应急通信网络设计中的关键技术探究分析研究电子通信技术专业.doc

应急通信网络设计中的关键技术探究 摘　要：应急通信网络通过监控和连接的形式，主要在发生紧急及突发等状况使用，以确保应急通信信息的高效传递效果。所以，应急通信网络的设计必须依靠高科技的技术支持，以便能最大限度的提高预警的准确度。就现今情况而言，因技术含量在应急通信网络中确实起着至关重要的作用，也大大提高了应急通信的使用效率，所以，本文通过把应急通信网络作为基石，着重分析应急通信网络中设计的关键因素。本文主要从四个方面来阐述这一观念：第一方面，介绍应急通信网络设计关键性技术原则；第二方面，关于应急通信网络的特性特点；第三方面，关键性技术在应急通信网络的中的重要性；最后一个方面，架构和设计在应急通信网络中的研究。 关键词：应急通信；网络设计；关键技术 前言 应急通信网络指的是——在突发事故现场，对于目的地实施有效的监控，与此同时也能保持通信网络的信息连接畅通无阻。本文主要介绍了应急通信网络的特点，阐述了应急通信网络的结构体系，怎么实现可靠安全及可扩张的通信网络，关键性技术因素在设计应急通信网络中的作用进行了深入的探究。现今，因国内自然灾害频发，更甚灾区面积也呈现上升趋势，我国人民群众的生命和财产安全都因自然灾害受到严重的威胁，当前我国经济正处于蓬勃发展的阶段，经济生产规模日益壮大，而很多突发性的事件产生的次数及频率都呈现上升态势，严重威胁我国的社会稳定，所以，探讨和研究应急通信网络设计中的关键性技术有着十分巨大的现实意义及实用价值。 1 应急通信网络设计关键技术的原则 应急通信网络设计的关键性因素是技术，重点规划关键技术的使用原则。可扩展原则：应急通信网络规模不一样，可是在关键性技术方面还是一致有相同性的，所以在技术这块必须保持可扩展性原则，以便适用于不同类型的应急通信网络，提升关键技术在通信网络中的融合性。跟踪定位原则：应急通信网络和关键技术的主要原则是跟踪定位，以保证能准确的定位到现场实施急救，使用高科技手段，保证定位的精准性。安全性原则：应急通信网络设计的技术使用，需保证安全性原则，保障通信网络的安全稳定，以免通信信息被恶意泄露。 2 应急通信网络的特点 2.1 便捷和可移植性 应急通信网络重点是应用于紧急突发状况，因此在使用时就不是跟移动蜂窝设施和有线移动通信设备一样有固定的器材，使用应急通信设备就是需要把最有效的信息在最短的时间内传递出去。所以，应急通信需要具备可移植性与简便性，也能够在原来的设备基础上进行紧急部署。把信息及时的传递出去。 2.2 安全性 应急通信网络传递的信息最多的都是救援信息。发生紧急情况的时候，需要大量的救助队伍，特别是国家派出的军事力量，是突发紧急情况下重要的救助力量，所以在信息的传递这块就更加的需要保密，以保障救援和军事信息的安全。像在玉树地震中，因地质情况复杂，需要国家绝对的支持，所以为了保障信息传递的安全性，需要对传递的信息进行加密处理，以保障救援队伍能顺利的开张救援工作。 2.3 可扩展性 良好的状态下才能更好的保障通信网络的运行，所以稳定的网络环境支持事半功倍，可是在突发事故现场，情况多变，不可预测，所以理想的网络环境就必不可少。要保障稳定的通信环境，就必须要应急网络设备能灵活多变，能支持突发事故情况的不同需求。这就需要应急通信网络设计具备可扩展性。 2.4 快速部署 发生紧急情况的时候，需要迅速的传递出救助信息。当基础通信设备遭到破坏时，需要启用紧急通信设备作业，这就需要应急通信设备能灵活多变，以便能使得通信设备能尽快的到救援现场。与此同时还要注意应急网络尽量使用商用网络，商用网络设备一般不需要专业人员安装，只需要救援队伍完成网络安装工作即可。这样可以尽快的协助完成部署工作，尽快的把事故现场的情况传送出去，进行积极的救援。在汶川地震时，因为地质遭受到严重的破坏，基本的通信设备根本不能使用，这是就需要通过灵活轻便的商用网络完成信息的传递。 