基于異構網絡的多層次應急系統可行性分析

李登國

摘 要 隨著突如其來的自然災害越來越頻繁的發生，各個國家都在積極籌建各自應急通信體制。本文提出一種基于異構網絡的多層次應急通信系統模型，改變災區信息孤島的境況。

關鍵詞 應急通信;異構網絡;Mesh組網

前言

在設計的模型中，依據應急通信的使用環境下，在已有的基礎通信設備基礎上，合理部署臨時的機動通信設備，構建協作的異構網絡系統。分別以時間和空間兩個維度為出發點，使用衛星，WIFI和ZigBee等多種技術，架構不同的通信模式彼此融合，協作應用在隨機多變的應急環境。

1異構網絡應急通信系統快速架構設計原則

本文所提出的基于異構網絡的多層次應急通信系統，可由大量子用戶和核心骨干網組成。多層次網絡，可以將每一層的節點移動部署和鏈路的通信情況，限制在各自的層次上，而不給其他的層次帶來影響，從而具有良好的拓展性[1]。

2異構網絡應急通信系統的設計思路

應急通信環境下，不同的用戶群體，對應急通信的要求和業務都是各不相同的，有針對性地選擇不同的組網方式和通信手段，將能有效解決快速部署的可靠通信鏈路。聯動通信網絡，基本滿足全國范圍內的大量數據與業務。在發生前的預警預告，數據采集和廣播，都需要異構網絡的多層次供應需求。而突發事件發生中，機動的應急通信成為主力軍，所需要的通信也從公共通信轉變為指揮通信、搶救通信、電視轉播、群眾自救等，業務內容也改變為固定電話會議、電視、視頻音頻和圖像傳輸等。

根據不同的網絡需求，我們架設的異構網絡多層次應急通信網絡主要包括三個層次：高領域的衛星通信連接控制指揮中心，將災區現場的真實場景傳輸到中央到全國的轉播，根據真實的數據資料發出指揮信息;中間層是基于WIFI的Mesh網絡架構，通過快速靈活的建網方式，快速恢復災區內部的通信供應，不僅解決了衛星通信的高成本低傳輸的弊端，也彌補了無線傳感器網絡計算低存儲的不足，適用于現場指揮中心的通信需求;底層是ZigBee技術組成的無線傳感器網絡，由于其特殊的采集數據的功能和便利，和Mesh組網和衛星通信相互依賴，快速預測和定位災難的源區和中心位置，為快速搶修節省了大量人力物力[2]。

3異構網絡應急通信系統可行性分析

3.1 衛星通信技術

衛星傳輸本質是一種微波傳輸，將中繼器設在通信衛星，已經成為覆蓋全國的主要的傳輸方式，很好地彌補了靠地面無線傳輸和有線網傳輸的覆蓋問題。衛星通信通常作為發生災難時，外界通信相聯系的首選方式。其中，語音和數據傳輸的性能，與外界能否最快了解災區情況，進行指揮救援有很大影響。它所具有的機動性和靈活性，能夠使得重大自然災害發生時，及時支撐起地面光纜和中繼線路中斷的重擔。作為最高層次的網絡系統架構，能夠解決災區范圍外的遠程指揮，視頻會議，廣播電視等工作。

3.2 WIFI構成的Mesh組網技術

（1）WIFI匹配性

WIFI以其較為廣泛的覆蓋范圍，較快的傳輸速率，廣泛的分布方式，較高的吞吐性能和靈活的移動特性，在無線局域網中占有中流砥柱的地位。組網方式通常通過一個AP和無線網卡，就能夠將有線傳輸轉換為無線通信的方式，在媒體控制層擔任有線與無線之間的橋梁。相比較而言，WIFI鏈路技術的移動靈活多變，覆蓋范圍和承載業務雖然有限，可根據不同的組網方式進行擴散和外聯。

（2）Mesh匹配性

無線mesh網絡的主要構架為mesh路由器和mesh終端，各靜態mesh路由構成無線網絡架構的主要層次，各個終端則通過靜態路由接入網絡，并最終與其他終端組合。根據節點的類型和系統結構的不同，無線Mesh網絡可以分為骨干網Mesh結構、客戶端Mesh結構和混合結構。其中混合結構因其兼容和骨干網和客戶端網的優勢而普遍應用。這種分層的結構將接入層、匯聚層和核心層各自分工，其中接入層部分為主要的設計指標。分布式網狀的無線AP才用點對點的方式作為中繼互聯，即使主線路故障中斷，也會自選擇備用的通信鏈路。

Mesh網絡所具有的多跳性、自組織性、自愈合性、自配置和較高的利用率的特點，也使得Mesh網絡在架構過程中有較多的關鍵和挑戰。通常情況下，若進行WIFI-Mesh網絡的規劃，不僅要確定用戶使用的覆蓋范圍，網絡容量，組網方式和預期質量，也需要對現場的環境參數，定位部署，網絡密度等實際參數進行比對。

3.3 ZigBee構成的無線傳感器網絡

ZigBee技術自身的特點包括，功耗低，成本低，數據傳輸可靠，網絡容量大，兼容性強，靈活的工作頻段和自配置技術，可以負責無線傳感器網絡中傳感器節點，匯聚節點和管理節點三個主要的組成部分。無線傳感器網絡的節點通過檢測和感應，將采集到的數據沿著自組織的多跳節點進行轉發，最終傳輸到匯聚節點后，最終通過衛星、互聯網或其他傳輸方式到達管理節點。遠程的管理節點也可以對此進行配置和部署，更改檢測目標參數等。

正是基于以上特性，由ZigBee組成的通信網絡能夠解決應急通信網絡中的預期報警和災區定位的功能，特別在緊急救援的情況下，還可以實時傳送傷者所處環境的物理信息，延續尚未救出的災區人民的生命財產。此方式不需要長期備屬，能夠為Mesh網絡的系統容量和路由部署進行數據采集，適用于ZigBee星型拓撲分布和簇集合方式，若合理的與Mesh網絡和衛星通信技術相配合，較為完善的解決了現有應急通信網絡所存在的問題。

4結束語

通過對基于異構網絡多層次應急通信網絡的總體討論，分析了網絡模型的設計思路和原則，針對應急通信和公共通信網絡的區別，以及現有的應急通信網絡遇到的問題進行分析。對應提出衛星通信技術、WIIF構成的Mesh網絡技術構成的無線傳感器網絡的設計匹配比較，最后對Mesh網絡和無線傳感器的對應應急通信網絡的需求提出主要的技術挑戰。

參考文獻

[1] 沈釗，吳偉民，王玲.一種基于衛星的全業務應急通信方案[J].計算機與數字工程，2010，38（12）：196-197.

[2] 郭誠.多信道無線Mesh網絡中基于獨立控制信道的MAC協議研究[D].南京：南京郵電大學，2007.