WPAN在野战指挥所局域网中的应用
摘 要:介绍了基于蓝牙技术的WPAN在指挥所网络建设中的应用。主要解决指挥所建网的地域限制和灵活性不足等问题,借助蓝牙芯片实现多业务传输和多种手持移动设备的接入、脱离,并在技术指标上满足野战要求。设计了指挥所组网以及与战场广域网的连接方案,为野战条件下的指挥所网络建设提供了参考。
关键词: 蓝牙技术; WPAN; 指挥所局域网; 战场广域网
中图分类号:TP391 文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2010)11-0055-03
Application of WPAN inLocal Area Network of Field Command Post
SUN Shao-bin, LI Tian-pei
(Bengbu Tank Institute Academe, Bengbu 233050, China)
Abstract: The application of WPAN based on the Bluetooth in the construction of command post network is introduced. The scheme is provided to resolve the problems such as the restriction in area, the lack of functional agility and so on. The multi-servicetransmission and the access and separation of a variety of handheld mobile devices are realized by Bluetooth chip, the demand of technical standard are satisfied. A scheme of connection between the networking of the command post and the WAN of field is designed, a reference for the construction of the commend post in field is provided.
Keywords: Bluetooth; WLAN; PAN in command post; wide area network in command post
0 引 言
当前,我国数字化部队的建设已经提上了日程,作为指挥中枢,各级指挥所内部网络的建设尤其重要,随着各个业务部门的手持设备日益增多,如炮兵的诸元计算设备,GPS手持机,北斗终端等,都需要与指挥终端连接。同时,战场环境瞬息万变、指挥所必须满足移动性和抗摧毁性,才能更好地指挥战斗。
当前指挥局域网不能提供多业务的传输,如果针对一种业务专门建设一个网络,就会造成资源的浪费。从设备上讲存在网络兼容性差、机动性差、组网不灵活、容易被摧毁等缺陷。从信息共享方面讲,增加了信息传输层次,拉长了传输时间,不利于达到战场实时透明的目的。
因此提出基于WPAN的野战小区制局域网,作为战场网络中位于指挥端的局域网,它们的作用范围一般在100 m之内,可用于师、团一级的指挥所内部的局域网,用各个网络节点并列的联网方式,使各业务部门的信息能够直接传给指挥员,各种设备也可以随时加入网络、共享信息,从而为各级指挥员提供全面的战场。指挥所局域网再接入战场互联网主干网可以使指挥所得到更加全面、有效的战场信息。
1 WPAN的发展
1998年,人们首次提出个人局域网(Personal Area Network,PAN)的概念,这是与广域网、城域网、局域网相并列、范围更小的网络,PAN是对LAN,MAN的一个补充,是针对用户的进一步延伸,但它并不一定是无线连接的。而WPAN就是指无线个人局域网(Wireless Personal Area Network),指的是能在便携式电器和通信设备之间进行短距离无线特别连接的自组网络,它不需要使用接入点(AP),整个网络的范围大约在10 m左右,这些设备之间可以进行通信,就像普通电缆一样,WPAN最初的定位便是低功率、低价格和低速率的电缆替代技术。如果说无线局域网(WLAN)是迈向网络化的“最后100 m”,那么WPAN就是“最后的10 m”。