3 应急通信网络的关键技术 为了保障应急通信网络的灵活快速，维系应急指挥中心与事故现场的可靠安全、快速稳定的传输现场情况和有效的指挥控制信息，应急通信网络必须解决下面几个关键性技术： 3.1 有线通信技术 有线通信技术主要有电话、互联网等常规设备，全国范围分布最广的事有线公众电信网络，有线通信技术有范围覆盖广，适应性强，成本低等特点，也是在自然灾害中使用为普遍的一种通信技术。但是，这种通信技术比较容易受到地理条件的制约，且抗毁力较差，一旦被破坏，就比较难恢复。 3.2移动通信技术 移动通信技术有个人通信的特点，使用移动定位技术能极大的提升受灾群众获救的概率。接入一些移动技术，能快速的通过要的地位。使用移动设备恢复灾害地区的沟通，在应急通信中必不可少。 3.3卫星通信技术 当前使用最广泛的应急通信技术是卫星通信技术，该技术一般不受紧急事件的影响，同时卫星通信技术网络覆盖的地域很广泛，所以能很好的满意应急通信广度上的要求，但是卫星通信技术也是有缺点的，容量极度有限，并且成本也偏高。 3.4专用数字集群网技术 跟问下通信技术差不多，专用数字集群网络技术的容量也是有限的。但是，专用数字集群网络是独立的指挥网络，具备其他所有应急通信技术所没哟的优势，包括相应速度和群组指挥等等。 3.5 辅助技术 辅助应急通信网络设计中的技术，是可以营造出适合应急通信网络的环境，保障其可以在各个应急场所内提供精确的定位通信服务。辅助技术在应急通信网络设计中的作用非常显著，完善应急通信的方式，尽量避免应急通信过程中出现纰漏，这体现在通信网络设计中的各个方面。终端定位：应急通信网络设计的核心是精准定位，通过定位终端辅助技术，准确定位地理位置，排查界外因素的影响，保障应急通信高强度信号的优势。网络安全：突发故障应急时，参与救助的机构不是统一安排的，来自不同的机构，都涉及到了应急通信网络的安全性，必须要保障网络运行在安全的状态下，才可以保障应急通信的正常运作，避免出现通信安全事故，影响了救援的效率。QoS：应急通信网络中不出现网络冲击或是通信延迟现象，必须要保证多方位的服务和数据源共同协调通信，以便应急通信网络能按规矩行事。 4 应急通信网络架构和设计 组建设计一个高效健壮的应急通讯网络近几年来越来越引起全球的重视。构建一个完整的应急通信网络，他必须具有以下几个优点：具有对于突发的应急行动能够协调有效的资源，实施有效救援;为了辅助灾后重建能够第一时间进行，必须能够迅速把通信网络恢复正常;除此之外，还必须可以预测和防范未来会出现或者即将出现的灾害，能够保持对重点区域实施监测以及数据的全面分析，支持异质网络的互连。而构建一个应急通信网络，它应该分以下三个层次，建设通信基础设施层是最基础的第一层，分布式计算层是其中不可缺少的第二层，最后才是进行信息关联和收集的中间层，位于应急通讯网络基础层的通讯基础设施层，这些中间层会以一些广泛存在的蜂窝通信网络还有用于对灾区监视的传感器网络，同时在灾难发生后，临时搭建的Ad Hoc网络三部分组成。实施数据挖掘和辅助决策功能则主要由分布式计算层来处理负责。而连接基础层和分布层就是中间件层。它主要功能就是进行各种信息关联以及收集，并且用于信息间相互交换共享。对于基础通讯设施层，必须具备的功能就是可以保证各种移动终端设备都可以顺畅利用，并且在各种异质服务及网络间自由访问。为了达到各种通信服务的要求，应急通讯网络可以采取一种简单合理的方式 ，必须可以和现存的地方通信网络并行，只有这样才能保证服务平台正常运行。基础通信设施层必须能够合理运用异质网络。一种最常见的基础通信网络如下图一所示，它由三个关键层次构成：负责覆盖灾区的通信基础设施层、对数据进行分布式分析的计算层、以及能够对信息收集并且关联的连接基础和分布式计算层的中间件层。 图1 —种应急通信网络体系结构 3层构架中，通信基础设施层会以一些广泛存在的蜂窝通信网络还有用于对灾区监视的传感器网络，同时在灾难发生后，临时搭建的Ad Hoc网络三部分组成。