MESH網絡技術在消防應急通信中的應用

幸雪初 曾凡兵

1 湖南省公安消防總隊 湖南 410205

2 北京信諾飛圖科技有限公司 北京 100085

0 引言

當今社會，隨著經濟的迅猛發展，城市人口大幅增加，公共場所、居住區、企業的用電量大幅增加，災害事故頻發；隨著氣候變化，自然災害(地震、泥石流、海嘯等)時有發生；城市化的建設，地鐵逐步在各大城市中開始興建，地下通信開始擺在應急救援隊伍的面前，在各種特殊事故及特殊災害現場，如何使傳統的通信手段不能解決語音問題的情況下通過別的通信手段讓通信指揮通暢，是當前消防網絡通信系統運用中的難題。而MESH網絡對講機恰好解決了之一難題，它能在傳統語音對講及數字對講處于盲區的情況下讓通信通暢，在完成滅火救援指揮工作任務中起著關鍵作用。隨著MESH技術及語音技術的發展，為徹底解決語音盲區成為了可能；隨著MESH技術和語音技術日益成熟，使消防救援指揮工作通暢無阻，真正實現了無縫通信。

1 MESH技術概述

MESH Network也稱為“多跳網絡”，它是一個動態的可以不斷擴展的網絡架構，實現無線設備之間的傳輸。在各種無線通信技術蓬勃發展的同時，一種新的無線網絡技術——無線Mesh網絡正逐漸成為人們關注的焦點之一。無線Mesh網絡(即無線網狀網)也稱為無線格狀網或無線多跳網，可以和多種寬帶無線接入技術如IEEE802.11、802.16、802.20以及3G移動通信等技術相結合，組成一個含有多跳無線鏈路的無線網狀網絡。這種無線網狀網不僅可以大幅度擴展無線系統的覆蓋范圍，同時還可以提高無線系統的帶寬容量和通信可靠性，是一種非常有發展前途的寬帶無線接入技術。

在MESH網絡傳輸中，采用網狀網拓撲結構，即多點對多點組網方式。在這種網絡結構中，各網絡節點終端通過相鄰的其它網絡節點終端以無線多跳方式相連，無需增加任何路由器，終端自成網絡。目前，傳統無線MESH網絡由兩部分組成：MESH路由器、MESH終端。路由器除了具有傳統的無線路由器的網關/ 中繼功能外，還支持MESH網絡互聯的路由功能。MESH路由器通常具有多個無線接口，這些無線接口可以基于相同的無線接入技術構建，也可以基于不同的無線接入技術。與傳統的無線路由器相比，無線MESH路由器可以通過無線多跳通信。 MESH通信網關支持 GSM GW/GSM網關、Analog (VHF/UHF) GW/模擬網關、IP GW/IP網關，其總體示意圖如圖1。

圖1 總體示意圖

2 MESH網絡與消防350MHz無線通信系統的接入

滅火搶險救援現場屬于突發事件，時間、地點不定，作為一般情況下的應急通信，消防350MHz無線通信系統配合衛星通信系統基本上可以很好的保障滅火救援現場的通信暢通，但在地鐵、地下建筑、隧道等場地的滅火救援現場，由于地理環境比較復雜，無線信號的屏蔽和衰減比較大，對現有消防350MHz無線通信系統來講屬于盲區；從通信原理上來講，阻擋和屏蔽是無線通信的兩大“克星”，如何解決盲區問題，基本上靠中繼系統來完成。

當前，湖南省公安消防部隊基本上配備的是海倫達350MHz無線終端，按照公安部的要求，全省消防部隊無線通信系統全部依托省公安廳350MHz無線通信系統，在滅火搶險救援中發揮了應有的通信保障作用。隨著城市的建設，地鐵、隧道、人防工程等地下建筑不斷增多，在滅火搶險救援中，350MHz的常規通信很難保證地下與地面的有效通信，對無線通信就提出了新的要求，為解決地下與地面的通信問題，我們引進了IP68對講機作為MESH網絡中繼，與現有使用的消防350MHz無線對講機進行互聯，解決地下、隧道等地下建筑物里與外面的無線通信問題，IP68對講機根據其轉接線的接口定義可以與各種品牌、不同型號的對講機直接對接，通過軟件的自動識別及設置，即可實現互聯互通。下面以海倫達TC780M手持常規對講機為例加以說明。

