窄帶無線自組網(wǎng)在應(yīng)急語音通信中的實戰(zhàn)性應(yīng)用研究

?2021年1月10日第38卷?第1期

Telecom Power Technology

Ｊａｎ． １０， ２０２１ Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．１

doi：10.19399/.2021.01.035

設(shè)計應(yīng)用

窄帶無線自組網(wǎng)在應(yīng)急語音通信中的實戰(zhàn)性應(yīng)用研究

李 溯

（廣東省航空護林站（廣東省林火衛(wèi)星監(jiān)測中心），廣東 廣州 510000）

摘要：在現(xiàn)代通信技術(shù)快速發(fā)展的背景下，應(yīng)急語音通信作為應(yīng)對突發(fā)自然災(zāi)害的重要手段，近年來得到了廣

泛重視。結(jié)合應(yīng)急通信的實戰(zhàn)需求，探討了新一代窄帶自組網(wǎng)通信技術(shù)的在應(yīng)急通信領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。根據(jù)我國實

際情況提出了現(xiàn)有窄帶應(yīng)急通信的問題和需求，然后介紹并分析了窄帶自組網(wǎng)的原理和特點，其具有通信覆蓋面積廣、

抗毀性強、維護簡單以及成本低等優(yōu)勢，極好地滿足了目前偏遠地區(qū)窄帶應(yīng)急語音通信的需要。最后，結(jié)合實際案

例闡述了窄帶自組網(wǎng)作為應(yīng)急語音通信網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢，初步證明了該應(yīng)用的可行性。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急語音通信；窄帶無線自組網(wǎng)；通信覆蓋面積廣；抗毀性強

Emergency Voice Communication Practical Application Bad on Narrow Band Wireless

Ad Hoc Networks

LI Su

（Guangdong Station of Aerial Forest Protection （Guangdong Forest Fire Satellite Monitor Center），Guangzhou 510000，

China）

Abstract：With the rapid development of modern communication technology，emergency voice communication，

as an important means to deal with sudden natural disasters，has received extensive attentions in recent years.

Combined with the actual requirements of emergency communications，an innovative application of narrow band

voice communications bad on narrow band wireless ad hoc networks is discusd in this y，we ari

the problems and requirements of narrow band emergency communication according to actual ，

we introduce the concept，principle and characteristics of narrow band ad hoc characteristics of wide

coverage，robustness，infrastructure-less，and low cost meet the current requirements of remote areas emergency

communications the end，the advantages of the novel application are illustrated with a practical

proved the feasibility and superiority of the novel emergency communication application bad on narrow band wireless

ad hoc networks preliminarily.

Keywords：emergency communications；narrow band ad hoc networks；characteristics of wide coverage；

robustness

0?引?言

近年來，在社會經(jīng)濟高速發(fā)展和全球氣候變化

的大背景下，應(yīng)急突發(fā)和自然災(zāi)害事件頻發(fā)且危害程

度愈發(fā)嚴重。應(yīng)急通信作為支撐應(yīng)急管理工作開展的

重要保障，其應(yīng)用也得到了重視，相關(guān)部門已經(jīng)配置

了不少應(yīng)急通信系統(tǒng)和設(shè)備，并且積累了相關(guān)的使用

經(jīng)驗。

隨著科技進步，目前我國應(yīng)急通信保障體系也

得到了發(fā)展，為應(yīng)急通信提供了包含語音通信、數(shù)據(jù)

傳輸以及圖像傳輸?shù)榷喾N不同的功能保障。對于應(yīng)

急通信的功能需求和系統(tǒng)建設(shè)上，業(yè)內(nèi)仍存在不少爭

議，如應(yīng)急通信究竟應(yīng)寬帶化還是窄帶化。應(yīng)急

[1]

救災(zāi)現(xiàn)場對寬帶多媒體數(shù)據(jù)通信和窄帶語音通信都有

實際需求，數(shù)據(jù)傳輸是支撐災(zāi)情動態(tài)監(jiān)測和救援方案

分析的基礎(chǔ)，圖像傳輸是實現(xiàn)可視化調(diào)度指揮的重要

收稿日期：

2020-11-06

作者簡介：

李 溯（1983-），男，湖南婁底人，大學(xué)本科，

中級工程師，主要研究方向為森林防滅火。

條件。建設(shè)一體化融合應(yīng)急通信系統(tǒng)，固然是應(yīng)急通

信保障工作的重要目標之一，但窄帶應(yīng)急語音通信依

然是應(yīng)急救災(zāi)通信的關(guān)鍵一環(huán)，語音穩(wěn)定暢通是應(yīng)急

通信保障的第一因素。因此在應(yīng)急語音通信手段

[2]

