摘 要： 介紹移動(dòng)自組網(wǎng)的特點(diǎn)、發(fā)展與現(xiàn)狀，并與現(xiàn)有通信手段進(jìn)行分析對(duì)比，指明移動(dòng)自組網(wǎng)在各類災(zāi)后營(yíng)救中的相比傳統(tǒng)通信手段所更能發(fā)揮的積極作用，展望移動(dòng)自組網(wǎng)在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞： 移動(dòng)自組網(wǎng)；災(zāi)后營(yíng)救；實(shí)時(shí)通信；通信系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A doi：10.3969/j.issn.1006-2475.

Research on application of mobile ad hoc network in rescue after disaster

HUANG Chengbing1

（Computer Science Department， Aba Teachers College ， Wenchuan Sichuan 623002， China）

Abstract： Through the introduction of Mobile Ad Hoc network features、development and current situation， and with the comparison with existing means of communication， the paper indicates that， to a greater extent the mobile ad hoc could guarantee the smooth communication networking system during the process of tourism field position or post disaster rescue and modern war more. After that， the application prospect of mobile ad hoc networks in various fields are also presented.

Key words： mobile ad hoc； disaster rescue； real time communication； communication system

0 引言

近年來在世界范圍內(nèi)，災(zāi)后營(yíng)救的話題已成為攸關(guān)民生與發(fā)展的熱點(diǎn)與焦點(diǎn)。當(dāng)嚴(yán)重自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)，原有的基礎(chǔ)通信設(shè)施大多受到損毀，從而給災(zāi)后營(yíng)救的順利開展形成障礙與阻力。當(dāng)前，我國(guó)對(duì)各類人員實(shí)施營(yíng)救位置確定以及災(zāi)難營(yíng)救時(shí)所使用的通信聯(lián)絡(luò)方式主要有無線電臺(tái)、衛(wèi)星通訊、 3G圖像傳輸這3種常規(guī)方式。但是，當(dāng)被營(yíng)救人員身處洪水、森林大火、地質(zhì)災(zāi)害等危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，由于這些災(zāi)害通常具備的突發(fā)性、毀滅性，將會(huì)給地面通信基站或交通樞紐等造成重大損壞，導(dǎo)致常規(guī)使用的通信手段已然無法滿足救援人員的應(yīng)急通訊需求。同時(shí)，傳統(tǒng)的通訊大多基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在通信過程中需要始終保存一條穩(wěn)定的端到端通信鏈路。但在災(zāi)后應(yīng)急通訊的條件下，由于通信環(huán)境將會(huì)轉(zhuǎn)為極度惡劣，鏈路的頻繁中斷即會(huì)導(dǎo)致這樣一條滿足如上要求的鏈路必將難以獲得全程暢通保障[1]。因而，如何建立并保持災(zāi)后營(yíng)救過程中的及時(shí)通訊即已成為當(dāng)前頗具研究實(shí)用價(jià)值的重要課題。

隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)移動(dòng)通信設(shè)備進(jìn)行重新組合并構(gòu)建臨時(shí)通信網(wǎng)絡(luò) （即移動(dòng)自組網(wǎng)）已經(jīng)廣泛應(yīng)用于災(zāi)后營(yíng)救應(yīng)急通訊、軍事通訊以及野外旅游通訊等各種過程與場(chǎng)合。與此同時(shí)，硬件設(shè)計(jì)方面正日趨完善，組成的移動(dòng)自組網(wǎng)（Mobile Ad Hoc Network）也可稱為 MANET，已經(jīng)表現(xiàn)出諸多的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。具體地，移動(dòng)自組網(wǎng)不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，通訊時(shí)也不需依靠地面基站或者是控制中心的支持，而是只需利用多個(gè)可以實(shí)現(xiàn)路由功能的獨(dú)立終端數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，建立臨時(shí)的移動(dòng)通信環(huán)境即可。綜上可知，移動(dòng)自組網(wǎng)具備了不需基礎(chǔ)通訊環(huán)境、可自由移動(dòng)、可任意增加或刪除通訊節(jié)點(diǎn)等優(yōu)良性質(zhì)?；诖?，本文即針對(duì)移動(dòng)自組網(wǎng)的綜合應(yīng)用給出研究綜述。

