基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的多層次應(yīng)急系統(tǒng)可行性分析

李登國

摘 要 隨著突如其來的自然災(zāi)害越來越頻繁的發(fā)生，各個國家都在積極籌建各自應(yīng)急通信體制。本文提出一種基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的多層次應(yīng)急通信系統(tǒng)模型，改變?yōu)膮^(qū)信息孤島的境況。

關(guān)鍵詞 應(yīng)急通信;異構(gòu)網(wǎng)絡(luò);Mesh組網(wǎng)

前言

在設(shè)計的模型中，依據(jù)應(yīng)急通信的使用環(huán)境下，在已有的基礎(chǔ)通信設(shè)備基礎(chǔ)上，合理部署臨時的機動通信設(shè)備，構(gòu)建協(xié)作的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。分別以時間和空間兩個維度為出發(fā)點，使用衛(wèi)星，WIFI和ZigBee等多種技術(shù)，架構(gòu)不同的通信模式彼此融合，協(xié)作應(yīng)用在隨機多變的應(yīng)急環(huán)境。

1異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信系統(tǒng)快速架構(gòu)設(shè)計原則

本文所提出的基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的多層次應(yīng)急通信系統(tǒng)，可由大量子用戶和核心骨干網(wǎng)組成。多層次網(wǎng)絡(luò)，可以將每一層的節(jié)點移動部署和鏈路的通信情況，限制在各自的層次上，而不給其他的層次帶來影響，從而具有良好的拓展性[1]。

2異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信系統(tǒng)的設(shè)計思路

應(yīng)急通信環(huán)境下，不同的用戶群體，對應(yīng)急通信的要求和業(yè)務(wù)都是各不相同的，有針對性地選擇不同的組網(wǎng)方式和通信手段，將能有效解決快速部署的可靠通信鏈路。聯(lián)動通信網(wǎng)絡(luò)，基本滿足全國范圍內(nèi)的大量數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)。在發(fā)生前的預(yù)警預(yù)告，數(shù)據(jù)采集和廣播，都需要異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的多層次供應(yīng)需求。而突發(fā)事件發(fā)生中，機動的應(yīng)急通信成為主力軍，所需要的通信也從公共通信轉(zhuǎn)變?yōu)橹笓]通信、搶救通信、電視轉(zhuǎn)播、群眾自救等，業(yè)務(wù)內(nèi)容也改變?yōu)楣潭娫挄h、電視、視頻音頻和圖像傳輸?shù)取?/p>

根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)需求，我們架設(shè)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)多層次應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)主要包括三個層次：高領(lǐng)域的衛(wèi)星通信連接控制指揮中心，將災(zāi)區(qū)現(xiàn)場的真實場景傳輸?shù)街醒氲饺珖霓D(zhuǎn)播，根據(jù)真實的數(shù)據(jù)資料發(fā)出指揮信息;中間層是基于WIFI的Mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過快速靈活的建網(wǎng)方式，快速恢復(fù)災(zāi)區(qū)內(nèi)部的通信供應(yīng)，不僅解決了衛(wèi)星通信的高成本低傳輸?shù)谋锥?，也彌補了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)計算低存儲的不足，適用于現(xiàn)場指揮中心的通信需求;底層是ZigBee技術(shù)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，由于其特殊的采集數(shù)據(jù)的功能和便利，和Mesh組網(wǎng)和衛(wèi)星通信相互依賴，快速預(yù)測和定位災(zāi)難的源區(qū)和中心位置，為快速搶修節(jié)省了大量人力物力[2]。

3異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通信系統(tǒng)可行性分析

3.1 衛(wèi)星通信技術(shù)

衛(wèi)星傳輸本質(zhì)是一種微波傳輸，將中繼器設(shè)在通信衛(wèi)星，已經(jīng)成為覆蓋全國的主要的傳輸方式，很好地彌補了靠地面無線傳輸和有線網(wǎng)傳輸?shù)母采w問題。衛(wèi)星通信通常作為發(fā)生災(zāi)難時，外界通信相聯(lián)系的首選方式。其中，語音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?，與外界能否最快了解災(zāi)區(qū)情況，進行指揮救援有很大影響。它所具有的機動性和靈活性，能夠使得重大自然災(zāi)害發(fā)生時，及時支撐起地面光纜和中繼線路中斷的重擔(dān)。作為最高層次的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)，能夠解決災(zāi)區(qū)范圍外的遠程指揮，視頻會議，廣播電視等工作。