的選擇上，窄帶超短波技術(shù)仍然具有無可替代的優(yōu)

勢，如通信距離遠、一次性投入建設(shè)后維護費用低、

操作方便、抗干擾能力更強以及延時小等。而對于電

信運營商成熟的無線通信網(wǎng)絡(luò)而言，其僅限于覆蓋人

口密集區(qū)域，并未做到全面覆蓋，并且存在建設(shè)周期

長、投資成本高、穩(wěn)定性不足、抗毀能力弱以及受損

后修復(fù)周期長等問題。因此，應(yīng)急語音通信手段將在

未來較長的時間內(nèi)，應(yīng)該依然以超短波窄帶無線通信

為主。

[3]

1?窄帶應(yīng)急通信的問題和需求

制約應(yīng)急救援效率的重要因素可以歸結(jié)為以下3

點，一是對現(xiàn)場災(zāi)情掌握信息信息量少不及時，二是

現(xiàn)場指揮調(diào)度難，三是風險難預(yù)警和避險難實施。其

成因是應(yīng)急救災(zāi)現(xiàn)場信息化建設(shè)的觸角還沒有深入到

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救援組織指揮一線，問題的核心是現(xiàn)場態(tài)勢的實時感自組網(wǎng)技術(shù)主要用于現(xiàn)場視頻等多媒體信息采集應(yīng)用，

知能力弱和通信的質(zhì)量與效率低。因此在配套支能夠提供足夠帶寬支撐各類傳感和多媒體信息傳輸，

[4]

撐的超短波無線通信技術(shù)手段中必須進一步強調(diào)以應(yīng)但是網(wǎng)絡(luò)中需要使用節(jié)點較多、延時較大且抗干擾能

急救援實戰(zhàn)應(yīng)用為導(dǎo)向，要求在組網(wǎng)方式上貼合應(yīng)急力弱，無法完全兼顧應(yīng)急語音通信。而在語音通信中，

語音通信之實情，從救災(zāi)現(xiàn)場環(huán)境特點綜合考慮。任何預(yù)警和避險指令的延時甚至丟失，都可能會危及

相較于傳統(tǒng)窄帶通信系統(tǒng)，應(yīng)急語音通信保障到一線人員的生命安全。

有其特定需求。首先，自然災(zāi)害大多是突然發(fā)生的，窄帶自組網(wǎng)技術(shù)中，窄帶單頻自組網(wǎng)技術(shù)是目

并伴隨一定的毀滅性，這種情況下，對于應(yīng)急通信功前成熟且可用于實戰(zhàn)的一種。窄帶單頻自組網(wǎng)是基于

能的首要要求就是具備抗毀能力和快速響應(yīng)能力，能單頻中繼方式實現(xiàn)是一種多跳、無中心以及自組織

夠在基礎(chǔ)通信設(shè)施發(fā)生部分損壞甚至于整體癱瘓的時的無線網(wǎng)絡(luò)，所以稱為單頻中繼自組網(wǎng)或者單頻自組

候，保證現(xiàn)場語音暢通。其次，災(zāi)害發(fā)生的地點和程網(wǎng)。此技術(shù)徹底革新了窄帶傳統(tǒng)無線通信中雙頻

度均不可預(yù)測，除了城市人口密集地區(qū)外，其他地區(qū)中繼無法以無線方式擴大覆蓋面的應(yīng)用邏輯，采用一

多面臨著地形復(fù)雜、交通不便以及基礎(chǔ)設(shè)備落后等問個單頻點來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的自動互聯(lián)，完成大范

題，這些關(guān)鍵位置一旦不能保證通信暢通，關(guān)鍵時候圍通信覆蓋。同時單頻自組網(wǎng)的設(shè)備具有單機設(shè)備小

極易發(fā)生安全事故。所以要求應(yīng)急通信保障應(yīng)該具備型化、可靠性高以及通信網(wǎng)絡(luò)部署簡單快捷等符合應(yīng)

