日盲紫外非视距Ad,hoc网络在军事通信中的应用

摘 要：介绍了日盲紫外非视距Ad hoc网络的链路工作方式、性能特点及组网原理，分析了日盲紫外非视距Ad hoc网络在军事通信中的应用。仿真实验证明本组网模式的有效性。

关键词：Ad hoc 网络 非视距 紫外光

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）05（b）-0204-02

军事通信领域常用通信手段主要是有线、微波、无线和光纤等几种。上述通信手段在军事通信领域起到非常重要的作用。首先，由于有线和光纤需要预先铺设设定的线路，无法达到机动和快速反应的战场通信要求，通信方式很不灵活；其次，无线和微波通信较易被窃听、干扰和破坏，也不适合“电磁寂静”通信场合。因此，上述通信手段在军事通信领域都有较大局限性。因此，为在未来信息化战争中立于不败之地，世界各国均在寻求更为隐蔽、更为新颖、更为安全和抗干扰能力更强的通信手段。在此背景下，日盲区域紫外光无线通信应运而生了。

日盲区域紫外光通信是通过大气散射进行信息传输的一种通信方式，具有非视距NLOS（Non—Line—of—Sight）传输、抗干扰能力强、保密性强、构建和维护成本低等优点[1]。因而，日盲区域紫外光通信作为射频通信的一种理想替代方式，目前广泛地应用于乡村、城市室外环境、军事通信等领域[2]。但是，由于近地大气分子和微粒对日盲紫外光的强吸收作用，使得其传输距离受到了限制。

而无线Ad-hoc网络是可移动、无中心的分布式网络，各节点的地位是平等的。任一节点均可作为源节点、中继节点或目的节点。故任意源节点可以通过多跳到达目的节点。因而，可结合无线Ad-hoc网络及日盲紫外通信的优点，构建日盲紫外非视距通信Ad-hoc通信网络，用以实现非视距传输、抗干扰能力强、保密性好的可靠的远距离的军事通信传输，以弥补日盲紫外光非视距通信系统通信距离短的缺陷。可见，日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络是满足军事通信领域各类移动场景通信要求的新型有效手段。

1 日盲区域紫外光通信链路工作方式及优点

1.1 日盲区域紫外光非视距通信链路工作方式

共有三种工作形式[1]，紫外光信号只有在通过发射机仰角和接收机视场角形成的散射区域散射后才能组成通信链路而到达接收机。其中，全向发全向收通信链路工作方式的特点是：定位要求最低、无限的散射体积、最小的带宽；定向发全向收通信链路工作方式的特点为：在散射体积内具有最大的紫外光能量、有限的散射体积、较大的带宽；定向发定向收通信链路工作方式的特点为：有限的散射体积、最大的带宽。相应的，组建日盲区域紫外光通信网络，其中节点间的相邻关系可按通信链路工作方式分为全向——全向邻居、全向——定向邻居、定向——定向邻居等情形。

1.2 日盲紫外非视距Ad-hoc通信具有的优点

除具有一般紫外光通信所具有的数据传输的保密性高、系统抗干扰能力强、低位辨率、全方位性、全天候工作等所有优点[1]外，日盲紫外非视距Ad-hoc通信还特别具有较一般紫外光通信传输距离远的优点。这是因为日盲紫外非视距Ad-hoc通信是基于日盲区域紫外光通信，同时以Ad-hoc方式组网，可有效克服单纯以紫外光通信方式组网传输距离短的缺点，可达到5～10 km的通信距离。例如：由美国GTE公司为美军所研制的新型隐蔽式紫外光音频通信系统，非视距通信距离可达1～2 km，定向视距通信距离可达5～10 km[3].

