基于无线自组网技术的应急通信网络设计及应用

2016-10-13湖南邮电职业技术学院李崇鞅

电子世界 2016年17期

湖南邮电职业技术学院李崇鞅

湖南邮电职业技术学院李崇鞅

在突发情况下，应急通信网络能够提供可靠的通讯连接，具有重要的指导作用。但是传统应急通信网络由于设计及应用方面的欠缺，存在不能切实满足通信需求。因此，在应急通信网络发展过程中应积极采取先进的技术，提高其自身的实用价值。无线自组网具有快速组网、无中心等显著优点，对于应急通信保障方面具有明显优势。本文简要概述了应急通信保障的特点，无线自组网技术的优势，并探讨了无线自组网技术在应急通信网络技术中的设计和应用。

无线自组网；应急通信网络；设计与应用

目前我国的紧急应急通讯系统还不够完善，结构比较单一，例如公众通讯网络面对突发事件很容易出现由于过载而瘫痪的现象；集群通讯的覆盖范围狭窄，不利于使用；卫星通讯系统的成本太高，组建难度也较大，不利于推广。而面对此种情形，无线自组网络的灵活性和可靠性已经引起了紧急救援方面的重视。

1. 应急通信技术中存在的问题

1.1应急通信系统稳定性较差

应急通信系统过度依赖于公众通信网络，一旦公众通信网络出现故障则会对应急通讯系统造成一定的影响。公众通信网络可靠性较差，容易出现阻塞现象，信号的传达出现滞后现象，从而导致应急通信网络系统运转出现障碍。并且，在集群通信系统中，通讯容量较小，不能在范围较广的情况下使用，其仅局限于调度指挥等工作的开展过程中。

1.2应急通信系统传输力度较小

就现有技术而言，我国应急通信系统对卫星通信的依赖程度仍然较高。卫星通信系统具有覆盖面广、设备健全等优势，但其在设备运转过程中仍存在一定的不足之处，即卫星传输力度较小且成本较高。因此，在这样的状况下，应急通信系统的传输能力也受到一定的限制，面对严峻自然灾害和突发事件，很难进行有效的通信支持。

2. 无线自组网技术在应急通信网络技术中的设计和应用

2.1混合式的Ad Hoc网络和集成蜂窝网无线通讯网络

自然灾害发生时环境条件往往比较恶劣，会严重影响蜂窝网络部分基站的设备，导致其不能正常运行，剩余基站虽然可以正常工作，但是急剧增加的访问业务量，也会使得其过载而奔溃。此时，可以利用蜂窝网络和Ad Hoc网络技术的优势，综合设计混合式的无线自组网络技术，解决此类紧急状况。这种混合式的无线自组网络技术的基本设计理念是：MT移动终端的操作可以选择Ad Hoc模式或者蜂窝模式，蜂窝网直接向基站BS传送数据，而Ad Hoc网络通过节点逐层将数据发送到BS。当遇到紧急情况，蜂窝网络不能直接将数据传送到基站时，Ad Hoc网络就会启动，并且根据不同程序算法，构建一条将数据传送给基站的路由，以此来解决网络瘫痪问题。例如，图1为Ad Hoc网络和蜂窝多跳混合通讯网络结构示意图，如果传送数据过程中的B基站突遇故障，导致A基站的信息不能直接传送至C基站，此时就可以启动节点多跳模式，通过节点2-4-5最终将A和C建立通讯。由此可见，此种混合式的Ad Hoc网络和集成蜂窝网无线通讯网络可有效解决网络突发瘫痪问题。

当应急通讯的基站数量不够时，可以临时部署应急通讯车（ECV），作为临时基站，以满足应急通讯网络覆盖和吞吐量的要求，如图2所示。一般情况下，混合式的应急通讯无线网络可以等效为分级无线网络结构：多跳无线通讯网络由低层的移动终端构成；骨干网络由高层的应急通讯车和基站构成。混合式应急通讯网络的工作过程可以分为两个阶段：第一阶段，终端移动设备按照图1所示的模式访问基站，当接收功率过小不足以满足要求时，通讯方式变成多跳模式；第二阶段，移动终端根据路由条数和信道质量计算并得到最优的多跳路由，完成应急通讯。

图1 Ad Hoc网络和蜂窝多跳混合通讯网络结构

图2 混合式应急通讯网络工作示意图

2.2基于安全预警和监控的无线传感技术网络

应急通讯网络除了保证在突发事件中网络畅通的任务以外，还必须对突发事件区域进行有效、全面的监控任务，以起到对风险的预防和管理的目的。无限传感技术网络具有覆盖监控范围大、传感节点分布广、场合适应灵活、监视精准度高、自动化程度高等诸多特点，非常适合在紧急事发区进行有效的监控任务。无线传感技术网络系统可以为急救或者消防人员提供可靠的数据传输和获取，有比较强大的错误分辨能力和容忍性，并与现存异质网络通讯系统很好的兼容性，以及远程数据传送的可靠性。例如，为了提高无线传感网络的容错性、安全性和可生存性，使用基于簇的多级网络系统，使得整个传感网络系统能够自行执行测试、调整、维护、恢复等操作。如此，即可以避免多节点传感网络部署的巨大成本，又增强了无线传感网络收集信息和服务传递的可靠性。

2.3建立在可移动基站上的便携式通讯网络

便携式移动通讯网络建立在移动基站的基础上，可以充分体现无线自组网络技术的绝对优势。便携式通讯网络通讯的可靠性不受时间和地点的影响，可以建立陆、海、空通讯平台，可以利用mesh无线网络根据需求提供不同的覆盖范围和网络容量，并具备较高的独立性和兼容性，支持语音和多媒体服务通讯，适合不同应急救援场合。具体来说，便携式移动通讯网络的覆盖范围以及兼容性的优势来源于其多种接口技术，囊括了全球移动通讯系统（UMTS）、全球联通通讯系统（GSM）以及全球微波互操作性（WMAX）。例如，无线便携式通讯网络可以实现救援现场人员之间及指挥中心的通讯，而不依赖于基站收发台、无线网络控制器等多种基础网络设施，真正地建立了不同距离之间快速、稳定、可靠的联系，为应对紧急事件和现场救援工作带来了极大的方便。而且，对移动终端以及相连的基站的BSR的关联表进行定期的维护以及更新，可以保证通讯过程中快速而精准找到BSR路线。