基于异构网络的多层次应急系统可行性分析

李登国

摘 要 随着突如其来的自然灾害越来越频繁的发生，各个国家都在积极筹建各自应急通信体制。本文提出一种基于异构网络的多层次应急通信系统模型，改变灾区信息孤岛的境况。

关键词 应急通信;异构网络;Mesh组网

前言

在设计的模型中，依据应急通信的使用环境下，在已有的基础通信设备基础上，合理部署临时的机动通信设备，构建协作的异构网络系统。分别以时间和空间两个维度为出发点，使用卫星，WIFI和ZigBee等多种技术，架构不同的通信模式彼此融合，协作应用在随机多变的应急环境。

1异构网络应急通信系统快速架构设计原则

本文所提出的基于异构网络的多层次应急通信系统，可由大量子用户和核心骨干网组成。多层次网络，可以将每一层的节点移动部署和链路的通信情况，限制在各自的层次上，而不给其他的层次带来影响，从而具有良好的拓展性[1]。

2异构网络应急通信系统的设计思路

应急通信环境下，不同的用户群体，对应急通信的要求和业务都是各不相同的，有针对性地选择不同的组网方式和通信手段，将能有效解决快速部署的可靠通信链路。联动通信网络，基本满足全国范围内的大量数据与业务。在发生前的预警预告，数据采集和广播，都需要异构网络的多层次供应需求。而突发事件发生中，机动的应急通信成为主力军，所需要的通信也从公共通信转变为指挥通信、抢救通信、电视转播、群众自救等，业务内容也改变为固定电话会议、电视、视频音频和图像传输等。

根据不同的网络需求，我们架设的异构网络多层次应急通信网络主要包括三个层次：高领域的卫星通信连接控制指挥中心，将灾区现场的真实场景传输到中央到全国的转播，根据真实的数据资料发出指挥信息;中间层是基于WIFI的Mesh网络架构，通过快速灵活的建网方式，快速恢复灾区内部的通信供应，不仅解决了卫星通信的高成本低传输的弊端，也弥补了无线传感器网络计算低存储的不足，适用于现场指挥中心的通信需求;底层是ZigBee技术组成的无线传感器网络，由于其特殊的采集数据的功能和便利，和Mesh组网和卫星通信相互依赖，快速预测和定位灾难的源区和中心位置，为快速抢修节省了大量人力物力[2]。

3异构网络应急通信系统可行性分析

3.1 卫星通信技术

卫星传输本质是一种微波传输，将中继器设在通信卫星，已经成为覆盖全国的主要的传输方式，很好地弥补了靠地面无线传输和有线网传输的覆盖问题。卫星通信通常作为发生灾难时，外界通信相聯系的首选方式。其中，语音和数据传输的性能，与外界能否最快了解灾区情况，进行指挥救援有很大影响。它所具有的机动性和灵活性，能够使得重大自然灾害发生时，及时支撑起地面光缆和中继线路中断的重担。作为最高层次的网络系统架构，能够解决灾区范围外的远程指挥，视频会议，广播电视等工作。

3.2 WIFI构成的Mesh组网技术

（1）WIFI匹配性

WIFI以其较为广泛的覆盖范围，较快的传输速率，广泛的分布方式，较高的吞吐性能和灵活的移动特性，在无线局域网中占有中流砥柱的地位。组网方式通常通过一个AP和无线网卡，就能够将有线传输转换为无线通信的方式，在媒体控制层担任有线与无线之间的桥梁。相比较而言，WIFI链路技术的移动灵活多变，覆盖范围和承载业务虽然有限，可根据不同的组网方式进行扩散和外联。

（2）Mesh匹配性

无线mesh网络的主要构架为mesh路由器和mesh终端，各静态mesh路由构成无线网络架构的主要层次，各个终端则通过静态路由接入网络，并最终与其他终端组合。根据节点的类型和系统结构的不同，无线Mesh网络可以分为骨干网Mesh结构、客户端Mesh结构和混合结构。其中混合结构因其兼容和骨干网和客户端网的优势而普遍应用。这种分层的结构将接入层、汇聚层和核心层各自分工，其中接入层部分为主要的设计指标。分布式网状的无线AP才用点对点的方式作为中继互联，即使主线路故障中断，也会自选择备用的通信链路。

Mesh网络所具有的多跳性、自组织性、自愈合性、自配置和较高的利用率的特点，也使得Mesh网络在架构过程中有较多的关键和挑战。通常情况下，若进行WIFI-Mesh网络的规划，不仅要确定用户使用的覆盖范围，网络容量，组网方式和预期质量，也需要对现场的环境参数，定位部署，网络密度等实际参数进行比对。

3.3 ZigBee构成的无线传感器网络

ZigBee技术自身的特点包括，功耗低，成本低，数据传输可靠，网络容量大，兼容性强，灵活的工作频段和自配置技术，可以负责无线传感器网络中传感器节点，汇聚节点和管理节点三个主要的组成部分。无线传感器网络的节点通过检测和感应，将采集到的数据沿着自组织的多跳节点进行转发，最终传输到汇聚节点后，最终通过卫星、互联网或其他传输方式到达管理节点。远程的管理节点也可以对此进行配置和部署，更改检测目标参数等。

正是基于以上特性，由ZigBee组成的通信网络能够解决应急通信网络中的预期报警和灾区定位的功能，特别在紧急救援的情况下，还可以实时传送伤者所处环境的物理信息，延续尚未救出的灾区人民的生命财产。此方式不需要长期备属，能够为Mesh网络的系统容量和路由部署进行数据采集，适用于ZigBee星型拓扑分布和簇集合方式，若合理的与Mesh网络和卫星通信技术相配合，较为完善的解决了现有应急通信网络所存在的问题。

4结束语

通过对基于异构网络多层次应急通信网络的总体讨论，分析了网络模型的设计思路和原则，针对应急通信和公共通信网络的区别，以及现有的应急通信网络遇到的问题进行分析。对应提出卫星通信技术、WIIF构成的Mesh网络技术构成的无线传感器网络的设计匹配比较，最后对Mesh网络和无线传感器的对应应急通信网络的需求提出主要的技术挑战。

参考文献

[1] 沈钊，吴伟民，王玲.一种基于卫星的全业务应急通信方案[J].计算机与数字工程，2010，38（12）：196-197.

[2] 郭诚.多信道无线Mesh网络中基于独立控制信道的MAC协议研究[D].南京：南京邮电大学，2007.