鄒方勇 李玉亮

摘要：本文以城市重大事故及地質(zhì)性災(zāi)害事故救援應(yīng)急通信系統(tǒng)建設(shè)為研究方向，基于Mesh無(wú)線寬帶通信作為應(yīng)急通信的重要組成部分，采用“公專(zhuān)互補(bǔ)、寬窄融合、固移結(jié)合”的多維組網(wǎng)形態(tài)研究，結(jié)果表明本文研究的Mesh無(wú)線寬帶通信可以快速部署，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信系統(tǒng)區(qū)域覆蓋，連接后方指揮中心確保災(zāi)情上報(bào)和指揮調(diào)度暢通;各級(jí)按需配備專(zhuān)業(yè)無(wú)線通信終端，解決語(yǔ)音對(duì)講、可視化指揮、數(shù)據(jù)傳輸需求。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急救援通信調(diào)度箱系統(tǒng);Mesh自組網(wǎng);指揮調(diào)度系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU998.13? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2096-1227（2021）06-0044-02

現(xiàn)代化應(yīng)急通信保障能力的建設(shè)以及消防隊(duì)伍作戰(zhàn)方式的改變需立足“綜合性、全災(zāi)種”的救援實(shí)戰(zhàn)需求，需樹(shù)立“作戰(zhàn)指揮通信保障先行”理念，同時(shí)要滿足“組成網(wǎng)、隨人走、不中斷、聯(lián)得上、聽(tīng)得見(jiàn)、看得清、能圖傳、能分析”通信工作總要求。強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)、高點(diǎn)定位謀劃，依托兩大應(yīng)急通信系統(tǒng)與實(shí)戰(zhàn)指揮平臺(tái)建設(shè)技術(shù)方案需求，深入研討解決當(dāng)前應(yīng)急通信保障工作存在的難點(diǎn)。

一、建設(shè)思路

應(yīng)急救援通信指揮調(diào)度系統(tǒng)的建立，包含的設(shè)備及業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)思路如下幾點(diǎn)：

多網(wǎng)融合及網(wǎng)絡(luò)互補(bǔ)：4G/5G公網(wǎng)、Mesh、Wifi、窄帶對(duì)講等多種網(wǎng)絡(luò)完成交融并用，使用空口協(xié)議減少設(shè)備之間的聯(lián)接和轉(zhuǎn)發(fā)消耗，加強(qiáng)冗余通信效果，實(shí)現(xiàn)通信保障作用。在野外空曠地、城市建筑群、信號(hào)屏蔽場(chǎng)所分別能進(jìn)行半徑不小于2-5km、800m的專(zhuān)網(wǎng)信號(hào)覆蓋;

形成體系：在災(zāi)害救援現(xiàn)場(chǎng)按照災(zāi)害事故類(lèi)型以及救援現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)際情況，快速自動(dòng)地展開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，保障現(xiàn)場(chǎng)通信聯(lián)絡(luò)和指揮信息支撐、互動(dòng)的業(yè)務(wù)鏈;

統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：依據(jù)消防隊(duì)伍救援作戰(zhàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信的特性，利用統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、數(shù)據(jù)格式、電源接口、通信模塊等標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一人員裝備編成標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一系統(tǒng)傳輸能力、覆蓋范圍和共享展現(xiàn)等功能和性能標(biāo)準(zhǔn);

注重兼容：能充分利舊，保障原有設(shè)備的接入問(wèn)題，避免造成浪費(fèi)。

二、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

（一）完整的應(yīng)急通信保障

應(yīng)急救援通信調(diào)度箱系統(tǒng)包含了一組無(wú)中心、自組織、自愈型無(wú)線應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，采用同頻組網(wǎng)的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有設(shè)備節(jié)點(diǎn)都在同一頻點(diǎn)的寬帶上工作，減少頻率資源的占用，使其高效的實(shí)現(xiàn)在應(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的快速組網(wǎng)。設(shè)備最大可支持20Mhz帶寬，實(shí)現(xiàn)最大40Mbps數(shù)據(jù)傳輸。最小可支持5Mhz帶寬，從而使其網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力達(dá)到最優(yōu)的效果，達(dá)到在山地、市區(qū)、地下室等復(fù)雜地形環(huán)境下的通信效果。

網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有節(jié)點(diǎn)都具有主動(dòng)多跳接力能力，可完成在16個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的鏈狀網(wǎng)絡(luò)中15跳接力傳輸，擴(kuò)展其網(wǎng)絡(luò)傳輸距離。在任意的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之前因距離、地形等多種因素限制無(wú)法直接進(jìn)行信息傳輸時(shí)，可通過(guò)在其中增加其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行接力中繼傳輸。除此之外，在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)具備路由路徑自動(dòng)選擇及自動(dòng)管理等功能，保證了信息傳輸時(shí)的路徑擇優(yōu)選擇，保障通信質(zhì)量，并可實(shí)時(shí)確定節(jié)點(diǎn)之間的連接狀態(tài)來(lái)確定是否進(jìn)行接力中繼傳輸和最優(yōu)接力中繼路徑。