1 移動(dòng)自組網(wǎng)的發(fā)展與現(xiàn)狀

1.1 移動(dòng)自組網(wǎng)的發(fā)展

移動(dòng)自組網(wǎng)是美國(guó)國(guó)防部遠(yuǎn)景規(guī)劃局（DARPA）在20 世紀(jì) 70 年代通過“在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下采用分組無線網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信”研究時(shí)產(chǎn)生的新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段。1983 年，DARPA即已開始啟 動(dòng) SURAN （ Survivable Adaptive Network）以高效拓展 PRNET （ Packet Radio Network）項(xiàng)目中的各種技術(shù)手段，研究開發(fā)大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并且設(shè)計(jì)提出網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)協(xié)議，從而滿足不同地域戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，為打贏戰(zhàn)爭(zhēng)提供通信技術(shù)保障。1994 年，DARPA正式提出了全球移動(dòng)信息GloMo（Global Mobile Information System）項(xiàng)目，該項(xiàng)目的研發(fā)主要是為海陸空三軍提供指揮中心與前沿陣地網(wǎng)絡(luò)連接，保證通信聯(lián)絡(luò)暢通無阻，方便軍隊(duì)首長(zhǎng)進(jìn)行作戰(zhàn)指揮。隨著戰(zhàn)爭(zhēng)信息化條件的逐步提高，很多發(fā)達(dá)國(guó)家為作戰(zhàn)軍隊(duì)配備了尖端的通信系統(tǒng)，保證作戰(zhàn)的極速協(xié)調(diào)與完備指揮。因此，移動(dòng)自組網(wǎng)的研究開發(fā)將為軍隊(duì)打贏高技術(shù)條件下的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)提供堅(jiān)實(shí)有力保障。

由于最初移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)的產(chǎn)生主要是為滿足軍事領(lǐng)域的通信需求，而且相對(duì)于民用通信系統(tǒng)在各方面要求更高，軍隊(duì)通信系統(tǒng)同時(shí)還必須滿足抗毀性、自組織性和機(jī)動(dòng)靈活性這3個(gè)特殊要求。由此則必須使用通信節(jié)點(diǎn)能夠任意移動(dòng)并且自由組合的通信網(wǎng)絡(luò)，從而形成新的移動(dòng)通信自組網(wǎng)。

1.2 移動(dòng)自組網(wǎng)的現(xiàn)狀

隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線移動(dòng)終端進(jìn)入了更新?lián)Q代，體現(xiàn)在藍(lán)牙技術(shù)的開發(fā)使用、遠(yuǎn)程紅外技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步、Wi-Fi等無線通訊技術(shù)上，這就為移動(dòng)自組網(wǎng)的開拓進(jìn)步制造了有利契機(jī)，自組網(wǎng)在各領(lǐng)域的應(yīng)用正日趨廣闊，已經(jīng)陸續(xù)應(yīng)用在軍事通訊、災(zāi)后營(yíng)救、航海、航天、車載安全[2]通訊等多個(gè)方面。

1.3 移動(dòng)自組網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

移動(dòng)自組網(wǎng)是指通信中的多個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)簇通過無線信號(hào)傳輸連接在一起的通信系統(tǒng)。通信過程中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以自由移動(dòng)，每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)既是信號(hào)接收點(diǎn)又是中繼節(jié)點(diǎn)，在移動(dòng)過程中完成信息的收發(fā)功能，正因?yàn)橐苿?dòng)自組網(wǎng)的這一優(yōu)點(diǎn)，才可保證其在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變動(dòng)時(shí)，通信聯(lián)絡(luò)不致出現(xiàn)中斷[3]。在對(duì)旅游人員進(jìn)行趨于地點(diǎn)定位或者是災(zāi)難發(fā)生后提供營(yíng)救的過程中，當(dāng)由于特殊工作環(huán)境限制了通信系統(tǒng)的使用效果時(shí)，就可以啟用移動(dòng)終端的自組網(wǎng)來完成需求信息的傳遞交流，并快速鎖定目標(biāo)所在位置，彌補(bǔ)原有固定通信系統(tǒng)的不足。

2 移動(dòng)自組網(wǎng)的特點(diǎn)

