鄒方勇 李玉亮

摘要：本文以城市重大事故及地質(zhì)性災(zāi)害事故救援應(yīng)急通信系統(tǒng)建設(shè)為研究方向，基于Mesh無線寬帶通信作為應(yīng)急通信的重要組成部分，采用“公?；パa、寬窄融合、固移結(jié)合”的多維組網(wǎng)形態(tài)研究，結(jié)果表明本文研究的Mesh無線寬帶通信可以快速部署，實現(xiàn)現(xiàn)場應(yīng)急通信系統(tǒng)區(qū)域覆蓋，連接后方指揮中心確保災(zāi)情上報和指揮調(diào)度暢通;各級按需配備專業(yè)無線通信終端，解決語音對講、可視化指揮、數(shù)據(jù)傳輸需求。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急救援通信調(diào)度箱系統(tǒng);Mesh自組網(wǎng);指揮調(diào)度系統(tǒng)

中圖分類號：TU998.13? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2021）06-0044-02

現(xiàn)代化應(yīng)急通信保障能力的建設(shè)以及消防隊伍作戰(zhàn)方式的改變需立足“綜合性、全災(zāi)種”的救援實戰(zhàn)需求，需樹立“作戰(zhàn)指揮通信保障先行”理念，同時要滿足“組成網(wǎng)、隨人走、不中斷、聯(lián)得上、聽得見、看得清、能圖傳、能分析”通信工作總要求。強化頂層設(shè)計、高點定位謀劃，依托兩大應(yīng)急通信系統(tǒng)與實戰(zhàn)指揮平臺建設(shè)技術(shù)方案需求，深入研討解決當(dāng)前應(yīng)急通信保障工作存在的難點。

一、建設(shè)思路

應(yīng)急救援通信指揮調(diào)度系統(tǒng)的建立，包含的設(shè)備及業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)思路如下幾點：

多網(wǎng)融合及網(wǎng)絡(luò)互補：4G/5G公網(wǎng)、Mesh、Wifi、窄帶對講等多種網(wǎng)絡(luò)完成交融并用，使用空口協(xié)議減少設(shè)備之間的聯(lián)接和轉(zhuǎn)發(fā)消耗，加強冗余通信效果，實現(xiàn)通信保障作用。在野外空曠地、城市建筑群、信號屏蔽場所分別能進行半徑不小于2-5km、800m的專網(wǎng)信號覆蓋;

形成體系：在災(zāi)害救援現(xiàn)場按照災(zāi)害事故類型以及救援現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)通信的實際情況，快速自動地展開網(wǎng)絡(luò)，保障現(xiàn)場通信聯(lián)絡(luò)和指揮信息支撐、互動的業(yè)務(wù)鏈;

統(tǒng)一標(biāo)準：依據(jù)消防隊伍救援作戰(zhàn)及現(xiàn)場應(yīng)急通信的特性，利用統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、數(shù)據(jù)格式、電源接口、通信模塊等標(biāo)準，統(tǒng)一人員裝備編成標(biāo)準，統(tǒng)一系統(tǒng)傳輸能力、覆蓋范圍和共享展現(xiàn)等功能和性能標(biāo)準;

注重兼容：能充分利舊，保障原有設(shè)備的接入問題，避免造成浪費。

二、系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)

（一）完整的應(yīng)急通信保障

應(yīng)急救援通信調(diào)度箱系統(tǒng)包含了一組無中心、自組織、自愈型無線應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，采用同頻組網(wǎng)的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有設(shè)備節(jié)點都在同一頻點的寬帶上工作，減少頻率資源的占用，使其高效的實現(xiàn)在應(yīng)急救援現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)的快速組網(wǎng)。設(shè)備最大可支持20Mhz帶寬，實現(xiàn)最大40Mbps數(shù)據(jù)傳輸。最小可支持5Mhz帶寬，從而使其網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力達到最優(yōu)的效果，達到在山地、市區(qū)、地下室等復(fù)雜地形環(huán)境下的通信效果。

