无线自组网技术在应急通信网络中的应用分析

无线自组网技术在应急通信网络中的应用分析

罗桔

身份证号码：45212719850816XXXX

摘要：传统应急通讯网络已不符合发展目标和需求，要采取新技术与方式，迅速建立应急通讯网络，为不同类型的使用者提供符合要求的通讯服务，持续监控指定地区，能迅速反馈对紧急情况的处理方案，同时可合理调配各救助组织参与救灾工作和重建工作。因此，本文介绍了一种以无线自组网为基础的应急通讯网络，结合建立安全、稳定、可扩展的应急通讯网络的目标，论述了这种网络的设计理念和方式，即网络框架、基本结构等，并基于此分析了这种应急通讯网络的实现方案及相关注意点。

关键词：无线自组网；应急通讯网络；设计理念和方式

通常来讲，应急通讯网络可为各种自然灾难和紧急情况提供实时、安全、稳定的通讯服务，因此其具备独特的通讯特征:网络通讯的适应性和顽强性;通讯要求的突发性、位置的不确定性、时间的暂时性以及状况的多元性。总的来讲，目前的应急通讯不能满足以上的通讯需求和特征。如今，我国应急通讯技术尚不成熟，应急通讯网络的应用性和组织性不高，某种意义上需依靠当前的公共通讯设备。在公共通讯设施也不能支持服务的情况下，就要通过卫星、无线网或专用通讯网络等确保应急通讯，然而这样还不符合建立安全、稳定、可扩展的适合不同使用者的应急通讯系统的需求。

1应急通信网络的缺点

1.1通信设备无法进入灾区

通信设备体积大、重量大，需要大型供电设施作为辅助，难以迅速运抵灾区。重特大灾区不仅道路破损严重，还伴随降雨，即使是“动中通”等车载卫星设备也无法进入。

1.2通信距离和时间较短

功率较小的单兵背负型设备虽然能够深入到一些车辆无法到达的地区，但信号易被地形阻挡，而且人员跋涉速度较慢，消耗了黄金救援时间。无人机中继通信虽然灵活迅速，但稳定性和续航时间不够，会受到强风、雷击、暴雨等干扰，在补充燃料或替换电池的飞行空白期，还会形成单点链路故障。

1.3难以根据灾情变化进行灵活转移

大面积林火、流域性洪水等自然灾害发展速度极快，地震等地质灾害还会引发次生灾害，即使部署了完备的临时通信系统，也难以跟据灾情的发展速度进行大范围灵活转移。

1.4异构通信系统难以协同工作

重特大自然灾害现场较为复杂，单一的通信方式和手段难以满足工作需要，往往会涉及卫星、微波、短波等其他平台。但因通信方式和通信系统的频段、位置、结构都不同，无法相互配合，组织协同难度极大。

2基于无线自组网的应急通讯网络设计

2.1设计理念

通常来讲，应急通讯网络具备如下几个特征:涵盖不同类型的网络体系;服务类型复杂，信息传递不对称，比如现场救助员收到的消息远多于发出的消息;含有许多不同传递速度、使用范围的通讯单元，同时需实现各单元间的协作通讯。结合以上特征，以无线自组网为基础的应急通讯网络的设计理念是:结合应急现场的具体情况，借助已有的基本通讯设备和暂时设置的无线通讯网络，最大限度利用无线自组网可变性、稳定性、迅速组网的技术特征，建立且整合基本通讯网络和无线通讯网络，形成集卫星、无线和有线通讯等的综合应急通讯网络，从而为紧急事件提供安全、稳定、可行的通讯支持平台，使得现场人员相互之间及与控制中心的信息交流迅速实时、准确安全，保证紧急情况下的通讯服务支持。

