NexFi战术自组网技术解决方案

2018-08-08 16:52:02

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一、系统概述
NexFi战术自组网系统是由远大装备研发的一套具有无线收发装置的移动通信终端,若干个终端可组成一个智能、多跳、移动、对等的去中心化临时性自治网络通信系统。它是一种无中心的分布式控制网络,设备之间采用动态网状连接,无中心节点,能更有效的分摊网络流量,且具有更强的网络健壮性。网络中的任意终端节点互相平等,任何一个节点的离开或消失不会影响整个网络的运行。上层可支持的基本业务包括:提供指挥、调度、监控、定位、数据采集,实时语音视频传送。动态无中心的战术自组网系统无疑是需要快速部署或临时安装的最方便、经济、有效的组网方式。该系统可在突发事件及自然灾害时提供通信保障,因举行重大活动时的通信保障,如国家会议、大型体育运动会、大型展览、军事演习等;因自身其他网络发生重大异常或中断情况的通信保障。战术自组网系统在不依赖任何通信网络基础设施的情况下提供一种通信支撑环境,在公安执法、森林防火、抢险救灾、军队演练、反恐特勤、野外考察、地下作业等领域有广泛的应用。

方案概述:
本方案凭借战术自组网机动灵活、简单易用的特点,承载基于IP的语音、视频、数据等多媒体业务,适合用于复杂地形条件下快速部署现场网络,为即时处置突发事件提供信息支撑。该系统能在一些环境恶劣的地点满足视频、音频和数据等多样化通信需求,将现场的采集的信息及时传到指挥中心,弥补现有通信手段的局限性,使紧急情况下的通信覆盖能力得到加强,在任何地点都能有效地进行现场指挥。

二、整体方案设计
由于应急通信的特殊需求,在特殊场景下,要确保通信业务的顺利开展,因此采用方便、灵活且成本较低的战术自组网系统,使得原先几乎无法使用网络资源的环境进行实时音视频信息网络无线传输。在一些不便安装网络设备的场所,可以通过无线产品迅速地建立起一个小区域的无线局域网络,所需要的只是配备战术自组网通信设备,通过无线信号进行交流,实现资源共享的目的。

战术自组网系统由信息采集、战术自组网链路、指挥中心组成,此系统解决了传统通信系统架设的复杂局面,能快速形成应急指挥系统。只要信息采集设备工作,即可通过任一无中心自组网节点的无线链路回传至指挥中心、指挥车,实现指挥调度功能,不受中心与相对区域的约束。

战术自组网链路:
战术自组网链路由便携式自组网监控节点-便携式自组网中继节点-车载自组网节点组成。前端单兵信息采集设备采集的音视频信息可通过有线、串口或WIFI的方式接入便携式自组网监控节点,通过无线方式传输至指挥车,便携式自组网中继节点可用于在复杂环境下延伸和拓宽信号覆盖范围,即开即用,具有快速灵活的特点。指挥车上的车载自组网节点设备可直接将将音视频信息接入到监视器或大屏幕进行实时监控与调度指挥,也可以通过卫星或4G网络传输到各省市指挥中心,各省市指挥中心可将视频信号接入监视器或大屏幕进行实时监控,同时利用调度软件进行视频切换、浏览,并可通过现有的存储设备进行存储、调阅,实现实时的可见、可听、可对讲的功能。

前指模式:
突发事件现场处于指挥中心无线覆盖范围内时,在指挥中心架设战术自组网系统设备,前端通过移动或固定单兵设备采集音视频信息,采用双通道同频组网工作模式,通过“单跳”或“多跳”无线传输,便携式监控节点设备或通信指挥车采集的音视频信息直接向指挥中心传输,确保多路前端音视频数据传输至指挥中心,接受指挥中心指挥、调度。

后指模式:
当突发事件现场离指挥部较远,或现场车辆难以进入的情况,需要在突发事件现场搭建现场指挥部,前端便携式自组网监控节点展开音视频采集,并通过PC终端进行指挥、调度。

单兵现场采集音频、高清视频信息,通过自组网中继节点设备无线传输至指挥车车载自组网节点设备,实现多个监控的双向语音、图像、数据传输功能,有效的延长了传输距离。指挥中心通过现场传送的音视频信息,做出及时的指挥、调度。