網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有節(jié)點都具有主動多跳接力能力，可完成在16個節(jié)點組成的鏈狀網(wǎng)絡(luò)中15跳接力傳輸，擴展其網(wǎng)絡(luò)傳輸距離。在任意的兩個節(jié)點之前因距離、地形等多種因素限制無法直接進行信息傳輸時，可通過在其中增加其他節(jié)點進行接力中繼傳輸。除此之外，在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸時具備路由路徑自動選擇及自動管理等功能，保證了信息傳輸時的路徑擇優(yōu)選擇，保障通信質(zhì)量，并可實時確定節(jié)點之間的連接狀態(tài)來確定是否進行接力中繼傳輸和最優(yōu)接力中繼路徑。

此網(wǎng)絡(luò)是全IP無線局域?qū)＞W(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點都具備有線IP接口和無線WIFI接口連接能力，可通過Wi-fi接口實現(xiàn)與手機終端或掌上電腦等終端的互聯(lián)互通，同時與4G、地面網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星、短波等其他網(wǎng)絡(luò)形式對接時也可通過IP接口來融合，實現(xiàn)現(xiàn)場音視頻通過其他網(wǎng)絡(luò)的傳遞。

（二）快速組網(wǎng)，多網(wǎng)融合

移動通信由于其機動靈活的特性，在火場現(xiàn)代化指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用占據(jù)著重要的地位。

移動化通信指揮的方式可以突破地點、時間的限制對消防救援現(xiàn)場進行指揮調(diào)度，并根據(jù)救援現(xiàn)場情況及時調(diào)動相關(guān)消防力量，并根據(jù)災(zāi)害類型及時止損，與指揮中心進行信息交換等等。

多種網(wǎng)絡(luò)完成交融并用，使用空口協(xié)議減少設(shè)備之間的聯(lián)接和轉(zhuǎn)發(fā)消耗，加強冗余通信效果，達到救援現(xiàn)場應(yīng)急通信保障的目的。具備實時傳輸抗干擾和高清晰度的視頻圖像的能力;同時可結(jié)合時下逐漸成熟的第五代移動通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、微波等實現(xiàn)救援現(xiàn)場與后方指揮中心的寬帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Ч?/p>

（三）公專打通，上下互通

應(yīng)急救援通信調(diào)度箱系統(tǒng)含Mesh自組網(wǎng)模塊，視頻采集設(shè)備、背負臺、手持單兵以及其它通信指揮車的相關(guān)設(shè)備構(gòu)成一個事故現(xiàn)場的移動專網(wǎng)，使車內(nèi)人員與車外人員協(xié)同工作。應(yīng)急救援調(diào)度箱嵌入一套視頻指揮調(diào)度軟件，實現(xiàn)了“一張圖”的可視化指揮調(diào)度。此外，應(yīng)急救援調(diào)度箱系統(tǒng)還內(nèi)置4G公網(wǎng)模塊，在插入公網(wǎng)4G卡后可在有公網(wǎng)信號的地方與后端指揮中心互聯(lián)互通。

（四）按需分組，智能路由

Mesh設(shè)備節(jié)點之間能夠動態(tài)探測與自己鄰近節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，定時同步整個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。音視頻分組能夠根據(jù)探測到的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，動態(tài)選擇下一跳的傳輸路徑，減少時延，抖動等，從而保證端到端的通信質(zhì)量。

（五）現(xiàn)場指揮，視頻會商

現(xiàn)場救援指揮部可通過現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)使用移動通信終端建立音視頻會商對各救援隊進行指揮調(diào)度，并能通過文字、圖像、語音、視頻等方式將現(xiàn)場情況反饋至指揮中心。指揮中心領(lǐng)導(dǎo)可根據(jù)現(xiàn)場反饋的情況在指揮作戰(zhàn)平臺上對相應(yīng)的救援隊下達指令，進行救援現(xiàn)場的同一指揮調(diào)度，并能將救援現(xiàn)場的救援任務(wù)執(zhí)行過程實時記錄。

（六）簡化操作，簡單實用

音視頻終端操作上應(yīng)盡可能簡單，讓作戰(zhàn)人員以及指揮人員在復(fù)雜情況下保持精力做救援指揮任務(wù)，而不是受限于設(shè)備的操作上。調(diào)度終端全程自動接聽呼叫，掉線后自動上線并加入部署前的會話，無需任何手動操作。指揮終端，可以隨意自定義會話群組，加入人員，刪除人員。指揮終端人員可以在多個群組中自如切換，以便能夠與中隊內(nèi)部人員以及中隊之間快速切換。

三、系統(tǒng)技術(shù)

