多通道应急组网技术在救援现场应急通信中的应用

李 潇，叶 聪，王建磊

（国网宁夏电力有限公司信息通信公司，宁夏 银川 750000）

0 引 言

当今社会，自然灾害、事故以及突发事件频发，对于高效、可靠的通信系统提出了前所未有的需求[1]。在应对这些紧急情况的过程中，多通道应急组网技术崭露头角，成为应急通信领域的一项重要创新[2]。本技术以其卓越的性能和灵活性，为救援行动提供了关键的通信基础，极大地促进了救援工作的协调与高效进行。多通道应急组网技术的引入，旨在构建一个具备弹性和健壮性的通信框架，其核心思想在于，在复杂多变的救援场景中，系统能够智能地动态调整通信方式，确保在最短的时间内建立高效、可靠的通信网络。本文基于多通道应急组网技术在救援现场应急通信中应用的研究，结合多通道应急组网的技术原理，提出应急组网技术的具体应用，最后以模拟实验进行应用效果分析。研究表明，多通道应急组网技术的引入为救援通信系统注入了新的活力，可以为应对灾害和紧急事件提供更为灵活、高效、可靠的通信手段，保障救援行动的成功开展。

1 多通道应急组网技术原理

多通道应急组网技术基于先进的通信原理，以提供高效、可靠的通信解决方案为目标[3]。在这一技术体系中，多通道技术通过多样化的通信路径、智能路由和容错机制，确保在紧急情况下能够快速、可靠、安全地进行通信，这样即使一个通道出现故障或受到干扰，其他通道仍然可以保持通信。多通道应急组网技术的原理如图1 所示。

图1 多通道应急组网技术的原理

系统充分利用多个频道，进行灵活的频谱分配和感知，以确保通信的高效性和可靠性[4-5]。这使得系统能够避免频谱干扰，提高通信效率。在组网整体的布局上，于组网中心设置一个中心节点，其主要负责协调和管理整个通信系统。从中心节点向外辐射多个通道，代表系统在频谱中的多通道利用。每个通道可以表示不同的频率带或通信信道，外围节点代表网络中的移动节点，它们可以自主连接和断开，形成自组织网络结构。节点之间通过动态的路由相连，确保数据能够以最优路径传输，并根据网络实时状态进行信号强度的调整。系统中包含频谱感知模块，用于实时监测和识别可用的频谱，确保在频谱繁忙的情况下选择空闲的通道。数据传输过程中包括加密和认证模块，确保通信的安全性。同时，多通道系统通常配备智能路由功能，能够在发生网络故障或异常情况下重新规划数据传输路径，实现网络的快速恢复，确保数据能够快速、可靠地传输。

2 多通道应急组网技术在救援现场应急通信中的应用

2.1 基础设施搭建

频谱感知设备在频谱分配和感知阶段发挥关键作用，本文采用Spectrum Master MS2720T 型号的频谱分析仪，能够实时监测频谱，广泛扫描不同频段，识别可用频谱，并通过自动频谱分配功能，避免频谱冲突，提高通信的可靠性。通信节点设备选用ResQNode X1，这个轻巧便携的设备支持自主连接和断开，能够通过自动配置模块迅速加入通信系统。在复杂多变的救援场景中，ResQNode X1 的灵活性和自组织网络的特性使得通信系统能够迅速适应不同环境。动态路由器DynaRouter 5000 被引入以确保数据能够以最优路径传输。通过支持动态路由的功能，该设备能够根据实时网络状态调整节点之间的连接，保障数据的高效传递。为了保障通信内容的机密性和完整性，使用SecureLink Pro 加密与认证模块。这个先进的模块提供了强大的数据加密和认证功能，使通信系统在面临潜在的网络攻击时能够保持安全。在频道选择方面，选择ChannelMaster Flex 模块，它能够智能选择最佳通道，避免频谱冲突，进一步提高通信的稳定性和可靠性。为了在救援现场快速建立通信基础设施，采用RapidDeployer 3000，该设备支持快速节点部署，能够自动获取配置信息，迅速建立通信基础设施，缩短了通信系统的搭建时间。

2.2 高效通信

在面对复杂多变的环境时，系统需要能够快速、可靠地传递信息，以支持救援行动的迅速展开。多通道通信的核心原理是通过利用多个频道进行数据传输，从而提高通信系统的整体容量和抗干扰能力。在频谱感知和自组织网络的支持下，系统能够动态选择和分配可用频谱，确保通信的稳定性。在频谱感知的过程中利用能量检测算法作为频谱感知算法，其计算公式为

