基于室外無線Mesh網絡的應急通信技術應用研究

呂會平

（河北遠東通信系統工程有限公司，河北 石家莊 050200）

0 引 言

隨著社會經濟發展，我國逐漸加大了突發應急體系建設力度，并且重點進行相關技術研究。應急自組織通信網絡屬于應急通信系統中的重要組成，深受各界關注。室外無線Mesh網絡是一種自組織分布式網絡，不僅具備較好的機動性，而且擁有快速布設、開通等優勢，在應急通信網絡中適應性較強，能夠有效應對各類突發事件。

1 室外無線Mesh網絡結構與關鍵技術

1.1 室外無線Mesh網絡結構

室外無線Mesh網絡中主要存在2種終端，分別是Mesh路由器和Mesh客戶端。具體組網過程中，Mesh路由器會利用無線鏈路構成多跳自組織網絡，骨干網絡形成后連接Internet網絡，從而使Mesh客戶端獲得網絡接入服務[1]。

路由器間由無線連接構建成骨干網絡，該網絡能夠利用存在網關功能的路由器與Internet網絡相連，最終接入無線互聯網，從而在路由器網關功能應用下有效融合無線Mesh網絡與其他網絡。室外無線Mesh網絡結構較為簡單，各Mesh客戶端能夠在無線連接下獲得Mesh網絡，通過Mesh客戶端轉發即可實現數據傳輸。室外無線Mesh網絡可高速接入移動終端，實際上屬于Ad Hoc網絡。混合Mesh網中既包括基礎設施Mesh網，還包括終端設備Mesh網，終端設備接入更加靈活，所有Mesh客戶端設備均能直接通信。

1.2 室外無線Mesh網絡關鍵技術

利用相應技術接入無線Mesh網絡，包括智能天線技術、多輸入多輸出（Multi Input Multi Output，MIMO）技術、定向天線技術以及全向天線技術等。對于多址接入，可實現固定分配，也可實現按需分配等。對于信道資源分配，通常包括集中調度方式和分布式調度方式。集中調度是路由器可以獲取Mesh客戶端請求信息，實現資源統一分配；分布式調度是相互交換網絡節點信息，協調信道資源，并實施寬帶資源的動態分配[2]。

系統整體性能會直接受到路徑選擇的影響，某節點出現故障時，路由協議應及時選擇新通信鏈路，從而實現穩定通信。路由算法類型較多，包括動態源路由算法、目的序列距離矢量路由算法等。與WLAN網絡不同，室外無線Mesh網絡是在數據多跳轉發下擴大通信覆蓋范圍，擁有更強的移動便捷性，同時還能實現網絡融合。

2 室外無線Mesh網絡技術特點

室外無線Mesh網絡技術可根據實際需求實現自動配置與組織，滿足多種組網模式建設需求，具有靈活的拓撲結構，可有效控制網絡結構部署成本，可拓展性良好，能夠根據需求隨時實施擴容操作。網絡節點可在多個網絡接口中安裝，各接口可通過多元化通信頻道聯通其他節點，有效提升網絡性能。室外無線Mesh網絡的研究目的是拓展網絡覆蓋范圍，信道容量不會減少，視距鏈路用戶不會存在非視距通信現象。通過多跳無線通信技術可使通信更加通暢，有效擴展網絡無線范圍，提升系統容量。室外無線Mesh網絡中，路由器與網關節點屬于較為重要的組成內容，在骨干網中處于重要位置。2種節點均為固定模式，可以得到較多的能量供給，同時不會約束能量，網絡耗能與移動性會直接受到節點類型的影響。室外無線Mesh網絡具備較多網絡訪問接口，通過接口能夠有機融合其他無線網絡技術，獲得更高的用戶聯通質量，有效擴大網絡覆蓋范圍。同傳統網絡相比，室外無線Mesh網絡在架構與選路等方面均存在特殊性，具有良好的應用優勢[3]。

3 基于室外無線Mesh網絡的應急通信

3.1 組網模式

（1）單一組網模式。一旦出現重大突發公共事件，會嚴重破壞相應基礎設施，如電力設施、通信設施等，導致通信網絡失效，無法進行正常的信息傳輸。應急救援環節，應急通信網絡尤為重要、通過室外無線Mesh網絡的應用，布控應急通信網絡，救援人員利用應急通信節點設備可以選擇1對1通信方式，也可以選擇1對多通信方式，實現指揮控制信息的安全傳遞。在無線Mesh網絡的應用下，應急指揮中心能夠獲得詳細的現場監測數據，為應急通信指揮提供良好條件，使應急處置效率得到進一步提升[4]。