可以靈活機動覆蓋的能力，將通信覆蓋隨人員行動延急通信的應(yīng)用特點，單頻自組網(wǎng)目前已經(jīng)在我國公安

伸到“最后一公里”。再次，眾多救援力量跨區(qū)域甚追捕、消防救援以及森林防火等場景中投入實戰(zhàn)應(yīng)用，

至跨國界作戰(zhàn)，投入力量多且部門協(xié)同復(fù)雜，要求現(xiàn)填補了窄帶應(yīng)急救援通信的空白，是目前無線窄帶應(yīng)

場通信系統(tǒng)覆蓋范圍必須涵蓋作戰(zhàn)現(xiàn)場和通信結(jié)構(gòu)要急通信領(lǐng)域中具有優(yōu)勢的解決方案之一。

支撐多部門有序、有力以及有效地協(xié)同救援行動。最后，

救援現(xiàn)場任務(wù)復(fù)雜間前后貫通、跨層級跨地域“扁平

化”的指揮體系，后方指揮所清晰掌控現(xiàn)場態(tài)勢，調(diào)

度指令直達“一線”，提升應(yīng)急救援效率。

[5]

通過上述需求分析，應(yīng)急語音通信具備很多獨

特性。如果套用傳統(tǒng)窄帶通信技術(shù)規(guī)劃建設(shè)窄帶應(yīng)急

語音通信系統(tǒng)，將不能擺脫基礎(chǔ)通信設(shè)施和地理環(huán)境

的約束，一線現(xiàn)場“信息孤島”的難題就無法得到突

破性的解決。因此規(guī)劃應(yīng)急語音通信系統(tǒng)建設(shè)時，不

僅需要考慮傳統(tǒng)無線通信技術(shù)，還應(yīng)該積極摸索新型

無線通信技術(shù)的融合應(yīng)用，針對應(yīng)急救援通信需求進

行創(chuàng)新和試點，利用現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)，發(fā)展出新一

代通信模式，才能推動應(yīng)急通信向前發(fā)展，形成性價

比高、部署靈活以及覆蓋好的窄帶應(yīng)急語音通信解決

方案。

2?窄帶無線自組網(wǎng)通信技術(shù)

無線自組網(wǎng)是計算機與通信領(lǐng)域中的高新技術(shù)，

該技術(shù)最初起源于美國國防項目并在軍事通信中發(fā)展

起來。無線自組網(wǎng)具有抗毀性、自組性以及機動性等

特點，可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境隨時建立本地通信覆蓋，具

有重要的實戰(zhàn)應(yīng)用意義。近年，自組網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，

其應(yīng)用已慢慢滲透到公安、應(yīng)急以及救援等領(lǐng)域中。

[6]

從應(yīng)用帶寬上可以分為寬帶自組網(wǎng)和窄帶自組

網(wǎng)兩種。目前寬帶自組網(wǎng)技術(shù)多樣，包括Mesh自組網(wǎng)、

Zigbee自組網(wǎng)以及LTE自組網(wǎng)等多種類型

[7]

。寬帶

[8]

[9]

3?窄帶無線自組網(wǎng)的原理和特點

窄帶單頻自組網(wǎng)整個網(wǎng)絡(luò)中的每個中繼節(jié)點既

是中繼基站，也可以做為通信電臺。每個節(jié)點只要在

無線覆蓋區(qū)內(nèi)，都以任意方式動態(tài)地保持與其他節(jié)點

的聯(lián)系。在這種網(wǎng)絡(luò)中，打破了終端通信取值的

[10]

有限性，使得兩個無法直接進行通信的用戶終端可以

借助其他節(jié)點進行跳級，自動形成一個大面積通信覆

蓋網(wǎng)，示意如圖1所示。單頻中繼自組網(wǎng)絡(luò)有3種網(wǎng)

絡(luò)使用模式，第一種是局域移動網(wǎng)絡(luò)適用于移動環(huán)境

的作戰(zhàn)，第二種是大跨距臨時或永久固定網(wǎng)絡(luò)適用于

應(yīng)急防災(zāi)保底通信，第三種是上述的兩種模式的組合，

永久固定網(wǎng)路與移動局域網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)實現(xiàn)大跨距前

后方貫通的一體化通信系統(tǒng)。

[11]

圖1 單頻自組網(wǎng)組網(wǎng)

單頻自組網(wǎng)作為一種新的組網(wǎng)方式具有以下特

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李?溯：窄帶無線自組網(wǎng)在應(yīng)急語音通信中的?