此網(wǎng)絡(luò)是全I(xiàn)P無(wú)線局域?qū)＞W(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都具備有線IP接口和無(wú)線WIFI接口連接能力，可通過(guò)Wi-fi接口實(shí)現(xiàn)與手機(jī)終端或掌上電腦等終端的互聯(lián)互通，同時(shí)與4G、地面網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星、短波等其他網(wǎng)絡(luò)形式對(duì)接時(shí)也可通過(guò)IP接口來(lái)融合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)音視頻通過(guò)其他網(wǎng)絡(luò)的傳遞。

（二）快速組網(wǎng)，多網(wǎng)融合

移動(dòng)通信由于其機(jī)動(dòng)靈活的特性，在火場(chǎng)現(xiàn)代化指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用占據(jù)著重要的地位。

移動(dòng)化通信指揮的方式可以突破地點(diǎn)、時(shí)間的限制對(duì)消防救援現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指揮調(diào)度，并根據(jù)救援現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)調(diào)動(dòng)相關(guān)消防力量，并根據(jù)災(zāi)害類(lèi)型及時(shí)止損，與指揮中心進(jìn)行信息交換等等。

多種網(wǎng)絡(luò)完成交融并用，使用空口協(xié)議減少設(shè)備之間的聯(lián)接和轉(zhuǎn)發(fā)消耗，加強(qiáng)冗余通信效果，達(dá)到救援現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信保障的目的。具備實(shí)時(shí)傳輸抗干擾和高清晰度的視頻圖像的能力;同時(shí)可結(jié)合時(shí)下逐漸成熟的第五代移動(dòng)通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、微波等實(shí)現(xiàn)救援現(xiàn)場(chǎng)與后方指揮中心的寬帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Ч?/p>

（三）公專(zhuān)打通，上下互通

應(yīng)急救援通信調(diào)度箱系統(tǒng)含Mesh自組網(wǎng)模塊，視頻采集設(shè)備、背負(fù)臺(tái)、手持單兵以及其它通信指揮車(chē)的相關(guān)設(shè)備構(gòu)成一個(gè)事故現(xiàn)場(chǎng)的移動(dòng)專(zhuān)網(wǎng)，使車(chē)內(nèi)人員與車(chē)外人員協(xié)同工作。應(yīng)急救援調(diào)度箱嵌入一套視頻指揮調(diào)度軟件，實(shí)現(xiàn)了“一張圖”的可視化指揮調(diào)度。此外，應(yīng)急救援調(diào)度箱系統(tǒng)還內(nèi)置4G公網(wǎng)模塊，在插入公網(wǎng)4G卡后可在有公網(wǎng)信號(hào)的地方與后端指揮中心互聯(lián)互通。

（四）按需分組，智能路由

Mesh設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間能夠動(dòng)態(tài)探測(cè)與自己鄰近節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，定時(shí)同步整個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。音視頻分組能夠根據(jù)探測(cè)到的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，動(dòng)態(tài)選擇下一跳的傳輸路徑，減少時(shí)延，抖動(dòng)等，從而保證端到端的通信質(zhì)量。

（五）現(xiàn)場(chǎng)指揮，視頻會(huì)商

現(xiàn)場(chǎng)救援指揮部可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)使用移動(dòng)通信終端建立音視頻會(huì)商對(duì)各救援隊(duì)進(jìn)行指揮調(diào)度，并能通過(guò)文字、圖像、語(yǔ)音、視頻等方式將現(xiàn)場(chǎng)情況反饋至指揮中心。指揮中心領(lǐng)導(dǎo)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋的情況在指揮作戰(zhàn)平臺(tái)上對(duì)相應(yīng)的救援隊(duì)下達(dá)指令，進(jìn)行救援現(xiàn)場(chǎng)的同一指揮調(diào)度，并能將救援現(xiàn)場(chǎng)的救援任務(wù)執(zhí)行過(guò)程實(shí)時(shí)記錄。

（六）簡(jiǎn)化操作，簡(jiǎn)單實(shí)用

音視頻終端操作上應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，讓作戰(zhàn)人員以及指揮人員在復(fù)雜情況下保持精力做救援指揮任務(wù)，而不是受限于設(shè)備的操作上。調(diào)度終端全程自動(dòng)接聽(tīng)呼叫，掉線后自動(dòng)上線并加入部署前的會(huì)話，無(wú)需任何手動(dòng)操作。指揮終端，可以隨意自定義會(huì)話群組，加入人員，刪除人員。指揮終端人員可以在多個(gè)群組中自如切換，以便能夠與中隊(duì)內(nèi)部人員以及中隊(duì)之間快速切換。

三、系統(tǒng)技術(shù)

（一）性能卓越的無(wú)線移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，提供高速數(shù)據(jù)傳輸能力

