便攜式無中心寬帶自組網通信系統在地震災害救援中的應用

魏之祺

摘 要：隨著4G通信技術成熟應用，人們邁進了無線寬帶通信時代，一定程度上改變了傳統通信習慣，提高了人們生活水平。近年來，我國地震災害頻發，當受災地區有線通信光纜、無線通信基站等各種通信設施遭到破壞時，便與外界通信中斷，且無法在短時間內修復，對政府部門實施搶險救災工作造成阻礙。本文就便攜式無中心寬帶自組網通信系統在地震災害救援中快速靈活搭建無線寬帶通信網絡進行應用分析，以解決災區應急通信保障問題。

關鍵詞：無中心；寬帶自組網；通信；地震救援

一、地震災害救援中常規通信手段應用及存在的問題

（1）有線通信。有線通信是利用金屬導線、光纖等有形媒質傳輸信息的一種通信方式，具有抗干擾能力強、可靠性強、保密性強等優勢特點，在日常生產生活中得到廣泛應用，如有線電話通信、光纖網絡通信、有線電視通信等。有線通信的工作前提是有形媒質的正常連通，有形媒質一般采用地埋式管道鋪設和地上懸空架設等方式鋪設。在地震災害中，極大破壞力引發的地表斷層、山體滑塌、建筑物倒塌等情況，極易造成有線通信媒質斷裂，致使有線通信中斷，加之地震破壞的廣域性和不可預見性，無法在短時間內修復斷損的有線媒質，從而無法在地震災害救援中提供可靠的通信保障。

（2）無線公網通信。無線公網通信指由中國移動、中國聯通、中國電信等運營商提供服務的移動通信，主要分為集群移動通信即大區制移動通信和蜂窩移動通信即小區制移動通信兩種，無論是集群移動通信還是蜂窩移動通信，都需建立基站，通過基站建立無線信號覆蓋，實現與用戶終端網絡互聯和數據交換。在地震災害中，通信基站設施設備和供電等設施易遭到破壞，致使無線通信網絡中斷，形成信號盲區，無法在短時間內修復，從而無法在地震災害救援中提供可靠的通信保障。

（3）衛星通信。衛星通信是利用人造地球衛星作為中繼站轉發無線電波，從而實現兩個或多個地球站之間的通信。日常生產生活中應用比較廣泛衛星通信手段有衛星固定站、衛星便攜站和衛星電話等。衛星固定站包含天線分系統、發射分系統、接收分系統、終端分系統、通信監控分系統和電源分系統六大系統，設施設備體型較大且固定，在地震災害中易受到破壞而無法工作。衛星便攜站可以不受地理環境影響，且使用空間要求較小，在地震災害救援中可以作為可靠的通信方式予以使用，但由于衛星信道資源限制和天氣條件制約，在災害救援中提供高帶寬、高穩定性等通信信道較難實現。衛星電話是災害救援中可靠的語音通信手段，但無法傳輸高清圖像和文件等較大信息，僅能滿足應急通聯需求。

（4）短波通信。短波通信是唯一不受網絡樞紐和有源中繼體制約的遠程通信手段，應用最廣泛的就是短波電臺。短波電臺較多用于語音和短報文的接收和傳輸，在地震災害中，其它通信手段中斷時，可應急與外界取得聯系。但短波通信發射電波要經電離層的反射才能到達接收設備，電離層的高度和密度容易受晝夜、季節、氣候等因素影響，穩定性相對較差，同時受技術體制限制，短波通信目前無法提供寬帶通信線路。

二、便攜式無中心寬帶自組網通信系統特征及功能分析

無中心寬帶自組網通信系統是基于4G無線寬帶自組網技術新應用，通過無中心寬帶自組網基站或者節點，自行組建無線寬帶網絡。無線寬帶自組網的研究起源于軍事通信中的MANET（移動自組織網絡），應用于軍事作戰通信指揮系統，主要具有以下結構和技術特征：一是動態拓撲，即網絡中的節點可以隨意移動，網絡拓撲結構也可能隨之變化；二是鏈路容量時變，由于拓撲動態變化導致每個節點轉發非自身需要的業務量隨時間變化，鏈路容量表現出時變特征；三是靈活動力供應，由于網絡節點移動特征，在直接供電不便時，大多數節點可用電池供電；四是具有完善可靠的路由和移動性管理算法，降低任何網絡部件與其他部分分離的概率；五是具有自適應算法和協議，靈活調整網絡環境、拓撲和業務條件頻率變化；六是多重路由，在源節點和目標節點之間有多條路由，增強網絡可靠性和生存能力。無線寬帶自組網通常應用在沒有或者不便利用現有網絡基礎設施的情形中，比如軍事戰場上，沒有基站等基礎設施可以利用，裝備了移動通信裝置的軍事人員、軍事車輛以及各種軍事設備間可以借助移動自組網進行信息交換。無中心寬帶自組網技術實現基站和節點自主動態拓撲鏈接，網絡中每個節點完全對等，設備既可以作為用戶終端使用也可以作為基站使用，在使用過程中可自動中繼轉發其他節點數據，除具備自組網特性外，采用新一代的OFDM調制解調技術，高帶寬的特性使得網絡支持數百個無線自組網節點同時組網傳輸業務。