實戰(zhàn)性應(yīng)用研究

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Ｊａｎ． １０， ２０２１ Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．１

點。一是獨立性，單頻自組網(wǎng)相對傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)而言，的通信覆蓋，數(shù)分鐘至數(shù)十分鐘時間內(nèi)即可在現(xiàn)場快

最大的區(qū)別就是可以在任何時刻和任何地點不需要硬速完成現(xiàn)場通信系統(tǒng)布設(shè)，起到支撐現(xiàn)場指揮通信工

件基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持，設(shè)備用電也可以使用太陽能作并輔助決策的作用。

和風能進行獨立供給，快速構(gòu)建起一個移動通信網(wǎng)絡(luò)。

二是靈活性，在單頻自組網(wǎng)中，移動中繼節(jié)點可以在復(fù)雜山區(qū)、偏遠林區(qū)、大型或多層地下室、隧

網(wǎng)中隨意移動。網(wǎng)絡(luò)由移動節(jié)點本身自動配置、隨時道以及礦井等特殊區(qū)域受有線資源與建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜等

調(diào)整或自行維護，任何節(jié)點都可以隨時加入和退出網(wǎng)因素限制，地面信號無法直接傳導(dǎo)，因此向來是無線

絡(luò)。三是無線鏈路傳輸，在單頻自組網(wǎng)中不需要任何通信的薄弱環(huán)節(jié)。而單頻自組網(wǎng)通過便攜單頻中繼基

基礎(chǔ)設(shè)施的支持，中繼節(jié)點之間的通信完全通過窄帶站無線聯(lián)網(wǎng)，多跳轉(zhuǎn)發(fā)引入信號，可快速實現(xiàn)信號盲

無線傳輸?shù)姆绞阶詣优渲猛瓿?，建立一個強大的無線區(qū)和指揮大本營互通對講。

自組織網(wǎng)絡(luò)。四是可靠性，在單頻自組網(wǎng)中沒有中心

控制節(jié)點，每一個節(jié)點均通過分布式協(xié)議互聯(lián)，沒有單頻自組網(wǎng)是在單頻點通信的基礎(chǔ)上發(fā)展起來

中心控制節(jié)點。每個節(jié)點都參與其中，互為平等的關(guān)的自動組網(wǎng)中繼網(wǎng)絡(luò)，因此繼承了單頻直通模式，具

系，即使在緊急事件中某一個節(jié)點受損，其他節(jié)點仍有極高的穩(wěn)定、快速、簡單以及實戰(zhàn)特點。電臺和基

然可以穩(wěn)定通信。站均采用單頻通信，即便在中繼基站全數(shù)故障的最極

4?窄帶自組網(wǎng)作為應(yīng)急語音通信網(wǎng)的應(yīng)用優(yōu)勢

4.1?全區(qū)域覆蓋

突發(fā)事件地點是沒有規(guī)律且不可預(yù)測，因此應(yīng)

急通信網(wǎng)必須提供全區(qū)域覆蓋，而且必須及時迅速提

供通信覆蓋，不可延誤。經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施

不完善，信息通信手段落后甚至缺失。窄帶自組網(wǎng)通拐坑坪發(fā)生森林火災(zāi)，火線蔓延過千余米，共組織

過節(jié)點之間的無中心自動組織聯(lián)網(wǎng)，可以實現(xiàn)全省

范圍內(nèi)聯(lián)網(wǎng)覆蓋，而針對郊區(qū)、野外、林區(qū)以及地起火點位于拐坑坪的石頭灶附近，屬于偏遠山區(qū)，

下室等通信盲區(qū)以快速部署模式覆蓋，以任意突發(fā)基礎(chǔ)通信建設(shè)落后，且因周邊其地形凹陷，收不到信

事件地點為中心，實現(xiàn)現(xiàn)場100%即時通信覆蓋。號的重點通信盲區(qū)，因此撲救工作開展面臨著人員組

[12]

不僅提供穩(wěn)定的跨區(qū)域長距離通信，還以事發(fā)地點織分散、交通不便以及基礎(chǔ)設(shè)備落后等問題，直接影

臨時局域語音通信，具有建設(shè)成本低和覆蓋率高 響了撲火效率。在此事件中暴露了應(yīng)急通信的薄弱環(huán)