WPAN的IEEE标准都由IEEE的802.15工作组制定,这个标准也包括MAC层和物理层这两个层的标准(W-IEEE 802.15),它工作在2.4 GHz的ISM频段。目前,WPAN的实用技术有ZigBee,Bluetooth和UWB(Ultra-Wide Band)等3种。其中,蓝牙技术最早应用于WPAN,其标准是IEEE 802.15.1(W-BLUE),数据率为720 Kb/s,通信范围在10 m左右。为了应对不同客户的需求,WPAN还定义了另外两种低速和高速WPAN。其中,低速WPAN的标准是IEEE 802.15.4,主要应用了ZigBee技术,可用于工业监控、办公自动化、与控制等领域,其传输速率一般在2～250 Kb/s;高速WPAN的标准是IEEE 802.15.3,目前应用超宽带UMB技术的WPAN传输速率可以达到100～400 Mb/s,完全可以在小范围内高速传送图像或DVD质量的多媒体视频文件。WPAN的高速发展及其技术特点可以用来解决军队数字化进程中的部分问题,加快部队战场网络的建设步伐[1]。
2 基于蓝牙技术的WPAN在指挥所网络中的应用
2.1 蓝牙技术简介
蓝牙是一个开放性、短距离无线通信技术标准,它可以用于在较小的范围内通过无线连接的方式实现固定设备以及移动设备之间的网络互联,可以在各种数字设备之间实现灵活、安全、低成本、小功耗的话音和数据通信。因为蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的CMOS芯片中,因此它特别适用于小型的移动通信设备[2-3]。
如果把蓝牙技术引入到移动电话和电脑中,就可以去掉移动电话与电脑之间的连接电缆而通过无线使其建立通信。除此之外,蓝牙无线技术还为已存在的数字网络和外设提供通用接口以组建一个远离固定网络的个人特别连接设备群。
在组网方面,支持蓝牙技术的设备以特定的方式构成一个网络,称为微微网(piconet)。微微网最多由8个设备组成,所有蓝牙设备都是对等的,以同样的方式工作。但当微微网建立时,只有一台设备的时钟和跳频序列用来使其他设备同步,该设备称为主设备(master unit),其他被同步的设备称为从设备(slave unit),微微网中的设备具有惟一的MAC地址(MAC address),用于相互区分和标识。微微网中的设备可处于休眠状态(parket state)、监听(sniff state)状态或保持(hode state)状态,当处于休眠状态时设备无MAC地址。
由若干独立的非同步的微微网构成分布式网络(scatter network)。例如1994年爱立信公司推出的蓝牙系统是最早使用的WPAN,蓝牙使用TDM方式和扩频跳频(FHSS)技术组成了不用基站的皮可网(piconet),也就是微微网。每一个皮可网通过共享主、从设备可以把多个皮可网链接起来,形成一个范围更大的扩散网(scatternet)。如图1所示。其中,圆M表示主设备,圆S表示从设备,圆P表示不工作的搁置设备[1]。
2.2 基本方案
基于蓝牙技术的指挥所局域网采用现有蓝牙技术协议,目前蓝牙设备的射频功率以及通信距离基本满足了作战要求,如果增加发射功率,通信距离可扩展到1 000 m甚至够远,为了适应战场环境和指挥所的特殊需求,提出了蓝牙设备的组件及设计方案[4-5]。
图1 蓝牙系统中的皮可网和扩散网
蓝牙设备包括:
(1) 采用基带部分和射频部分分开的蓝牙芯片。
(2) 在基带芯片后面加上保密接口,在加密时使用。
(3) 射频放大芯片,加有功率控制模块。
(4) 噪声处理电路,降低信号中的噪声。
(5) 高效率的射频功放,对噪声处理电路输出的信号进行再次放大,扩大覆盖范围。
(6) 发射天线。
由以上组件构成的蓝牙终端,可以实现多业务数据的传输,此设备继承了蓝牙系统的优点。例如:
(1) 网络终端设备体积小、重量轻,便于单兵携带。
(2) 设备工作方式独特、功耗低,有利于长时间野外作战。
(3) 组网灵活,便于集中和分散,增加网络的抗摧毁性。
(4) 可以实现综合业务的通信,能提供更加准确的动态战场信息。
