基于Wi—MAX技術(shù)的應(yīng)急通信方案研究

摘 要：應(yīng)急通信對(duì)網(wǎng)絡(luò)的快速部署、安全保密、抗干擾能力、多業(yè)務(wù)承載能力等均有較高的要求。本研究提出了一種基于Wi-MAX技術(shù)的應(yīng)急通信方案，并與現(xiàn)有通信方案進(jìn)行了分析和比較。給出了Wi-MAX技術(shù)在應(yīng)急通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可行性和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急通信；Wi-MAX；無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)

“應(yīng)急通信”是指借助有線(xiàn)/無(wú)線(xiàn)綜合通信平臺(tái)及數(shù)字集群調(diào)度通信技術(shù)建立的一種極有社會(huì)價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義的專(zhuān)用通信系統(tǒng)。應(yīng)急通信系統(tǒng)不僅要求能與系統(tǒng)內(nèi)的成員進(jìn)行通信和下達(dá)命令，更重要的是要求能在復(fù)雜環(huán)境中快速部署和快速實(shí)施，系統(tǒng)內(nèi)成員要能通過(guò)一定的通信方式實(shí)時(shí)地傳遞信息，調(diào)整各自的活動(dòng)或行為。系統(tǒng)的快速、簡(jiǎn)便、環(huán)境適應(yīng)能力是其最為重要的性能指標(biāo)。隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代的應(yīng)急通信系統(tǒng)也日趨智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化。

1 應(yīng)急通信系統(tǒng)的通信需求

應(yīng)急通信系統(tǒng)的通信一般包括兩部分：現(xiàn)場(chǎng)通信用戶(hù)和現(xiàn)場(chǎng)指揮中心之間的通信、現(xiàn)場(chǎng)指揮中心與遠(yuǎn)端指揮中心之間的通信。為方便緊急情況下的布設(shè)，各部分之間的通信應(yīng)以無(wú)線(xiàn)通信方式為主?，F(xiàn)場(chǎng)各用戶(hù)終端與現(xiàn)場(chǎng)指揮中心之間需要通過(guò)無(wú)線(xiàn)手段進(jìn)行信息交換，現(xiàn)場(chǎng)的這種無(wú)線(xiàn)通信具有以下特點(diǎn)：信息要及時(shí)、快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行傳送；支持大量的、頻繁的信息傳輸；要求通信的信號(hào)足夠強(qiáng)，能夠克服障礙物的影響；通信范圍要求比較大；要求現(xiàn)場(chǎng)指揮中心能夠采用一對(duì)多的方式與現(xiàn)場(chǎng)通信用戶(hù)進(jìn)行通信。

現(xiàn)場(chǎng)指揮中心與遠(yuǎn)端指揮中心之間需要無(wú)線(xiàn)通信方式來(lái)傳遞各種信息，這種無(wú)線(xiàn)通信具有以下特點(diǎn)：要求通信穩(wěn)定可靠；支持大量的、不頻繁的信息傳輸；通信的距離遠(yuǎn)；采用點(diǎn)到點(diǎn)的通信方式。

2 基于Wi-MAX技術(shù)的應(yīng)急通信方案

2.1 Wi-MAX系列標(biāo)準(zhǔn)

IEEE802.16工作組自1999年成立以來(lái)，主要工作是建立和推進(jìn)全球統(tǒng)一的寬帶無(wú)線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。已相繼推出了802.16，802.16a，802.16REVd，802.16e等一系列標(biāo)準(zhǔn)，其中802.16e可以支持移動(dòng)性的無(wú)線(xiàn)寬帶接入，被認(rèn)為是寬帶無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)（WMAN）的理想解決方案。

IEEE802.16工作組主要針對(duì)WMAN的物理層和MAC層制定了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。為滿(mǎn)足可運(yùn)營(yíng)的無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)的需要，由英特爾等通信設(shè)備制造商和一些運(yùn)營(yíng)商結(jié)成了一個(gè)全球微波接入的互操作性聯(lián)盟組織，因此相關(guān)無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)技術(shù)又被稱(chēng)為Wi-MAX技術(shù)。