2.1 MESH網絡連接線接口說明

序號 IP68 顏色 定義1 MIC 棕色 麥克輸入(來源于網關終端喇叭聲音)2 GND 黑色 公共地3 SPEAKER 紅色 喇叭輸入(來源于網關終端麥克聲音)4 VBAT 橙色 電壓輸出5 PTT OUT 黃色 網關終端PTT輸出6 PTT IN 綠色 網關終端PTT輸入

2.2 海倫達TC780M手持常規對講機連接圖接口說明

序號 TC780M接口 定義1 EXT-SPK+ 外部喇叭2 PTT 發射控制L：發射3 GND 地4 EXT-MIC+ 外部MIC

2.3 MESH網絡對講IP68與海倫達TC780M手持常規對講機接口連接圖

2.4 IP68與TC780M互聯作為中繼通信的拓撲圖

(1) IP68作為中繼互聯接入TC780M系統

(2) IP68作為中繼轉接

目前，湖南省公安消防總隊已采用了該技術進行了應用，使MESH對講系統和現有消防350MHz無線通信系統進行融合成為一個網絡，從功能上實現現有消防350MHz無線通信系統向通信盲區距離的延伸，以解決現有消防 350MHz無線通信的盲區，有效地解決了地下建筑、隧道等內部與外部的通信問題，取得了很好的效果。

3 實際應用中存在的問題

3.1 時延問題

MESH對講系統在實際應用中存在著一定的語音時延，這是由其技術體制決定的。MESH終端采用 IP網絡技術協議，每個終端具備路由功能，其語音數據以包的形式在無線鏈路上進行傳輸，其時延問題是在所難免的。其傳輸時延來源于兩方面：一種是無線鏈路，另一種來源于網絡傳輸。前者時延可以忽略不計，后者時延來源于語音數據報傳輸過程中必經路由器的流量狀況、握手協議、網絡進入點和輸出點之間路由器的數目以及其終端到目的地不同的路徑等。

3.2 抗干擾問題

MESH對講具有自組網功能，能在成百上千個終端之間組網，需要具有大容量的傳輸能力，其占用無線帶寬相對于普通無線語音對講來講會有相當大的區別。一般普通無線語音對講系統占用射頻帶寬在12.5KHz或25KHz，而MESH對講系統占用的射頻帶寬在 20MHz。一般情況下，現場解決干擾問題主要通過改變設備工作頻率。

3.3 傳輸距離問題

MESH對講系統傳輸距離相對于普通對講系統要近很多，其原因主要在以下幾方面：

(1) 工作頻率在S波段，空中傳輸衰減比較大；

(2) 功率比較小(100mw)；

(3) 帶寬比較寬，接收靈敏度比較低；

(4) 天線選用低增益便攜式天線，方便便攜實用。

4 結束語

MESH網絡技術在MESH語音對講系統的應用，真正解決了消防指揮現場最后一公里語音盲區問題以及無需架設基站即可實現多點對多點的語音通信；MESH網絡技術在MESH語音對講系統的應用，真正實現了語音對講系統與各種網絡系統(WIFIWIMAXUHFVHFTETRAGSM 等)的互聯互通。

[1] (加)霍辛(Hossain，E.),(英)梁(Leung，K.K.)著,易燕,等譯.無線Mesh網絡架構與協議[M].機械工業出版社.2009.

[2] 方旭明.下一代無線因特網技術：無線Mesh網絡[M].人民郵電出版社.2005.

[3] 胡汀,謝小婷.無線 Mesh網絡技術研究[J].電腦知識與技術.2011.

[4] TC-T80 全功能型專業無線對講機[EB/OL].http://www.hytera.com.cn/product/prodetail.aspx?id=3113.12