（2）混合組網模式。當單一應急通信方式無法滿足需求時，可選擇多種應急通信方式聯合應用，保證應急救援人員順利開展各項工作，不會受到接入方式和地點等的限制，確保通信暢通[5]。在無線Mesh網絡、短波通信以及衛星通信的聯合應用下，形成混合組網模式。應急報警階段，由于公共通信網絡受到了嚴重破壞，此時可將信息通過短波通信電臺向上級指揮中心傳送。衛星通信能夠實現廣域無縫覆蓋，但是在大規模用戶方面不具備較強的組網能力。而無線Mesh網絡屬于自組織網絡，其中包含較多節點，組網能力較強，但會有較多影響因素，在一定程度上限制了實際通信范圍。因此，將無線Mesh網絡與衛星通信相結合，構建應急現場通信網絡，從而確保指揮命令及時、準確下達，有效提升應急反應能力。

3.2 平面架構

軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）應用平面中涵蓋網絡應用，并存在OpenStack功能，利用北向接口連接控制平面。SDN控制平面中擁有Web管理平臺，可實現路由器管理，并具備實時監測功能，南向接口與應用程序編程接口（Application Programming Interface，API）相連，可以提供相應的基礎網絡服務，還能進行流表管理等。SDN數據平面主要是在南向接口應用下連接控制平面，其中存在較多設備，如路由器、交換機等。該模塊屬于無線Mesh網絡下應急通信的關鍵部分，各節點具備較強的信息處理與分析能力，在智能路由器的應用下可使信息傳輸與接收更加穩定。數據平面模塊中存在可操作系統，能夠通過應用程序構建框架，進行專屬管理系統開發，科學配置路由器，并做出適當修改。數據平臺中存在較多技術，如數據漫游技術、負載均衡技術等，可以有效發揮數據平臺的功能[6]。

實際上，Mesh網絡節點屬于控制平臺的基礎設備，同時還會向平臺中設置接入網服務器，使其成為集中處理模塊。對于控制平臺而言，其具備良好的數據處理能力和較強的數據儲存能力，可以為應急通信技術的應用提供支持，穩定進行信息處理[7]。控制平臺存在靈活控制特點，通過云主機的應用，可遠程獲取信息，從而了解工作狀態。控制平臺中，服務器可利用控制模塊與網關模塊連接，從而發布各項指令和接收相應信息，充分發揮室外無線Mesh網絡優勢，提升應急通信水平。信息展示與網絡配置模塊主要處于服務器前端系統，網絡信息接收、數據儲存以及網絡控制模塊主要處于節點端。

控制平面節點端的功能包括網絡信息獲取、上報等，主要由鏈路信息獲取模塊、節點初始化模塊、平面交互模塊以及節點信息獲取模塊組成。鏈路信息獲取模塊具備較多功能，不僅能夠獲取收發速率情況，了解信號強度及干擾情況，還能獲得鄰居射頻媒體訪問控制（Media Access Control，MAC）地址。節點初始化模塊應用中可進行射頻配置初始化、射頻功能開啟等，同時還能對IP地址進行初始化。平面交互模塊應用下能夠建立網絡連接，接收并解析配置信息，支持鏈路信息發送，信息分析與處理能力較強。節點信息獲取模塊主要負責獲取各類信息，如射頻可用信道等。實際應用時，相關人員可結合信息處理需求編寫節點端程序，主要是進行Mesh網絡服務器前端模塊與后端模塊的劃分與功能設計，從而在應急通信中充分發揮室外無線Mesh網絡的作用[8]。

4 結 論

無線Mesh網絡具備快速布設、開通等優勢，可以與多種應急通信方式結合，如短波應急通信方式、衛星應急通信方式等，還能作為城域網與移動通信網絡的延伸，市場發展前景巨大。將室外無線Mesh網絡與當前網絡進行良好融合，擴大無線接入覆蓋范圍，從而進一步提升無線網絡服務質量。