺提出傳輸申請，期間數(shù)據(jù)傳輸申請需采用已分配的特定IP地址與移動網(wǎng)絡(luò)接入點實現(xiàn)。2）先對通信白名單進(jìn)行身份校對，再根據(jù)已設(shè)置的移動網(wǎng)絡(luò)傳輸方法，采用TDD-LTE中心網(wǎng)絡(luò)MME節(jié)點的HSS服務(wù)器鑒權(quán)判斷附著過程傳輸?shù)囊苿泳W(wǎng)絡(luò)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(chuàng)建通信，只有通過判斷時客戶平臺和終端二者間方可進(jìn)行通信。3）能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行及時監(jiān)控與問題位置分析，可及時監(jiān)控并記錄客戶平臺和終端間所傳輸?shù)男畔顟B(tài)，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(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\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(wǎng)絡(luò)則需為專網(wǎng)設(shè)置特定的IP地址與接入點稱呼，且數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)在符合移動網(wǎng)絡(luò)鑒權(quán)過程之后，若不符合鑒權(quán)過程則無法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；所使用的移動網(wǎng)絡(luò)具有成熟的技術(shù)與廣闊的覆蓋率，對提升數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性提供有效保證，且移動網(wǎng)絡(luò)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(jiān)控裝置

及時采集并傳輸每個海上通信系統(tǒng)運行狀態(tài)的遙測、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個以太網(wǎng)口，14個光電隔離串口；集成GPRSDTU功能，令海上通信系統(tǒng)運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息向移動網(wǎng)絡(luò)的無線遠(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；移動網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)的裝配由WEB方式完成；工業(yè)級產(chǎn)品，高性價比且性能牢靠穩(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)布置各項任務(wù)。其中主線程主要實現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)的狀況標(biāo)識、定時傳輸與WDT響應(yīng)等人機(jī)接口任務(wù)。通過開發(fā)一個具有較高優(yōu)先等級的線程采集海上通信系統(tǒng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，避免其余線程令采集過程出現(xiàn)停歇現(xiàn)象。共同進(jìn)行海上通信系統(tǒng)運行狀態(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)實現(xiàn)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(tǒng)實現(xiàn)對海上通信系統(tǒng)運行狀態(tài)的監(jiān)控與傳輸，通過測試實驗海上運輸公司應(yīng)用本文系統(tǒng)后的移動網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，驗證實際應(yīng)用中本文系統(tǒng)的應(yīng)用效果。

2.1移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋率對比

為驗證本文系統(tǒng)在實驗海上運輸公司的實際應(yīng)用效果，現(xiàn)將此海上運輸公司劃分為8個區(qū)域，以A-H表示，對各區(qū)域使用本文系統(tǒng)后的移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋率情況進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表1。據(jù)了解移動網(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)后的實驗海上運輸公司各區(qū)域的移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋率均高于標(biāo)準(zhǔn)值，說明本文系統(tǒng)具有較好的實際應(yīng)用效果。

2.2傳輸速率對比

通過對未采用本文系統(tǒng)的實驗海上運輸公司的移動網(wǎng)絡(luò)與采用本文系統(tǒng)的海上運輸公司移動網(wǎng)絡(luò)分別進(jìn)行檢測，依據(jù)檢測結(jié)果對比二者的傳輸速率，驗證采用本文系統(tǒng)后實驗海上運輸公司運行狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。實驗參數(shù)設(shè)置為：隨機(jī)選取一個移動網(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，測試運行狀態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性情況見圖3。通過對比未采用本文系統(tǒng)的實驗海上運輸公司移動網(wǎng)絡(luò)與采用本文系統(tǒng)的實驗海上運輸公司移動網(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，由此說明采用本文系統(tǒng)的移動網(wǎng)絡(luò)速率更高，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時的效率更高，傳輸更穩(wěn)定。

3結(jié)語

本文設(shè)計一種基于移動網(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)運行狀態(tài)的效率與準(zhǔn)確性，為及時處理海上通信系統(tǒng)運行問題提供有效幫助。本文將此系統(tǒng)應(yīng)用于某海上運輸公司中，通過應(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。未來會繼續(xù)應(yīng)用于其他方面，并持續(xù)監(jiān)測本文系統(tǒng)的實際應(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