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摘要：

基于無線電臺的組網技術是一種新型的網絡技術，它支持節點多跳和轉發功能，能較好地解決野戰條件下各節點之間氣象水文信息無線通信問題，它具有架設簡便、機動性強、傳輸速率快、安全保密度性好等特點。本文在介紹數據電臺無線組網的概念、框架及關鍵技術的基礎上，通過案例對在野戰條件下基于數據電臺的氣象水文信息無線組網通信技術進行了深入的探討。

關鍵詞：

氣象信息處理中心；分組網；WEP加密機制；集中控制方式

氣象水文條件不僅對部隊的野外駐訓、軍演以及聯合作戰具有重大影響，而且對維和行動、抗震救災、反恐沖突等非戰爭軍事行動的成功實施能提供重要保障，野戰局部范圍的氣象水文保障越來越重要，而氣象水文信息的獲取與及時交換則是氣象水文保障的基礎和前提。野外機動作戰條件下，氣象水文通信主要依賴于有線架設或人工傳遞，存在著通信易受電磁干擾，信息安全保密機制不完善等缺陷，影響了氣象水文保障的時效性、機動性。研究表明使用UHF頻段寬帶技術的通用高速數據電臺不僅可滿足野戰氣象水文保障條件下固定站點間通信，也可用于移動通信數據鏈需求。

1氣象水文信息網絡概述

1.1無線數據電臺概念通用高速數據電臺由收發信機、話筒、連接電纜及車載天線組成。電臺對外接口采用標準化、系列化設計，包括了以太網、RS232串行、USB、音頻等多種接口。電臺采用了模塊化設計，其軟件升級方便、靈活，可適用于不同網絡間的連接。電臺對收發信道中頻以下的信號進行數字化處理，使其性能更加穩定和優良。它設計了通信帶寬可調、數字式陷波濾波器和語音識別靜噪功能，具備多功能多業務數字信號處理功能，通過加注不同的軟件可實現模擬跳頻功能、數字跳頻功能、定頻并行體制調解器功能，定頻串行體制調解器功能和跳頻串行體制調解器功能。電臺以數據、話音業務為主，具備數據和話音同傳、主臺強插、時分雙工及低速聲碼話等功能。高速數據電臺的可調信息傳輸速率在64kbps-256kbps之間，可以支持大文件、視頻等大容量的數據傳輸。其數據發送時延不大于64ms，可適用于短報文突發性快速傳輸。此外，電臺還具有多播和廣播傳輸特點，可支持16-64個網絡節點。上述這些性能及特點能夠滿足了野戰氣象水文條件下無線組網需求，達到了氣象水文信息網絡性能指標。數據電臺的基本業務包括話音業務和數據業務，話音業務和數據業務可以同時傳輸。數據業務包括非IP數據和IP數據兩種。兩種數據業務均為傳輸速率收方自適應，即發送方速率和接收方速率無需預先設置為一致，接收方能自動適應發送方速率，實現正確的解碼。非IP數據用串口終端軟件發送和接收，非IP數據為一跳內廣播報文，即一跳內電臺節點均能收到該報文但不進行轉發。

1.2基于數據電臺的氣象水文信息網絡結構與框架基于數據電臺的氣象水文網絡是一個功能性的集約化系統平臺，提供氣象水文信息的共享和傳輸，用統一的數據標準與規范對各種不同氣象水文數據接收采集設備實行集中管理[1]。如圖1所示，戰術性氣象水文信息網絡由三部分構成：氣象信息處理中心、數據采集接收系統及傳輸系統。氣象信息處理中心是主節點，它將數據采集接收系統傳送來的信息進行記錄、處理，提取有用信息，建立氣象資料數據庫，為氣象業務系統提供氣象水文信息共享服務。數據采集接收系統由三部分組成：氣象衛星資料接收系統、自動觀探測系統以及車載氣象雷達系統。氣象衛星資料接收主要負責接收氣象衛星遙感信息、衛星電視氣象水文廣播信息、VSAT網絡資料等。自動觀探測系統負責測量和采集本區域的溫度、氣壓、濕度、雨量、風向和風速等信息。車載氣象雷達系統包括風廓線儀、測雨雷達、測風雷達等，負責探測演習和野戰訓練區域實時天氣狀態。氣象水文信息網絡系統不僅可以自組野戰氣象水文局域網，還可以與現有的氣象水文信息網絡系統相連。通過互連，可以將野戰區域局部范圍的氣象水文資料傳輸到氣象水文信息網絡系統中，為上級氣象預報保障提供實況資料。也可通過該網絡將氣象水文信息網絡系統中的資料傳輸到野戰氣象信息處理中心，為野戰氣象水文預報及保障工作提供信息支持。表1描述了該網絡可連接的氣象水文裝備以及可轉發的信息種類。

