便携式无中心宽带自组网通信系统在地震灾害救援中的应用

魏之祺

摘 要：随着4G通信技术成熟应用，人们迈进了无线宽带通信时代，一定程度上改变了传统通信习惯，提高了人们生活水平。近年来，我国地震灾害频发，当受灾地区有线通信光缆、无线通信基站等各种通信设施遭到破坏时，便与外界通信中断，且无法在短时间内修复，对政府部门实施抢险救灾工作造成阻碍。本文就便携式无中心宽带自组网通信系统在地震灾害救援中快速灵活搭建无线宽带通信网络进行应用分析，以解决灾区应急通信保障问题。

关键词：无中心；宽带自组网；通信；地震救援

一、地震灾害救援中常规通信手段应用及存在的问题

（1）有线通信。有线通信是利用金属导线、光纤等有形媒质传输信息的一种通信方式，具有抗干扰能力强、可靠性强、保密性强等优势特点，在日常生产生活中得到广泛应用，如有线电话通信、光纤网络通信、有线电视通信等。有线通信的工作前提是有形媒质的正常连通，有形媒质一般采用地埋式管道铺设和地上悬空架设等方式铺设。在地震灾害中，极大破坏力引发的地表断层、山体滑塌、建筑物倒塌等情况，极易造成有线通信媒质断裂，致使有线通信中断，加之地震破坏的广域性和不可预见性，无法在短时间内修复断损的有线媒质，从而无法在地震灾害救援中提供可靠的通信保障。

（2）无线公网通信。无线公网通信指由中国移动、中国联通、中国电信等运营商提供服务的移动通信，主要分为集群移动通信即大区制移动通信和蜂窝移动通信即小区制移动通信两种，无论是集群移动通信还是蜂窝移动通信，都需建立基站，通过基站建立无线信号覆盖，实现与用户终端网络互联和数据交换。在地震灾害中，通信基站设施设备和供电等设施易遭到破坏，致使无线通信网络中断，形成信号盲区，无法在短时间内修复，从而无法在地震灾害救援中提供可靠的通信保障。

（3）卫星通信。卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，从而实现两个或多个地球站之间的通信。日常生产生活中应用比较广泛卫星通信手段有卫星固定站、卫星便携站和卫星电话等。卫星固定站包含天线分系统、发射分系统、接收分系统、终端分系统、通信监控分系统和电源分系统六大系统，设施设备体型较大且固定，在地震灾害中易受到破坏而无法工作。卫星便携站可以不受地理环境影响，且使用空间要求较小，在地震灾害救援中可以作为可靠的通信方式予以使用，但由于卫星信道资源限制和天气条件制约，在灾害救援中提供高带宽、高稳定性等通信信道较难实现。卫星电话是灾害救援中可靠的语音通信手段，但无法传输高清图像和文件等较大信息，仅能满足应急通联需求。

（4）短波通信。短波通信是唯一不受网络枢纽和有源中继体制约的远程通信手段，应用最广泛的就是短波电台。短波电台较多用于语音和短报文的接收和传输，在地震灾害中，其它通信手段中断时，可应急与外界取得联系。但短波通信发射电波要经电离层的反射才能到达接收设备，电离层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素影响，稳定性相对较差，同时受技术体制限制，短波通信目前無法提供宽带通信线路。

二、便携式无中心宽带自组网通信系统特征及功能分析

无中心宽带自组网通信系统是基于4G无线宽带自组网技术新应用，通过无中心宽带自组网基站或者节点，自行组建无线宽带网络。无线宽带自组网的研究起源于军事通信中的MANET（移动自组织网络），应用于军事作战通信指挥系统，主要具有以下结构和技术特征：一是动态拓扑，即网络中的节点可以随意移动，网络拓扑结构也可能随之变化；二是链路容量时变，由于拓扑动态变化导致每个节点转发非自身需要的业务量随时间变化，链路容量表现出时变特征；三是灵活动力供应，由于网络节点移动特征，在直接供电不便时，大多数节点可用电池供电；四是具有完善可靠的路由和移动性管理算法，降低任何网络部件与其他部分分离的概率；五是具有自适应算法和协议，灵活调整网络环境、拓扑和业务条件频率变化；六是多重路由，在源节点和目标节点之间有多条路由，增强网络可靠性和生存能力。无线宽带自组网通常应用在没有或者不便利用现有网络基础设施的情形中，比如军事战场上，没有基站等基础设施可以利用，装备了移动通信装置的军事人员、军事车辆以及各种军事设备间可以借助移动自组网进行信息交换。无中心宽带自组网技术实现基站和节点自主动态拓扑链接，网络中每个节点完全对等，设备既可以作为用户终端使用也可以作为基站使用，在使用过程中可自动中继转发其他节点数据，除具备自组网特性外，采用新一代的OFDM调制解调技术，高带宽的特性使得网络支持数百个无线自组网节点同时组网传输业务。