移动指挥车模式:
在通信指挥车部署战术自组网车载节点设备,使得通信指挥车在“高速运动中”和“非视距条件下”实现高质量的数据传输。战术自组网系统采用了先进的调制解调技术、信道编解码技术,并结合高清数字图像压缩等多媒体网络传输技术,能够在高速移动环境下实现视频、语音、数据等多媒体业务的实时、同步传输。

通信指挥车在与现场保持互联互通的情况下,同时通信指挥车可通过车载卫星或4G与指挥中心之间通信连接,及时将现场的音视频等信息上传至指挥中心,并接收来自指挥中心的数据、命令等,方便指挥中心及时了解现场情况,改变策略、增派人员、物资、部署指挥等。

三、战术自组网链路技术特点
该系统可以用于应急通信、快速设防、地下作业、野外考察、抢险救灾等特殊领域在无网络环境下的互相组网通信,还可以用于无人机编队之间的相互通信。

该系统在某部演习训练中表现出色,特种兵携带自组网单兵,很好地适应了林木茂盛植被的遮挡。该系统很好地支撑着特种作战指挥协同系统的数据和语音、视频信息的双向传递,数据库服务器的访问。结合调度软件,实现了各个作战单元的态势图动态显示。
该定制系统具有双向大带宽对称传输的能力,点对点带宽最大可达80Mbps,可以容纳同时传输多路视频信息。
系统配套使用特种全向天线,满足多种工况下无线宽带网络连接的稳定。产品采用IP67防水、防尘结构,拥有超强的免维护特性,自带大容量蓄电池组,非常适合发生紧急事件、野外使用。

网状组网:
本项目产品支持无中心多跳网状组网技术,设备节点之间采用多对多的方式连接通信,可构建的网状网络内每个节点都有一条以上的无线上联链路,提高了无线传输服务的可用性。这种拓扑结构超越了传统无线的点到点、点到多点的拓扑结构,从而从根本上解决了城市范围内大规模无线网络部署中存在的建筑物等阻挡物的影响。

无需配置:
本系统具有自动配置能力,当网络节点启动后,该节点内的各模块互相自动发现并且自动确定各自的工作模式、智能扫描信道等功能,无需进行每个设备的手工配置。当网络中一个或者多个新加入的节点时,系统也可以自动发现新节点,通过管理界面对节点进行组网授权后,新节点会自动配置。本系统自动配置和自动发现的能力适合于应急处突和快速部署的场景需求。

智能路由:
无线网络连接建立后形成无中心自组网结构,每个网络节点以一定的时间间隔不断的执行决策算法。每个节点具有的分布式智能以信号强度和网络性能为指标,在多条无线链路中选取最优路径路由流量,并且不断动态调整数据路径,限制了广播并且消除了瓶颈。这保证了任何由于网络单元被增加或是移除导致的网络拓扑变化都可以立即被检测到并进行相关的措施,保证网络总是处于最优的性能和运行状态。这样,网络具备了性能自我调节和链路自动修复两个自组网特性:

如下图所示,在故障发生前,自组网节点保持主链路、备选链路的信息,并且不断的动态的更新链路信息列表;当网络中的某一点由于供电、损毁等原因出现故障,其他周边设备会迅速的在备选链路表中,选取具有最优参数的备选链路作为主链路;本系统的Netpool算法提供迅速的链路修复,在毫秒级别即完成主备链路的切换,整个过程对于网络中的最终用户都是透明的,不会造成用户的数据、语音或视频等应用的中断。

 

智能路由切换

四、自组网设备介绍:
NexFi自组网节点按技术特点可分为单天线、双天线MIMO、多通道几种类型。单天线优势为体积小、重量轻、功耗小,适合单兵便携或无人机搭载使用。双天线MIMO相比单天线产品可提供更大带宽和更远传输距离,可应对更多的复杂恶劣环境。多通道更倾向于链式组网多跳传输的场景,具有每跳衰减小抗干扰能力强等特点。按产品形态可分为单兵便携、车载、快速部署、船载、无人机载几种类型。单兵便携产品配备内置电池或可脱卸电池,即开即用,小巧轻便,可随身携带。车载、船载产品各系列均可选择不同频率,不同发射功率的产品型号。无人机产品具有重量轻、功耗低、距离远的特点,适合做远距离中继节点使用,也可用于机-机、机-车、机-人的多对多通信组网。除此以外还可根据客户需求定制不同输入电压、防水等级、电池容量的产品及配套天线(小型胶棒天线、高增益环氧杆天线、车载天线、中继天线、软天线)。