2.2设计方式

在分层框架的基础之上，应急通讯网络可看做一个分布信息体系，由上至下可划分为应用层、特定功能层、公共服务层、基础设施层。基础设施层包括依靠基础设施通讯的通用通讯网络、专用通讯网络和无线自组网络;公共服务层涵盖通讯服务、现场控制、信息搜集分析、定位系统GPS和地理信息系统GIS，为其他模块提供公共支持;特定功能层是基于公共服务层，结合特定要求实现特定功能，比如监管网络、配置资源、QoS支持和其他安全服务等，旨在提高应急通讯网络的可行性和安全性;应用层作用是提供不同的应急通讯服务，是由控制中心子系统、现场控制子系统和应急通讯系统三大系统构成。从网络框架结构角度而言，应急通讯网络是一种分层立体通讯网络，可分为空中和地面通讯两种，有效融合且运用卫星、有线网络、无线自组等建立的异构通讯网络。地面通讯设施涵盖一个控制单元CCU、多个簇头CN和海量普通节点ON。CCU可看做位置固定的应急控制中心，信息传递、分析、计算等能力较强，在一定条件下可和外界网络相连接。CN可看做应急通讯车，信息传递、计算能力较强，可随时随地移动。并且CN还能为周围ON提供通讯支持，在CCU监控下相互连接形成地面干线网。ON是便携式通讯节点，通常被看做AdHoc网络内的一般节点，可通过一些算法协议自动组网，或者和相近的CN组成干线网。在地面网络上方的空中网络可扩展网络作用范围，为距离较长的地面干线网和ON提供通讯服务，同时和地面干线网相互备份。

3无线自组网技术在应急通信网络中的应用

无线自组网无需架设网络设施就可以在灾区内完成应急通信。无线自组网技术的基本思想就是将组成无人机网络的每一架无人机所获得的信息，都通过无线网络实现实时共享。在现有的主流商用无人机中，每架都装配了主机和电台，只需补充路由器和相关算法，就可将无线自组网技术应用到无人机系统中。

3.1快速适应地形

无线自组网传输设备可应用于各种无人机空中平台，可以迅速飞抵目的地，并根据灾情进行灵活转移，不需要其他预置网络设施就能在任何时间、任何地点进行自动组网，并利用高清无线信号进行中远距离传输。轻型无人机、旋翼机、固定翼无人飞机、无人船、飞艇、无人动力伞等高清图像传输通信设备可以适应各种地形，避免信号被阻挡。

3.2实现多方互联

无人机自组网可与地面测控站、无线传感器网络、高空卫星、航空器、地面车辆、水面船只和单兵系统组成一体化空天地信息网络，通过无人机的移动，将不同层面的信息进行有效中继，实现了各单元之间的快速联动，组成了强大的空天地一体化无线组网传输架构。同时，还可以利用尚未受到灾害波及的基站，并通过AdHoc网络和蜂窝网络的技术优势构建混合式的无线通信网络。在这种混合网络中，救援人员携带的终端既可以选择接入蜂窝模式，也可以选择接入AdHoc模式。在正常情况下使用蜂窝模式，数据会发往可以使用的基站，当基站出现故障无法直接接入时，终端会自动调整为AdHoc模式，并通过多跳转发找到一条可通向基站的线路，最终成功建立通信，高效利用剩余资源。

3.3保证通信实时畅通

无人机自组网能够及时感知网络变化，可自动配置或重构网络，以保证数据链路的实时畅通，具有突出的自治性和自适应能力。在群组内，任意一台设备掉线，都能在有效的天线覆盖范围内找到对应的设备继续通信，保证网络不掉线。即使某个节点的无人机发生意外，也可以自动重构网络拓扑，不会影响其他节点，避免了单机工作时因更换电池、信号受到干扰或发生其他意外而导致通信中断。

4无线自组网技术面临的挑战

第一，移动终端具有一定局限性，体积小、能量受限、处理能力低。节点的通信和计算设备都由无人机提供空间和能量，但除了特别小型的无人机之外，一般都能满足传输要求。第二，传输带宽有限，传输存在一定延时。救灾业务数据包括图像、音频和视频，具有传输数据量大、数据结构多元化、时延敏感性高等特点，但救灾工作需要确保高QoS的业务不多。第三，安全性差，容易被窃听。但目前的救灾工作没有涉及泄密数据，要求不必过于严格。

结语

基于保证通讯支持的目标，应急通讯网络要有效整合运用不同类型的通讯技术方式，比如Internet、无线自组网、卫星和WiFi等等。本文涉及的以无线自组网为基础的应急通讯网络具备网络稳定性、安全可靠性、服务支持、设施灵活等优势，适合各种自然灾难和紧急突发性情况的应急通讯要求。

参考文献

［1］卓琨，张衡阳，郑博，等．无人机自组网研究进展综述［J］．电信科学，2015，(10):52－54.

［2］乔涵，刘哲，康龄泰，等.无线自组网在应急通信网络技术中的应用［J］．自动化与仪器仪表，2018，(04):189－191.

［3］王海涛，吴连才，武媛媛，等.应急通信保障中无线自组网技术的应用研究［J］．数据通信，2013，(02):41－44.