中间件层起到一个承上启下的连接作用，主要负责把基础设施层收集的信息交给分布计算层，通过它的处理来对数据进行挖掘并且帮助决策。 通信基础设施层需要起到保证灾区人员在灾难发生后能够及时与外界联系，即可以通过自己的移动设备，也可以利用各种异质网络。为了达到这个功能，基础设施层可以采取一种简单有效的方法在灾区部署通信设备，与现有的一些基础网络组成覆盖网，通过保存现有的，覆盖缺少的来达到保证救灾的效果。异质网络互联结构可以用于通信基础设施层，如图2所示。通信基础设施包括既有的蜂窝网络、因特网以及临时部署的移动Ad Hoc网络(MANET)和无线传感网络(WSN)。临时部署的通信设施主要包括一个中心控制单元 (CCU)、多个超级节点（SN)和大量野外节点（FN)，若这些网点还不能满足灾区所需，还可以利用无人机以及卫星来辅助通信。CCU通常为固定式的，它具有超强的通信和计算能力，需要专人来管理和维护。但在特殊情况下，CCU也是可以出于动态的，且同时和外部网络连接，为救灾收集一些有用的外部信息，从而提供给分散的节点。而作为重要组成部件的SN，它可以移动也可以固定，而它的通信和计算能力相对CCU来说就差了一些，但它具有保障可靠供电的特点;CCU在处于主控情况下，可与SN组成核心骨干网，邻近的FN则利用无线技术形成覆盖网。FN作为通信终端和传感节点，其具有相互间可以组成网络，或者利用附近的SN作为支点组建分族网络，使用这样的方法既可以扩展通信网络的覆盖面积也能扩大通信网络的信任度。 图2 一种可能的异质网络互联结构 CCU在灾区救援任务中应该第一时间建立，因为它是起到指挥和协调的作用，同时，在一些特定的核心位置优先部署大量SN网络，保证SN网络能够其与CCU相连，不管是通过多跳的还是单跳的方式来连接。借助一些Ad Hoc的网络连接方式，FN 能够快速与SN网络建立连接，与SN和CCU组成的网络形成一个完整的整体。在抢险救灾过程中，网络拓扑结构是一直处于不段的变化之中，因为期间很多节点会移动，会改变，会增加和减少。一种常用的分级簇管理网络是组织网络不错的选择。最常见的有林锦的FN构成簇，它的簇头由一些FN 或者SN组成，它们具有相对稳定的发散能力，这样组成的簇头系统便于我们维修和管理。这样对于一些细节的东西不需要关注太多，这大大减少了维修和管理的成本。在整个网络中 ，CUU负责所有节点的指挥和管理，而一些分布的 SN和簇头只需要负责自身节点的FN网络和临近SN的信息收集和传递。CUU作为应急救灾中核心位置的指挥节点，必须在灾难发生的第一时间建立起来，同时再选择一些位置分布SN,保证顺畅的与CCU连接。而借助Ad Hoc的网络系统，FN可以很顺利的连接到附近的SN网络，再加入SN与CCU组合成的网络。在事故发生之后的救援过程中，网络拓扑结构一直处于不断的变化中，期间会发生很多节点的移动，改变，增加或者减少。林锦的FN构成簇作为一种普遍的分级簇头网络，因为他的网络体系具有能够快速响应的分级别分簇的机制。用一些特殊的FN或者SN作为簇头，它们具有较强的通信功能，而这些簇头通过分级结构与SN以及CUU组成的网络建立连接。通过这种连接方式可以不需要管理其中的太多细节，大大减少了维修和管理成本。此外，用这种分级网络架构能够使节点的定位以及信息的检索更加方便快速。CCU负责把控全局的信息以及它下面的节点，而其子网络SN或者簇头只要维护其隶属的网络信息和外围分布的节点。 应急通信网络需要对灾区可能出现的管理和其他风险进行监控，而这种监控借助无线传感网络是一种很好的办法。无线传感网络拥有在灾区广泛分布的传感节点、适合场景多、范围覆盖广、监控密度强及基本不要求人为的影响等很多优点。无线传感网络能够通过对数据的收集以及传递，由于其数据多且都为第一线 数据，所以保证了数据的可靠性，不同网络通信的互通性。除此之外，由于传感点比较容易出现一些故障且容易遭到各种外界的其他攻击，所以