MESH就是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，是移動(dòng)多跳網(wǎng)絡(luò)MANET（Mobile Ad-hoc Network）的一種。作為新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其主要目標(biāo)是自動(dòng)構(gòu)建無(wú)中心、多跳互聯(lián)網(wǎng)。它有著組網(wǎng)快，網(wǎng)絡(luò)健壯性高、組網(wǎng)靈活和自動(dòng)搜索最佳路徑等優(yōu)點(diǎn)。MESH技術(shù)的具體優(yōu)點(diǎn)為：

通過(guò)自動(dòng)組網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)快速部署、快速使用的效果，節(jié)省人力、物力;通過(guò)無(wú)中心的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠省去中心節(jié)點(diǎn)對(duì)環(huán)境的依賴;通過(guò)自動(dòng)路徑多跳技術(shù)，可以靈活彌補(bǔ)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)覆蓋不到的范圍和區(qū)域。

（二）基于信道狀態(tài)信息（CSI）的魯棒傳輸技術(shù)

無(wú)線MESH高并發(fā)及抗干擾技術(shù)主要包括：對(duì)各種干擾環(huán)境進(jìn)行建模學(xué)習(xí)，在各種環(huán)境下最大限度保證無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸;提高信道快速衰落時(shí)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪m應(yīng)性。保證設(shè)備高速移動(dòng)時(shí)，或有遮擋快速經(jīng)過(guò)時(shí)，無(wú)線數(shù)據(jù)性能穩(wěn)定;Mesh協(xié)議基礎(chǔ)進(jìn)行擴(kuò)展提高M(jìn)esh對(duì)無(wú)線鏈路的感知能力，加快拓?fù)渥兓憫?yīng);實(shí)時(shí)檢測(cè)Mesh路徑中信道變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整到最優(yōu)路徑;合理調(diào)整拓?fù)洌岣哒w帶寬，減少跳數(shù)的同時(shí)降低時(shí)延。

（三）OFDM信號(hào)調(diào)制的關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）。該技術(shù)與普通數(shù)字電臺(tái)的調(diào)制模式不同，是為了有效對(duì)抗在移動(dòng)通信中的多徑效應(yīng)而特別開(kāi)發(fā)的。

OFDM把高速數(shù)據(jù)流通過(guò)串并變換，使得每個(gè)子載波上的數(shù)據(jù)符號(hào)持續(xù)長(zhǎng)度相對(duì)增加，從而有效地減少由于無(wú)線信道的時(shí)間彌散所帶來(lái)的ISI，并通過(guò)采用插入循環(huán)前綴的方法消除ISI的不利影響，從而減小了接收機(jī)均衡的復(fù)雜度。

（四）基于鏈路狀態(tài)算法的智能路由技術(shù)

為了能夠進(jìn)行智能路由音視頻分組，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都需要定期通報(bào)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及變化。在各自保持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，動(dòng)態(tài)測(cè)試與自己鄰節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)，時(shí)延，路徑MTU。最后彼此之間再次匯總測(cè)試結(jié)果。每個(gè)音視頻分組傳輸?shù)臅r(shí)候會(huì)帶上發(fā)起節(jié)點(diǎn)計(jì)算的路徑，每經(jīng)過(guò)一個(gè)路徑節(jié)點(diǎn)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)變成發(fā)起節(jié)點(diǎn)，就會(huì)再次更新計(jì)算路徑，最終達(dá)到到最優(yōu)路由。

（五）加強(qiáng)消防安全管理和社會(huì)消防宣傳教育，提高災(zāi)害抵御能力

無(wú)線寬帶集群提供語(yǔ)音，視頻，數(shù)據(jù)接入的解決方案，同時(shí)具有定位等多種業(yè)務(wù)的并發(fā)功能，為多媒體調(diào)度奠定了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

多媒體調(diào)度是指消防指揮員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同時(shí)進(jìn)行語(yǔ)音集群，視頻調(diào)度和圖文指令傳遞，提供的多業(yè)務(wù)并發(fā)功能就可以實(shí)現(xiàn)多媒體調(diào)度，同樣帶來(lái)了更多應(yīng)用的融合可能性。

四、結(jié)語(yǔ)

應(yīng)急救援通信調(diào)度箱系統(tǒng)圍繞現(xiàn)場(chǎng)通訊調(diào)度，打通應(yīng)急通信技術(shù)最后一公里屏障，保障消防隊(duì)員安全，通過(guò)這種“以專(zhuān)為主，公專(zhuān)結(jié)合”的救援戰(zhàn)術(shù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)無(wú)線電遠(yuǎn)程下達(dá)命令、調(diào)取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控信息的能力，把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸給消防指揮員，提供救援?dāng)?shù)據(jù)支撐、確保人員無(wú)遺漏、保證所有人員能安全撤離，遠(yuǎn)程指揮的方式使得后場(chǎng)指揮員如同親臨現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)時(shí)助力現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急救援指揮工作。

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