便攜式無中心寬帶自組網(wǎng)通信系統(tǒng)在地震災(zāi)害救援中的應(yīng)用

魏之祺

摘 要：隨著4G通信技術(shù)成熟應(yīng)用，人們邁進(jìn)了無線寬帶通信時(shí)代，一定程度上改變了傳統(tǒng)通信習(xí)慣，提高了人們生活水平。近年來，我國地震災(zāi)害頻發(fā)，當(dāng)受災(zāi)地區(qū)有線通信光纜、無線通信基站等各種通信設(shè)施遭到破壞時(shí)，便與外界通信中斷，且無法在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)，對(duì)政府部門實(shí)施搶險(xiǎn)救災(zāi)工作造成阻礙。本文就便攜式無中心寬帶自組網(wǎng)通信系統(tǒng)在地震災(zāi)害救援中快速靈活搭建無線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行應(yīng)用分析，以解決災(zāi)區(qū)應(yīng)急通信保障問題。

關(guān)鍵詞：無中心；寬帶自組網(wǎng)；通信；地震救援

一、地震災(zāi)害救援中常規(guī)通信手段應(yīng)用及存在的問題

（1）有線通信。有線通信是利用金屬導(dǎo)線、光纖等有形媒質(zhì)傳輸信息的一種通信方式，具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性強(qiáng)、保密性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，在日常生產(chǎn)生活中得到廣泛應(yīng)用，如有線電話通信、光纖網(wǎng)絡(luò)通信、有線電視通信等。有線通信的工作前提是有形媒質(zhì)的正常連通，有形媒質(zhì)一般采用地埋式管道鋪設(shè)和地上懸空架設(shè)等方式鋪設(shè)。在地震災(zāi)害中，極大破壞力引發(fā)的地表斷層、山體滑塌、建筑物倒塌等情況，極易造成有線通信媒質(zhì)斷裂，致使有線通信中斷，加之地震破壞的廣域性和不可預(yù)見性，無法在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)斷損的有線媒質(zhì)，從而無法在地震災(zāi)害救援中提供可靠的通信保障。

（2）無線公網(wǎng)通信。無線公網(wǎng)通信指由中國移動(dòng)、中國聯(lián)通、中國電信等運(yùn)營商提供服務(wù)的移動(dòng)通信，主要分為集群移動(dòng)通信即大區(qū)制移動(dòng)通信和蜂窩移動(dòng)通信即小區(qū)制移動(dòng)通信兩種，無論是集群移動(dòng)通信還是蜂窩移動(dòng)通信，都需建立基站，通過基站建立無線信號(hào)覆蓋，實(shí)現(xiàn)與用戶終端網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和數(shù)據(jù)交換。在地震災(zāi)害中，通信基站設(shè)施設(shè)備和供電等設(shè)施易遭到破壞，致使無線通信網(wǎng)絡(luò)中斷，形成信號(hào)盲區(qū)，無法在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)，從而無法在地震災(zāi)害救援中提供可靠的通信保障。

（3）衛(wèi)星通信。衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信。日常生產(chǎn)生活中應(yīng)用比較廣泛衛(wèi)星通信手段有衛(wèi)星固定站、衛(wèi)星便攜站和衛(wèi)星電話等。衛(wèi)星固定站包含天線分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、終端分系統(tǒng)、通信監(jiān)控分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)六大系統(tǒng)，設(shè)施設(shè)備體型較大且固定，在地震災(zāi)害中易受到破壞而無法工作。衛(wèi)星便攜站可以不受地理環(huán)境影響，且使用空間要求較小，在地震災(zāi)害救援中可以作為可靠的通信方式予以使用，但由于衛(wèi)星信道資源限制和天氣條件制約，在災(zāi)害救援中提供高帶寬、高穩(wěn)定性等通信信道較難實(shí)現(xiàn)。衛(wèi)星電話是災(zāi)害救援中可靠的語音通信手段，但無法傳輸高清圖像和文件等較大信息，僅能滿足應(yīng)急通聯(lián)需求。

（4）短波通信。短波通信是唯一不受網(wǎng)絡(luò)樞紐和有源中繼體制約的遠(yuǎn)程通信手段，應(yīng)用最廣泛的就是短波電臺(tái)。短波電臺(tái)較多用于語音和短報(bào)文的接收和傳輸，在地震災(zāi)害中，其它通信手段中斷時(shí)，可應(yīng)急與外界取得聯(lián)系。但短波通信發(fā)射電波要經(jīng)電離層的反射才能到達(dá)接收設(shè)備，電離層的高度和密度容易受晝夜、季節(jié)、氣候等因素影響，穩(wěn)定性相對(duì)較差，同時(shí)受技術(shù)體制限制，短波通信目前無法提供寬帶通信線路。

