郭奇鋒

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510663）

淺析基于IP技術(shù)的短波通信組網(wǎng)實現(xiàn)

郭奇鋒

（廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510663）

短波通信以其通信距離遠(yuǎn)、難以徹底摧毀、便于維護(hù)等特點(diǎn)，在我國以及世界各國通信領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但是在使用過程中，短波通信仍存在可供使用頻段窄，通信容量小，信道質(zhì)量易受電磁干擾，業(yè)務(wù)單一等問題。隨著信息技術(shù)的發(fā)展和成熟，利用IP技術(shù)，短波通信可以構(gòu)建一個常態(tài)化運(yùn)行的信息傳輸和交換平臺，形成以網(wǎng)保障，以網(wǎng)補(bǔ)盲，多點(diǎn)大范圍隨遇接入的短波通信網(wǎng)絡(luò)。

短波；IP技術(shù)；組網(wǎng)協(xié)議；短波頻率；SIP協(xié)議

短波通信是利用2～30MHz電磁波進(jìn)行的無線電通信，并通過地波或電離層反射進(jìn)行信息傳輸［1］。短波通信自出現(xiàn)以來，以其通信距離遠(yuǎn)、難以徹底摧毀等突出優(yōu)點(diǎn)在世界各國通信領(lǐng)域中發(fā)揮了重要作用。隨著通信技術(shù)的發(fā)展和成熟，短波通信利用IP技術(shù)可以構(gòu)建一個全網(wǎng)共用、機(jī)固一體的信息傳輸和交換平臺，可為各類短波用戶提供多點(diǎn)保障、隨遇接入的短波通信服務(wù)，在通信協(xié)議支持下可實現(xiàn)話音、文本短信、電子郵件和文件傳輸?shù)染C合業(yè)務(wù)通信保障，有效解決傳統(tǒng)短波通信中存在的通信盲區(qū)、傳輸質(zhì)量差、溝通率低、自動化程度差和業(yè)務(wù)單一等問題。

1　短波通信組網(wǎng)需求分析

隨著國外短波通信網(wǎng)的發(fā)展，特別是美國的無線通信發(fā)展強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的互操作性及標(biāo)準(zhǔn)化，注重短波通信網(wǎng)與其它骨干網(wǎng)絡(luò)的互連互通，短波組網(wǎng)尤其是機(jī)固互連、網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)用模式的研究受到了廣泛重視。美國于1998年修訂發(fā)布了MIL-STD-188-141A［2］系列標(biāo)準(zhǔn)，作為第三代短波通信協(xié)議，與第二代標(biāo)準(zhǔn)相比，該標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)短波通信網(wǎng)絡(luò)的自動化程度及短波通信網(wǎng)和其它C4ISR網(wǎng)絡(luò)的互連互通能力，以支持更大規(guī)模的組網(wǎng)應(yīng)用。協(xié)議中利用了現(xiàn)有的TCP/IP協(xié)議簇，并加入了基于SNMP改進(jìn)的短波通信網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議HNMP和短波郵件傳輸協(xié)議HMTP等內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)了短波通信網(wǎng)絡(luò)與其它TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的互連互通性及標(biāo)準(zhǔn)化。短波通信在我國使用方式仍更多停留在“點(diǎn)對點(diǎn)”通信模式，隨著技術(shù)發(fā)展，短波通信正逐漸向數(shù)字化、綜合化、網(wǎng)絡(luò)化的第三代短波通信系統(tǒng)發(fā)展［3］。我國短波組網(wǎng)通信經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一種開放、兼容的整體架構(gòu)。特別是我國參照美軍標(biāo)MILSTD-188-141A制定了GJB 2077-94標(biāo)準(zhǔn)，擺脫了對國外短波組網(wǎng)技術(shù)的依賴，我國短波通信組網(wǎng)正在向著兼容大區(qū)綜合接入組網(wǎng)和區(qū)域戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)2種接入方式的方向發(fā)展，實現(xiàn)短波通信自動化、常態(tài)化及多運(yùn)用性，更好地發(fā)揮短波通信作為最后通信保障手段的作用。

2　體系架構(gòu)

