自組網通信技術在應急救援領域的應用研究

梁偉　李艷霓

摘要：隨著現代化通信技術的高速發展，現如今已經進入了“5G+”時代，信息化通信技術的應用影響不斷擴大，自組網通信技術也隨之受到越來越多人的關注，在各行各業中的應用也越來越廣泛，目前應急救援領域也開始應用自組網通信技術，自組網通信技術的應用極大地提升了應急救援通信的穩定性和高效性，基于此，主要對自組網通信技術在應急救援領域應用的局限性和具體應用進行了具體闡述。

關鍵詞：自組網；通信技術；應急救援

一、前言

當應急救援部隊深入救援現場時，只有通過現代化通信技術才能與現場外部的指揮進行實時溝通，幫助救援人員接收到行動指令，確定現場救援的具體位置。這就需要應急救援所應用的通信技術必須高效穩定，而應急救援現場環境的惡劣程度也對通信技術提出了更高的要求。自組網通信技術不依賴于基礎的通信設施，并且其具有很強的抗毀性，能夠很好地滿足應急救援現場的實際需要，幫助后續救援工作有序展開。

二、自組網通信技術概述

自組網是將移動通信與計算機網絡相結合的網絡，網絡內每一名用戶所使用的便攜終端都可以成為業務承載的終點，或者是數據轉發的中繼點。自組網是一種典型的網狀結構，不同節點之間都由多種連接通道連接，一旦其中某一通信接連發生斷裂，就可以立即選擇其他連接重新組網。因此，自組網通信技術具有無中心、自組織、多跳路由的特點，在“5G+”的背景下，基于自組網獨特的動態拓撲結構，能讓自組網通信技術在應急救援領域應用時更加快速，更加靈活[1]。

（一）自組網通信技術的主要特點

無線自組網通信技術作為一種新興的技術，主要具有以下幾方面的特點：無中心、多跳路由、自組織能力、動態拓撲結構，在下文的論述中將會對以上的特點進行詳細的論述。首先是無中心，自組網通信技術所組成的系統結構類似于一個蜘蛛網，每一個節點之間都存在著多個連接放線，即便是某一個連接通道出現了故障，那么還可以通過其他的通道完成數據傳輸，這種移動的自組網通信技術中，各個終端之間都存在著數據的互聯互通，并沒有相應的控制中心，只有一個進行數據存儲的控制終端，其內部涉及到的各種網絡節點都處于一種平等的地位上，每一個網絡節點都有自己相對獨立的工作權限，可以自由、隨機的進入到網絡中或是離開網絡，網絡節點的脫離并不會對整個系統功能的實現產生影響，這就使得即便某一個特定的網絡節點出現了故障問題，也不會對整體通信網絡的正常運轉產生不良影響，特別是面對極短的惡劣天氣以及復雜地形條件下的通訊任務時，能進一步增強網絡節點之間數據傳輸的可靠性以及靈活性，這也進一步凸顯出無線自組網設備抗毀能力；其次為自組織能力，每一個自組網通信技術的網絡節點都具有數據交換和微操作系統，這就使得無線自組網通信技術的運行，并不需要各種預設的核心控制設備以及基礎網絡設施作為基礎，不僅減少進行基礎網絡設施架設所需要花費的大量成本，而且還能避免原理基礎網絡設施而出現的信號弱等情況，其中的各個網絡節點，主要是利用私有協議以及相應的獨特算法，來更好的將不同節點的行為加以協調同步。

（二）自組網通信技術自身的局限性

在自組網技術不斷發展完善的背景下，相關的數據傳輸協議也逐漸完善，其在應急救援領域當中得到更廣泛的應用，并且也出現各種自組網通信技術移動終端，在一定程度上提升了自組網通信技術的水平，但盡管自組網通信技術具有著現代化、信息化的特征，能在最大程度上保證應急救援工作能夠穩定運轉，但其所用的各種設備卻仍舊存在著不足之處，部分機載自組網產品以及便攜式自組網通信產品，為了能夠實現其相關功能的應用電子元件的耗電量非常大，其自身的工作時間以及續航能力會受到電池帶來的限制。而在一些極端惡劣的救援環境當中，通常都需要自組網通信設備長時間運轉，這就造成有一些生產廠商在設計的過程中片面的增加電池的重量，以此來滿足長時間使用的需求，這無異于違背了自組網通信技術應用的靈活性特點，這就使得如何優化自組網通信設備的低功耗設計，延長續航能力，剔除冗雜元件，成為現階段自組網通信技術應用中亟待解決的問題。

三、自組網通信技術原理分析

（一）自組網組成分析

在救急領域信息采集的過程中，廣泛使用了自組網通信技術，其中遠程數據收集系統就包含了很多網絡結構，例如下行通信網、上行通信網、管理中心以及集中器等，通過這些結構共同組成的遠程數據收集系統具有良好的使用優勢，其主要通信方式為半雙工傳輸，使用某一信道對相關指令采集到的信息進行傳輸，進而利用下行通信完成整體的通信過程。上行通信主要連接公共網絡和管理中心服務器，下行通信主要連接自組織網絡和采集器。