2.1 廣泛的環(huán)境適應(yīng)性

移動(dòng)自組網(wǎng)不類似傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)，因其沒有中心控制節(jié)點(diǎn)，采用的卻是分布式通信技術(shù)，移動(dòng)自組網(wǎng)中的每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都可以自由移動(dòng)、相互組合，不依賴任何設(shè)備。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了通信故障，其他節(jié)點(diǎn)還可以與臨近節(jié)點(diǎn)隨機(jī)組合保障通信暢通。移動(dòng)自組網(wǎng)與傳統(tǒng)的無線通信網(wǎng)相比，具有獨(dú)立性和組合開放性，不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，隨時(shí)構(gòu)建，而且也無需再有其他基礎(chǔ)設(shè)施的功能匹配輔助，在自身可調(diào)節(jié)掌握范圍內(nèi)即可完成通信任務(wù)。綜上可知，在搶險(xiǎn)救災(zāi)等重大任務(wù)的通訊聯(lián)絡(luò)中，移動(dòng)自組網(wǎng)只需通過自身組網(wǎng)，而再無需借助地面基站或者是控制中心的基本支持。此時(shí)，救援隊(duì)員只要隨身攜帶手機(jī)、PDA、圖像或者是語音傳輸系統(tǒng)等無線通信設(shè)備進(jìn)入該地區(qū)，就能自由組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)通信指揮網(wǎng)絡(luò)的全程暢通。

2.2 網(wǎng)絡(luò)機(jī)動(dòng)靈活

由于災(zāi)后營(yíng)救行動(dòng)過程的現(xiàn)場(chǎng)通信或?qū)Ρ皇┚热藛T的野外環(huán)境位置區(qū)域方位確定，或者是營(yíng)救人員在各區(qū)域來回移動(dòng)所需的實(shí)時(shí)通信，都在表明網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的組織力度仍有待完善，同時(shí)也要一并增強(qiáng)其擴(kuò)展能力。而網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒有中心控制節(jié)點(diǎn)，任何2個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間有一個(gè)位置發(fā)生了變化，都不會(huì)影響到通信功能，而是隨機(jī)調(diào)用另一個(gè)臨近節(jié)點(diǎn)的中繼功能來實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的顯示暢通。由此可見，移動(dòng)自組網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)能夠以任意速度、方式自由移動(dòng)或者是以自身的原因加入、退出該自組織網(wǎng)絡(luò)，而且都不會(huì)影響到通信的過程質(zhì)量。由此得出自組網(wǎng)具有良好的機(jī)動(dòng)性，能夠保證災(zāi)后營(yíng)救人員在營(yíng)救時(shí)進(jìn)行定位搜救，并保持與指揮中心通信聯(lián)絡(luò)的優(yōu)質(zhì)連續(xù)，便于指揮中心完成指揮調(diào)度，實(shí)現(xiàn)指揮中心對(duì)前沿的全局性合理督導(dǎo)。

2.3 組網(wǎng)成本低廉

通信網(wǎng)絡(luò)有2種，分別是：無線通信網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)兩種，實(shí)現(xiàn)方式均為單跳型，由于在這些傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)收發(fā)設(shè)備信號(hào)的傳播范圍并非廣闊，即使得多數(shù)情況下需要通過一定的技術(shù)措施來擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積。一是對(duì)于基站和終端，要加大發(fā)射功率，二是可以創(chuàng)建多個(gè)基站，但這些做法最終都將造成組網(wǎng)成本的大幅提升。而對(duì)于移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)來說，其中使用的通信方式為多跳型。多跳型的通信方式主要是指當(dāng)遇到節(jié)點(diǎn)和目的地出現(xiàn)不能成功對(duì)接通信的情況時(shí)，可以利用中間的節(jié)點(diǎn)分組轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)和目的地的信號(hào)。通過對(duì)比這2種網(wǎng)絡(luò)方式，可以明確知道，多跳組網(wǎng)具有顯著優(yōu)越性，一是其成本很低，二是功耗、電磁干擾等通信缺陷相對(duì)較少。多跳組網(wǎng)對(duì)移動(dòng)終端發(fā)揮的作用則尤為顯著，可使移動(dòng)終端更趨靈活、且呈現(xiàn)更佳的便攜性。

2.4 網(wǎng)絡(luò)可靠性強(qiáng)