目前,蓝牙设备更加高效、标准化,蓝牙技术可以实现保密话音、非保密话音、数据、传真和视频等多业务合一,增强了网络的功能,便于网络的快速展开。
2.3 基于蓝牙技术的WPAN的互联
基于蓝牙技术的WPAN的互联方案如图2所示。
图2 两个野战蓝牙局域网的互连
通过使用网关路由器的方法实现将蓝牙局域网的网络互连和网内节点访问互联网络的功能。具体如图2所示,图中的N1,N2通过无线网关实现了互相通信,用这种形式可以向位于多个分散地理位置上的指挥所提供协同通信能力。
2.4 野战蓝牙局域网与战场互联网接入
目前,各国部队都非常重视战场互联网的建设,战场骨干网可覆盖整个战场区域,完成保密话音、数据、视频图像等业务的传输与交换,实现战场透明。但由于战场面积很大,流动性强,不可能单纯依靠电缆链接,而主要依靠了无线接入点(RAP)[6-7]。RAP好像一个移动的基站,战场上所有的业务均可以通过RAP中继,转发到达战场的任一个角落,RAP起到了连接骨干网和子网的关键作用[8]。所以,只要将各个指挥所的蓝牙局域网接入广域网及战场互联网,才能真正地将战场前沿的信息及时可靠地提供给指挥官,真正实现战场信息的共享。其方案如下:
由几个移动节点a1~a4和相对一个固定节点E1组成一级指挥所蓝牙局域网,由几个节点b1~b4和E2组成的一个野战指挥所蓝牙局域网。两个网通过网关E1,E2与几百米外的RAP通信,从而接入战场互联网。如图3所示。
图3 野战蓝牙局域网接入战场广域网
3 野战蓝牙局域网在战场互联网中的应用
野战蓝牙局域网主要解决各级指挥所内部、业务部门各个移动设备的数据联通问题,便于各部门之间利用各种设备快速联系,共享信息,以增强指挥所的快速机动能力。由于指挥所中的移动节点可以通过野战蓝牙局域网完成通信,实现动中通信,所以指挥所的编制可以依靠战斗进程来灵活组织,各部门设置不再受地域的限制,可以更加分散,提升生存能力。同时,野战蓝牙局域网也可以用于战场前沿的机动分队通信,满足战场信息不间断传输需求。野战蓝牙局域网内各要素和移动计算机可以通过其接入点与另一指挥所无线局域网或机动分队无线局域网的各节点通信,从而使机动分队的指挥员得到更加实时有效的战场信息。
总之,由于蓝牙局域网的节点可以随时接入,随地接入,其并列关系消除信息共享的级别限制,使战场对各级指挥所同等透明,由于各种信息的支持,大大提高了各级指挥所对命令的理解能力,提高了指挥的精确性,便于在瞬息万变的战场中抓住战机[9]。
4 结 语
阐述了基于蓝牙技术的WPAN在指挥所网络建设中的应用,设计了终端和组网方案,WPAN作为小范围自组式网络,主要解决了指挥所各个部门终端及移动设备的互联问题,达到网络自组、设备可移动、多业务传输的目的。军事和生活中的新技术应用相互促进,将导致技术的不断更新以及更新的技术出现。随着信息产业快速发展,高速WPAN已经来到我们身边,短距离内传送图像和DVD质量的视频文件的技术也已成熟,这为实现数字化战场提供了技术保障,而不断发展的WPAN技术,在军事上会有更广阔的应用前景。
参考文献
[1]谢希仁.计算机网络[M].北京:电子工业出版社,2008.
[2]喻国勇.解析无线个人域网[J].电信工程技术与标准化,2004(1):55-62.
[3]杨永会,姚军,符强.个人局域网的一种实现技术——蓝牙技术[J].电子工程师,2001,27(3):17-20.
[4][美]Mark Ciampa.无线局域网设计与实现[M].北京:科学出版社,2003.
[5]张兆静.无线局域网安全措施分析[J].内蒙古科技与经济,2009(4):72-73.
[6]张蒲生.计算机网络技术及实训[M].北京:中国水利水电出版社,2007.
[7]杨盘龙.分层分布式Ad Hoc网络拓扑模型的研究[J].系统仿真学报,2005,17(6):1405-1407.
[8]闵雪娇,慕晓冬,张娟.战术互联网网络拓扑模型的研究[J].计算机技术与发展,2007,17(7):108-109.
[9]杨宝林.战术互联网及其体系结构研究[J].通信工程,2006(4):35-39.
[10]王遵刚,伍银,杨厚云.校园无线专网的设计与实现[J].北京机械工业学院学报,2009,24(1):76-80.