（二）自組網拓撲結構分析

目前在自組網通信技術應用的過程中，自組網拓撲結構主要有4種類型，第1種類型為平面網絡結構，在平面網絡結構中所有節點的地位均呈現平等的狀態，并且目的節點和源節點之間存在多條線路。每個節點均通過自組織的方式構成，整體的網絡在平面網絡結構運行過程中。平面網絡結構類型的自組網穩定性相對較強，經常應用于規模相對較小的網絡系統中。

第2種類型為分級網絡結構，此結構在應用的過程中被劃分為不同的簇，并且每一個簇均包含一個簇頭與多個簇源，簇頭的主要作用是能夠在本簇中進行數據的分配和轉發，而族源的主要作用是能夠對分配到的數據進行相應的收集和分析，簇頭在工作過程中，可以對相關信息預先指定。在各節點共同工作的過程中，可以通過分組算法進行自動選舉，進而使信息快速的傳播。這種分級網絡結構的自組網具有抗毀性相對較強的特征，并且常用于規模相對較大的網絡結構中。分級網絡結構一般分為網絡上層和網絡下層，在網絡上層中包含很多骨干節點，其主要作用是對信息進行分配和傳輸，而在網絡下層中包含很多一般傳感器節點，其主要作用是收集網絡上層中傳輸的數據并且進行處理和傳播[2]。

第3種類型為混合網絡結構，此結構是由前兩種結構混合組成而來，這種混合網絡結構既包含分級網絡結構中的網絡上層和網絡下層，又包含平面網絡結構中的各個不同節點。在混合網絡結構中，平面網絡結構一般會放置在分級網絡結構中的網絡上下層中。混合拓撲結構具有平面網絡結構穩定性強，以及分級網絡結構抗毀性強的綜合特征，其在運行過程中由網絡簇頭節點和一般傳感器節點共同進行相關數據的傳播和采集，而平面網絡結構則應用在各個節點之中，形成穩定性的數據采集模式，網絡各個簇頭節點與一般傳感器節點之間分為網絡上層及下層的關系，進而保證各個不同的節點能夠直接進行通信。當前混合網絡結構應用在各種類型的通信系統中，并且取得了良好的效果。

（三）自組網抗干擾能力分析

自組網通信技術在應用過程中具有較強的抗干擾能力，其主要體現在以下幾個方面，第1個方面是由于自組網的構成結構眾多，所以可以根據實際情況對網絡拓撲結構進行合理的選擇，尤其是在傳感器網絡結構和智能網絡結構中，運用合理的拓撲網絡結構，能夠提高其數據采集的效率和數據分析的準確性，一般自組網絡中的節點位置根據實際需要進行確定，并且各節點均能夠覆蓋相鄰的子節點，所以在收集數據時能夠實現全方面覆蓋，進而增加數據收集的準確性[3]。

第2個方面是各個子節點之間還具有中繼和收發的功能，由于自組網通信模塊在應用過程中，其發射功率相對較低，所以可能會導致子節點之間無法直接進行通信，針對此現象，利用各子節點的中繼功能，使信息可以傳輸到相鄰節點中，進而增加了數據傳輸效率。同時自組網結構中的集中器，還能夠將各個子節點發送的指令及數據進行收集，并且將其數據進行分配，發送到各個子節點中，實現收發功能。

第3個方面是利用深度優先搜索和最佳路由計算的方式，可以快速找到目的節點。當前在信息搜索過程中常用的搜索模式為廣度優先搜索和深度優先搜索。深度優先搜索的特點是在組網過程中，可以使用縱向搜索的方式，利用回歸、回環檢測以及繞行，可以防止信息搜索環節陷入死循環。利用深度優先搜索的方式，能夠提高組網速度，并且可以快速找到目的節點，進而解決通信慢的問題。

四、自組網通信技術在應急救援領域的具體應用

（一）保證應急救援通信系統的穩定性

在救災救援工作中，由于救援人員數量大并且救災的環境復雜，必須確保現場的通信正常，讓救災人員及時地和指揮中心進行溝通和反饋，使指揮中心可以接收到最新的救援信息從而規劃下一步的救援路徑。由于救援地區的信號差，所以必須利用一個安全性高且具有良好穩定性的網絡線路來確保通信。

（二）建立與外界指揮部門的無線通信

由于大多數應急救援現場具有很明顯的外界隔離性，比如說一些山區或是密林發生了地震等自然災害，這種情況下整個地區很容易會因為災害的影響，導致整個電力系統和通信系統的癱瘓，而此時救援現場就和外界指揮部門就被隔絕開來，增大了應急救援工作的難度。因此，這就需要利用自組網通信技術迅速幫助救援現場搭建起通信網絡，再通過網關設備將救援現場的通信網絡與外界指揮部門的通信網絡相連接。

