自组网通信技术在应急救援领域的应用研究

梁伟　李艳霓

摘要：随着现代化通信技术的高速发展，现如今已经进入了“5G+”时代，信息化通信技术的应用影响不断扩大，自组网通信技术也随之受到越来越多人的关注，在各行各业中的应用也越来越广泛，目前应急救援领域也开始应用自组网通信技术，自组网通信技术的应用极大地提升了应急救援通信的稳定性和高效性，基于此，主要对自组网通信技术在应急救援领域应用的局限性和具体应用进行了具体阐述。

关键词：自组网；通信技术；应急救援

一、前言

当应急救援部队深入救援现场时，只有通过现代化通信技术才能与现场外部的指挥进行实时沟通，帮助救援人员接收到行动指令，确定现场救援的具体位置。这就需要应急救援所应用的通信技术必须高效稳定，而应急救援现场环境的恶劣程度也对通信技术提出了更高的要求。自组网通信技术不依赖于基础的通信设施，并且其具有很强的抗毁性，能够很好地满足应急救援现场的实际需要，帮助后续救援工作有序展开。

二、自组网通信技术概述

自组网是将移动通信与计算机网络相结合的网络，网络内每一名用户所使用的便携终端都可以成为业务承载的终点，或者是数据转发的中继点。自组网是一种典型的网状结构，不同节点之间都由多种连接通道连接，一旦其中某一通信接连发生断裂，就可以立即选择其他连接重新组网。因此，自组网通信技术具有无中心、自组织、多跳路由的特点，在“5G+”的背景下，基于自组网独特的动态拓扑结构，能让自组网通信技术在应急救援领域应用时更加快速，更加灵活[1]。

（一）自组网通信技术的主要特点

无线自组网通信技术作为一种新兴的技术，主要具有以下几方面的特点：无中心、多跳路由、自组织能力、动态拓扑结构，在下文的论述中将会对以上的特点进行详细的论述。首先是无中心，自组网通信技术所组成的系统结构类似于一个蜘蛛网，每一个节点之间都存在着多个连接放线，即便是某一个连接通道出现了故障，那么还可以通过其他的通道完成数据传输，这种移动的自组网通信技术中，各个终端之间都存在着数据的互联互通，并没有相应的控制中心，只有一个进行数据存储的控制终端，其内部涉及到的各种网络节点都处于一种平等的地位上，每一个网络节点都有自己相对独立的工作权限，可以自由、随机的进入到网络中或是离开网络，网络节点的脱离并不会对整个系统功能的实现产生影响，这就使得即便某一个特定的网络节点出现了故障问题，也不会对整体通信网络的正常运转产生不良影响，特别是面对极短的恶劣天气以及复杂地形条件下的通讯任务时，能进一步增强网络节点之间数据传输的可靠性以及灵活性，这也进一步凸显出无线自组网设备抗毁能力；其次为自组织能力，每一个自组网通信技术的网络节点都具有数据交换和微操作系统，这就使得无线自组网通信技术的运行，并不需要各种预设的核心控制设备以及基础网络设施作为基础，不仅减少进行基础网络设施架设所需要花费的大量成本，而且还能避免原理基础网络设施而出现的信号弱等情况，其中的各个网络节点，主要是利用私有协议以及相应的独特算法，来更好的将不同节点的行为加以协调同步。

（二）自组网通信技术自身的局限性

在自组网技术不断发展完善的背景下，相关的数据传输协议也逐渐完善，其在应急救援领域当中得到更广泛的应用，并且也出现各种自组网通信技术移动终端，在一定程度上提升了自组网通信技术的水平，但尽管自组网通信技术具有着现代化、信息化的特征，能在最大程度上保证应急救援工作能够稳定运转，但其所用的各种设备却仍旧存在着不足之处，部分机载自组网产品以及便携式自组网通信产品，为了能够实现其相关功能的应用电子元件的耗电量非常大，其自身的工作时间以及续航能力会受到电池带来的限制。而在一些极端恶劣的救援环境当中，通常都需要自组网通信设备长时间运转，这就造成有一些生产厂商在设计的过程中片面的增加电池的重量，以此来满足长时间使用的需求，这无异于违背了自组网通信技术应用的灵活性特点，这就使得如何优化自组网通信设备的低功耗设计，延长续航能力，剔除冗杂元件，成为现阶段自组网通信技术应用中亟待解决的问题。

三、自组网通信技术原理分析

（一）自组网组成分析

在救急领域信息采集的过程中，广泛使用了自组网通信技术，其中远程数据收集系统就包含了很多网络结构，例如下行通信网、上行通信网、管理中心以及集中器等，通过这些结构共同组成的远程数据收集系统具有良好的使用优势，其主要通信方式为半双工传输，使用某一信道对相关指令采集到的信息进行传输，进而利用下行通信完成整体的通信过程。上行通信主要连接公共网络和管理中心服务器，下行通信主要连接自组织网络和采集器。