3.2 WIFI構(gòu)成的Mesh組網(wǎng)技術(shù)

（1）WIFI匹配性

WIFI以其較為廣泛的覆蓋范圍，較快的傳輸速率，廣泛的分布方式，較高的吞吐性能和靈活的移動特性，在無線局域網(wǎng)中占有中流砥柱的地位。組網(wǎng)方式通常通過一個AP和無線網(wǎng)卡，就能夠?qū)⒂芯€傳輸轉(zhuǎn)換為無線通信的方式，在媒體控制層擔(dān)任有線與無線之間的橋梁。相比較而言，WIFI鏈路技術(shù)的移動靈活多變，覆蓋范圍和承載業(yè)務(wù)雖然有限，可根據(jù)不同的組網(wǎng)方式進行擴散和外聯(lián)。

（2）Mesh匹配性

無線mesh網(wǎng)絡(luò)的主要構(gòu)架為mesh路由器和mesh終端，各靜態(tài)mesh路由構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的主要層次，各個終端則通過靜態(tài)路由接入網(wǎng)絡(luò)，并最終與其他終端組合。根據(jù)節(jié)點的類型和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的不同，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)可以分為骨干網(wǎng)Mesh結(jié)構(gòu)、客戶端Mesh結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。其中混合結(jié)構(gòu)因其兼容和骨干網(wǎng)和客戶端網(wǎng)的優(yōu)勢而普遍應(yīng)用。這種分層的結(jié)構(gòu)將接入層、匯聚層和核心層各自分工，其中接入層部分為主要的設(shè)計指標(biāo)。分布式網(wǎng)狀的無線AP才用點對點的方式作為中繼互聯(lián)，即使主線路故障中斷，也會自選擇備用的通信鏈路。

Mesh網(wǎng)絡(luò)所具有的多跳性、自組織性、自愈合性、自配置和較高的利用率的特點，也使得Mesh網(wǎng)絡(luò)在架構(gòu)過程中有較多的關(guān)鍵和挑戰(zhàn)。通常情況下，若進行WIFI-Mesh網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，不僅要確定用戶使用的覆蓋范圍，網(wǎng)絡(luò)容量，組網(wǎng)方式和預(yù)期質(zhì)量，也需要對現(xiàn)場的環(huán)境參數(shù)，定位部署，網(wǎng)絡(luò)密度等實際參數(shù)進行比對。

3.3 ZigBee構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

ZigBee技術(shù)自身的特點包括，功耗低，成本低，數(shù)據(jù)傳輸可靠，網(wǎng)絡(luò)容量大，兼容性強，靈活的工作頻段和自配置技術(shù)，可以負責(zé)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點，匯聚節(jié)點和管理節(jié)點三個主要的組成部分。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點通過檢測和感應(yīng)，將采集到的數(shù)據(jù)沿著自組織的多跳節(jié)點進行轉(zhuǎn)發(fā)，最終傳輸?shù)絽R聚節(jié)點后，最終通過衛(wèi)星、互聯(lián)網(wǎng)或其他傳輸方式到達管理節(jié)點。遠程的管理節(jié)點也可以對此進行配置和部署，更改檢測目標(biāo)參數(shù)等。

正是基于以上特性，由ZigBee組成的通信網(wǎng)絡(luò)能夠解決應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)中的預(yù)期報警和災(zāi)區(qū)定位的功能，特別在緊急救援的情況下，還可以實時傳送傷者所處環(huán)境的物理信息，延續(xù)尚未救出的災(zāi)區(qū)人民的生命財產(chǎn)。此方式不需要長期備屬，能夠為Mesh網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)容量和路由部署進行數(shù)據(jù)采集，適用于ZigBee星型拓撲分布和簇集合方式，若合理的與Mesh網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星通信技術(shù)相配合，較為完善的解決了現(xiàn)有應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)所存在的問題。

4結(jié)束語

通過對基于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)多層次應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的總體討論，分析了網(wǎng)絡(luò)模型的設(shè)計思路和原則，針對應(yīng)急通信和公共通信網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別，以及現(xiàn)有的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)遇到的問題進行分析。對應(yīng)提出衛(wèi)星通信技術(shù)、WIIF構(gòu)成的Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計匹配比較，最后對Mesh網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器的對應(yīng)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的需求提出主要的技術(shù)挑戰(zhàn)。

參考文獻

[1] 沈釗，吳偉民，王玲.一種基于衛(wèi)星的全業(yè)務(wù)應(yīng)急通信方案[J].計算機與數(shù)字工程，2010，38（12）：196-197.

[2] 郭誠.多信道無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中基于獨立控制信道的MAC協(xié)議研究[D].南京：南京郵電大學(xué)，2007.