Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在消防應(yīng)急通信中的應(yīng)用

■ 賀燦輝 長沙市消防救援支隊(duì)

隨著城市化發(fā)展速度的不斷加快，現(xiàn)代化建筑場所不斷變得復(fù)雜，給消防應(yīng)急處理提出了較大的難題。為保障人們的安全，應(yīng)加強(qiáng)消防應(yīng)急工作水平的提升，通過利用Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對通信系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高應(yīng)急通信系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用效果，從而提升消防應(yīng)急工作效率。

一、Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述

（一）Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析

Mesh網(wǎng)絡(luò)主要由路由器和客戶端構(gòu)成，其中通過網(wǎng)線進(jìn)行連接，在運(yùn)行過程中，與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)存在較大差異，其能夠通過構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行多跳網(wǎng)絡(luò)連接。在Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，通過多跳網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接不需要進(jìn)行接入點(diǎn)權(quán)限訪問，可直接與其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)信號的傳輸。在該結(jié)構(gòu)的使用過程中，由于能夠與不同網(wǎng)絡(luò)階段進(jìn)行有效連接，使其能夠避免因信息過多導(dǎo)致的通信堵塞情況發(fā)生。在實(shí)際的運(yùn)行中，相關(guān)通信信息發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)流量較為擁擠時，能夠自動選擇其他的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成新的網(wǎng)絡(luò)通路。通過其他方式完成相應(yīng)的通信連接，從而有效提高整體的通信效率，提高通信的實(shí)時性和有效性。

（二）Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成

1.網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分類

Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)階段主要分為三種：其一為客戶端的節(jié)點(diǎn)，其主要為客戶通信服務(wù)，在進(jìn)行通信過程中，能夠與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接，完成相應(yīng)的信息通信。在對客戶端的階段設(shè)計與控制的過程中，主要包括普通型和增強(qiáng)型兩種管理模式。兩種類型的客戶端在進(jìn)行建設(shè)管理過程中，增強(qiáng)型的信息發(fā)送和接受能力相對較強(qiáng)，受到外界因素的影響相對較小。其二為路由器節(jié)點(diǎn)，在進(jìn)行信息系統(tǒng)構(gòu)建和傳輸?shù)倪^程中，Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的路由器節(jié)點(diǎn)支持多跳網(wǎng)絡(luò)傳輸，使整體的信息傳輸效果得到進(jìn)一步提升[1]。傳統(tǒng)路由器的節(jié)點(diǎn)較為單一，在信息的傳輸過程中，智能進(jìn)行單節(jié)點(diǎn)的訪問與連接。其三是網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，在傳統(tǒng)的信息傳輸過程中，受到網(wǎng)關(guān)的影響，需要提前進(jìn)行訪問，進(jìn)行權(quán)限的確認(rèn)后才允許進(jìn)行信息傳輸。在Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)行無線的拓展，同時能夠與其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，提高信息傳輸?shù)膶?shí)際效果。

2.網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)控制

Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要分為三種：

第一，平面無線結(jié)構(gòu)。平面結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)計一般使用對等模式，在進(jìn)行信息傳輸?shù)倪^程中，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)與用戶端的連接，不需要與外界網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，減少外網(wǎng)的影響，從而使整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接和通信過程中呈現(xiàn)的效果更為理想，但由于配置模式等原因的影響，該結(jié)構(gòu)在一定范圍內(nèi)的作用效果較為理想，但在大范圍的應(yīng)用中需要進(jìn)行優(yōu)化。

