無線異構通信技術在偏遠公路通信的應用研究

劉 松

（廣州杰賽通信規劃設計院有限公司，廣東 廣州 510310）

0 引 言

對偏遠地區的道路而言，對道路交通狀況進行實時監測，及時傳輸道路信息需要建立無線通信網絡。然而，在邊遠地區由于自然環境惡劣，通信覆蓋面大，基礎設施少，鋪設光纖非常困難，所需資金數額很大，作為無線網絡中一種特殊的網絡通信技術，無線異構通信技術可以從多個方面解決這些問題。因此，研究無線異構通信技術在遠程公路通信中的應用具有很強的現實意義[1]。

1 無線異構通信技術綜述

在信息化時代，信息技術應用廣泛，無論是旅游、購物還是社會互動，都離不開信息的交流和傳遞。21世紀初以來，無線通信技術受到了廣泛關注，同時它也變得越來越多樣化[2]。這些非線型異構通信網絡具有不同的特點和優勢，可以面對不同的場景和用戶群，應用范圍非常廣泛，能夠讓用戶享受良好的通信體驗。從遠程公路通信的角度來看，要解決投資規模大、通信范圍寬、基礎設施不足以及隧道增多等問題，需要從應急通信網等方面加以解決。

2 無線異構網絡架構

2.1 無線鏈狀自組網

無線鏈狀自組網能滿足公路沿線鏈路寬帶數據的傳輸要求，符合IEEE 802.15.3標準的TDD-OFDM調制模式，符合802.11a/b/g/n通信協議和TDD-OFDM調制模式低功耗，可以利用大面積光伏和風能互補供電模式，滿足30-100Mbps的寬帶數據。

2.2 窄帶通信專網

偏遠道路和車輛上的各種傳感器通過窄帶通信進行動態信息采集，如交通流量、速度、控制信息、路況、橋梁、隧道、停車場、天氣等信息。考慮到節點成本、網絡成本、電池壽命、數據傳輸速率等因素，以及基礎設施差、路長、橋梁和隧道多，導致道路偏遠(吞吐率)、延遲、移動性、網絡覆蓋和部署類型等存在的問題，以下從技術角度分析了NB-IoT和LoRa的需求[3]。

LoRaWAN是一種基于ALOHA的異步協議，節點可以根據特定應用程序的要求進行長眠或短眠。LoRaWAN使用免費的未經授權的頻譜，是一種異步訪問協議，非常適合電池電源和低成本。LoRa和LoRaWAN協議具有干擾、網絡重疊和可擴展性等特性，但它們提供的服務質量與蜂窩協議不同。

蜂窩調制（OFDM或FDMA）需要線性發射器來產生調制信號，而線性發射器需要的峰值電流比非線性調制多幾個數量級，峰值電流越高，消耗的電量越大。因此，對于需要高通信、短延遲或大量數據的應用程序來說，NB-IoT是更好的選擇，而LoRa對于需要更低成本、更高的電池壽命和更少通信的場景來說則更好。偏遠的道路、橋梁、隧道、物流車輛等傳感器需定期上傳監測信息，LoRa非常適合。

3 無線異構通信技術在遠程公路通信中的應用

3.1 緊急通信

無線應急通信主要用于處理遠程道路突發事件，如重大交通事故的救援等。因此，針對偏遠公路線路長的特點，可以選擇無線自組織網絡技術來構建動態應急通信網絡，為突發公共事件的通信工作提供支持。一般來說，基于無線自組織網絡技術的公路應急通信系統具有以下特點。

一是快速部署功能。無線自組織網絡能夠適應移動分布式節點的隨機發送和接收行為，即使在沒有相關通信基礎設施的情況下也能實現整個節點的多跳網絡。這意味著，在發生緊急情況時，可將應急通信系統迅速部署到特定區域內的任何地點，并支持通信工作，不僅滿足了道路應急通信系統靈活性和機動性的需要，而且還彌補了缺乏遠程道路基礎設施的問題。