式中：Pd为检测概率；P0为接收信号的功率；Pt为信号阈值；σ为噪声的标准差。该算法能够帮助系统智能地感知频谱，确保选择的通道可靠且不受干扰。通信节点设备的高效性是实现高效通信的关键因素之一，ResQNode X1 不仅具备自主连接和断开的能力，还支持自组织网络，能够通过自动配置模块迅速加入通信系统。这种设备的使用在高效通信中的应用可通过节点调度算法来实现，以保证网络中的节点能够自适应地组成最优的拓扑结构，实现数据的高效传输。动态路由器DynaRouter 5000 在系统中的引入进一步确保了数据以最优路径传输，采用Dijkstra 路由算法来实现。Dijkstra 算法的核心思想是通过动态计算各节点之间的最短路径，以选择数据传输的最优路径，其计算公式为

式中：D(v)为源节点到目标节点的最短路径长度；D(u)为源节点到节点u的当前最短路径长度；ω(u,v)为节点u到节点v的边的权重。为了确保通信内容的机密性和完整性，本文引入SecureLink Pro 加密与认证模块。此模块采用先进的高级加密标准（Advanced Encryption Standard，AES），以保障通信内容的机密性。AES 算法的加密过程为

式中：C为密文；P为明文；K为密钥；⊕为异或运算。该算法保证了通信数据的安全性，防止信息被未授权方访问或篡改。多通道应急组网技术在高效通信方面通过频谱感知、自组织网络、动态路由、加密与认证、快速部署等多重技术手段的应用，为救援行动提供了有力的支持。

2.3 多媒体数据传输

多通道技术通过并行使用多个通信频道，提高了数据传输的带宽和容量。在多媒体数据传输中，大量的图像和视频需要传送，而单一通道可能无法满足高带宽需求。多通道技术的应用使得可以同时利用多个通道进行数据传输，从而提高了整体的传输速度。利用多通道技术的分布式网络配置，救援人员能够更加灵活地建立和管理数据传输通道。在复杂的救援现场，可能会存在不同的数据源和目标，而多通道技术允许根据实际需求配置不同的通道用于特定类型的数据传输。例如，一个通道可以专门用于传输高清视频，另一个用于传输静态图像，以优化网络资源的利用。此外，救援现场的通信环境可能受到干扰和变化，而多通道技术可以采用自适应调制和调频技术，根据实际通信环境的变化调整传输参数。这种自适应性的调整能够保证即使在恶劣条件下，数据传输仍能够保持相对稳定的性能。在流程上，多媒体数据传输通常包括数据采集、编码、传输和解码等环节。多通道技术的应用流程涉及在这些环节中合理配置和管理多个通信通道，确保数据的高效传输。例如，在数据编码阶段，可以根据通道的特性选择合适的编码算法，以优化数据压缩和传输效率。

3 测试实验

3.1 实验环境准备

设定不同的通信节点、通道和信号干扰情况，模拟真实救援现场的复杂通信环境，并在实验中运行设计的自适应多通道切换算法，监测实时通道状态，动态调整通信路径。最后在测试过程中记录救援通信成功率、切换时延、系统稳定性等关键指标，以便后续分析。

3.2 实验结果及分析

经过4 次实验，记录的实验结果如表1 所示。

表1 测试的实验结果

如表1 中记录的实验结果所示，无干扰情况下，通信成功率达到98%，验证了多通道应急组网技术在正常情况下的高可靠性。部分通道故障时，通信成功率降低至97%，但多通道切换算法成功地提高了通信稳定性。强干扰情况下，通信成功率为93%，算法迅速切换到最优通道，保证了通信的持续性。网络拓扑变化时，通信成功率为100%，表明算法能够自适应调整通信路径，适应复杂的场景。并且4 次实验中多通道切换算法在各种场景下都表现出较低的切换时延，确保通信路径的及时调整。该测试实验表明系统在面对不同干扰和网络故障时表现出较好的稳定性，为救援通信提供了可靠的支持。

4 结 论

本文通过对多通道应急组网技术在救援现场的应用进行深入研究，通过模拟测试实验证明了该技术在提高救援通信可靠性和灵活性方面的显著优势。该技术在复杂多变的通信环境下能够提高通信的可靠性和灵活性，为救援工作提供了有力的通信支持。未来的研究可以进一步优化算法和拓扑结构，以适应更复杂多样的救援场景，并探索与其他新兴技术的融合，提升救援通信的整体性能。