第二，分層無線結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在進(jìn)行構(gòu)建的過程中一般分為兩層，在上層結(jié)構(gòu)中主要構(gòu)建路由器的節(jié)點(diǎn)，通過節(jié)點(diǎn)連接相應(yīng)的骨干網(wǎng)絡(luò)，使整體網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率得到提升。分層結(jié)構(gòu)中的下層主要是客戶端的節(jié)點(diǎn)，但受到上下層的節(jié)點(diǎn)構(gòu)建方式的影響，上層節(jié)點(diǎn)和下層的節(jié)點(diǎn)無法進(jìn)行直接聯(lián)通，需要通過骨干網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置進(jìn)行相應(yīng)的管理，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的連接。此外，通過節(jié)點(diǎn)能與其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)信息通信[2]。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)建設(shè)的過程中，骨干節(jié)點(diǎn)的布置數(shù)量越多，其內(nèi)部的機(jī)構(gòu)越復(fù)雜，在實(shí)際的連接過程中，能夠更好地進(jìn)行誤差識別和排除，提高信息通信傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和安全性。

第三，混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)指的是平面無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的過程中，將二者的優(yōu)勢突出，提高節(jié)點(diǎn)之間的信號強(qiáng)度和連接效果，同時優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的連接效果，提高整體的通信效率。將混合結(jié)構(gòu)應(yīng)用在消防應(yīng)急通信系統(tǒng)中，能夠提高指揮層與消防人員之間的聯(lián)系，提高通信質(zhì)量，使消防應(yīng)急救援工作的效率和安全性得到進(jìn)一步提升。

（三）Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢

Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)不同，相比而言，Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢較為明顯。

首先，在Mesh網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)搭建過程中，由于多跳網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建和連接效果較為良好，對結(jié)構(gòu)的要求較低，因此整體的結(jié)構(gòu)安裝較為靈活，通過簡單的結(jié)構(gòu)能夠得到良好的信息通信質(zhì)量。在消防應(yīng)急中應(yīng)用該技術(shù)，能夠在短時間內(nèi)不需調(diào)試即可進(jìn)行信息的傳輸應(yīng)用，降低信息傳輸?shù)碾y度。

其次，Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用過程中，能夠更容易地滿足NLOS配置需求。LOS信道中流量吞吐量較大并且信號受到的影響較小，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，受到NLOS中非視距的影響，整體信息通信效果不理想。而通過Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠降低非視距下帶來的不良影響，使信號的發(fā)射和傳輸效果得到提升，拓寬無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。在消防應(yīng)急事件中，通過使用該技術(shù)能夠有效避免消防環(huán)境中產(chǎn)生的非視距影響，提高信息傳輸效率。

最后，Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的穩(wěn)定性較強(qiáng)，在應(yīng)用過程中能夠有效應(yīng)對路由器損壞和節(jié)點(diǎn)故障等情況，提高信息的傳輸效果。在進(jìn)行信息傳輸時，若發(fā)生路由故障，無法進(jìn)行信息的傳輸時，信息可以通過其他路徑進(jìn)行分段傳輸，在客戶端進(jìn)行信息整合，從而實(shí)現(xiàn)信息的穩(wěn)定傳輸[3]。該特點(diǎn)在消防應(yīng)急通信應(yīng)用的過程中，能夠在節(jié)點(diǎn)受到環(huán)境影響故障后，將火災(zāi)和緊急事件的實(shí)際情況順利傳輸?shù)街笓]部門，從而便于根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計相應(yīng)的應(yīng)急管理方法。

二、消防應(yīng)急通信建設(shè)要求

應(yīng)急通信系統(tǒng)在消防應(yīng)急指揮管理中有著重要的作用，為使通信功能得到提升，應(yīng)結(jié)合實(shí)際需求對通信系統(tǒng)的升級和建設(shè)提出相應(yīng)的要求。首先，是對通信技術(shù)的要求。應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的響應(yīng)靈敏度，在使用過程中，能夠在不同環(huán)節(jié)和網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)順利的溝通和交流，從而提高信息傳輸效果。在全面覆蓋的情況下，擴(kuò)大信息傳輸范圍，使不同部門的信息傳輸效果得到提升，避免出現(xiàn)信息孤島現(xiàn)象。加快臨時通信部署過程，擴(kuò)大整體的網(wǎng)絡(luò)連接效果，促進(jìn)多網(wǎng)融合，提高通信系統(tǒng)應(yīng)用效果。其次，加快5G網(wǎng)絡(luò)的推進(jìn)與應(yīng)用，升級應(yīng)急響應(yīng)通信系統(tǒng)，使通信系統(tǒng)逐漸向智能化方向發(fā)展，加快智能技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用。最后，構(gòu)建消防大應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，對全災(zāi)種故障事件進(jìn)行識別和應(yīng)急處理，規(guī)劃統(tǒng)一基礎(chǔ)專網(wǎng)，從而使整體的消防應(yīng)急通信建設(shè)得到進(jìn)一步提升。

