基于無線自組網技術的消防抗毀通信系統的設計和實現

摘要：各類公共安全事故、自然災害、突發事件的救援處置中，有時會出現專網通信覆蓋差、公網通信癱瘓、現場通信組織難度大的問題，嚴重影響滅火救援工作效率。面對現有消防無線通信系統的各種短板，承擔“全災種、大應急”任務的消防隊伍積極應用全新無線自組網技術，建設一套通信覆蓋率更高、通信便捷性、靈活性更強、自身抗毀保障能力更強的無線通信系統顯得尤為重要。

關鍵詞：消防救援；無線通信；自組網；抗毀保障

中圖分類號：X913.4" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）07-0033-03

消防無線通信是消防救援隊伍組織指揮的重要通信保障手段。近年來，公共安全事故、自然災害、突發事件呈現多發高發趨勢，面對消防應急救援通信的需求，急需建設一套確保現場無中心、自組織、自愈型、抗毀能力強的戰術無線通信網。本文以寧波市消防救援支隊建設的基于無線自組網技術的消防抗毀通信系統為研究對象，系統闡述如何利用全新的無線應急通信組網技術建設全無線鏈路組網，顯著增強網絡健壯性，有效規避通信系統因為外部因素受損而被動中斷的可能。

1 消防無線通信的現狀及存在問題

1.1" 現狀

滅火救援工作具有高度的綜合性，成功處置事故的背后離不開團隊協作，離不開在調度、指揮以及通信等環節的緊密配合，在處置災害事故過程中通信起到了關鍵性作用。參戰力量調集規模隨災害規模擴大而擴大，無線通信作為滅火救援現場組織指揮的核心手段，其重要性愈發凸顯。經歷了長達數十年的發展，融合平時與戰時需求的無線通信調度及指揮體系已經形成，所構建的無線通信系統做到了覆蓋消防指揮中心、基層隊站、救援現場。

1.2" 存在的問題

消防自主構建的無線通信系統，例如350M常規系統，主要以轄區覆蓋核心，盡管先后完成了部分改造升級，但是在實戰應用中還是存在一定的局限性。

一是頻率有限。一直以來，350M專用頻段作為消防部門長久使用的頻段，始終面臨著頻率資源緊張的問題。每個城市分配到的頻率資源非常有限，這些頻率資源在滿足面上調度覆蓋需求的同時，也要滿足救援重點區域的需求，因此做好頻率分配是一項極具難度的工作[1]。

二是技術有待進一步提升。作為常規系統的模擬通信，功能不夠完備、信道利用率不夠高以及音質不夠好是一直存在的問題。隨著科技進步和需求的提高，專業無線通信這一應用于救援指揮的系統正在經歷從模擬到數字化的大規模轉型。由于數字化技術的抗干擾性和強大功能，使其成為近年來專業無線通信網絡改造的首選方案。

三是制式多樣。由此在日常使用和維護方面存在一定困難。部分地市與當地公安共享共用數字集群系統資源的同時，消防又擁有自建的350M常規系統，這二者在整體架構、特性以及使用方式上有著根本差異。盡管能夠語音互通，但由于這二者在本質上存在區別，再加上控制方式不同以及上線存在一定時間差，使得這兩者不能做到融合。在事故救援現場，無法做到指令迅速下達，環節較為繁瑣，既耗時又耗力，在一定程度上影響了救援力量戰備。

2 無線自組網的技術性能分析

2.1" 無線自組網與傳統無線通信網比較

目前部分消防救援隊伍使用的無線通信系統依然為傳統無線通信系統，系統自身存在的技術缺陷已無法滿足實戰需要，而自組網技術更加適應突發任務或者移動型任務的通信需求，不僅能保障甚至提升現場的通信效果，對現場實現強信號覆蓋，還能夠滿足移動型任務需求實現車隊“動中通”。無線自組網與傳統無線通信網比較詳見表1[2]：

2.2" 無線自組網抗毀系統技術優勢

系統具備兩大技術優勢：

一是同頻同播技術。同頻同播系統技術經過多年經驗總結和研發演進已非常成熟，同頻同播技術能夠充分利用有限的頻率，實現應急自組網系統覆蓋的最優化，具備組網靈活、穩定可靠、節省資源、補網方便、無縫漫游等優勢。在同一個轄區內布設多個同頻同播基站，使用鏈路將這些中繼基站互聯從而增加無線通信網的覆蓋范圍，有效解決無線通信盲區問題。同頻同播網如遇重大救援事件，指揮中心網管通過設置可以完成多個同播基站的互聯互通，使不同區域的無線通信調度指揮整合在一個平臺上，網內一呼百應，便于救援現場統一指揮調度。

二是無線自組網技術。將自組網技術與超短波進行融合，真正實現了全轄區無線備份的應急通信網絡。寧波中心城區地處四明山脈，森林山地多，不具備傳統無線調度指揮專網全覆蓋的基礎。所以依托單一技術難以在有限的資金投入下實現轄區的通信覆蓋。要保證轄區覆蓋保底無線通信網必須采用無線鏈路技術，通過無線鏈路自動轉發中繼的方式，應用移動式通信基站對重點偏遠地區的進行延伸補充覆蓋，實現“網隨人到”的應用轉變。系統采用全無線鏈路技術，抗災、抗毀能力強，彌補了調度指揮網健壯性不足的弱點。全部基站之間無中心自動組織聯網，可以實現轄區范圍內聯網覆蓋，同時支持移動便攜基站快速部署，實現“到位即展開，展開即覆蓋”的目的[3]。