便攜式無中心寬帶自組網通信系統基于以上特征，具備了其獨特的功能優勢。一是多跳通信覆蓋無盲區。當無中心自組網設備節點受到叢林、建筑物遮擋或在建筑物內部時，可自動通過其他節點以多跳中繼轉發的方式將語音、視頻和數據傳輸到目標節點，保證業務的正常傳輸不中斷，不影響網絡其他節點的正常工作。二是網絡兼容性強。無中心自組網支持TCP/IP、UDP等多種標準網絡通信協議，可與衛星、3G、光纖、有線其他通信網絡互聯互通，便于無線自組網網絡中的數據接入到指揮中心的內部網絡當中，便于與現有的指揮調度系統實現數據互通。三是負載均衡能力強。當網絡在實際運行過程中，如果出現多個節點的數據都從一條鏈路傳輸的情況，就會造成網絡的堵塞，降低業務的服務質量，無中心自組網WIM遇到這種情況時，通過對鏈路環境以及業務數據大小等多方面的因素考慮與權衡，自動選擇一條新的鏈路，將負擔較重的鏈路上的一部分業務通過新的鏈路傳輸，降低原有鏈路的負載，提高了網絡傳輸的帶寬利用率，保證了整個網絡的正常通信。四是環境適應能力強。便攜式無中心寬帶自組網通信系統設備小巧便攜，可以人員背負，也可在隨意地點臨時架設，在直接供電不便時，系統可采用高續航電池供電，可以在各類環境中展開作業。五是附加功能多。便攜式無中心自組網通信系統可配備單兵高清攝像機、高清云臺攝像頭、單兵PDA智能手持終端等設備，實現無線寬帶專網搭建、集群化實時高清音視頻信息采集、操作人員群組可視化協調調度、無人化定點監控等功能。

三、便攜式無中心寬帶自組網通信系統在地震災害救援中應用分析

（1）搭建無線寬帶通信專用網絡，實現災區與外界寬帶通聯。地震災害局部地域救援中，有線通信設施和無線公網通信設施受到破壞，無法在短時間內修復，通往受災地區的主要交通干道中斷，各類通信車輛無法進入受災地域，受災地域臨時性與外界通聯中斷，外界搶險救援力量急需與受災地域建立聯系，及時準確掌握各類受災信息。此時，可派出裝備便攜式無中心自組網通信系統的人員隊伍，徒步向受災地域開進，沿途選擇臨時高點架設無中心自組網設備節點，架設點距離間隔保持3至5公里，線性布設外界與受災地域的無線寬帶專網，每個架設點可選取不同位置架設一用一備兩個設備節點，防止其中一點遭破壞而引發通信鏈路中斷。無中心寬帶自組網通信系統可保證設備節點信號傳輸10跳后10兆左右的通信帶寬，理論傳輸距離可達30至50公里，基本解決了受災地域與外界寬帶通聯問題。

（2）搭建災區救援指揮調度網絡，實現現場可視化集群指揮調度。搶險救援隊伍開赴受災地域途中和到達目標地域后，各種救援力量須在較廣范圍內分頭開展救援工作，由于目標地域無線公網通信設施受到破壞，無法在短時間內修復，各種救援力量的統一調度指揮受到限制。此時，可在受災地域網狀選取臨時高點，架設便攜式無中心寬帶自組網設備節點，每個設備節點可提供以架設點為中心半徑3至5公里的無線寬帶網絡覆蓋，通過無中心自組網通信網狀拓撲鏈接，理論上可提供受災地域數十平方公里范圍內的無線寬帶網絡覆蓋，基本解決了地震災害救援區域性無線寬帶指揮調度網絡問題。

（3）搭建重點地域監控監視網絡，實現無人化災情信息采集。地震災害中，余震和次生災害難以預見，在受災較嚴重的地域和余震、次生災害發生率較高的地域，須加強災情監控，由于危險性大，不適合人員現場長時間信息采集和監控。此時，可在重點監控地域架設無中心自組網通信設備節點，搭建暢通的無線寬帶通信鏈路，在每個節點周圍布設高清云臺攝像機和其他環境監測設備，配備高續航的供電設備，形成無人化前端信息采集和監控點，通過無中心自組網寬帶鏈路實時將監控點音視頻及各類監測信息傳回設立在安全地域的后端指揮調度平臺，實現區域性無人化安全監控，為搶險救援指揮決策提供可靠依據。

四、結語

便攜式無中心寬帶自組網通信系統該系統是基于4G無線寬帶技術新應用，具有便攜機動、快速部署、多點續傳、環境適應性強、抗干擾性強、互聯互通等技術優勢，在地震災害中常規通信手段中斷時，可根據任務需要快速便捷搭建臨時性無線寬帶網絡，為搶險救援工作提供安全可靠的通信保障。