在需求下，通過對Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，重新對通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合和多節(jié)點(diǎn)信息傳遞，有利于提高系統(tǒng)相應(yīng)的靈敏度和信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確度。

三、基于Mesh網(wǎng)絡(luò)的消防應(yīng)急系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用

基于消防應(yīng)急通信的建設(shè)要求，將Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與通信系統(tǒng)進(jìn)行融合，使應(yīng)急過程產(chǎn)生的信息得到有效傳輸和分析，根據(jù)分析結(jié)果給出恰當(dāng)?shù)膽?yīng)急方案，從而能夠有效降低應(yīng)急過程中產(chǎn)生的損失，提高應(yīng)急處理效果。在進(jìn)行消防應(yīng)急的過程中，應(yīng)在事故現(xiàn)場設(shè)置相應(yīng)的通信車，并由救援人員佩戴專門的應(yīng)急通信終端，同時在指揮中心內(nèi)設(shè)立相應(yīng)的基站，與通信車進(jìn)行連接，同時擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，使救援人員能夠與指揮人員進(jìn)行信息直傳和交流，從而提高整體的應(yīng)急管理效果。為滿足以上的建設(shè)需求，應(yīng)對Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行合理優(yōu)化，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)急系統(tǒng)的構(gòu)建管理。

（一）設(shè)計Mesh網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的終端節(jié)點(diǎn)

根據(jù)消防應(yīng)急事件可知，在進(jìn)行消防應(yīng)急處理的過程中，消防人員需要更加便攜的通信設(shè)備，通過該設(shè)備能夠?qū)ΜF(xiàn)場的信息進(jìn)行采集和傳輸，便于指揮人員加強(qiáng)對現(xiàn)場情況的了解。在火災(zāi)等較大的災(zāi)害影響下，建筑的基礎(chǔ)設(shè)置受到嚴(yán)重毀損。在實(shí)際的應(yīng)急過程中，需要救援人員攜帶便捷式的通信設(shè)備，同時應(yīng)保持設(shè)備具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，且能夠長時間的傳輸應(yīng)用。在使用Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計的過程中，應(yīng)使用增強(qiáng)型結(jié)構(gòu)提高便攜用戶端的實(shí)際應(yīng)用效果，使其發(fā)送和接收信息的能力得到增強(qiáng)[4]。在無法進(jìn)入指揮車或通信車的情況下，增強(qiáng)輸出的頻率，通過自組網(wǎng)來進(jìn)行信息的傳輸，完成應(yīng)急通信。目前的Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用效果不理想，在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，整體的傳輸效果缺乏保障。因此，相關(guān)的技術(shù)人員應(yīng)加強(qiáng)對Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深度研究，提高其語音通話能力，同時盡量降低客戶端設(shè)備的成本和大小，使其更加便捷，且能夠有效普及應(yīng)用。

（二）Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計

為使Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)向智能方向發(fā)展，在進(jìn)行通信傳輸?shù)倪^程中應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，提高智能系統(tǒng)的控制效果。在Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，完全依靠通信終端構(gòu)建信息節(jié)點(diǎn)和局域網(wǎng)，為信息的傳輸設(shè)置相應(yīng)的通道。確?；馂?zāi)現(xiàn)場中的信息能夠順利傳輸。終端與指揮層進(jìn)行連接，形成鏈路，使信息能夠順利傳輸。在Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，由于終端的信息傳送能力得到加強(qiáng)，使得整體網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的建設(shè)效果和鏈路的質(zhì)量得到提升，順利構(gòu)建相應(yīng)的鏈路。但受到Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的影響，通信過程中可以自行尋找相應(yīng)的通路，在進(jìn)行鏈路構(gòu)建的過程中，應(yīng)根據(jù)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際情況增加鏈路搭建數(shù)量，從而提高整體的連接效果。

