本发明涉及通信领域，更具体地说，它涉及一种深远海融合组网通信系统。
背景技术：
：随着科学技术的发展，科学技术所渗透的范围也越来越广泛，目前在对深远海范围的研究中发现，地面对远海中的设备通信障碍问题，极大的影响了在远海范围的各项工作的开展，例如远海范围内发生海事灾难而组织进行救援时，通信障碍是造成搜救进度慢的一个重要原因；在需要进行海域救援时，首先地面指挥中心会指派距离目标海域最近的搜救母船赶到现场，然后由搜救母船上部署的搜救子船、无人机、直升机、搜救兵等个体终端采取具体搜救，如果在搜救过程中的通信不顺畅不及时，那么就会造成搜救进程的延长，不利于搜救工作的进行。所以随着各种通信方式的增加和普及，能够在多节点的通信链路，选择出最优的通信链路，将使得通信质量大大提升，从而能够方便的在深远海范围内开展各项工作。技术实现要素：本发明的目的是提供一种深远海融合组网通信系统，达到在所有通信方式中选择并构成最稳定的通信链路，提高深远海的通信水平，方便深远海工作的开展。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种深远海融合组网通信系统，包括处于通信链路的通信节点上的指挥终端、中转终端以及个体终端，所述指挥终端与所述中转终端通过第一级通信链进行通信，所述中转终端与所述个体终端之间通过第二级通信链进行通信；所述第一级通信链和所述第二级通信链分别包括了若干种通信方式；所述中转终端搭载有通信网络选择模块，所述通信网络选择模块用于分别在所述第一级通信链和所述第二级通信链中选择最稳定的通信方式构成完整的通信链路。作为本发明的一个优选实施，所述中转终端上设置有服务器，所述通信网络选择模块运行于所述服务器中。作为本发明的一个优选实施，所述第一级通信链的通信方式包括l频段卫星通信和ka频段卫星通信。作为本发明的一个优选实施，所述指挥终端和所述中转终端之间的通信过程为：所述服务器配置有l频段通信模块和ka频段通信模块，所述l频段通信模块和所述ka频段通信模块通过卫星与卫星地面站达成通信，卫星地面站与所述指挥终端之间通过公共电信网达成通信。作为本发明的一个优选实施，所述第二级通信链的通信方式包括有线通信、5g频段通信。作为本发明的一个优选实施，所述个体终端和所述中转终端之间的有线通信过程为：所述服务器配置有同轴电缆交换终端，所述同轴电缆交换终端与所述个体终端的有线通信设备之间直接进行信号传输。作为本发明的一个优选实施，所述个体终端和所述中转终端之间的5g频段通信过程为：中转终端设置有与所述服务器连接的5g频段基站，所述5g频段基站与个体终端的5g频段通信设备之间进行无线通信。作为本发明的一个优选实施，所述通信网络选择模块的架构包括管理层、网络层、切换策略层、mac层以及物理层，所述管理层用于网络调度管理；所述网络层用于检测通信链路和路由表更新；所述切换策略层用于网络选择和切换决策确定，所述mac层用于执行切换决策、切换通信方式，所述物理层用于连接指挥终端、个体终端。作为本发明的一个优选实施，所述通信网络选择模块的选择通信方式的过程为：采用管理层和网络层对所有可选择的通信方式进行检测，并更新路由表，其次对切换策略进行定义，并利用所述切换策略分析得出所述中转终端与所述指挥终端之间、所述中转终端与所述个体终端之间最为稳定的通信方式，再利用mac层对物理层的指挥终端、个体终端的通信方式进行切换控制。综上所述，本发明具有以下有益效果：当完整的通信链路达成，若干个个体终端和中转终端之间、指挥终端和中转终端之间便形成了一个完整的并具有稳定通信方式的融合组网通信系统，中转终端上设置有服务器，通信网络选择模块运行于服务器中，以服务器为整个系统的核心，能够实现将所有信息在中转终端汇聚，并在所有节点的通信方式之间选择最优的通信方式组成通信链路，实现中转终端和指挥终端之间的深远海稳定通信目标。附图说明图1是本发明的通信网络选择模块架构图；图2是本发明的深远海融合组网通信系统在搜救过程中的通信链路示意图。具体实施方式以下结合附图对本发明作进一步详细说明。本发明提供一种深远海融合组网通信系统，包括处于通信链路的通信节点上的指挥终端、中转终端以及个体终端，指挥终端与中转终端通过第一级通信链进行通信，中转终端与个体终端之间通过第二级通信链进行通信；第一级通信链和第二级通信链分别包括了若干种通信方式；中转终端搭载有通信网络选择模块，通信网络选择模块用于分别在第一级通信链和第二级通信链中选择最稳定的通信方式构成完整的通信链路。