基于無線自組網技術的應急通信網絡設計及應用

湖南郵電職業技術學院 李崇鞅

基于無線自組網技術的應急通信網絡設計及應用

湖南郵電職業技術學院 李崇鞅

在突發情況下，應急通信網絡能夠提供可靠的通訊連接，具有重要的指導作用。但是傳統應急通信網絡由于設計及應用方面的欠缺，存在不能切實滿足通信需求。因此，在應急通信網絡發展過程中應積極采取先進的技術，提高其自身的實用價值。無線自組網具有快速組網、無中心等顯著優點，對于應急通信保障方面具有明顯優勢。本文簡要概述了應急通信保障的特點，無線自組網技術的優勢，并探討了無線自組網技術在應急通信網絡技術中的設計和應用。

無線自組網；應急通信網絡；設計與應用

目前我國的緊急應急通訊系統還不夠完善，結構比較單一，例如公眾通訊網絡面對突發事件很容易出現由于過載而癱瘓的現象；集群通訊的覆蓋范圍狹窄，不利于使用；衛星通訊系統的成本太高，組建難度也較大，不利于推廣。而面對此種情形，無線自組網絡的靈活性和可靠性已經引起了緊急救援方面的重視。

1. 應急通信技術中存在的問題

1.1應急通信系統穩定性較差

應急通信系統過度依賴于公眾通信網絡，一旦公眾通信網絡出現故障則會對應急通訊系統造成一定的影響。公眾通信網絡可靠性較差，容易出現阻塞現象，信號的傳達出現滯后現象，從而導致應急通信網絡系統運轉出現障礙。并且，在集群通信系統中，通訊容量較小，不能在范圍較廣的情況下使用，其僅局限于調度指揮等工作的開展過程中。

1.2應急通信系統傳輸力度較小

就現有技術而言，我國應急通信系統對衛星通信的依賴程度仍然較高。衛星通信系統具有覆蓋面廣、設備健全等優勢，但其在設備運轉過程中仍存在一定的不足之處，即衛星傳輸力度較小且成本較高。因此，在這樣的狀況下，應急通信系統的傳輸能力也受到一定的限制，面對嚴峻自然災害和突發事件，很難進行有效的通信支持。

2. 無線自組網技術在應急通信網絡技術中的設計和應用

2.1混合式的Ad Hoc網絡和集成蜂窩網無線通訊網絡

自然災害發生時環境條件往往比較惡劣，會嚴重影響蜂窩網絡部分基站的設備，導致其不能正常運行，剩余基站雖然可以正常工作，但是急劇增加的訪問業務量，也會使得其過載而奔潰。此時，可以利用蜂窩網絡和Ad Hoc網絡技術的優勢，綜合設計混合式的無線自組網絡技術，解決此類緊急狀況。這種混合式的無線自組網絡技術的基本設計理念是：MT移動終端的操作可以選擇Ad Hoc模式或者蜂窩模式，蜂窩網直接向基站BS傳送數據，而Ad Hoc網絡通過節點逐層將數據發送到BS。當遇到緊急情況，蜂窩網絡不能直接將數據傳送到基站時，Ad Hoc網絡就會啟動，并且根據不同程序算法，構建一條將數據傳送給基站的路由，以此來解決網絡癱瘓問題。例如，圖1為Ad Hoc網絡和蜂窩多跳混合通訊網絡結構示意圖，如果傳送數據過程中的B基站突遇故障，導致A基站的信息不能直接傳送至C基站，此時就可以啟動節點多跳模式，通過節點2-4-5最終將A和C建立通訊。由此可見，此種混合式的Ad Hoc網絡和集成蜂窩網無線通訊網絡可有效解決網絡突發癱瘓問題。

當應急通訊的基站數量不夠時，可以臨時部署應急通訊車（ECV），作為臨時基站，以滿足應急通訊網絡覆蓋和吞吐量的要求，如圖2所示。一般情況下，混合式的應急通訊無線網絡可以等效為分級無線網絡結構：多跳無線通訊網絡由低層的移動終端構成；骨干網絡由高層的應急通訊車和基站構成。混合式應急通訊網絡的工作過程可以分為兩個階段：第一階段，終端移動設備按照圖1所示的模式訪問基站，當接收功率過小不足以滿足要求時，通訊方式變成多跳模式；第二階段，移動終端根據路由條數和信道質量計算并得到最優的多跳路由，完成應急通訊。

圖1 Ad Hoc網絡和蜂窩多跳混合通訊網絡結構

圖2 混合式應急通訊網絡工作示意圖

2.2基于安全預警和監控的無線傳感技術網絡

應急通訊網絡除了保證在突發事件中網絡暢通的任務以外，還必須對突發事件區域進行有效、全面的監控任務，以起到對風險的預防和管理的目的。無限傳感技術網絡具有覆蓋監控范圍大、傳感節點分布廣、場合適應靈活、監視精準度高、自動化程度高等諸多特點，非常適合在緊急事發區進行有效的監控任務。無線傳感技術網絡系統可以為急救或者消防人員提供可靠的數據傳輸和獲取，有比較強大的錯誤分辨能力和容忍性，并與現存異質網絡通訊系統很好的兼容性，以及遠程數據傳送的可靠性。例如，為了提高無線傳感網絡的容錯性、安全性和可生存性，使用基于簇的多級網絡系統，使得整個傳感網絡系統能夠自行執行測試、調整、維護、恢復等操作。如此，即可以避免多節點傳感網絡部署的巨大成本，又增強了無線傳感網絡收集信息和服務傳遞的可靠性。

2.3建立在可移動基站上的便攜式通訊網絡

便攜式移動通訊網絡建立在移動基站的基礎上，可以充分體現無線自組網絡技術的絕對優勢。便攜式通訊網絡通訊的可靠性不受時間和地點的影響，可以建立陸、海、空通訊平臺，可以利用mesh無線網絡根據需求提供不同的覆蓋范圍和網絡容量，并具備較高的獨立性和兼容性，支持語音和多媒體服務通訊，適合不同應急救援場合。具體來說，便攜式移動通訊網絡的覆蓋范圍以及兼容性的優勢來源于其多種接口技術，囊括了全球移動通訊系統（UMTS）、全球聯通通訊系統（GSM）以及全球微波互操作性（WMAX）。例如，無線便攜式通訊網絡可以實現救援現場人員之間及指揮中心的通訊，而不依賴于基站收發臺、無線網絡控制器等多種基礎網絡設施，真正地建立了不同距離之間快速、穩定、可靠的聯系，為應對緊急事件和現場救援工作帶來了極大的方便。而且，對移動終端以及相連的基站的BSR的關聯表進行定期的維護以及更新，可以保證通訊過程中快速而精準找到BSR路線。

3. 結束語

應急通信網絡對于災情處理、經濟救援方面有著尤為突出的作用，而無線自組網技術的快速組網、自配置、無中心等顯著優點恰好滿足了處理經濟情況的要求。將無線自組網用于應急通訊，有力保證了對敏感監控區的通信連接的可靠性，并有效防范了急突發狀況可能造成的威脅和經濟財產損失。

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李崇鞅，男，湖南邵陽人，碩士，湖南郵電職業技術學院講師，研究方向：移動通信技術、無線網絡建設與維護。