便携式无中心宽带自组网通信系统基于以上特征，具备了其独特的功能优势。一是多跳通信覆盖无盲区。当无中心自组网设备节点受到丛林、建筑物遮挡或在建筑物内部时，可自动通过其他节点以多跳中继转发的方式将语音、视频和数据传输到目标节点，保证业务的正常传输不中断，不影响网络其他节点的正常工作。二是网络兼容性强。无中心自组网支持TCP/IP、UDP等多种标准网络通信协议，可与卫星、3G、光纤、有线其他通信网络互联互通，便于无线自组网网络中的数据接入到指挥中心的内部网络当中，便于与现有的指挥调度系统实现数据互通。三是负载均衡能力强。当网络在实际运行过程中，如果出现多个节点的数据都从一条链路传输的情况，就会造成网络的堵塞，降低业务的服务质量，无中心自组网WIM遇到这种情况时，通过对链路环境以及业务数据大小等多方面的因素考虑与权衡，自动选择一条新的链路，将负担较重的链路上的一部分业务通过新的链路传输，降低原有链路的负载，提高了网络传输的带宽利用率，保证了整个网络的正常通信。四是环境适应能力强。便携式无中心宽带自组网通信系统设备小巧便携，可以人员背负，也可在随意地点临时架设，在直接供电不便时，系统可采用高续航电池供电，可以在各类环境中展开作业。五是附加功能多。便携式无中心自组网通信系统可配备单兵高清摄像机、高清云台摄像头、单兵PDA智能手持终端等设备，实现无线宽带专网搭建、集群化实时高清音视频信息采集、操作人员群组可视化协调调度、无人化定点监控等功能。

三、便携式无中心宽带自组网通信系统在地震灾害救援中应用分析

（1）搭建无线宽带通信专用网络，实现灾区与外界宽带通联。地震灾害局部地域救援中，有线通信设施和无线公网通信设施受到破坏，无法在短时间内修复，通往受灾地区的主要交通干道中断，各类通信车辆无法进入受灾地域，受灾地域临时性与外界通联中断，外界抢险救援力量急需与受灾地域建立联系，及时准确掌握各类受灾信息。此时，可派出装备便携式无中心自组网通信系统的人员队伍，徒步向受灾地域开进，沿途选择临时高点架设无中心自组网设备节点，架设点距离间隔保持3至5公里，线性布设外界与受灾地域的无线宽带专网，每个架设点可选取不同位置架设一用一备两个设备节点，防止其中一点遭破坏而引发通信链路中断。无中心宽带自组网通信系统可保证设备节点信号传输10跳后10兆左右的通信带宽，理论传输距离可达30至50公里，基本解决了受灾地域与外界宽带通联问题。

（2）搭建灾区救援指挥调度网络，实现现场可视化集群指挥调度。抢险救援队伍开赴受灾地域途中和到达目标地域后，各种救援力量须在较广范围内分头开展救援工作，由于目标地域无线公网通信设施受到破坏，无法在短时间内修复，各种救援力量的统一调度指挥受到限制。此时，可在受灾地域网状选取临时高点，架设便携式无中心宽带自组网设备节点，每个设备节点可提供以架设点为中心半径3至5公里的无线宽带网络覆盖，通过无中心自组网通信网状拓扑链接，理论上可提供受灾地域数十平方公里范围内的无线宽带网络覆盖，基本解决了地震灾害救援区域性无线宽带指挥调度网络问题。

（3）搭建重点地域监控监视网络，实现无人化灾情信息采集。地震灾害中，余震和次生灾害难以预见，在受災较严重的地域和余震、次生灾害发生率较高的地域，须加强灾情监控，由于危险性大，不适合人员现场长时间信息采集和监控。此时，可在重点监控地域架设无中心自组网通信设备节点，搭建畅通的无线宽带通信链路，在每个节点周围布设高清云台摄像机和其他环境监测设备，配备高续航的供电设备，形成无人化前端信息采集和监控点，通过无中心自组网宽带链路实时将监控点音视频及各类监测信息传回设立在安全地域的后端指挥调度平台，实现区域性无人化安全监控，为抢险救援指挥决策提供可靠依据。

四、结语

便携式无中心宽带自组网通信系统该系统是基于4G无线宽带技术新应用，具有便携机动、快速部署、多点续传、环境适应性强、抗干扰性强、互联互通等技术优势，在地震灾害中常规通信手段中断时，可根据任务需要快速便捷搭建临时性无线宽带网络，为抢险救援工作提供安全可靠的通信保障。