隨著海洋經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及人類在海上活動(dòng)的日益頻繁,對(duì)海域?qū)拵ㄐ诺男枨蠹彼僭鲩L(zhǎng)。然而目前我國大部分海上經(jīng)濟(jì)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(dòng)態(tài)信息,傳輸業(yè)務(wù)有限,而陸地蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋距離近且難以支撐海域通信業(yè)務(wù)。盡管隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展,海事衛(wèi)星逐漸被用于實(shí)現(xiàn)海域通信覆蓋,但因應(yīng)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(luò)和海上無線通信系統(tǒng)之間相互獨(dú)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(yán)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(luò)非常必要,其中傳輸效率和安全性是亟待解決的關(guān)鍵問題。為此,本文在國內(nèi)外現(xiàn)有的研究基礎(chǔ)上,結(jié)合海域通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型,側(cè)重研究了海域?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的傳輸效率和安全性問題,主要工作總結(jié)如下:第一,針對(duì)現(xiàn)今海域無線通信網(wǎng)絡(luò)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(dòng)識(shí)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(luò)的通信容量最大化。并且在解非凸問題的過程中,引入了對(duì)數(shù)逼近法和連續(xù)凸逼近法進(jìn)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(diǎn),為用戶船提供高速的傳輸業(yè)務(wù)和擴(kuò)大通信覆蓋范圍,同時(shí)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(luò)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(duì)用戶船接入的選擇和基站船功率進(jìn)行管控。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明:在網(wǎng)絡(luò)存在復(fù)雜干擾條件下,該算法通過優(yōu)化海域網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)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(diǎn),通過接入節(jié)點(diǎn)的選擇保證用戶船和基站船的通信鏈路的安全。當(dāng)用戶船的接入鏈路無法保證安全時(shí),通過設(shè)備到設(shè)備通信(Device-to-Device Communication,D2D)方式與加密技術(shù)相結(jié)合,避免了信息的泄露和信息被竊聽者截獲。仿真結(jié)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(jí);竊聽者的信息恢復(fù)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(dá)到有效保證近海海域通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸安全目的。第三,為保證遠(yuǎn)海海域通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸安全,本文提出了一種遠(yuǎn)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(diǎn)為遠(yuǎn)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(diǎn)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(hào)傳輸過程中將噴泉編碼作為信道編碼,在發(fā)射端對(duì)編碼包發(fā)送的數(shù)量進(jìn)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(yuǎn)海用戶的譯碼情況還設(shè)計(jì)了一個(gè)D2D通信路由選擇算法,保證了中繼鏈路不安全的遠(yuǎn)海用戶可以安全地接收到全部信息。此外,衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和中繼網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(luò)和中繼網(wǎng)絡(luò)存在相互干擾、多竊聽者多用戶的條件下的實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)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(shí),竊聽者的信息恢復(fù)率在竊聽者數(shù)目較少時(shí)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(yuǎn)海海域通信網(wǎng)絡(luò)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(shè)備(Client terminal equipment,CPE)分系統(tǒng)是構(gòu)架海域?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。本文作為由清華大學(xué)負(fù)責(zé)的海域?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目研究工作的一部分,還完成了對(duì)項(xiàng)目組研制的海域?qū)拵ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)中的CPE實(shí)地測(cè)試工作。測(cè)試結(jié)果表明:該CPE系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)波束功能及各類業(yè)務(wù)功能已基本實(shí)現(xiàn),滿足設(shè)計(jì)預(yù)期結(jié)果,可較好地對(duì)準(zhǔn)發(fā)射基站進(jìn)行通信,并且在變速和較遠(yuǎn)距離的條件下仍可保證信號(hào)可靠地傳輸。
【學(xué)位單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(luò)對(duì)國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性。首先，簡(jiǎn)單介紹了建立海域通信網(wǎng)絡(luò)的意義。其次，指出了現(xiàn)在海域通信網(wǎng)絡(luò)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(guān)鍵技術(shù)。??第２章首先介紹了空海協(xié)同海域通信網(wǎng)絡(luò)的模型，針對(duì)空海協(xié)同海域通信網(wǎng)絡(luò)的體介紹了其中所用到的一些技術(shù)，如高塔基站、協(xié)作通信和設(shè)備到設(shè)備通ｖｉｃｅ－ｔｏ－Ｄｅｖｉｃｅ?Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，?Ｄ２Ｄ）。之后介紹了在具體實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)倪^程中用關(guān)技術(shù)，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(shù)的理由。??第３章針對(duì)海域通信網(wǎng)絡(luò)的高效傳輸問題，設(shè)計(jì)研宄了一種接入選擇和功率分配

天線和噴泉編碼等相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)。??２．１海域?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)模型??海域?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)包括陸地的蜂窩網(wǎng)絡(luò)、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(luò)的４Ｇ、５Ｇ技術(shù)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(luò)的控制中心提供船只的相關(guān)信息。衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為一種無處不在??的接入方式對(duì)提高通信覆蓋面積、增強(qiáng)海域網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(diǎn)為用戶船提供高速的無線接入。對(duì)于處于遠(yuǎn)海的用戶來說，中繼船??可以作為中繼節(jié)點(diǎn)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(luò)的總體架構(gòu)如下圖２．１所??示：??

傳播產(chǎn)生的影響。最后還應(yīng)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(duì)無線電波傳播所帶來的相應(yīng)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(gè)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(diǎn)Ｒａ，其距離設(shè)為ｄ１；??Ｂ段指從基站可視距離點(diǎn)ＲＡ到基站和終端合并的可視距離點(diǎn)Ｒｂ，其距離設(shè)為ｄ２；??７??
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

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

本文編號(hào)：2854006