隨著海洋經(jīng)濟的迅速發(fā)展以及人類在海上活動的日益頻繁,對海域?qū)拵ㄐ诺男枨蠹彼僭鲩L。然而目前我國大部分海上經(jīng)濟開發(fā)區(qū)的海上無線通信系統(tǒng)屬于窄帶通信系統(tǒng),通常用于傳輸海域內(nèi)船只的靜態(tài)和動態(tài)信息,傳輸業(yè)務有限,而陸地蜂窩網(wǎng)絡覆蓋距離近且難以支撐海域通信業(yè)務。盡管隨著衛(wèi)星通信技術的發(fā)展,海事衛(wèi)星逐漸被用于實現(xiàn)海域通信覆蓋,但因應用成本高、安全性差等問題而難以大規(guī)模普及。此外,由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)、陸地蜂窩網(wǎng)絡和海上無線通信系統(tǒng)之間相互獨立、互不兼容,因此各系統(tǒng)之間都存在覆蓋盲區(qū),系統(tǒng)間管理不統(tǒng)一和帶寬分配不合理等嚴重問題。所以將海上各通信方式高效融合,建立一種高效、可靠和安全的空海協(xié)同海域?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)絡非常必要,其中傳輸效率和安全性是亟待解決的關鍵問題。為此,本文在國內(nèi)外現(xiàn)有的研究基礎上,結合海域通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡模型,側重研究了海域?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)絡的傳輸效率和安全性問題,主要工作總結如下:第一,針對現(xiàn)今海域無線通信網(wǎng)絡帶寬窄、傳輸效率較低和覆蓋范圍較小的問題,提出了一種基于船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic Identification System,AIS)的接入選擇和功率分配算法。該算法的優(yōu)化問題建模為非凸問題,可使網(wǎng)絡的通信容量最大化。并且在解非凸問題的過程中,引入了對數(shù)逼近法和連續(xù)凸逼近法進行求解。在該算法的系統(tǒng)模型中,本文利用船載基站作為接入節(jié)點,為用戶船提供高速的傳輸業(yè)務和擴大通信覆蓋范圍,同時衛(wèi)星采用廣播方式可為船載基站提供AIS信息與控制信息。此外,岸上的網(wǎng)絡控制中心基于AIS系統(tǒng)提供的船只位置信息,通過該算法可對用戶船接入的選擇和基站船功率進行管控。實驗仿真結果表明:在網(wǎng)絡存在復雜干擾條件下,該算法通過優(yōu)化海域網(wǎng)絡中用戶船的接入選擇和基站船的功率分配,使每艘用戶船獲得的平均通信容量比其它算法所得提高了約 1.5%～8.2%。第二,為保證近海海域通信網(wǎng)絡的傳輸安全,本文提出了一種近海安全路由傳輸算法以便最大化網(wǎng)絡的安全容量。根據(jù)AIS系統(tǒng)提供的船只的位置信息可確定海域各船只的地理位置,包括潛在的竊聽者位置。利用船載基站和海事衛(wèi)星作為接入節(jié)點,通過接入節(jié)點的選擇保證用戶船和基站船的通信鏈路的安全。當用戶船的接入鏈路無法保證安全時,通過設備到設備通信(Device-to-Device Communication,D2D)方式與加密技術相結合,避免了信息的泄露和信息被竊聽者截獲。仿真結果表明:在多竊聽者和多用戶存在條件下,與DFbORS算法相比,本文傳輸算法使竊聽者截獲成功率至少降低了10-2單位量級;竊聽者的信息恢復率低于22%;且平均每艘船的安全容量提高了約1.4%～9.8%,從而達到有效保證近海海域通信網(wǎng)絡的傳輸安全目的。第三,為保證遠海海域通信網(wǎng)絡的傳輸安全,本文提出了一種遠海安全傳輸方案。在該方案中,利用大型船只作為中繼節(jié)點為遠海用戶提供高速的傳輸接入,基于AIS信息通過選擇合適的中繼節(jié)點盡可能地避開竊聽者,且通過功率優(yōu)化減少了信息的泄露;然后在信號傳輸過程中將噴泉編碼作為信道編碼,在發(fā)射端對編碼包發(fā)送的數(shù)量進行了分配優(yōu)化,減少了竊聽者所能截獲的編碼包。最后根據(jù)遠海用戶的譯碼情況還設計了一個D2D通信路由選擇算法,保證了中繼鏈路不安全的遠海用戶可以安全地接收到全部信息。此外,衛(wèi)星網(wǎng)絡和中繼網(wǎng)絡進行協(xié)同傳輸,在保證傳輸安全的前提下提高了高塔基站的傳輸效率。在衛(wèi)星網(wǎng)絡和中繼網(wǎng)絡存在相互干擾、多竊聽者多用戶的條件下的實驗仿真結果表明,與AFbORS算法相比,本算法的竊聽者截獲成功率至少降低了約77%;在竊聽者數(shù)目較少時,竊聽者的信息恢復率在竊聽者數(shù)目較少時低于7%;傳輸效率大約比AFbORS算法提高了約1.20倍～1.82倍;平均每艘船的安全容量提高了約26%～37%,使遠海海域通信網(wǎng)絡的傳輸安全得到保障。第四,作為海上用戶的通信終端,客戶終端設備(Client terminal equipment,CPE)分系統(tǒng)是構架海域?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)絡的重要組成部分。本文作為由清華大學負責的海域?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)絡項目研究工作的一部分,還完成了對項目組研制的海域?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)絡中的CPE實地測試工作。測試結果表明:該CPE系統(tǒng)的動態(tài)波束功能及各類業(yè)務功能已基本實現(xiàn),滿足設計預期結果,可較好地對準發(fā)射基站進行通信,并且在變速和較遠距離的條件下仍可保證信號可靠地傳輸。
【學位單位】：廣西大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U675.7;P756.6;TN929.5
【部分圖文】：