2 日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络的构成原理

日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络的构成原理如图1所示。节点A欲与节点F进行通信，但F在A点视距外，则A可以节点B为中继，进而和F达成非视距通信。这就构成了一个简单的日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络。

日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络节点间通信由发射节点由信号源、调制器、紫外光源构成；收节点由光探测器、解调器、输出的放大信号构成，而日盲区域紫外光构成系统的传输部分。

对于日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络而言，紫外光源（发射器）对整个系统的性能起着关键性的作用。紫外光源主要有低压气体放电灯、表面放电灯、紫外激光器和脉冲氙灯等类型。但其中的脉冲氙灯由于存在可见光及红外线所占比重大、发射谱带宽、紫外发射效率低等缺点而较少采用。在针对光源的调制方式方面，一般包括调频调制与调幅调制两种形式。但由于紫外辐射在传输过程中的吸收与散射，调频调制方式要优于调幅调制方式。故多采用调频方式进行调制。

3 日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络在军事通信中的应用

鉴于日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络的优点及组网原理，日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络非常适合地形复杂、作战半径任意的作战环境。日盲紫外非视距Ad-hoc网络在通信过程中，发射机以某一确定方向和满足作战要求的发射功率，向通信范围内不断发射紫外光载波信号。在地形复杂战区（如森林、丘陵及建筑物密集地带），非视距Ad-hoc网络通信方式显得尤为重要。该方式可有效克服树木、丘陵等等障碍物对通信效果的影响。在接收端，收节点可在日盲紫外光的有效传输范围内，方便地接收通信信号，并且能够自由移动以保持良好的通信质量[3]。

日盲紫外非视距Ad-hoc网络具体应用场景有：常规战术行动及隐秘行动。其中，在常规战术行动中，在骨干通信节点之间若采用日盲紫外非视距Ad-hoc通信，将大大减少通信设备和线路的开设及拆除时间。而在隐秘行动中，针对需要完成的预定任务，日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络通过大气层的微小颗粒散射到接收机的视野区，可实现非视距通信。相对于采用低频无线电通信极易被敌方发现，敌方在远端即可截收和监听我方参与行动的成员之间的通信，以此确定各成员的位置，预测我方成员可能的行动；高频无线电通信虽然不易被探测和截收，但无法进行非视距通信，且无法适应复杂地形环境等缺点。显然，日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络具有较大的优越性。

4 日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络的一种典型军事应用场景及仿真实验

如图2所示，我们构建了一种适用于常规战术行动和及隐秘行动的典型军事应用场景。其中节点A表示骨干节点，可为中心通信车或通信方舱，B、C、D、E、F等节点为战术级可移动节点，既可以和骨干节点通信，在骨干节点被摧毁或失去联系时，还可以和网内其余节点以自组织的方式进行信。

我们采用OPNET14.5，在Pentium（R） Dual-Core CPU， E5200 2.50 GHz 1.21 GHz，2.00 GB的硬件环境下，模拟图4所示日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络，针对其主要网络性能进行了仿真。仿真结果如图3所示。图3（a）显示了该组网模式下网络的吞吐量，图3（b）显示了该组网模式下网络中端到端平均时延。由实验结果可以看出，以日盲紫外非视距Ad-hoc方式组建的通信网络，在网络吞吐量及端到端平均时延等网络性能方面，均能满足军事通信战场战术级的要求。

5 结语

显而易见，日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络作为一项新兴的技术，在军事通信领域具有重要的战略意义。但由于我国针对日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络的研究和实践工作才刚刚起步，我军在该领域的研究尚为空白。因此，我均应加大对日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络的研究力度。

基于本文研究成果，我们下一步将针对适用于日盲紫外非视距Ad-hoc通信网络的MAC协议及路由协议展开研究。

参考文献

[1]赵太飞，柯熙政，冯艳玲.无线紫外光Mesh网络技术研究[J].激光杂志，2010，31（6）：40-43.

[2]褚炜，基于定向天线的无线Mesh网络Mac机制研究[D].西安电子科技大学，2007：14-17.

[3]张忠廉，刘榴娣.紫外线技术在军事上的应用研究[J].光学技术，2000，26（4）：289-296.

[4]Gray A Shaw，Melissa Nischan.Short-range NLOS ultraviolet communication test bed and measurements[J].SPIE，2001，4396：31-40.