二是在無線自組織網絡技術的支持下，公路應急通信系統可以實現多終端之間的跳躍式直接通信和多跳式通信，通過補點消除覆蓋盲區，實現通信的全覆蓋[4]。雖然這一功能在傳統地區的公路交通中難以證明，但在惡劣環境和通信困難的情況下，遠程公路交通必不可少。

三是全IP組網。全IP網絡是指公路應急通信系統中的所有終端都能支持IP接口和IP協議，滿足了與其他公路通信系統互連的需要[5]。

無線自組織網絡技術還可以提供數據傳輸、視頻傳輸、遠程個人信息傳輸，這對于遠程道路應急通信系統也非常重要。針對突發事件和公共事件的需要，在沒有公共網絡信令號碼的邊遠地區，公路管理部門應當保證公路應急指揮部的通信暢通、實時信息暢通，無線自組織網絡應急通信服務載體主要是視頻和數據，指揮車不能到達突發現場，單兵可以靈活、快速地到達現場，實時掌握視頻信息并中繼回現場指揮中心，在較高的距離或山上可以滿足視頻記錄和數據中繼功能，以及日常巡邏的需要。

無線自組織網絡除了具有無線網絡的一般特性外，還具有多跳、自組織靈活以及功耗低等特點，在應急通信網絡中具有優越性。

3.2 窄帶物聯通信傳輸

窄帶網絡分為NB-LOT技術和LoRa技術，二者在功能特性上有一定的差異。NB-LOT采用了超窄帶、流線型網絡協議和重復傳輸等,與一般的無線通信技術相比，雖然NB-LOT在信息傳輸速度、時延和移動性方面存在一些不足,但它在物聯網的承載能力上有了很大的提高。LoRa是一種低功率的廣域網通信技術，采用跳頻技術和偽隨機碼序列，具有功耗低、通信距離長、靈敏度高、基礎設施要求低、系統容量大，以及終端成本低等特點。從遠程道路通信的角度來看，窄帶物聯網負責各種車輛和道路信息的收集與傳輸[6]。

因此，在通信網絡建設過程中，不僅要考慮網絡覆蓋范圍、帶寬、傳輸速度、傳輸距離、建設成本等基本要素，還要分析考慮這兩種技術的電池壽命、部署類型和技術特點。通過對這些條件的比較可以發現，在公路通信中，雖然NB-LOT技術具有更多的帶寬優勢，但LoRa技術具有與NB-LOT技術相同或更多的優勢，因此在遠程公路交通系統中更適合使用LoRa技術來收集和傳輸信息[7]。

3.3 無線鏈路數據通信

鏈狀無線數據通信技術是通過鏈狀的方式來進行通信網絡傳感節點的部署，這種無線通信技術是固定的，不具有移動性。同時，由于節點資源的限制，通信容量有限，處理能力較低[8]。與其他無線通信技術相比，鏈路數據通信可以組織其他節點加入網絡并具有路由功能。在無線鏈路通信技術的支持下，信息系統的通信覆蓋距離一般為5～80 km，能夠滿足公路通信的要求，因此將其應用于業務傳輸接入是可行的。

3.4 綜合業務流程

無論是應急通信還是常規的服務傳輸接入，公路通信是比較復雜的業務[9]。因此，在多種業務重疊的情況下，偏遠道路上的通信系統需要多部門的高效協同調節。在無線通信技術的應用中，應充分考慮行業標準、國家標準、通信協議和業務網關的集成，實現多網絡和多業務的集成。遠程高速公路通信系統需要設計一個綜合智能商務處理軟件平臺，以滿足各種通信服務的需求[10]。

4 結 論

隨著時間的推移，無線異構通信技術已經變得非常多樣化。隨著智能公路建設的發展和公路通信系統要求的提高，需要對無線異構通信技術在遠程公路通信中的應用進行創新。持續創新無線通信技術，讓公路通信系統更加智能化，有利于我國公路建設水平提高。