移動(dòng)自組網(wǎng)主要通過網(wǎng)絡(luò)分布的方式來實(shí)際控制和操作，這即使得移動(dòng)自組網(wǎng)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都將居于同等地位和作用，因而這些節(jié)點(diǎn)都將具有相同的功能，具體就是要求每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠具有路由和主機(jī)的功能。在移動(dòng)自組網(wǎng)中，通信的傳輸鏈路不只是一條，而是會(huì)有很多條。因此，在傳輸過程中，可以采用路由算法來選擇得到一條最佳的傳輸鏈路[4]。實(shí)際情形是：如果這個(gè)傳輸?shù)逆溌烦霈F(xiàn)了問題，假設(shè)其中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了損壞，那么系統(tǒng)就會(huì)選擇另外一條鏈路來代替先前的鏈路，從而確保網(wǎng)絡(luò)的正常工作運(yùn)行。綜上分析可得，移動(dòng)自組網(wǎng)具有強(qiáng)大的抗破壞能力。這一特性將能可靠應(yīng)用到執(zhí)行野外作業(yè)以及災(zāi)后營(yíng)救的過程中，可以使任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)隨時(shí)隨地地加入和退出，從而確保了前方指揮中心通信網(wǎng)絡(luò)不致因任何事件陷于故障或者摧毀。

2.5 移動(dòng)自組網(wǎng)缺點(diǎn)

對(duì)比傳統(tǒng)有線通信網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，雖然移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)表現(xiàn)出顯著鮮明優(yōu)勢(shì)，但卻也仍然存在一定的問題，具體闡述如下：一是其無線傳輸帶寬較低；二是容易受到一些自然因素的不利影響，通信鏈路的容量也并非恒定，在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)就會(huì)時(shí)常降級(jí)為單向無線信道；三是移動(dòng)終端設(shè)備不一定都能滿足要求；四是采用移動(dòng)電源供電，能源極其有限；此外，還由于移動(dòng)自組網(wǎng)的獨(dú)特設(shè)計(jì)更使其同時(shí)存在一定的安全缺陷，諸如通道脆弱、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)、集中監(jiān)控難于實(shí)現(xiàn)以及移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自身的安全性也未臻理想等方面。這些問題使得移動(dòng)自組網(wǎng)在實(shí)施構(gòu)建中面臨嚴(yán)峻處境，因而在今后的課題研究中，需要逐步解決這些問題[5]。

3 移動(dòng)自組網(wǎng)在災(zāi)后營(yíng)救中的具體應(yīng)用

3.1 移動(dòng)自組網(wǎng)與常規(guī)無線電臺(tái)的對(duì)比

在位置定位、災(zāi)后營(yíng)救過程中，高頻首選的通信手段就是常規(guī)無線電臺(tái)，因其攜帶方便、成本較低，最重要的就是還可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，但在如上優(yōu)勢(shì)背后還需看到，這一技術(shù)手段的通信帶寬卻有著一定局限，只能使用單通道進(jìn)行傳輸。在此情況下，只有語音信號(hào)能夠完成傳輸，而圖像信號(hào)卻只會(huì)處于傳輸范圍外，這就使得前方指揮中心并不能充分了解前方現(xiàn)場(chǎng)的情況，從而無法作出最佳決策。而且，不僅如此，常規(guī)無線電臺(tái)還表現(xiàn)出頻道數(shù)量少、通信方式組播的缺點(diǎn)，由此將使得多方力量協(xié)同救援時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生通信混亂。

相比常規(guī)無線電臺(tái)來，移動(dòng)自組網(wǎng)通信的優(yōu)點(diǎn)就愈加明顯。一方面，其通信帶寬足夠大，既能夠傳輸圖像信號(hào)，又能夠多方位、多角度地報(bào)道現(xiàn)場(chǎng)情況，從而能夠助力后方指揮中心精準(zhǔn)制定關(guān)鍵決策，為救援現(xiàn)場(chǎng)提供了現(xiàn)實(shí)理想的技術(shù)保障。另一方面，在傳統(tǒng)的組播通信方式的基礎(chǔ)上，移動(dòng)自組網(wǎng)通信融入了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，使得上級(jí)對(duì)下級(jí)發(fā)出命令時(shí)可以同時(shí)進(jìn)行安排部署，避免了通信混亂，從而更加快速、高效地調(diào)動(dòng)集結(jié)救援隊(duì)伍。