的特點。節(jié)，體現(xiàn)了現(xiàn)場通信對應(yīng)急救援的重要影響。

4.2?防災(zāi)抗毀

單頻自組網(wǎng)通過節(jié)點之間的無線互聯(lián)成網(wǎng)，相的重點。事件后應(yīng)急部門積極開展應(yīng)急通信技術(shù)調(diào)研，

較于傳統(tǒng)的常規(guī)網(wǎng)絡(luò)，具有很強的生存能力且無中心嘗試使用新型通信技術(shù)及裝備，提高應(yīng)急處置現(xiàn)場的

網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)也相對更為穩(wěn)定，出現(xiàn)故障或遇到特殊通信能力，組織了實地適用性測試。

情況都不可能徹底中斷，即使網(wǎng)絡(luò)的某節(jié)點發(fā)生故障，窄帶自組網(wǎng)通信測試中以129森林火災(zāi)為測試

其余的節(jié)點仍然能夠正常工作，故障節(jié)點只會影響節(jié)模型，在尖峰筆、拐坑坪山地以及廣東第二高峰石韭

點本身所在的位置的覆蓋效果，并可以通過布設(shè)新的坑部署窄帶自組網(wǎng)通信節(jié)點，搭建了窄帶自組備測試

快速修復(fù)網(wǎng)絡(luò)，整體抗毀能力很強且可靠性高，適合平臺，重點針對上次著火點位置做了通信覆蓋測試，

應(yīng)急救災(zāi)和偏遠地區(qū)通信等應(yīng)用。該著火點距離尖峰筆節(jié)點直線距離約8.8 km，因其地

4.3?快速部署

由于不能實現(xiàn)預(yù)知現(xiàn)場的地點和位置，不了解后，該地點半徑3 km內(nèi)均實現(xiàn)基本的窄帶語音全覆蓋。

當?shù)噩F(xiàn)場情況，即使有基礎(chǔ)通信資源，也可能受到眾窄帶無線自組網(wǎng)配置如圖2所示。

多因素影響，關(guān)鍵位置不能暢通，因此應(yīng)急通信難有本次適用性測試中初步證實，窄帶自組網(wǎng)通信

固定覆蓋模式，但解決思路上分析以無線方式組網(wǎng)較技術(shù)及裝備在提高撲救火災(zāi)及處置其他災(zāi)害事故的語

為有利。使用窄帶自組網(wǎng)提供的快速部署技術(shù)設(shè)備，音通信保障能力方面，能夠支撐應(yīng)急語音通信暢通，

在任何不可預(yù)測的覆蓋不良區(qū)域，基本都做到100%為相關(guān)部門盡早開展救援工作創(chuàng)造必要條件。

4.4?立體組網(wǎng)

4.5?保底通信

端情況下，也只是通信范圍減小，周邊電臺之間仍然

能夠維持最基本的電臺單頻直通通信，具有極高穩(wěn)定

性，符合應(yīng)急救援通信特點。

5?無線自組網(wǎng)在應(yīng)急通信中的實戰(zhàn)探討

2019年12月9日乳源瑤族自治縣大布鎮(zhèn)夾水村

500余名滅火人員參與撲火。

在事件的總結(jié)中，現(xiàn)場應(yīng)急通信保障成為關(guān)注

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圖2 窄帶無線自組網(wǎng)部署圖

6?結(jié)?論

超短波窄帶無線通信是應(yīng)急部門處置應(yīng)急突發(fā)

事件的重要通信手段，對保障應(yīng)急救援通信暢通具有

難以替代的應(yīng)用優(yōu)勢。在現(xiàn)代通信技術(shù)快速發(fā)展的

背景下，本文結(jié)合應(yīng)急通信的實戰(zhàn)需求探討了新一代

窄帶自組網(wǎng)通信技術(shù)在應(yīng)急通信領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。窄

帶自組網(wǎng)通信具有覆蓋面積廣、適應(yīng)能力強、維護簡

單以及成本低等應(yīng)用優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)急現(xiàn)場的通信

組網(wǎng)和指揮調(diào)度等通信需求，但是感知數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸

還未進一步完善，將感知數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)引入窄帶無線自組

網(wǎng)中對滿足應(yīng)急救援決策需求具有重要意義。雖然目

前的應(yīng)急通信保障系統(tǒng)在很多方面還存在空白，但相

信隨著科學(xué)進步，相關(guān)部門將積極探索無線通信新技

術(shù)應(yīng)用，確保我國應(yīng)急無線通信工作始終走上世界

前列。

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