（三）網(wǎng)絡(luò)組織管理

消防人員在發(fā)生災(zāi)害后立即實(shí)施救援，在救援過程中需要與指揮中心進(jìn)行信息交互，將救援過程中產(chǎn)生的相關(guān)信息進(jìn)行回傳，同時按照指揮命令執(zhí)行救援。在該過程中，僅通過單一的網(wǎng)絡(luò)連接容易造成信息擁堵和信息丟失的情況，為保障信息通信能夠滿足消防應(yīng)急需求，應(yīng)使用Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)組織模式進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，使信息進(jìn)行通信的過程中不受環(huán)境的影響，保障信息傳輸?shù)耐瓿尚院透咝?。Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠?qū)?jié)點(diǎn)進(jìn)行識別，了解節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的通信情況，在發(fā)現(xiàn)其中存在信息流通擁堵緩慢的情況下，能夠?qū)鬏斝畔⑦M(jìn)行分解，分別使用不同的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳輸，在用戶端進(jìn)行整合，便于指揮中心進(jìn)行識別。利用Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建混合網(wǎng)絡(luò)，使信息在短距離和較長NLOS環(huán)境中均能夠得到有效的傳播。

（四）Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在軟件上的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)

消防應(yīng)急救援通信中的語音通信功能最為重要，在聯(lián)合Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對用戶端進(jìn)行升級的過程中，通過調(diào)整語音通信功能以及其他功能來提高終端在應(yīng)急救援中的應(yīng)用效果。在終端界面進(jìn)行設(shè)計的過程中，使用ListView控件對界面進(jìn)行管控設(shè)計，并將名稱項(xiàng)目與相關(guān)的功能數(shù)據(jù)進(jìn)行綁定，使操作人員通過對設(shè)備界面的控制實(shí)現(xiàn)對功能的管理。通過設(shè)置PTT語音模塊，使語音功能在不同環(huán)境情況下順利使用。搭載PTT的語音功能實(shí)際作用與對講機(jī)相似，救援人員可隨時發(fā)起呼叫，并按照系統(tǒng)默認(rèn)優(yōu)先等級完成呼叫管理，從而保障整體語音通話的順利進(jìn)行。使用Speex算法對不同的音頻情況進(jìn)行編碼，從而使整體的語音信息傳輸效果更加真實(shí)。

（五）Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用局限性

在Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用過程中，存在一定的局限性。

一方面，是通信延遲。救援人員的終端在與指揮部門進(jìn)行連接的過程中，若靠終端構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接將可能出現(xiàn)信息延遲的情況。由于Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠在不同的階段進(jìn)行傳輸，但在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸時，依靠網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接必然會受到環(huán)境和路由器等因素的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)延遲，該情況在語音對講的過程中出現(xiàn)較為頻繁。相關(guān)研究人員應(yīng)對Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)終端網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建進(jìn)行深入研究，增加連接過程中鏈路的數(shù)量，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

另一方面，由于在消防應(yīng)急過程中對講功能較為重要，所以研究人員過于重視對語音功能的開發(fā)，忽視整體功能，使Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中存在功能單一的情況。相關(guān)研究人員可以嘗試研究視頻技術(shù)以及現(xiàn)場探測數(shù)據(jù)的收集與傳輸功能，從而提高救援人員對災(zāi)害現(xiàn)場的了解，更大限度地發(fā)揮Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢。

四、結(jié)語

綜上所述，在消防應(yīng)急通信系統(tǒng)的升級中，Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有非常重要的意義，其使通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)效果得到明顯的優(yōu)化，通過提高信息傳輸效果使消防救援人員的搜救效率得到提升，有效保障人們的生命安全。