（一）性能卓越的無線移動通信網(wǎng)絡(luò)，提供高速數(shù)據(jù)傳輸能力

MESH就是網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，是移動多跳網(wǎng)絡(luò)MANET（Mobile Ad-hoc Network）的一種。作為新一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其主要目標(biāo)是自動構(gòu)建無中心、多跳互聯(lián)網(wǎng)。它有著組網(wǎng)快，網(wǎng)絡(luò)健壯性高、組網(wǎng)靈活和自動搜索最佳路徑等優(yōu)點。MESH技術(shù)的具體優(yōu)點為：

通過自動組網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)快速部署、快速使用的效果，節(jié)省人力、物力;通過無中心的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠省去中心節(jié)點對環(huán)境的依賴;通過自動路徑多跳技術(shù)，可以靈活彌補點對點覆蓋不到的范圍和區(qū)域。

（二）基于信道狀態(tài)信息（CSI）的魯棒傳輸技術(shù)

無線MESH高并發(fā)及抗干擾技術(shù)主要包括：對各種干擾環(huán)境進行建模學(xué)習(xí)，在各種環(huán)境下最大限度保證無線數(shù)據(jù)傳輸;提高信道快速衰落時無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪m應(yīng)性。保證設(shè)備高速移動時，或有遮擋快速經(jīng)過時，無線數(shù)據(jù)性能穩(wěn)定;Mesh協(xié)議基礎(chǔ)進行擴展提高Mesh對無線鏈路的感知能力，加快拓撲變化響應(yīng);實時檢測Mesh路徑中信道變化，動態(tài)調(diào)整到最優(yōu)路徑;合理調(diào)整拓撲，提高整體帶寬，減少跳數(shù)的同時降低時延。

（三）OFDM信號調(diào)制的關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)采用正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）。該技術(shù)與普通數(shù)字電臺的調(diào)制模式不同，是為了有效對抗在移動通信中的多徑效應(yīng)而特別開發(fā)的。

OFDM把高速數(shù)據(jù)流通過串并變換，使得每個子載波上的數(shù)據(jù)符號持續(xù)長度相對增加，從而有效地減少由于無線信道的時間彌散所帶來的ISI，并通過采用插入循環(huán)前綴的方法消除ISI的不利影響，從而減小了接收機均衡的復(fù)雜度。

（四）基于鏈路狀態(tài)算法的智能路由技術(shù)

為了能夠進行智能路由音視頻分組，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都需要定期通報網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)及變化。在各自保持網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，動態(tài)測試與自己鄰節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)抖動，時延，路徑MTU。最后彼此之間再次匯總測試結(jié)果。每個音視頻分組傳輸?shù)臅r候會帶上發(fā)起節(jié)點計算的路徑，每經(jīng)過一個路徑節(jié)點，當(dāng)前節(jié)點變成發(fā)起節(jié)點，就會再次更新計算路徑，最終達到到最優(yōu)路由。

（五）加強消防安全管理和社會消防宣傳教育，提高災(zāi)害抵御能力

無線寬帶集群提供語音，視頻，數(shù)據(jù)接入的解決方案，同時具有定位等多種業(yè)務(wù)的并發(fā)功能，為多媒體調(diào)度奠定了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。

多媒體調(diào)度是指消防指揮員可以通過網(wǎng)絡(luò)同時進行語音集群，視頻調(diào)度和圖文指令傳遞，提供的多業(yè)務(wù)并發(fā)功能就可以實現(xiàn)多媒體調(diào)度，同樣帶來了更多應(yīng)用的融合可能性。

四、結(jié)語

應(yīng)急救援通信調(diào)度箱系統(tǒng)圍繞現(xiàn)場通訊調(diào)度，打通應(yīng)急通信技術(shù)最后一公里屏障，保障消防隊員安全，通過這種“以專為主，公專結(jié)合”的救援戰(zhàn)術(shù)，實現(xiàn)移動無線電遠程下達命令、調(diào)取現(xiàn)場實時監(jiān)控信息的能力，把實時數(shù)據(jù)及時傳輸給消防指揮員，提供救援?dāng)?shù)據(jù)支撐、確保人員無遺漏、保證所有人員能安全撤離，遠程指揮的方式使得后場指揮員如同親臨現(xiàn)場，實時助力現(xiàn)場的應(yīng)急救援指揮工作。

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