（二）自组网拓扑结构分析

目前在自组网通信技术应用的过程中，自组网拓扑结构主要有4种类型，第1种类型为平面网络结构，在平面网络结构中所有节点的地位均呈现平等的状态，并且目的节点和源节点之间存在多条线路。每个节点均通过自组织的方式构成，整体的网络在平面网络结构运行过程中。平面网络结构类型的自组网稳定性相对较强，经常应用于规模相对较小的网络系统中。

第2种类型为分级网络结构，此结构在应用的过程中被划分为不同的簇，并且每一个簇均包含一个簇头与多个簇源，簇头的主要作用是能够在本簇中进行数据的分配和转发，而族源的主要作用是能够对分配到的数据进行相应的收集和分析，簇头在工作过程中，可以对相关信息预先指定。在各节点共同工作的过程中，可以通过分组算法进行自动选举，进而使信息快速的传播。这种分级网络结构的自组网具有抗毁性相对较强的特征，并且常用于规模相对较大的网络结构中。分级网络结构一般分为网络上层和网络下层，在网络上层中包含很多骨干节点，其主要作用是对信息进行分配和传输，而在网络下层中包含很多一般传感器节点，其主要作用是收集网络上层中传输的数据并且进行处理和传播[2]。

第3种类型为混合网络结构，此结构是由前两种结构混合组成而来，这种混合网络结构既包含分级网络结构中的网络上层和网络下层，又包含平面网络结构中的各个不同节点。在混合网络结构中，平面网络结构一般会放置在分级网络结构中的网络上下层中。混合拓扑结构具有平面网络结构稳定性强，以及分级网络结构抗毁性强的综合特征，其在运行过程中由网络簇头节点和一般传感器节点共同进行相关数据的传播和采集，而平面网络结构则应用在各个节点之中，形成稳定性的数据采集模式，网络各个簇头节点与一般传感器节点之间分为网络上层及下层的关系，进而保证各个不同的节点能够直接进行通信。当前混合网络结构应用在各种类型的通信系统中，并且取得了良好的效果。

（三）自组网抗干扰能力分析

自组网通信技术在应用过程中具有较强的抗干扰能力，其主要体现在以下几个方面，第1个方面是由于自组网的构成结构众多，所以可以根据实际情况对网络拓扑结构进行合理的选择，尤其是在传感器网络结构和智能网络结构中，运用合理的拓扑网络结构，能够提高其数据采集的效率和数据分析的准确性，一般自组网络中的节点位置根据实际需要进行确定，并且各节点均能够覆盖相邻的子节点，所以在收集数据时能够实现全方面覆盖，进而增加数据收集的准确性[3]。

第2个方面是各个子节点之间还具有中继和收发的功能，由于自组网通信模块在应用过程中，其发射功率相对较低，所以可能会导致子节点之间无法直接进行通信，针对此现象，利用各子节点的中继功能，使信息可以传输到相邻节点中，进而增加了数据传输效率。同时自组网结构中的集中器，还能够将各个子节点发送的指令及数据进行收集，并且将其数据进行分配，发送到各个子节点中，实现收发功能。

第3个方面是利用深度优先搜索和最佳路由计算的方式，可以快速找到目的节点。当前在信息搜索过程中常用的搜索模式为广度优先搜索和深度优先搜索。深度优先搜索的特点是在组网过程中，可以使用纵向搜索的方式，利用回归、回环检测以及绕行，可以防止信息搜索环节陷入死循环。利用深度优先搜索的方式，能够提高组网速度，并且可以快速找到目的节点，进而解决通信慢的问题。

四、自组网通信技术在应急救援领域的具体应用

（一）保证应急救援通信系统的稳定性

在救灾救援工作中，由于救援人员数量大并且救灾的环境复杂，必须确保现场的通信正常，让救灾人员及时地和指挥中心进行沟通和反馈，使指挥中心可以接收到最新的救援信息从而规划下一步的救援路径。由于救援地区的信号差，所以必须利用一个安全性高且具有良好稳定性的网络线路来确保通信。

（二）建立与外界指挥部门的无线通信

由于大多数应急救援现场具有很明显的外界隔离性，比如说一些山区或是密林发生了地震等自然灾害，这种情况下整个地区很容易会因为灾害的影响，导致整个电力系统和通信系统的瘫痪，而此时救援现场就和外界指挥部门就被隔绝开来，增大了应急救援工作的难度。因此，这就需要利用自组网通信技术迅速帮助救援现场搭建起通信网络，再通过网关设备将救援现场的通信网络与外界指挥部门的通信网络相连接。