当完整的通信链路达成，若干个个体终端和中转终端之间、指挥终端和中转终端之间便形成了一个完整的并具有稳定通信方式的融合组网通信系统，中转终端上设置有服务器，通信网络选择模块运行于服务器中，以服务器为整个系统的核心，能够实现将所有信息在中转终端汇聚，并在所有节点的通信方式之间选择最优的通信方式组成通信链路，实现中转终端和指挥终端之间的深远海稳定通信目标。以下将以深远海搜救行动为例，来详细说明深远海融合组网通信系统在搜救过程中的应用：具体的，如图1所示，第一级通信链的通信方式包括l频段卫星通信和ka频段卫星通信；第二级通信链的通信方式包括有线通信、5g频段通信；指挥终端可为地面指挥中心，中转终端可为搜救母船，个体终端可为直升机、搜救船、搜救兵、水下作业机器人等。指挥终端和中转终端之间的通信过程为：服务器配置有l频段通信模块和ka频段通信模块，使用海事卫星的l和ka频段，为搜救母船和地面指挥中心之间提供通信链路，l频段通信模块和ka频段通信模块通过卫星与卫星地面站达成通信，卫星地面站与指挥终端之间通过公共电信网达成通信；个体终端和中转终端之间的有线通信过程为：服务器配置有同轴电缆交换终端，同轴电缆交换终端与个体终端的有线通信设备之间直接进行信号传输，主要为水下作业机器人和船端监控摄像头等设备提供与搜救母船之间的通信链路，各个有线设备组成以太网与服务器形成通信，实现数据的实时、快速传输；个体终端和中转终端之间的5g频段通信过程为：中转终端设置有与服务器连接的5g频段基站，5g频段基站与个体终端的5g频段通信设备之间进行无线通信，主要为直升机、搜救船和无人机提供与搜救母船的通信链路，在母船上部署5g频段基站，在各类移动通信终端上部署5g频段通信设备，实现各类通信终端与母船之间的高速数据交换，各类移动通信终端与5g频段基站之间采用无线通信链路连接，提升搜救空间范围。深远海融合组网通信系统包含了上述三种不同的通信方式，最终实现所有通信终端之间的高速、可靠的数据交换；但是上述是建立在所有的通信方式都是畅通稳定的基础上，没有涉及到通信方式的选择，以下内容便是结合通信网络选择模块对深远海融合组网通信系统中关于最佳通信方式的选择说明；如图2所示，通信网络选择模块的架构包括管理层、网络层、切换策略层、mac层以及物理层，管理层用于网络调度管理；网络层用于检测通信链路和路由表更新；切换策略层用于网络选择和切换决策确定，mac层用于执行切换决策、切换通信方式，物理层用于连接指挥终端、个体终端；通信网络选择模块的选择通信方式的过程为：采用管理层和网络层对所有可选择的通信方式进行检测，并更新路由表，其次对切换策略进行定义，并利用切换策略分析得出中转终端与指挥终端之间、中转终端与个体终端之间最为稳定的通信方式，再利用mac层对物理层的指挥终端、个体终端的通信方式进行切换控制。仍以深远海搜救行动为例，来详细说明深远海融合组网通信系统在通信方式选择的应用：传统移动通信卫星系统使用l波段进行通信，l波段抗雨衰、抗干扰能力强，非常适合卫星通信，被称为卫星通信黄金频段，但l波段的缺点是带宽有限，频率资源非常紧张。随着卫星通信业务的发展，不仅是l频段，c频段、ku频段的资源也越来越紧张，拓展使用更高的ka频段以解决带宽资源问题，是卫星通信界一直致力研究的方向。本发明的深远海融合组网通信系统将l波段和ka波段融合使用，利用l波段的高质量作为最低保证通信手段，确保系统通信的高可靠性；利用ka波段的大带宽作为主要大数据传输手段，确保系统通信的高性能，从而在系统可靠性、实用性和经济性中找到最佳平衡点，满足深远海应急响应实际作业需求；通信网络选择模块的切换策略层采用了一种基于模糊逻辑的自适应垂直切换决策算法，利用模糊逻辑解决参数模糊性问题，提出新的网络选择算法；基于模糊逻辑的自适应垂直切换决策算法的内容为：设目标函数f：x→r是有界函数，定义mf的隶属函数为：称mf为f的无条件模糊优越集，称f(mf)为f的无条件模糊极大值，此时f(mf)∈f(r)，它的隶属函数按扩张原理为：f(mf)(y)＝∨{mf(x)|f(x)＝y}并约定再设u为论域，a，b∈f(u)，定义a∪b，a∩b，～a，它们分别有隶属函数：μa∪b(u)＝max(μa(u)，μb(u))→μa(u)∨μb(u)(2)μa∩b(u)＝min(μa(u)，μb(u))→μa(u)∧μb(u)(3)μ～a(u)＝1-μa(u)(4)上式(2)～(4)被称为查德算子，依次表示为模糊集合a和集合b的并集、交集和补集；模糊集合可用查德记法表示：或a＝μa(x1)x1 