短波通信網(wǎng)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示，從邏輯功能劃分，包括短波用戶和地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)2部分。地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要為各種短波用戶提供隨遇接入、即接即用通信服務(wù)；短波用戶主要包括各種單個短波電臺，通過短波信道接入地面網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)和其他用戶的通信聯(lián)絡(luò)。

圖1　短波通信網(wǎng)系統(tǒng)體系架構(gòu)

3　組網(wǎng)協(xié)議

3.1協(xié)議體系

短波組網(wǎng)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)設(shè)計參考了開放系統(tǒng)互連（OSI）模型的分層設(shè)計思想，將有線側(cè)與無線側(cè)各劃分為4個層次，有線側(cè)與無線側(cè)的信息交互通過應(yīng)用層進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，各層之間邏輯清晰明確，如圖2所示。

圖2　組網(wǎng)協(xié)議體系

短波通信網(wǎng)中有線側(cè)設(shè)備基于IP網(wǎng)絡(luò)，有線側(cè)協(xié)議可劃分為4個層次：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層與應(yīng)用層，各層采用的主要協(xié)議為：

（1）網(wǎng)絡(luò)接口層。帶有沖突檢測的載波偵聽多路存?。↖EEE 802.3）。

（2）網(wǎng)絡(luò)層。Internet協(xié)議（RFC 791）。

（3）傳輸層。傳輸控制協(xié)議（RFC 793）。

（4）用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（RFC 768）。

（5）應(yīng)用層。設(shè)備控制協(xié)議（自定義）。

短波通信網(wǎng)中無線側(cè)設(shè)備基于短波信道，無線側(cè)協(xié)議可劃分為4個層次：信道層、鏈路層、組網(wǎng)層與業(yè)務(wù)層，各層采用的主要協(xié)議為：

（1）信道層?！盾娪枚滩▎芜厧ㄐ旁O(shè)備通用規(guī)范》（GJB407A-97）。

（2）鏈路層?！抖滩ㄗ赃m應(yīng)通信系統(tǒng)自動鏈路建立規(guī)程》（GJB2077-94）。

（3）組網(wǎng)層。自動選頻協(xié)議。

（4）業(yè)務(wù)層。短波報文格式（工程標(biāo)準(zhǔn)）；短波數(shù)據(jù)傳輸控制協(xié)議。

3.2協(xié)議棧

短波通信網(wǎng)協(xié)議棧主要包括無線側(cè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧和有線側(cè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，主要參考了開放系統(tǒng)互連（OSI）模型的分層設(shè)計思想，如圖3-4所示。

圖3　無線側(cè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

圖4　有線側(cè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧

3.3短波組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

當(dāng)前主流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括：總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、星型結(jié)構(gòu)、樹型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)型結(jié)構(gòu)。對短波通信網(wǎng)系統(tǒng)來說，在中心站數(shù)量較多的情況下，系統(tǒng)采用綜合組網(wǎng)的方法進(jìn)行設(shè)計，使系統(tǒng)在盡量低的成本下達(dá)到最大的可靠性。短波通信網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用種網(wǎng)型結(jié)構(gòu)和星型結(jié)構(gòu)相結(jié)合的混合型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其拓?fù)涫疽馊鐖D5所示，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將全系統(tǒng)分為3層，分別為全國中心站、大型區(qū)域中心站以及區(qū)域中心站。全國中心站和大型區(qū)域中心站組成系統(tǒng)的核心網(wǎng)絡(luò)，承擔(dān)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理的任務(wù)。核心網(wǎng)絡(luò)之間按照網(wǎng)型結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，全國中心站和大型區(qū)域中心站互為備份，這樣保證了系統(tǒng)的可靠性。區(qū)域中心站和核心網(wǎng)絡(luò)之間采用星型結(jié)構(gòu)，既節(jié)約了系統(tǒng)建設(shè)成本，又有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。

圖5　短波通信網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

4　關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1短波頻率優(yōu)選與優(yōu)化技術(shù)

短波通信網(wǎng)的頻率機(jī)制，采用長期預(yù)報、實時探測、頻譜監(jiān)測和經(jīng)驗頻率積累等多種方式綜合進(jìn)行頻率優(yōu)選，網(wǎng)絡(luò)采用短波頻率優(yōu)選專家系統(tǒng)通過對上述因素的綜合分析和計算，綜合優(yōu)選出恰當(dāng)?shù)耐ㄐ蓬l率并下發(fā)到各基站；在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程中，各基站可自動感知本地噪聲與惡意干擾，并將接入用戶的通信情況集中到網(wǎng)絡(luò)管理中心，供專家系統(tǒng)重新更新網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，有效對抗干擾，提升頻率可通性和通信效果。