最初的IEEE802.16協(xié)議是2001年12月IEEE通過(guò)的無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)支持的工作頻段為10～66GHz，只能承載在視距的環(huán)境中，這些限制并不利于固定寬帶接入技術(shù)的推廣。目前正在標(biāo)準(zhǔn)化的IEEE802.16e協(xié)議作為固定接入技術(shù)的擴(kuò)展，增加了終端用戶(hù)的移動(dòng)性功能，從而使移動(dòng)終端能在不同基站間進(jìn)行切換和漫游。IEEE802.16的主要特點(diǎn)是具有高速、遠(yuǎn)距離傳輸以及較好的適用性和較低的成本，802.16協(xié)議最高速率為134 Mbps，802.16e在5MHz信道上最大提供約15Mbit/s速率。Wi-MAX網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)間短、覆蓋范圍廣、可根據(jù)應(yīng)用靈活調(diào)整等良好的適用性。

802.16e系統(tǒng)工作頻段為2～6GHz，雙工方式為FDD（頻分雙工）和TDD（時(shí)分雙工）。載波帶寬可選擇在1.25～20MHz之間。在空中接口上，調(diào)制方式采用的核心技術(shù)是OFDM和OFDMA。覆蓋范圍是1～2km。移動(dòng)性上，最高可支持120km/h，一般為低速（10～15km/h）。802.16e標(biāo)準(zhǔn)面向更寬范圍的無(wú)線(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)城域網(wǎng)系統(tǒng)，可提供核心公共網(wǎng)接入。制定802.16e的目的，是提出一種既能提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)又使用戶(hù)具有移動(dòng)性的寬帶無(wú)線(xiàn)接入解決方案?；?02.16e標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)具有高速移動(dòng)性、寬帶接入、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足應(yīng)急通信系統(tǒng)的通信要求。

2.2 基于Wi-MAX技術(shù)的應(yīng)急通信方案

現(xiàn)代化城市生活中的公共安全和緊急救助行業(yè)是應(yīng)急通信應(yīng)用的一個(gè)主要領(lǐng)域，在此應(yīng)用場(chǎng)合中，大多數(shù)工作人員都處于移動(dòng)狀態(tài)，在通信方面必須依賴(lài)于無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)解決方案。隨著802.16e的逐漸成熟，Wi-MAX系統(tǒng)可支持大范圍、高速移動(dòng)下的無(wú)中斷無(wú)線(xiàn)寬帶接入應(yīng)用。Wi-MAX技術(shù)可以滿(mǎn)足對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)度、移動(dòng)視頻監(jiān)控、車(chē)輛/人員定位、移動(dòng)指揮車(chē)應(yīng)急通信等業(yè)務(wù)需求。因此，建設(shè)基于Wi-MAX技術(shù)的城域網(wǎng)，可以大大提高對(duì)緊急事件的響應(yīng)能力，提高城市的整體安全水平。

如圖1所示，由現(xiàn)場(chǎng)指揮中心、基站、遠(yuǎn)端指揮中心和Internet/MAN等幾部分組成無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城域范圍內(nèi)的應(yīng)急通信?，F(xiàn)場(chǎng)指揮中心通常由應(yīng)急通信車(chē)組成，工作人員可使用便攜式終端通過(guò)無(wú)線(xiàn)城域網(wǎng)（WMAN）與遠(yuǎn)端指揮中心實(shí)時(shí)地進(jìn)行視頻、數(shù)據(jù)和語(yǔ)音通信，對(duì)人員、車(chē)輛等信息進(jìn)行快速查詢(xún)，特別是相關(guān)圖片、圖像的傳輸應(yīng)用，通過(guò)使用GIS系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況作出準(zhǔn)確判斷，監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)，傳送到遠(yuǎn)端指揮中心。

以消防系統(tǒng)為例，介紹系統(tǒng)的運(yùn)行流程。在接到火警報(bào)警后，遠(yuǎn)端指揮中心利用GIS系統(tǒng)快速確定火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)，根據(jù)消防力量的分布情況，優(yōu)化出救火車(chē)的最佳行進(jìn)路線(xiàn)。消防員通過(guò)用戶(hù)終端與現(xiàn)場(chǎng)指揮中心通信，現(xiàn)場(chǎng)指揮中心通過(guò)無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)端指揮中心數(shù)據(jù)庫(kù)連接?，F(xiàn)場(chǎng)指揮中心通過(guò)GPS定位功能對(duì)消防力量分布進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。并通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)遠(yuǎn)端指揮中心的數(shù)據(jù)庫(kù)，預(yù)設(shè)火災(zāi)撲救方案。

結(jié)合各用戶(hù)終端發(fā)回的信息，通過(guò)無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)把電子地圖、重要設(shè)施分布信息及隨時(shí)更新的消防力量部署方案發(fā)送到消防隊(duì)員的用戶(hù)終端上。同時(shí)，采集此次行動(dòng)的所有資料信息并保存到遠(yuǎn)端指揮中心的數(shù)據(jù)庫(kù)中。