μa(x2)x2 … μa(xn)xn其中表示xi对模糊集合a的隶属度，xi(i＝1，2，…，n)称为模糊集合a的支持点，“ ”称为查德记号；设目标函数f：x→r是有界函数，a∈f(x)是模糊约束，令d＝aa bmf其中，a b＝1且a≥0，b≥0，这里的mf为式(1)中f的无条件模糊优越集，称d为f在a约束下的条件模糊优越集，称f(d)为f在a约束下的条件模糊极大值，它们的隶属函数分别为：d(x)＝aa(x) bmf(x)f(d)(y)＝∨{d(x)＝aa(x) bmf(x)|f(x)＝y}求解目标函数f(x)在模糊约束a下的条件极大值有如下三个步骤：求无条件模糊优越集mf；求条件模糊优越集d；求条件最佳决策，即选择x*，使d(x*)＝max{d(x)|x∈x}则x*就是所求的条件极大点，f(x*)就是在模糊约束a下的条件极大值。本发明的通信网络选择模块的目标是找到合适的方法对网络的可用性和质量进行度量，典型的目标值有rss、时延、丢包率等。在实际网络，特别是卫星网络中，这些参数测量值可能会有短时间突发性大幅变动，需要考虑这些短时波动对结果的影响，在本发明中将针对ka频段卫星和l频段卫星两种网络，在单位时长的费用、网络丢包率、网络延迟、网络的带宽、信号的信噪比等方面设置权重值，通过对各权重算分后，根据上述的基于模糊逻辑的自适应垂直切换决策算法得到条件极大值，按数值排序后，取数值最大的网络作为当前使用网络，数值相同按默认优先级(ka网络>l网络)选取当前使用的主网络。以下是一具体使用实例，某一时刻的网络权重得分如下：这里将单位时长的费用作为目标函数，其余的网络影响因子作为模糊约束。将上述的模糊语言转换为各模糊约束集ci∈f(x)，(i＝1，2，3，4)的隶属度，单位时长的费用转换为模糊目标集mf，得到下表：其中，模糊集合a的支持点x1、x2分别对应ka网络和l网络，模糊约束集ci，(i＝1，2，3，4)分别表示网络丢包率、网络延迟、网络的带宽及信号的信噪比。计算模糊集合a为：其中，上式加号为查德记号，每个分式的分母表示论域的元素，分子表示相应元素的隶属度。令a＝0.4，b＝0.6代入式(3-8)可得：则根据式(3-12)可得：d(x*)＝0.718根据最大隶属度原则，那么按算法需要选择ka频段卫星作为使用的主网络。其中，单位时长的费用：ka频段卫星和l频段卫星分别设置初始值即可。分数越高，网络选择越优先。后续修改可以通过指挥终端修改。网络丢包率：通过系统内对网络的ping包统计得到。网络丢包率越高，分数越低。原则上丢包率要小于5％算正常，当高于30％的时候相当于网络不可用。网络连通性作为第一要素的时候，可以加大此项的权重值。基准表如下所示：基础分相乘时的系数范围10～5％0.85％～10％0.410％～30％030％～100％网络延迟：通过系统内对网络的ping值平均得到。网络延迟越高，分数越低。原则上访问岸端服务器的延迟不能高于2s。基准表如下所示：网络的带宽：随网络不同，ka波段卫星＞l波段卫星。网络带宽越高，分数越高。基准表如下所示：基础分相乘时的系数范围1512k以上0.8128k～512k0.632k～128k0.44k～32k04k以下乒乓效应：移动通信系统中，如果在一定区域里两基站信号强度剧烈变化，手机就会在两个基站问来回切换，产生所谓的“乒乓效应”。在异构网络通信中也会存在这样的情况，当l频段网络和ka频段网络权重分值接近的时候，就会出现选择波动，产生乒乓效应。解决乒乓效应需要采取一定的方法减少网络切换的频度，可以从以下两个方面减少切换的次数：网络切换的权重值判断间隔，默认为5分钟；当前网络权重值与最优网络权重值相差小于10，不做切换。以上便是通信网络选择模块在l频段通信和ka频段通信之间的选择应用过程，但是深远海融合组网通信系统的通信网络选择不仅仅是应用于l频段通信和ka频段通信的选择的，还能够用于对其他通信方式的选择，对于其他通信方式的选择，我们只需提前设定好能够影响切换决策的参数，确定其权重，利用上述算法计算即可得出最佳的通信方式，便能够确保深远海融合组网通信系统的稳定性。