1.3基于數據電臺的氣象水文信息網絡原理與特點氣象水文信息網絡所使用的高速數據電臺具有數據鏈和分組網兩種網絡模式。下面分別根據這兩種模式介紹其特點和使用場合。數據鏈網絡模式支持載波偵聽多址接入（CSMA）、時分多址接入（TDMA）兩種接入方式。一般采用時分多址接入（TDMA）方式。數據鏈網絡模式的優點是延時小，而且可預計，最佳情況下信道利用率高。缺點是使用前需要配置時隙，需要設定發送速率，而且不具備多跳自動路由轉發功能。典型組織應用場景為各節點業務流量固定的全通網或實時性要求高的全通網。分組網模式采用CSMA接入方式。分組網模式的優點是使用前無需預先分配時隙，具備多跳自動路由轉發功能和鏈路速率自適應功能。此外，還具備遲入網功能，強制入網，強制退網功能，進入和退出靜默狀態功能[2]。其中，鏈路速率自適應功能是指電臺能夠自動根據當前的鏈路情況選擇合適的通信速率，在信道質量好的時候自動使用高速率進行傳輸，信道質量差的時候自動降低速率以提高數據傳輸的成功率。缺點是延時不確定，而且在高業務負載時網絡性能下降。典型組織應用場景為各節點業務流量不固定和鏈路狀態變化頻繁的多跳AdHoc網。

2無線電臺組網關鍵技術

2.1TDMA自組網技術氣象水文信息網絡具有較強的自組織和自恢復組網能力[3]，它采用TDMA技術將時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干時隙。在時分雙工(TDD)方式中，上下行幀都在相同的頻率上。通過在每個時隙中，專門劃出部分比特用于控制和信令信息的傳輸。為了克服多徑引起的碼間干擾，在時隙中要插入自適應均衡器所需的訓練序列。接收端根據訓練序列的解調結果，估計出信道的沖擊響應，根據該響應，消除碼間干擾對整個時隙的影響。這樣可以克服因電臺移動引起的信息號間干擾，保證了不同電臺發出的信號，都能落在規定的時隙里，而不會出現相互重疊的現象。

2.2無線加密技術野戰條件下，為了能確保氣象水文信息安全傳輸，提高傳輸的可靠性，氣象水文網絡通常采用抗干擾加密技術。基于無線數據電臺的網絡使用WEP加密機制方式[4]，如圖2所示。數據和控制信號在發送節點被加密，在接收節點被解密，它將每個野戰氣象水文信息節點作為用戶，采用符合WPA安全架構的802.1X標準認證接入方式。認證通過的用戶將獲得一個唯一主密鑰，通過密鑰和負責接入的對方節點根據TKIP方法動態生成數據包唯一加密密鑰，通信雙方以此進行通信加密，從而提高了無線局域網內的敏感數據在空中傳輸的安全程度。

3無線數據電臺組網方式和應用方案

目前野外機動作戰條件下，基于無線數據電臺的氣象水文信息網絡拓撲結構可分為3種：分布式對等方式、集中控制方式、以及混合方式。在分布式對等方式中，無線電臺網中的任意兩個節點之間可以直接通信，無需設中心轉接站，這時的MAC控制功能由各站分布管理。這種方式同IEEE802.3局域網類似，網上站點共享一個無線信道，通常使用CSMA/CA作為MAC協議，這種方式的特點是結構簡單容易維護。集中控制方式情況下，在無線數據電臺網絡中需要設置一個中心控制站，主要完成MAC控制及信道的分配等功能。網絡中其它氣象水文節點在該中心的協調下相互通信。由于對信道資源分配，MAC控制采用集中控制方式，這使得信道利用率大大提高，網絡吞吐性能優于分布式對等方式。混合方式是前兩種方式組合，這種方式下，網絡中的任意氣象水文節點可直接通信，而中心節點完成部分無線信道資源控制。下面以無線高速數據電臺為例，介紹一個實際組網方案，如圖3所示。野戰條件下，典型的氣象水文通信保障設備主要包括車載雷達、車載CCTV接收設備以及便攜式自動觀探測設備等，通過基于無線電臺的氣象水文信息網絡，可實現雷達資料、觀探測資料的實時傳輸和共享。該網絡中設置了五個通信保障節點，覆蓋范圍在12×12Km左右。各節點之間采取分布式對等方式直接通信。在這種方式下通過測試，信息的傳輸速率平均在220kbps，誤碼率保持在99.2%左右，網絡建立時間為2.5分鐘，滿足氣象水文信息網絡自組網時間要求和氣象水文資料傳輸實時性需求。

4結束語

基于數據電臺的氣象水文網絡以TDMA自組網自恢復技術、WEP加密機制方式作為該網絡的主要技術，建立具有三層結構氣象信息網絡平臺，可作為野戰環境下組網設計的備選方案，可實現地理上分散的各個氣象水文觀探測節點互聯互通，實現氣象水文信息資源整合。基于數據電臺的氣象水文信息網絡在野外機動作戰條件下的廣泛使用，必將進一步提高氣象保障的能力。

參考文獻

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[2]王茂才，戴光明，宋軍.無線局域網的安全性研究[J].計算機應用研究，2007,24(1):158-160.

[3]陳卓，王瑞民.TKIP的MIC-Michael算法和安全性設計分析[J].計算機工程與設計,2006,27(7):1149-1150.

[4]冷月.無線網絡保衛戰[J].計算機應用文摘,2006(26):79-81.

作者：胡友彬 胡一帆 史緯恒 單位：解放軍理工大學氣象海洋學院