（三）高效收集自然环境中的数据信息

自组网通信技术不光可以应用在救援救灾中，还可以通过长时间的固定设置，对于自然环境中的数据进行全方位的收集与监控，并且可以通过自组网的无线传输网络把搜集到的各类信息及时地传输到监控终端，并且现行5G技术快速发展，将5G通信和自组网通信设备相结合，可以实现数据的快速处理和传输，救援和气象相关部门可以更快地接收到自然监控数据，从而对于数据进行分析，对于重大的自然灾害进行提前预警，降低自然灾害造成的破坏。

（四）突破应急救援工作的“通信孤岛”

当发生一些大型的自然灾害时，通往救援现场的道路往往也会受灾而被严重破坏，这也就导致了一些车载的大型应急通信设备无法进入到救援现场中，进而导致应急救援现场的通信出现问题。此时应用自组网通信技术就可以很好地解决这一问题，自组网通信技术通过救援人员所携带的单兵通信设备构建无线自组网，具有重量小、携带灵活的特点，进入到救援现场后可以迅速与车载站和卫星通信进行连接，大大提高了应急救援工作的效率。此外，自组网通信技术还可以实时监控救援人员的各项生理指标，探测救援现场环境的相关数据，并及时将这些数据上传，不仅能够保护救援人员的安全，而且还大大提高了外界指挥部门对救援现场的跟踪程度，有助于救援工作的开展[4]。

（五）加强通信企业与救援部门的合作

现如今国家对应急救援部门的工作相当重视，尤其是应急救援领域的相关设备和技术，自组网通信技术自应用到应急救援领域后就受到了越来越多的关注，为了帮助应急救援领域构建起统一指挥、协调的长久工作模式，就必须要加强通信企业和救援部门的合作，一方面要给予自组网通信技术企业产品研发方面更多的保障，另一方面还要保证应急救援部门能够得到服务保障，并且还要多安排自组网通信技术企业到应急救援部门开展实训演练，促进二者之间的工作对接。

五、自组网通信技术应用效果提升方向

（一）自组网通信技术应用设备的轻量发展

很多应急救援的环境特别恶劣，自然环境条件比较复杂，经常会在一些道路崎岖的山里或者空间狭小的区域。当这些地区发生灾害时，救援时大型的通信车辆和设备难以进入到救援现场，必须通过人工来背负自组网通信设备或者是利用无人机携带通信设备进入救援区域。但由于部分救援区域的环境过于恶劣，导致救援人员的行动不便，甚至无人机进入和操作较困难，这不仅限制救援效率还易使通信设备由于磕碰受到损坏无法工作。在面对这种救援形势下就要求应用自组网通信技术的设备像轻量化发展，并缩减体积提升设备的质量，以减少人工或者无人机的负荷，保证应急救援效率。

（二）自组网通信设备续航能力的提升

由于大部分的自组网通信设备都是应用电池保证供电，所以受电池续航能力影响较大，尤其是在部分时间较长困难较大的救援环境下，可能会出现电池的续航不够维持通信设备工作的情况。并且由于救援现场环境复杂，难以携带多台的而通信设备来进行替换，电池耗尽后通信设备停止运转会严重地影响救援，这就对通信设备的电池续航提出了更加严格的要求。对此相关技术人员必须关注自组网通信设备电池扩容工作，并积极思考如何做好通信设备电池的低能耗设计从而有效地延长电池的续航，以适应救援时间较长的救援情况。

（三）同频组网的节点数量仍需扩大

综合上述所言不难看出，现如今应急救援工作开展的现场环境复杂多变，有可能是楼房，也有可能是大面积的森林，应急救援现场总体呈现出一种混乱性的特征，而这需要自组网通信技术进一步扩大通信的范围。要想提高自组网通信技术在应急救援现场的通信能力，就需要将自组网中同频组网的节点数量进行提升，同时结合“5G+”通信技术，进一步加强自组网通信技术的覆盖范围和通信速度[5]。

六、结语

综上所述，自组网通信技术在“5G+”的时代背景下能够提供更加高效的通信效率，将其应用到应急救援领域中，能够帮助救援现场内外建立起稳定高效的通信系统，快速收集救援现场环境中的信息，节约在通信上浪费的时间，从而为救援工作争取更多的时间，然而现阶段我国自组网通信技术发展的尚不成熟，在设施体积、电池续航、节点数量等方面都有待提高，因此自组网通信技术还需要进一步研究不断完善。H

参考文献

[1]章玉立.自组网通信技术在应急救援领域应用研究[J].中国新通信，2021，23（01）：22-23.

[2]孙颖妮.自组网通讯技术在应急救援领域应用探析[J].中国应急管理，2018（12）：54-55.

[3]林磊.无线自组网技术在应急通信网络中的应用[J].黑龙江科学，2019，10（14）：92-93.

[4]尹合林.无线宽带自组网的关键技术及应用[J].数字通信世界，2018（12）：19-20.

[5]孟翔.移动自组网技术在消防救援队伍抢险救援通信保障中的应用研究[J].中国新通信，2020，22（20）：26-27