基于室外无线Mesh网络的应急通信技术应用研究

2023-01-21吕会平

通信电源技术 2022年17期

吕会平

（河北远东通信系统工程有限公司，河北石家庄 050200）

0 引言

随着社会经济发展，我国逐渐加大了突发应急体系建设力度，并且重点进行相关技术研究。应急自组织通信网络属于应急通信系统中的重要组成，深受各界关注。室外无线Mesh网络是一种自组织分布式网络，不仅具备较好的机动性，而且拥有快速布设、开通等优势，在应急通信网络中适应性较强，能够有效应对各类突发事件。

1 室外无线Mesh网络结构与关键技术

1.1 室外无线Mesh网络结构

室外无线Mesh网络中主要存在2种终端，分别是Mesh路由器和Mesh客户端。具体组网过程中，Mesh路由器会利用无线链路构成多跳自组织网络，骨干网络形成后连接Internet网络，从而使Mesh客户端获得网络接入服务[1]。

路由器间由无线连接构建成骨干网络，该网络能够利用存在网关功能的路由器与Internet网络相连，最终接入无线互联网，从而在路由器网关功能应用下有效融合无线Mesh网络与其他网络。室外无线Mesh网络结构较为简单，各Mesh客户端能够在无线连接下获得Mesh网络，通过Mesh客户端转发即可实现数据传输。室外无线Mesh网络可高速接入移动终端，实际上属于Ad Hoc网络。混合Mesh网中既包括基础设施Mesh网，还包括终端设备Mesh网，终端设备接入更加灵活，所有Mesh客户端设备均能直接通信。

1.2 室外无线Mesh网络关键技术

利用相应技术接入无线Mesh网络，包括智能天线技术、多输入多输出（Multi Input Multi Output，MIMO）技术、定向天线技术以及全向天线技术等。对于多址接入，可实现固定分配，也可实现按需分配等。对于信道资源分配，通常包括集中调度方式和分布式调度方式。集中调度是路由器可以获取Mesh客户端请求信息，实现资源统一分配；分布式调度是相互交换网络节点信息，协调信道资源，并实施宽带资源的动态分配[2]。

系统整体性能会直接受到路径选择的影响，某节点出现故障时，路由协议应及时选择新通信链路，从而实现稳定通信。路由算法类型较多，包括动态源路由算法、目的序列距离矢量路由算法等。与WLAN网络不同，室外无线Mesh网络是在数据多跳转发下扩大通信覆盖范围，拥有更强的移动便捷性，同时还能实现网络融合。

2 室外无线Mesh网络技术特点

室外无线Mesh网络技术可根据实际需求实现自动配置与组织，满足多种组网模式建设需求，具有灵活的拓扑结构，可有效控制网络结构部署成本，可拓展性良好，能够根据需求随时实施扩容操作。网络节点可在多个网络接口中安装，各接口可通过多元化通信频道联通其他节点，有效提升网络性能。室外无线Mesh网络的研究目的是拓展网络覆盖范围，信道容量不会减少，视距链路用户不会存在非视距通信现象。通过多跳无线通信技术可使通信更加通畅，有效扩展网络无线范围，提升系统容量。室外无线Mesh网络中，路由器与网关节点属于较为重要的组成内容，在骨干网中处于重要位置。2种节点均为固定模式，可以得到较多的能量供给，同时不会约束能量，网络耗能与移动性会直接受到节点类型的影响。室外无线Mesh网络具备较多网络访问接口，通过接口能够有机融合其他无线网络技术，获得更高的用户联通质量，有效扩大网络覆盖范围。同传统网络相比，室外无线Mesh网络在架构与选路等方面均存在特殊性，具有良好的应用优势[3]。

3 基于室外无线Mesh网络的应急通信

3.1 组网模式

（1）单一组网模式。一旦出现重大突发公共事件，会严重破坏相应基础设施，如电力设施、通信设施等，导致通信网络失效，无法进行正常的信息传输。应急救援环节，应急通信网络尤为重要、通过室外无线Mesh网络的应用，布控应急通信网络，救援人员利用应急通信节点设备可以选择1对1通信方式，也可以选择1对多通信方式，实现指挥控制信息的安全传递。在无线Mesh网络的应用下，应急指挥中心能够获得详细的现场监测数据，为应急通信指挥提供良好条件，使应急处置效率得到进一步提升[4]。

（2）混合组网模式。当单一应急通信方式无法满足需求时，可选择多种应急通信方式联合应用，保证应急救援人员顺利开展各项工作，不会受到接入方式和地点等的限制，确保通信畅通[5]。在无线Mesh网络、短波通信以及卫星通信的联合应用下，形成混合组网模式。应急报警阶段，由于公共通信网络受到了严重破坏，此时可将信息通过短波通信电台向上级指挥中心传送。卫星通信能够实现广域无缝覆盖，但是在大规模用户方面不具备较强的组网能力。而无线Mesh网络属于自组织网络，其中包含较多节点，组网能力较强，但会有较多影响因素，在一定程度上限制了实际通信范围。因此，将无线Mesh网络与卫星通信相结合，构建应急现场通信网络，从而确保指挥命令及时、准确下达，有效提升应急反应能力。

3.2 平面架构

软件定义网络（Software Defined Network，SDN）应用平面中涵盖网络应用，并存在OpenStack功能，利用北向接口连接控制平面。SDN控制平面中拥有Web管理平台，可实现路由器管理，并具备实时监测功能，南向接口与应用程序编程接口（Application Programming Interface，API）相连，可以提供相应的基础网络服务，还能进行流表管理等。SDN数据平面主要是在南向接口应用下连接控制平面，其中存在较多设备，如路由器、交换机等。该模块属于无线Mesh网络下应急通信的关键部分，各节点具备较强的信息处理与分析能力，在智能路由器的应用下可使信息传输与接收更加稳定。数据平面模块中存在可操作系统，能够通过应用程序构建框架，进行专属管理系统开发，科学配置路由器，并做出适当修改。数据平台中存在较多技术，如数据漫游技术、负载均衡技术等，可以有效发挥数据平台的功能[6]。

实际上，Mesh网络节点属于控制平台的基础设备，同时还会向平台中设置接入网服务器，使其成为集中处理模块。对于控制平台而言，其具备良好的数据处理能力和较强的数据储存能力，可以为应急通信技术的应用提供支持，稳定进行信息处理[7]。控制平台存在灵活控制特点，通过云主机的应用，可远程获取信息，从而了解工作状态。控制平台中，服务器可利用控制模块与网关模块连接，从而发布各项指令和接收相应信息，充分发挥室外无线Mesh网络优势，提升应急通信水平。信息展示与网络配置模块主要处于服务器前端系统，网络信息接收、数据储存以及网络控制模块主要处于节点端。

控制平面节点端的功能包括网络信息获取、上报等，主要由链路信息获取模块、节点初始化模块、平面交互模块以及节点信息获取模块组成。链路信息获取模块具备较多功能，不仅能够获取收发速率情况，了解信号强度及干扰情况，还能获得邻居射频媒体访问控制（Media Access Control，MAC）地址。节点初始化模块应用中可进行射频配置初始化、射频功能开启等，同时还能对IP地址进行初始化。平面交互模块应用下能够建立网络连接，接收并解析配置信息，支持链路信息发送，信息分析与处理能力较强。节点信息获取模块主要负责获取各类信息，如射频可用信道等。实际应用时，相关人员可结合信息处理需求编写节点端程序，主要是进行Mesh网络服务器前端模块与后端模块的划分与功能设计，从而在应急通信中充分发挥室外无线Mesh网络的作用[8]。