3 建設任務分析

根據寧波市消防支隊實際通信需要，本項目擬建設一套應急無線通信保障抗毀系統，包括指揮調度實時定位平臺、7套固定式自組網基站、便攜式自組網基站、基地臺、手持對講機。

3.1" 任務需求分解

無線通信保障抗毀系統總體要求如下：一是構建無線覆蓋雙層網。以同頻同播自組網技術作為基礎，基站間利用無線鏈路實現自動組網構建廣域覆蓋網絡，主要采用固定式自組網太陽能基站（簡稱固定站），并通過便攜式自組網基站（簡稱便攜站）深度延伸輔助，搭建雙層通信網絡。針對多種應急、救援及秘密任務場景的具體需求深入分析考慮各種實際情況，確保在面對各種復雜的情況都能夠快速構建網絡，通信保障暢通。二是搭建指揮調度實時定位平臺。通話錄音、人員定位顯示、基站聯網狀態監測等功能都可以通過指揮調度管理平臺中的調度管理系統實現，從而實時掌控應急搶險救災時人員分布情況、行進情況，有效提高系統調度的管理效率。

3.2" 核心任務需求

一是通信距離要求。保證覆蓋，通得上、通得遠。城市及郊區等地方轄區廣闊，地形多為山地及丘陵，山體林木遮擋嚴重，系統建設必須保證實現足夠的通信覆蓋，充分利用固定站和便攜站二者互聯延伸通信距離的特點，實現對偏遠地區、建筑密集群體、隧道、室內等典型區域進行覆蓋。

二是安全可靠要求。現場應急通信應滿足在不依賴公網、微波等外部鏈路資源的情況下，自行組網同時網絡能夠穩定自修復的要求，設備一到位，就啟動聯網，從而在現場建立專門的應急通信網絡。因此良好的環境適應性是設備所具備的，能在高溫、低溫、潮濕、灰塵等環境下使用，通風散熱良好；設備支持多機相互備份，負荷分擔，系統自行修復，當某個節點出現不可預知的損失時，其他節點可自行補充、動態調整網絡拓撲繼續保障通信救援。

4 系統框架設計

如圖1所示，系統總體劃分為兩大部分：指揮調度實時定位平臺和無線覆蓋雙層網。指揮調度實時定位平臺含調度、錄音軟件、匯接交換系統、網管運維平臺，實現短信息功能，單呼、組呼、錄音等語音功能，對電臺定位按需多種方式獲取、查詢，實時掌握人員分布、隊伍行進情況，同時對電臺及基站數據進行檢測管理。

無線覆蓋雙層網含固定式自組網基站、便攜式自組網基站、基地臺、手持對講機、單呼組呼全呼等語音功能、電臺相互定位功能，同時支持無線自組網，即開即用，快速響應組建通信網，采用同頻同播技術實現對講機全區漫游。

5 系統主要應用優勢

5.1" 全區覆蓋

全區域覆蓋是應急通信網所必須具備的，發生地點具有不確定性是突發事件的一個顯著特點，因此任何地區的應急事件都需要無條件實現覆蓋，同時需要迅速提供通信覆蓋不得延誤。通過建設10個高架站點，基本可以覆蓋中心城區95%的地面信號，同時可以提供至少2信道動態分配，供多個部門共享使用。

5.2" 防災抗毀

所有現代通信技術，包括電信無線傳輸系統，在遭遇故障或特殊情況時可能完全失效。應急通信網絡需要能夠保持不間斷運行并且提供持續穩定的通信覆蓋。各種自然災害如風災、雨災、洪災以及地震供電中斷，應急通信網不能中斷。該應急通信網具有很強的生存能力，即便在電源斷開的情況下仍能保持運行超過1周，支持配置2周以上。

5.3" 網絡自組織

全網絡沒有控制中心，也沒有硬件交換中心，整個網絡的交換在空中完成無線交換。對于每個基站而言，地位都是平等的，即對等式網絡。能夠允許任何數量的基站隨時加入或退出無線網絡。任意基站的失效并不會對整個網絡的運行產生影響，因此具備極強的抗毀性。

基站的布設無需依賴于任何預設的有線網絡設施，全部通過自身的無線技術自組織聯網。任何固定的高架、便攜、背負、車載基站開機工作即可自動相互握手聯網[4]。

參考文獻

[1]時慧慧.無線通信系統在消防滅火救援中的應用[J].科學與財富，2019（3）：296.

[2]劉騏榕.無線通信技術在消防通信系統中的應用分析[J].中國新通信，2017，19（9）：31.

[3]范浩如，王超，楊曉，等.“衛星+無線自組網”技術在應急通信中的應用[J].中國建設信息化，2022，6（27）：157.

[4]姚克義.應急通信基站回傳中無線Mesh自組網的應用[J].科學與技術2022，30（9）：25-26.