圖１．１論文的主要研究工作??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｍａｉｎ?ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｗｏｒｋ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐａｐｅｒ??本文各章節(jié)安排如下：??第１章介紹了課題研究背景與現(xiàn)今國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，說明了建立高效、可靠和海域通信網(wǎng)絡對國家經(jīng)濟發(fā)展的重要性。首先，簡單介紹了建立海域通信網(wǎng)絡的意義。其次，指出了現(xiàn)在海域通信網(wǎng)絡存在傳輸效率低、無法保證通信安全的問題，根據(jù)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，提出了研究思路與可采用的關鍵技術。??第２章首先介紹了空海協(xié)同海域通信網(wǎng)絡的模型，針對空海協(xié)同海域通信網(wǎng)絡的體介紹了其中所用到的一些技術，如高塔基站、協(xié)作通信和設備到設備通ｖｉｃｅ－ｔｏ－Ｄｅｖｉｃｅ?Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，?Ｄ２Ｄ）。之后介紹了在具體實現(xiàn)傳輸?shù)倪^程中用關技術，即ＡＩＳ系統(tǒng)、定向天線和噴泉編碼。并且闡述了選用這些技術的理由。??第３章針對海域通信網(wǎng)絡的高效傳輸問題，設計研宄了一種接入選擇和功率分配

天線和噴泉編碼等相關技術特點。??２．１海域?qū)拵ЬW(wǎng)絡模型??海域?qū)拵ЬW(wǎng)絡包括陸地的蜂窩網(wǎng)絡、海上無線通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。陸地的蜂??窩網(wǎng)絡的４Ｇ、５Ｇ技術可以提供高速的傳輸速率。海上無線通信系統(tǒng)中的ＡＩＳ系統(tǒng)可以??為管理海域通信網(wǎng)絡的控制中心提供船只的相關信息。衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為一種無處不在??的接入方式對提高通信覆蓋面積、增強海域網(wǎng)絡的管理和提高傳輸效率都有積極的作用。??在海域通信網(wǎng)絡中，主要存在高塔基站、基站船（中繼船）、用戶船和衛(wèi)星。其中船載??基站可以為接入節(jié)點為用戶船提供高速的無線接入。對于處于遠海的用戶來說，中繼船??可以作為中繼節(jié)點提高傳輸距離。衛(wèi)星除了可以傳輸數(shù)據(jù)外，還可以作為ＡＩＳ系統(tǒng)的一??部分為海域內(nèi)的船只廣播船舶的航行信息。海域?qū)拵o線網(wǎng)絡的總體架構如下圖２．１所??示：??

傳播產(chǎn)生的影響。最后還應考慮高塔基站與山頂基站可以有效的避免由于傳播路徑上島??嶼、山、船體對無線電波傳播所帶來的相應影響。為便于分析，根據(jù)發(fā)射端和接收端之??間的距離，將無線電波的傳播距離分成三個區(qū)域［１５］，如圖２．２所示。??替、??圖２．２分段的無線電波傳播模型??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｒｅｅ?ｄｉｓｔａｎｃｅ?ｓｅｇｍｅｎｔｓ?ｏｆ?ｍａｒｉｔｉｍｅ?ｒａｄｉｏ?ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ??Ａ段指從基站Ｔ到基站可視距離點Ｒａ，其距離設為ｄ１；??Ｂ段指從基站可視距離點ＲＡ到基站和終端合并的可視距離點Ｒｂ，其距離設為ｄ２；??７??
【參考文獻】

相關碩士學位論文 前1條

1 和瑋蘋;3G網(wǎng)絡規(guī)劃中的海面?zhèn)鞑ツＰ图捌湫Ｕ齕D];西北工業(yè)大學;2006年

本文編號：2854006