利用Wi-MAX建立固定或機(jī)動(dòng)無(wú)線(xiàn)寬帶基站，成本低、工作靈活、覆蓋范圍較大、通信能力強(qiáng)，在平時(shí)可實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，并且十分適合災(zāi)變現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急機(jī)動(dòng)通信。機(jī)動(dòng)基站可為覆蓋區(qū)域內(nèi)提供語(yǔ)音通信、視頻圖像等應(yīng)急通信服務(wù)。Wi-MAX系統(tǒng)可為用戶(hù)提供移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，包括移動(dòng)流媒體的可視電話(huà)、移動(dòng)監(jiān)控、移動(dòng)數(shù)據(jù)查詢(xún)等。因此，可為公安、消防、抗洪防汛等應(yīng)急通信系統(tǒng)提供低成本、高速率、安全可靠的無(wú)線(xiàn)專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)。

基于IEEE802.16e協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的Wi-MAX系統(tǒng)，能夠提供車(chē)速移動(dòng)下的高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，也可支持話(huà)音業(yè)務(wù)。Wi-MAX系統(tǒng)具有遠(yuǎn)距離、高速率、部署簡(jiǎn)便、受地理環(huán)境等客觀條件限制少以及具有靈活性、移動(dòng)性的優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注，推動(dòng)綜合無(wú)線(xiàn)寬帶接入技術(shù)的發(fā)展。Wi-MAX系統(tǒng)在固定寬帶無(wú)線(xiàn)接入和便攜、移動(dòng)通信市場(chǎng)具有廣泛的應(yīng)用前景。

2.3 與其他有關(guān)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的分析比較

在現(xiàn)有無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)中，也可采用無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信中的無(wú)線(xiàn)傳輸。WLAN是短距離、高速率的接入技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是：信號(hào)的工作頻率都在免許可證的頻段，系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本低；數(shù)據(jù)的傳輸速度一般都在1Mbps以上，可充分保證大信息量的傳輸，不會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)堵塞現(xiàn)象；各終端是對(duì)等的，容易滿(mǎn)足系統(tǒng)中一對(duì)多通信方式的要求。

WLAN技術(shù)的缺點(diǎn)是：對(duì)障礙物的穿透能力有限，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境復(fù)雜時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸將變得困難，甚至無(wú)法正常傳輸；傳輸距離有限；對(duì)安全問(wèn)題考慮不夠成熟，使用中容易造成信息安全問(wèn)題。WLAN由于對(duì)障礙物穿透能力和無(wú)線(xiàn)傳輸距離的限制，無(wú)法滿(mǎn)足應(yīng)急通信系統(tǒng)的通信需求，所以無(wú)法在實(shí)際應(yīng)用中被采納。Wi-MAX通信技術(shù)具有高速、遠(yuǎn)距離傳輸以及較好的適用性和較低的成本等特點(diǎn)，能夠彌補(bǔ)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的不足，相比應(yīng)急通信而言比較可行。

802.16e協(xié)議本身是新公布的標(biāo)準(zhǔn)，還需在使用中進(jìn)一步完善，802.16e在真正投入使用的時(shí)候，為了獲得較高的數(shù)據(jù)接入帶寬（30Mbit/s），必然要在覆蓋方面和移動(dòng)性方面做出讓步，其支持的移動(dòng)速度可能達(dá)不到120km/h，其主要的應(yīng)用將集中在靜止或低速移動(dòng)狀態(tài)下的寬帶數(shù)據(jù)接入。Wi-MAX通信技術(shù)在支持切換、QoS機(jī)制、安全性等方面的實(shí)現(xiàn)還有待進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

提出了應(yīng)急通信系統(tǒng)中基于Wi-MAX技術(shù)的通信實(shí)現(xiàn)方案，并與WLAN技術(shù)進(jìn)行了分析比較，指出了Wi-MAX技術(shù)的實(shí)現(xiàn)可行性。Wi-MAX技術(shù)具有速率高、覆蓋范圍大、標(biāo)準(zhǔn)化、可操作性好、成本低、易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)勢(shì)，基于Wi-MAX技術(shù)的應(yīng)用將成為今后寬帶接入業(yè)務(wù)的重要組成部分，在應(yīng)急通信中也將發(fā)揮重要作用。但是，Wi-MAX在認(rèn)證、頻譜、質(zhì)量保證和安全性上還存在著一定的問(wèn)題，其應(yīng)用解決方案還有待于進(jìn)一步研究。

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