湖南郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李崇鞅

基于無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

湖南郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 李崇鞅

在突發(fā)情況下，應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)能夠提供可靠的通訊連接，具有重要的指導(dǎo)作用。但是傳統(tǒng)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)由于設(shè)計(jì)及應(yīng)用方面的欠缺，存在不能切實(shí)滿足通信需求。因此，在應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過(guò)程中應(yīng)積極采取先進(jìn)的技術(shù)，提高其自身的實(shí)用價(jià)值。無(wú)線自組網(wǎng)具有快速組網(wǎng)、無(wú)中心等顯著優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于應(yīng)急通信保障方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。本文簡(jiǎn)要概述了應(yīng)急通信保障的特點(diǎn)，無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并探討了無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)在應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

無(wú)線自組網(wǎng)；應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

目前我國(guó)的緊急應(yīng)急通訊系統(tǒng)還不夠完善，結(jié)構(gòu)比較單一，例如公眾通訊網(wǎng)絡(luò)面對(duì)突發(fā)事件很容易出現(xiàn)由于過(guò)載而癱瘓的現(xiàn)象；集群通訊的覆蓋范圍狹窄，不利于使用；衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的成本太高，組建難度也較大，不利于推廣。而面對(duì)此種情形，無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可靠性已經(jīng)引起了緊急救援方面的重視。

1. 應(yīng)急通信技術(shù)中存在的問(wèn)題

1.1應(yīng)急通信系統(tǒng)穩(wěn)定性較差

應(yīng)急通信系統(tǒng)過(guò)度依賴于公眾通信網(wǎng)絡(luò)，一旦公眾通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障則會(huì)對(duì)應(yīng)急通訊系統(tǒng)造成一定的影響。公眾通信網(wǎng)絡(luò)可靠性較差，容易出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，信號(hào)的傳達(dá)出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，從而導(dǎo)致應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)障礙。并且，在集群通信系統(tǒng)中，通訊容量較小，不能在范圍較廣的情況下使用，其僅局限于調(diào)度指揮等工作的開(kāi)展過(guò)程中。

1.2應(yīng)急通信系統(tǒng)傳輸力度較小

就現(xiàn)有技術(shù)而言，我國(guó)應(yīng)急通信系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星通信的依賴程度仍然較高。衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有覆蓋面廣、設(shè)備健全等優(yōu)勢(shì)，但其在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中仍存在一定的不足之處，即衛(wèi)星傳輸力度較小且成本較高。因此，在這樣的狀況下，應(yīng)急通信系統(tǒng)的傳輸能力也受到一定的限制，面對(duì)嚴(yán)峻自然災(zāi)害和突發(fā)事件，很難進(jìn)行有效的通信支持。

2. 無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)在應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

2.1混合式的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和集成蜂窩網(wǎng)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)

自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)環(huán)境條件往往比較惡劣，會(huì)嚴(yán)重影響蜂窩網(wǎng)絡(luò)部分基站的設(shè)備，導(dǎo)致其不能正常運(yùn)行，剩余基站雖然可以正常工作，但是急劇增加的訪問(wèn)業(yè)務(wù)量，也會(huì)使得其過(guò)載而奔潰。此時(shí)，可以利用蜂窩網(wǎng)絡(luò)和Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，綜合設(shè)計(jì)混合式的無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，解決此類緊急狀況。這種混合式的無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本設(shè)計(jì)理念是：MT移動(dòng)終端的操作可以選擇Ad Hoc模式或者蜂窩模式，蜂窩網(wǎng)直接向基站BS傳送數(shù)據(jù)，而Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)通過(guò)節(jié)點(diǎn)逐層將數(shù)據(jù)發(fā)送到BS。當(dāng)遇到緊急情況，蜂窩網(wǎng)絡(luò)不能直接將數(shù)據(jù)傳送到基站時(shí)，Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)就會(huì)啟動(dòng)，并且根據(jù)不同程序算法，構(gòu)建一條將數(shù)據(jù)傳送給基站的路由，以此來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)癱瘓問(wèn)題。例如，圖1為Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和蜂窩多跳混合通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，如果傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中的B基站突遇故障，導(dǎo)致A基站的信息不能直接傳送至C基站，此時(shí)就可以啟動(dòng)節(jié)點(diǎn)多跳模式，通過(guò)節(jié)點(diǎn)2-4-5最終將A和C建立通訊。由此可見(jiàn)，此種混合式的Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和集成蜂窩網(wǎng)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)可有效解決網(wǎng)絡(luò)突發(fā)癱瘓問(wèn)題。