NexFi MM系列 MIMO MESH自组网单兵是一套采用无线宽带自组网技术实现的MIMO双天线便携式专网通信设备,距离更远、带宽更大,可为视频、语音、数据等上层应用提供IP透明传输通道。

 

多通道自组网节点

MD-WB系列自组网节点采用多通道设计,同时兼顾绕射性能和远距离传输需求,通过端口捆绑的方式,进一步提高传输速率,更好的适应于多样化复杂的现场环境。

战术自组网系统采用多频自组网节点,特点为带宽大,抗干扰能力强,多跳衰减小,适合于各种复杂环境的快速部署。

产品可支持340Mhz、580Mhz、1.4Ghz多种定制频率,利用其频点低,绕射能力强的特点,穿透建筑物和绿化植被进行传输,同时采用2.4G、5.8G通用频率,利用其带宽大,波长短的特性,进行较远距离的视距传输,从设备兼容性角度考虑,可配置2.4G或5.8G 频率为WIFI模式,用于移动终端的无线接入,并配有标准RJ45接口用于摄像头、电脑等外设的有线接入。节点采用二层透传模式支撑上层音视频及数据流的传输。节点之间采用自组网模式实现无中心网状连接,随着节点的临时部署,自动延伸和拓宽网络覆盖范围。产品集成化程度高,具有体积小、重量轻等特点。

多频自组网节点采用多通道设计。若采用340Mhz为主频点,利用其较强的穿透和绕射性能,可垂直穿透3层以上楼板,适合于建筑内部乃至地下室的通信组网。若采用580Mhz为主频点,近距离单跳可穿透两栋建筑物,适合于室内到室外的组网和传输。若采用1.4G为主频点,由于波长较短,相比较340Mhz和580Mhz频点,对架高的要求更低,手持高度的单跳传输距离可达2KM以上,具有较大的带宽和远距离通视传输性能,同时兼备一定的非视距传输能力,适合于室外、马路、公园等场景使用。若采用2.4G和5.8G为主频点,可在无遮挡环境下提供更大的互联带宽,一般可用于有架高条件的场景或近距离的人车通信。由于2.4G和5.8G通用频段的特性,支持自组网模式和WIFI模式的切换,便于接入通用无线设备,延展了系统的兼容性和丰富性。

 

针对单频自组网系统多跳衰减大的问题,多频自组网系统很好的解决了这一问题。如图所示,多频自组网系统在每一跳评估各个频点的信道传输质量,自动根据协议算法选择更优质的通道进行下一跳的数据传输。多频自组网系统采用独特的端口捆绑技术分别实现主从模式或均衡模式的多通道的捆绑模式,在主从模式下,当主通道无法连接时,系统会自动切换至副通道。在均衡模式下,通过端口绑定技术使得多个通道同时工作,进一步增加节点间的传输速率,并最大限度的满足各种复杂地理环境的需要。如图所示,前端多通道便携式监控节点同时采用两个以上频率与中继节点或者指挥中心节点进行通信,可以同时满足视距和非视距的传输。考虑到使用现场环境的不确定性以及各类信号干扰,多频自组网节点可以更好的解决这一问题。

战术自组网系统也可采用混合组网模式,单频自组网节点主要用于作战区域内的组网,多频自组网节点具有更好的适用性,可以在各种复杂现场均得到较好的使用效果。单通道节点与指挥中心之间的通信可通过直连单跳或者多频中继节点转发的模式来实现。

五、其他应用场景:

舰载组网、车队组网

无人机中继组网

于2018年6月9日-10日在青岛举办的上海合作组织峰会,是今年我国主场外交的重大活动之一。由远大装备科技有限公司制造的无线宽带自组网系统为上合组织峰会提供了的现场视频监控安全保障。

  • 关键词:
  • NexFi战术
  • 自组网