（三）高效收集自然環境中的數據信息

自組網通信技術不光可以應用在救援救災中，還可以通過長時間的固定設置，對于自然環境中的數據進行全方位的收集與監控，并且可以通過自組網的無線傳輸網絡把搜集到的各類信息及時地傳輸到監控終端，并且現行5G技術快速發展，將5G通信和自組網通信設備相結合，可以實現數據的快速處理和傳輸，救援和氣象相關部門可以更快地接收到自然監控數據，從而對于數據進行分析，對于重大的自然災害進行提前預警，降低自然災害造成的破壞。

（四）突破應急救援工作的“通信孤島”

當發生一些大型的自然災害時，通往救援現場的道路往往也會受災而被嚴重破壞，這也就導致了一些車載的大型應急通信設備無法進入到救援現場中，進而導致應急救援現場的通信出現問題。此時應用自組網通信技術就可以很好地解決這一問題，自組網通信技術通過救援人員所攜帶的單兵通信設備構建無線自組網，具有重量小、攜帶靈活的特點，進入到救援現場后可以迅速與車載站和衛星通信進行連接，大大提高了應急救援工作的效率。此外，自組網通信技術還可以實時監控救援人員的各項生理指標，探測救援現場環境的相關數據，并及時將這些數據上傳，不僅能夠保護救援人員的安全，而且還大大提高了外界指揮部門對救援現場的跟蹤程度，有助于救援工作的開展[4]。

（五）加強通信企業與救援部門的合作

現如今國家對應急救援部門的工作相當重視，尤其是應急救援領域的相關設備和技術，自組網通信技術自應用到應急救援領域后就受到了越來越多的關注，為了幫助應急救援領域構建起統一指揮、協調的長久工作模式，就必須要加強通信企業和救援部門的合作，一方面要給予自組網通信技術企業產品研發方面更多的保障，另一方面還要保證應急救援部門能夠得到服務保障，并且還要多安排自組網通信技術企業到應急救援部門開展實訓演練，促進二者之間的工作對接。

五、自組網通信技術應用效果提升方向

（一）自組網通信技術應用設備的輕量發展

很多應急救援的環境特別惡劣，自然環境條件比較復雜，經常會在一些道路崎嶇的山里或者空間狹小的區域。當這些地區發生災害時，救援時大型的通信車輛和設備難以進入到救援現場，必須通過人工來背負自組網通信設備或者是利用無人機攜帶通信設備進入救援區域。但由于部分救援區域的環境過于惡劣，導致救援人員的行動不便，甚至無人機進入和操作較困難，這不僅限制救援效率還易使通信設備由于磕碰受到損壞無法工作。在面對這種救援形勢下就要求應用自組網通信技術的設備像輕量化發展，并縮減體積提升設備的質量，以減少人工或者無人機的負荷，保證應急救援效率。

（二）自組網通信設備續航能力的提升

由于大部分的自組網通信設備都是應用電池保證供電，所以受電池續航能力影響較大，尤其是在部分時間較長困難較大的救援環境下，可能會出現電池的續航不夠維持通信設備工作的情況。并且由于救援現場環境復雜，難以攜帶多臺的而通信設備來進行替換，電池耗盡后通信設備停止運轉會嚴重地影響救援，這就對通信設備的電池續航提出了更加嚴格的要求。對此相關技術人員必須關注自組網通信設備電池擴容工作，并積極思考如何做好通信設備電池的低能耗設計從而有效地延長電池的續航，以適應救援時間較長的救援情況。

（三）同頻組網的節點數量仍需擴大

綜合上述所言不難看出，現如今應急救援工作開展的現場環境復雜多變，有可能是樓房，也有可能是大面積的森林，應急救援現場總體呈現出一種混亂性的特征，而這需要自組網通信技術進一步擴大通信的范圍。要想提高自組網通信技術在應急救援現場的通信能力，就需要將自組網中同頻組網的節點數量進行提升，同時結合“5G+”通信技術，進一步加強自組網通信技術的覆蓋范圍和通信速度[5]。

六、結語

綜上所述，自組網通信技術在“5G+”的時代背景下能夠提供更加高效的通信效率，將其應用到應急救援領域中，能夠幫助救援現場內外建立起穩定高效的通信系統，快速收集救援現場環境中的信息，節約在通信上浪費的時間，從而為救援工作爭取更多的時間，然而現階段我國自組網通信技術發展的尚不成熟，在設施體積、電池續航、節點數量等方面都有待提高，因此自組網通信技術還需要進一步研究不斷完善。H

參考文獻

[1]章玉立.自組網通信技術在應急救援領域應用研究[J].中國新通信，2021，23（01）：22-23.

[2]孫穎妮.自組網通訊技術在應急救援領域應用探析[J].中國應急管理，2018（12）：54-55.

[3]林磊.無線自組網技術在應急通信網絡中的應用[J].黑龍江科學，2019，10（14）：92-93.

[4]尹合林.無線寬帶自組網的關鍵技術及應用[J].數字通信世界，2018（12）：19-20.

[5]孟翔.移動自組網技術在消防救援隊伍搶險救援通信保障中的應用研究[J].中國新通信，2020，22（20）：26-27