當(dāng)應(yīng)急通訊的基站數(shù)量不夠時(shí)，可以臨時(shí)部署應(yīng)急通訊車（ECV），作為臨時(shí)基站，以滿足應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋和吞吐量的要求，如圖2所示。一般情況下，混合式的應(yīng)急通訊無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以等效為分級(jí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：多跳無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)由低層的移動(dòng)終端構(gòu)成；骨干網(wǎng)絡(luò)由高層的應(yīng)急通訊車和基站構(gòu)成?；旌鲜綉?yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)的工作過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：第一階段，終端移動(dòng)設(shè)備按照?qǐng)D1所示的模式訪問(wèn)基站，當(dāng)接收功率過(guò)小不足以滿足要求時(shí)，通訊方式變成多跳模式；第二階段，移動(dòng)終端根據(jù)路由條數(shù)和信道質(zhì)量計(jì)算并得到最優(yōu)的多跳路由，完成應(yīng)急通訊。

圖1 Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和蜂窩多跳混合通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖2 混合式應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)工作示意圖

2.2基于安全預(yù)警和監(jiān)控的無(wú)線傳感技術(shù)網(wǎng)絡(luò)

應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)除了保證在突發(fā)事件中網(wǎng)絡(luò)暢通的任務(wù)以外，還必須對(duì)突發(fā)事件區(qū)域進(jìn)行有效、全面的監(jiān)控任務(wù)，以起到對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)防和管理的目的。無(wú)限傳感技術(shù)網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋監(jiān)控范圍大、傳感節(jié)點(diǎn)分布廣、場(chǎng)合適應(yīng)靈活、監(jiān)視精準(zhǔn)度高、自動(dòng)化程度高等諸多特點(diǎn)，非常適合在緊急事發(fā)區(qū)進(jìn)行有效的監(jiān)控任務(wù)。無(wú)線傳感技術(shù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以為急救或者消防人員提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸和獲取，有比較強(qiáng)大的錯(cuò)誤分辨能力和容忍性，并與現(xiàn)存異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)很好的兼容性，以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送的可靠性。例如，為了提高無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性、安全性和可生存性，使用基于簇的多級(jí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得整個(gè)傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠自行執(zhí)行測(cè)試、調(diào)整、維護(hù)、恢復(fù)等操作。如此，即可以避免多節(jié)點(diǎn)傳感網(wǎng)絡(luò)部署的巨大成本，又增強(qiáng)了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)收集信息和服務(wù)傳遞的可靠性。

2.3建立在可移動(dòng)基站上的便攜式通訊網(wǎng)絡(luò)

便攜式移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)建立在移動(dòng)基站的基礎(chǔ)上，可以充分體現(xiàn)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。便攜式通訊網(wǎng)絡(luò)通訊的可靠性不受時(shí)間和地點(diǎn)的影響，可以建立陸、海、空通訊平臺(tái)，可以利用mesh無(wú)線網(wǎng)絡(luò)根據(jù)需求提供不同的覆蓋范圍和網(wǎng)絡(luò)容量，并具備較高的獨(dú)立性和兼容性，支持語(yǔ)音和多媒體服務(wù)通訊，適合不同應(yīng)急救援場(chǎng)合。具體來(lái)說(shuō)，便攜式移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍以及兼容性的優(yōu)勢(shì)來(lái)源于其多種接口技術(shù)，囊括了全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)（UMTS）、全球聯(lián)通通訊系統(tǒng)（GSM）以及全球微波互操作性（WMAX）。例如，無(wú)線便攜式通訊網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)救援現(xiàn)場(chǎng)人員之間及指揮中心的通訊，而不依賴于基站收發(fā)臺(tái)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)控制器等多種基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，真正地建立了不同距離之間快速、穩(wěn)定、可靠的聯(lián)系，為應(yīng)對(duì)緊急事件和現(xiàn)場(chǎng)救援工作帶來(lái)了極大的方便。而且，對(duì)移動(dòng)終端以及相連的基站的BSR的關(guān)聯(lián)表進(jìn)行定期的維護(hù)以及更新，可以保證通訊過(guò)程中快速而精準(zhǔn)找到BSR路線。

3. 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于災(zāi)情處理、經(jīng)濟(jì)救援方面有著尤為突出的作用，而無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)的快速組網(wǎng)、自配置、無(wú)中心等顯著優(yōu)點(diǎn)恰好滿足了處理經(jīng)濟(jì)情況的要求。將無(wú)線自組網(wǎng)用于應(yīng)急通訊，有力保證了對(duì)敏感監(jiān)控區(qū)的通信連接的可靠性，并有效防范了急突發(fā)狀況可能造成的威脅和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。

［1］王海濤，付鷹.基于無(wú)線自組網(wǎng)的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)研究［J］.電力系統(tǒng)通信，2012，33（7）：1-5.

［2］王海濤，朱震宇，付鷹，等.應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)探討［J］.指揮信息系統(tǒng)與技術(shù)，2010，01（5）：28-33.

［3］王海濤，吳連才，武媛媛，等.應(yīng)急通信保障中無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.數(shù)據(jù)通信，2013，（2）：41-44.

［4］李乃振，劉繼光，李朝東，等.無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)安全威脅分析［J］.計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)，2015，（7）：62-64.

李崇鞅，男，湖南邵陽(yáng)人，碩士，湖南郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：移動(dòng)通信技術(shù)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與維護(hù)。