二、便攜式無中心寬帶自組網(wǎng)通信系統(tǒng)特征及功能分析

無中心寬帶自組網(wǎng)通信系統(tǒng)是基于4G無線寬帶自組網(wǎng)技術(shù)新應(yīng)用，通過無中心寬帶自組網(wǎng)基站或者節(jié)點(diǎn)，自行組建無線寬帶網(wǎng)絡(luò)。無線寬帶自組網(wǎng)的研究起源于軍事通信中的MANET（移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)），應(yīng)用于軍事作戰(zhàn)通信指揮系統(tǒng)，主要具有以下結(jié)構(gòu)和技術(shù)特征：一是動(dòng)態(tài)拓?fù)洌淳W(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以隨意移動(dòng)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也可能隨之變化；二是鏈路容量時(shí)變，由于拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化導(dǎo)致每個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)非自身需要的業(yè)務(wù)量隨時(shí)間變化，鏈路容量表現(xiàn)出時(shí)變特征；三是靈活動(dòng)力供應(yīng)，由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)特征，在直接供電不便時(shí)，大多數(shù)節(jié)點(diǎn)可用電池供電；四是具有完善可靠的路由和移動(dòng)性管理算法，降低任何網(wǎng)絡(luò)部件與其他部分分離的概率；五是具有自適應(yīng)算法和協(xié)議，靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)條件頻率變化；六是多重路由，在源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間有多條路由，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠性和生存能力。無線寬帶自組網(wǎng)通常應(yīng)用在沒有或者不便利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的情形中，比如軍事戰(zhàn)場(chǎng)上，沒有基站等基礎(chǔ)設(shè)施可以利用，裝備了移動(dòng)通信裝置的軍事人員、軍事車輛以及各種軍事設(shè)備間可以借助移動(dòng)自組網(wǎng)進(jìn)行信息交換。無中心寬帶自組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)基站和節(jié)點(diǎn)自主動(dòng)態(tài)拓?fù)滏溄樱W(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)完全對(duì)等，設(shè)備既可以作為用戶終端使用也可以作為基站使用，在使用過程中可自動(dòng)中繼轉(zhuǎn)發(fā)其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，除具備自組網(wǎng)特性外，采用新一代的OFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)，高帶寬的特性使得網(wǎng)絡(luò)支持?jǐn)?shù)百個(gè)無線自組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)同時(shí)組網(wǎng)傳輸業(yè)務(wù)。

便攜式無中心寬帶自組網(wǎng)通信系統(tǒng)基于以上特征，具備了其獨(dú)特的功能優(yōu)勢(shì)。一是多跳通信覆蓋無盲區(qū)。當(dāng)無中心自組網(wǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)受到叢林、建筑物遮擋或在建筑物內(nèi)部時(shí)，可自動(dòng)通過其他節(jié)點(diǎn)以多跳中繼轉(zhuǎn)發(fā)的方式將語音、視頻和數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點(diǎn)，保證業(yè)務(wù)的正常傳輸不中斷，不影響網(wǎng)絡(luò)其他節(jié)點(diǎn)的正常工作。二是網(wǎng)絡(luò)兼容性強(qiáng)。無中心自組網(wǎng)支持TCP/IP、UDP等多種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，可與衛(wèi)星、3G、光纖、有線其他通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，便于無線自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)接入到指揮中心的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，便于與現(xiàn)有的指揮調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。三是負(fù)載均衡能力強(qiáng)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際運(yùn)行過程中，如果出現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)都從一條鏈路傳輸?shù)那闆r，就會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)的堵塞，降低業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，無中心自組網(wǎng)WIM遇到這種情況時(shí)，通過對(duì)鏈路環(huán)境以及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)大小等多方面的因素考慮與權(quán)衡，自動(dòng)選擇一條新的鏈路，將負(fù)擔(dān)較重的鏈路上的一部分業(yè)務(wù)通過新的鏈路傳輸，降低原有鏈路的負(fù)載，提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸捓寐剩ＷC了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的正常通信。四是環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。便攜式無中心寬帶自組網(wǎng)通信系統(tǒng)設(shè)備小巧便攜，可以人員背負(fù)，也可在隨意地點(diǎn)臨時(shí)架設(shè)，在直接供電不便時(shí)，系統(tǒng)可采用高續(xù)航電池供電，可以在各類環(huán)境中展開作業(yè)。五是附加功能多。便攜式無中心自組網(wǎng)通信系統(tǒng)可配備單兵高清攝像機(jī)、高清云臺(tái)攝像頭、單兵PDA智能手持終端等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)無線寬帶專網(wǎng)搭建、集群化實(shí)時(shí)高清音視頻信息采集、操作人員群組可視化協(xié)調(diào)調(diào)度、無人化定點(diǎn)監(jiān)控等功能。

