应急通信中无线自组网的运用

应急通信中无线自组网的运用

无线自组网技术简述

无线自组网技术的先驱———AdHoc网络最早出现于上世纪70年代，并主要用于军事通信。AdHoc网络是一种特殊的无线通信网，无需依赖任何预先架设的网络设施就可以快速自动组网，并具有很强的抗毁性

和灵活性，对于抢险救灾、野外考察、油田矿山、军事等特殊场合的

网络通信具有非常重要的意义。早期的AdHoc网络主要用于军事通信

领域，研究也主要集中在如何保证在多跳无线网络环境中高效和可靠

地传送数据，在此期间众多学者针对各种通信环境提出了大量卓有成

效的信道接入协议和路由算法。随着研究的深入和信息技术的进步，AdHoc网络的应用逐渐转向民用和商业领域，研究的内容也更为宽泛，包括网络体系结构、分簇算法、跨层设计、QoS支持、服务发现、网络互联和信息安全传输等。

随着研究的进一步深入和信息技术的发展，针对实际应用需求在AdHoc网络技术的基础上衍生出了其他无线自组网技术，其中最重要的当属无线传感网络WSN（WirelessSensorNetwork）和无线网状网

WMN(WirelessMeshNetwork)。WSN整合了AdHoc网络技术、传感器技术和分布式信息处理技术，可视为一种具有传感功能的小型移动设备构

造的用于收集、传播和处理传感信息的AdHoc网络。在WSN中，节点

不仅能够借助于中间节点的转发来实现通信，还可以监测本地环境的

变化和收集相关的传感信息，增强了AdHoc网络的功能。在无线传感

网络中，各传感节点协作运行来完成某项任务，并根据网络规模和应

用需求选用合适的信息预处理机制和路由协议来高效传输特定区域的

传感信息。因为传感节点通常需要长时间的持续工作，因此无线传感

网络还特别关注节能机制。WMN也是AdHoc网络在商业应用领域的发展，是一种新型宽带无线分布式网状网。Mesh网络具有高可靠性和强自愈

能力，借助于mesh骨干路由器，提供了一种新型的宽带无线网络接入

方式。这些技术手段各有特色，但都具有网络自组织和协同特征，非

常适合组建应急通信网络来协调各类人员展开救援行动和应对突发事

件。这些无线自组网将在应急通信场合发挥重要作用。例如，利用AdHoc网络和WMN可以快速构建高抗毁性的应急救援网络，协调各救援群体，同时可以部署WSN来实时监控事发区域的各种情况并把相关信

息及时通知现场人员和上报指挥中心。

应急通信保障中无线自组网的应用

1集成蜂窝网络和AdHoc网络的混合式无线通信网络

在发生重大自然灾害时，蜂窝网络中的部分基站设备会受损或无法正

常工作，即使基站可用，因为信道条件恶化或急剧增加的业务量也会

使得很多移动终端不能访问基站。此时，可以考虑综合利用adhoc网

络和蜂窝网络的技术优势来组建混合式无线应急通信网络。在这种混

合式无线通信网络中，移动终端（MT）可以选择操作在蜂窝模式或adhoc模式，前者直接向基站（BS）发送数据，后者需要逐跳构建到

BS的路由。正常情况下节点操作在蜂窝模式并直接向BS传输数据。在紧急突发事件发生时，节点发现无法与BS直接通信时会切换到adhoc

模式，并设法通过多跳转发来构建一条到BS的路由。举例来说，在图

2中，当基站B出现故障时，移动节点4可以通过中继转发节点2或5

来访问基站A或C，从而避免通信中断。即使基站B没有故障而仅仅其所在小区出现网络拥塞，通过上述这种方式也可以减轻基站B的业务

处理负担。当应急通信区域的基站数量不足时，还可以部署适当数量

的应急通信车ECV（EmergencyCommu-nicationVehicle）充当临时的基站，满足基本的吞吐量和网络覆盖要求，如图3所示。混合式应急通

信网络可以视为分级网络结构：低层是移动终端自组构成的多跳通信

网络，高层是基站和应急通信车之间构成的骨干网络。混合式无线网

络中的应急通信过程分为两个阶段：首先，移动终端按照蜂窝模式正

常访问基站，如果接收到的功率过小，尝试采用多跳中继方式；再多

跳中继转发下，移动终端基于信道质量和路由跳数查找和选择到基站

的多跳路由，并定期更新路由表。在这种混合式应急通信网络中，移

动终端至少应配备两个无线网络接口，其中一个蜂窝网络接口用于和

基站通信，而另一个蓝牙或802.11接口用于和其他移动终端进行通信。

此外，移动终端应存储必要的应急信息，包括位置、状态、紧急水准等。为了提供更有效的通信服务保障，应急通信车和基站还可以充当

访问因特网的网关。网关不仅充当内外网之间的业务转发节点，而且

担当内部网络地址和外部全局可路由地址的翻译节点。

2实施安全监控和预警的无线传感网络

应急通信系统必须对应急事发区域实施全面有效的监控，以预防和管

理可能的风险。事发地区很可能在出现意外突发事件之前就没有通信

基础设施，为此可以事先或事后及时部署无线传感网络实施监控和预

警任务。无线传感网络包含大量分散部署的传感节点、具有适应场合多、覆盖范围大、监视精度高和无需人工干预等优点。无线传感网络

可以提供可靠的数据获取和传输、较强的错误容忍性和与现存异质通

信网络的互操作性。为了提升网关向远程服务器传递传感数据的可靠性，可以选用IEEE802.16e技术。此外，鉴于传感节点容易出故障并

且会遭受拒绝服务等攻击，必须考虑提升传感网络的容错性和安全性，即网络可生存性。一种解决方案是部署冗余的传感节点，但是会增加

网络成本。另一种方案是使整个系统能够在整个生命期以协作的方式

执行自测试、自调整、自维护、自恢复操作。为了提供健壮的无线传

感网络信息收集和传递服务，可以采用基于簇的分级网络结构。

3基于可移动基站的便携式移动通信网络

基于可移动基站的便携式移动通信网络充分利用无线自组网的技术优势，可以提供如下供能：在任何时间任何地点确保可靠的通信；提供

陆地、水面和空中通信平台，通过无线mesh网络随时随地按需提供网

络容量和覆盖范围；自配置性和相对独立性，不需要任何网络基础设

施就可以支持有效的本地通信；需要最小的人为干预，支持灵活可扩

展的网络部署；支持多种空中接口技术，包括GSM(全球移动通信系统)、UMTS（通用移动通信系统）、WiMAX（全球微波接入互操作性）；可以

部署在多种应急救援和灾难恢复通信场合，提供基本的话音和数据服

务以及多媒体通信服务和增强的态势感知能力；基于IP（因特网协议）的网络互操作性。举例来说，便携式移动网络可以方便地实现现场救