3.2 移動(dòng)自組網(wǎng)與 3G 圖像傳輸對(duì)比

目前，公安消防部隊(duì)在組建現(xiàn)場(chǎng)通信時(shí)，通常使用3G 圖像傳輸方式，這種方式主要是通過便攜式終端采集圖像信息，并由無線基站接收信號(hào)，再通過有線通信線路進(jìn)行傳輸，進(jìn)而抵達(dá)指揮中心。但是，由于災(zāi)害降臨時(shí)，無線通信基站以及有線線路一般均會(huì)中斷，使得此時(shí)將無法正常使用3G 圖像的傳輸方式[6]。而移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)具有適應(yīng)性強(qiáng)、網(wǎng)絡(luò)可靠的特點(diǎn)，所以就能夠在這些相對(duì)極端的環(huán)境下，依然保持良好通信傳輸，最終，在搶險(xiǎn)救援中發(fā)揮重要的作用。

3.3 應(yīng)用范圍

眾所周知，災(zāi)難營(yíng)救現(xiàn)場(chǎng)大多將遭遇道路不通、通信中斷、基礎(chǔ)設(shè)施損毀、工作人員稀少等考驗(yàn)，此時(shí)要使?fàn)I救工作快速有效展開，基礎(chǔ)的通信保障將是必不可少、至關(guān)重要的。然而原有的通信設(shè)施大多損毀，重新架設(shè)即使在電力正常、道路優(yōu)良的情況都需要花費(fèi)大量時(shí)間、 人力、物力。移動(dòng)自組網(wǎng)則具有無需基礎(chǔ)設(shè)施、能夠方便快捷地增加或刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)（施救人員）、各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以隨意移動(dòng)、能夠快速實(shí)效地地建立起一個(gè)臨時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn)，因此尤為適合這一類的災(zāi)后營(yíng)救現(xiàn)場(chǎng)。移動(dòng)自組網(wǎng)通過采用“存儲(chǔ)/攜帶/轉(zhuǎn)發(fā)” 的方式進(jìn)行信息的傳遞，同時(shí)可以采用稱之為擺渡節(jié)點(diǎn)的外界節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輔助路由[7]。在災(zāi)難營(yíng)救現(xiàn)場(chǎng)，為了盡量縮短消息延遲，同時(shí)還可以在空中規(guī)劃一定數(shù)量的攜帶有通信設(shè)備的無人機(jī)增強(qiáng)消息的傳輸效率，保持與指揮部的及時(shí)通信。

4 結(jié)束語

針對(duì)移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)，文中以其發(fā)展過程以及其自身具有的一些優(yōu)勢(shì)為主要內(nèi)容線索，通過對(duì)比野外環(huán)境的地域定位功能以及災(zāi)后營(yíng)救通訊使用的相關(guān)手段，可以得出，即使在無線基站損毀、通信線路癱瘓、道路不通等極端環(huán)境中，移動(dòng)自組網(wǎng)也能夠高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)緊急狀況下的通信指揮功能。另外，雖然目前移動(dòng)自組網(wǎng)技術(shù)還存在著一些現(xiàn)實(shí)問題，主要表現(xiàn)在動(dòng)態(tài)路由算法的工作效率低、功耗高，通信系統(tǒng)生存時(shí)間較短等方面，但是在今后的實(shí)踐研究過程中，移動(dòng)自組網(wǎng)必將逐漸躍升為災(zāi)后通信指揮應(yīng)用中核心重要的技術(shù)組成部分，從而獲得未來廣闊的應(yīng)用發(fā)展空間。

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作者聯(lián)系方式：

姓 名：黃成兵

出生年月：1980年11月

出 生 地：四川省宜賓市

單位全稱：阿壩師范學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)系

職 稱：副教授

學(xué) 位：碩士

研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

通訊地址：四川省阿壩州汶川縣水磨鎮(zhèn) 阿壩師范學(xué)院

郵 編：623002

作者Email：24951699@qq.com

聯(lián)系電話：18942828000

基金來源： 四川省教育廳自然科學(xué)重點(diǎn)基金資助項(xiàng)目（14ZA0306）；阿壩師范學(xué)院重點(diǎn)基金項(xiàng)（ASA12-23）

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