三、便攜式無中心寬帶自組網(wǎng)通信系統(tǒng)在地震災(zāi)害救援中應(yīng)用分析

（1）搭建無線寬帶通信專用網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)災(zāi)區(qū)與外界寬帶通聯(lián)。地震災(zāi)害局部地域救援中，有線通信設(shè)施和無線公網(wǎng)通信設(shè)施受到破壞，無法在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)，通往受災(zāi)地區(qū)的主要交通干道中斷，各類通信車輛無法進(jìn)入受災(zāi)地域，受災(zāi)地域臨時(shí)性與外界通聯(lián)中斷，外界搶險(xiǎn)救援力量急需與受災(zāi)地域建立聯(lián)系，及時(shí)準(zhǔn)確掌握各類受災(zāi)信息。此時(shí)，可派出裝備便攜式無中心自組網(wǎng)通信系統(tǒng)的人員隊(duì)伍，徒步向受災(zāi)地域開進(jìn)，沿途選擇臨時(shí)高點(diǎn)架設(shè)無中心自組網(wǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，架設(shè)點(diǎn)距離間隔保持3至5公里，線性布設(shè)外界與受災(zāi)地域的無線寬帶專網(wǎng)，每個(gè)架設(shè)點(diǎn)可選取不同位置架設(shè)一用一備兩個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，防止其中一點(diǎn)遭破壞而引發(fā)通信鏈路中斷。無中心寬帶自組網(wǎng)通信系統(tǒng)可保證設(shè)備節(jié)點(diǎn)信號(hào)傳輸10跳后10兆左右的通信帶寬，理論傳輸距離可達(dá)30至50公里，基本解決了受災(zāi)地域與外界寬帶通聯(lián)問題。

（2）搭建災(zāi)區(qū)救援指揮調(diào)度網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)可視化集群指揮調(diào)度。搶險(xiǎn)救援隊(duì)伍開赴受災(zāi)地域途中和到達(dá)目標(biāo)地域后，各種救援力量須在較廣范圍內(nèi)分頭開展救援工作，由于目標(biāo)地域無線公網(wǎng)通信設(shè)施受到破壞，無法在短時(shí)間內(nèi)修復(fù)，各種救援力量的統(tǒng)一調(diào)度指揮受到限制。此時(shí)，可在受災(zāi)地域網(wǎng)狀選取臨時(shí)高點(diǎn)，架設(shè)便攜式無中心寬帶自組網(wǎng)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，每個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)可提供以架設(shè)點(diǎn)為中心半徑3至5公里的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通過無中心自組網(wǎng)通信網(wǎng)狀拓?fù)滏溄樱碚撋峡商峁┦転?zāi)地域數(shù)十平方公里范圍內(nèi)的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)覆蓋，基本解決了地震災(zāi)害救援區(qū)域性無線寬帶指揮調(diào)度網(wǎng)絡(luò)問題。

（3）搭建重點(diǎn)地域監(jiān)控監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無人化災(zāi)情信息采集。地震災(zāi)害中，余震和次生災(zāi)害難以預(yù)見，在受災(zāi)較嚴(yán)重的地域和余震、次生災(zāi)害發(fā)生率較高的地域，須加強(qiáng)災(zāi)情監(jiān)控，由于危險(xiǎn)性大，不適合人員現(xiàn)場(chǎng)長時(shí)間信息采集和監(jiān)控。此時(shí)，可在重點(diǎn)監(jiān)控地域架設(shè)無中心自組網(wǎng)通信設(shè)備節(jié)點(diǎn)，搭建暢通的無線寬帶通信鏈路，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)周圍布設(shè)高清云臺(tái)攝像機(jī)和其他環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，配備高續(xù)航的供電設(shè)備，形成無人化前端信息采集和監(jiān)控點(diǎn)，通過無中心自組網(wǎng)寬帶鏈路實(shí)時(shí)將監(jiān)控點(diǎn)音視頻及各類監(jiān)測(cè)信息傳回設(shè)立在安全地域的后端指揮調(diào)度平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域性無人化安全監(jiān)控，為搶險(xiǎn)救援指揮決策提供可靠依據(jù)。

四、結(jié)語

便攜式無中心寬帶自組網(wǎng)通信系統(tǒng)該系統(tǒng)是基于4G無線寬帶技術(shù)新應(yīng)用，具有便攜機(jī)動(dòng)、快速部署、多點(diǎn)續(xù)傳、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、抗干擾性強(qiáng)、互聯(lián)互通等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在地震災(zāi)害中常規(guī)通信手段中斷時(shí)，可根據(jù)任務(wù)需要快速便捷搭建臨時(shí)性無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，為搶險(xiǎn)救援工作提供安全可靠的通信保障。