在上述通信网络选择模块的切换策略层的一种基于模糊逻辑的自适应垂直切换决策算法的应用基础上，结合多种影响切换判决的因素，等效成切换代价，形成深远海融合组网通信系统路由策略，为实现海事卫星l和ka频段卫星通信、5g频段移动通信、有线通信之间的最优切换提供技术支撑，卫星网络、5g网络、有线网络各有其网络结构的特点，船-船通信、船-飞机通信、船-岸通信又各有不同的要求，需要根据实时的网络状况来确定合适的路由，能够保证通信的通畅和尽可能低的延迟；例如船端有wan1、wan2、wan3这3种通信链路和岸端通信，但是某一时刻，只能通过其中一个网络来进行通信，因此需要采取动态路由的方式来进行路由切换，使收发数据包经过指定的网络进行传输，这一功能的实现由配合基于模糊逻辑的自适应垂直切换决策算法的路由策略执行完成，在选择完最优网络并进行切换的时候，修改系统的默认路由，指向选择的网络。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种深远海融合组网通信系统，其特征是：包括处于通信链路的通信节点上的指挥终端、中转终端以及个体终端，所述指挥终端与所述中转终端通过第一级通信链进行通信，所述中转终端与所述个体终端之间通过第二级通信链进行通信；所述第一级通信链和所述第二级通信链分别包括了若干种通信方式；所述中转终端搭载有通信网络选择模块，所述通信网络选择模块用于分别在所述第一级通信链和所述第二级通信链中选择最稳定的通信方式构成完整的通信链路。
2.根据权利要求1所述的一种深远海融合组网通信系统，其特征是：所述中转终端上设置有服务器，所述通信网络选择模块运行于所述服务器中。
3.根据权利要求2所述的一种深远海融合组网通信系统，其特征是：所述第一级通信链的通信方式包括l频段卫星通信和ka频段卫星通信。
4.根据权利要求3所述的一种深远海融合组网通信系统，其特征是：所述指挥终端和所述中转终端之间的通信过程为：所述服务器配置有l频段通信模块和ka频段通信模块，所述l频段通信模块和所述ka频段通信模块通过卫星与卫星地面站达成通信，卫星地面站与所述指挥终端之间通过公共电信网达成通信。
5.根据权利要求1所述的一种深远海融合组网通信系统，其特征是：所述第二级通信链的通信方式包括有线通信、5g频段通信。
6.根据权利要求5所述的一种深远海融合组网通信系统，其特征是：所述个体终端和所述中转终端之间的有线通信过程为：所述服务器配置有同轴电缆交换终端，所述同轴电缆交换终端与所述个体终端的有线通信设备之间直接进行信号传输。
7.根据权利要求5所述的一种深远海融合组网通信系统，其特征是：所述个体终端和所述中转终端之间的5g频段通信过程为：中转终端设置有与所述服务器连接的5g频段基站，所述5g频段基站与个体终端的5g频段通信设备之间进行无线通信。
8.根据权利要求1所述的一种深远海融合组网通信系统，其特征是：所述通信网络选择模块的架构包括管理层、网络层、切换策略层、mac层以及物理层，所述管理层用于网络调度管理；所述网络层用于检测通信链路和路由表更新；所述切换策略层用于网络选择和切换决策确定，所述mac层用于执行切换决策、切换通信方式，所述物理层用于连接指挥终端、个体终端。
9.根据权利要求8所述的一种深远海融合组网通信系统，其特征是：所述通信网络选择模块的选择通信方式的过程为：采用管理层和网络层对所有可选择的通信方式进行检测，并更新路由表，其次对切换策略进行定义，并利用所述切换策略分析得出所述中转终端与所述指挥终端之间、所述中转终端与所述个体终端之间最为稳定的通信方式，再利用mac层对物理层的指挥终端、个体终端的通信方式进行切换控制。
技术总结本发明涉及通信领域，公开了一种深远海融合组网通信系统，解决了深远海通信不畅，给各项工作带来不便的问题，其技术方案要点是包括处于通信链路的通信节点上的指挥终端、中转终端以及个体终端，所述指挥终端与所述中转终端通过第一级通信链进行通信，所述中转终端与所述个体终端之间通过第二级通信链进行通信；所述第一级通信链和所述第二级通信链分别包括了若干种通信方式；所述中转终端搭载有通信网络选择模块，所述通信网络选择模块用于分别在所述第一级通信链和所述第二级通信链中选择最稳定的通信方式构成完整的通信链路，达到在所有通信方式中选择并构成最稳定的通信链路，提高深远海的通信水平，方便深远海工作的开展。
技术研发人员：史焱;李江华;齐东元
受保护的技术使用者：南京凯瑞得信息科技有限公司;丝路卫星通信有限公司
技术研发日：2020.01.09
技术公布日：2020.06.05