4.2綜合業(yè)務(wù)適配技術(shù)

短波通信網(wǎng)采用綜合業(yè)務(wù)適配技術(shù)實現(xiàn)短波通信網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)的有機(jī)融合，通過短波通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)固定網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)向短波用戶的延伸。短波通信網(wǎng)在IP統(tǒng)一承載的基礎(chǔ)上，基于SIP，RTP，RTCP，SMTP，POP3協(xié)議，實現(xiàn)有線側(cè)信令與短波信令之間的雙向適配、有線側(cè)媒體流與短波媒體流之間的雙向適配、短波報文與電子郵件的雙向適配。

4.3基于SIP的呼叫控制技術(shù)

SIP（Session Initiation Protocol）會話初始協(xié)議是由IETF制訂的用于軟交換架構(gòu)下的呼叫控制協(xié)議［3］。按照IETF RFC2543的定義，SIP是一個基于文本的應(yīng)用層控制協(xié)議，獨(dú)立于底層傳輸協(xié)議TCP/UDP/SCTP，用于建立、修改和終止IP網(wǎng)上的雙方或多方多媒體會話。SIP協(xié)議借鑒了HTTP，SMTP等協(xié)議，支持代理、重定向及登記定位用戶等功能，支持用戶移動。通過與RTP/RTCP，SDP等協(xié)議及DNS配合，SIP支持語音、視頻、數(shù)據(jù)、狀態(tài)呈現(xiàn)、即時消息等業(yè)務(wù)。短波通信網(wǎng)的各短波用戶通過業(yè)務(wù)適配服務(wù)映射為有線側(cè)用戶后，通過標(biāo)準(zhǔn)SIP協(xié)議實現(xiàn)會話的建立。短波通信網(wǎng)采用該成熟標(biāo)準(zhǔn)將大大提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，為網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和未來的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

5　結(jié)語

短波通信能夠為解決局部地區(qū)在遭受嚴(yán)重自然災(zāi)害或發(fā)生重大突發(fā)事件時其他通信手段被嚴(yán)重干擾和被重大破

壞、通信中斷的情況下，保證重要部門通信不中斷，為各級政府搶險救災(zāi)、應(yīng)對重大突發(fā)事件等提供應(yīng)急通信手段。隨著社會的不斷進(jìn)步和信息技術(shù)的更新?lián)Q代，人們越來越重視對短波通信技術(shù)的研究。目前，在短波通信領(lǐng)域，短波組網(wǎng)通信技術(shù)是一項重大技術(shù)突破，要根據(jù)短波電離層的傳播特點(diǎn)，結(jié)合IP技術(shù)和選頻技術(shù)，確保短波組網(wǎng)技術(shù)在短波通信領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。

［1］胡中豫.現(xiàn)代短波通信［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2003.

［2］USA：MIL-STD-188-141A［S］.Interoperability and Performance Standards for Medium and High Frequency Radio Systems［C］. Washington：Department of Defense，1988.

［3］梅欽.基于SIP的網(wǎng)絡(luò)融合關(guān)鍵技術(shù)的研究［D］.成都：電子科技大學(xué)，2009.

Analysis of the Realization of HF Communication System Based on IP Technology

Guo Qifeng （Guangzhou Haige Communications Group Co.，Ltd.， Guangzhou 510663，China）

HF communication with its communication distance， it is difficult to completely destroy， easy maintenance and other characteristics， has been widely used in China and other countries in the world communication field. But in the use process， HF communication is still exists for the problem using the narrow frequency band， the communication capacity is small， the channel quality is susceptible to electromagnetic interference and single business etc.. With the development of information technology and mature， the use of IP technology， HF communication can build a normal operation of the information transmission and exchange platform， formed "to network" security， "to network" blind compensation， multi point large range with in the shortwave communication network access.

HF； IP technology； network protocol； HF frequency； SIP protocol

郭奇鋒（1982-），男，福建莆田。