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

幸雪初 曾凡兵

1 湖南省公安消防總隊 湖南 410205

2 北京信諾飛圖科技有限公司 北京 100085

0 引言

當(dāng)今社會，隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，城市人口大幅增加，公共場所、居住區(qū)、企業(yè)的用電量大幅增加，災(zāi)害事故頻發(fā)；隨著氣候變化，自然災(zāi)害(地震、泥石流、海嘯等)時有發(fā)生；城市化的建設(shè)，地鐵逐步在各大城市中開始興建，地下通信開始擺在應(yīng)急救援隊伍的面前，在各種特殊事故及特殊災(zāi)害現(xiàn)場，如何使傳統(tǒng)的通信手段不能解決語音問題的情況下通過別的通信手段讓通信指揮通暢，是當(dāng)前消防網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)運用中的難題。而MESH網(wǎng)絡(luò)對講機恰好解決了之一難題，它能在傳統(tǒng)語音對講及數(shù)字對講處于盲區(qū)的情況下讓通信通暢，在完成滅火救援指揮工作任務(wù)中起著關(guān)鍵作用。隨著MESH技術(shù)及語音技術(shù)的發(fā)展，為徹底解決語音盲區(qū)成為了可能；隨著MESH技術(shù)和語音技術(shù)日益成熟，使消防救援指揮工作通暢無阻，真正實現(xiàn)了無縫通信。

1 MESH技術(shù)概述

MESH Network也稱為“多跳網(wǎng)絡(luò)”，它是一個動態(tài)的可以不斷擴展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)無線設(shè)備之間的傳輸。在各種無線通信技術(shù)蓬勃發(fā)展的同時，一種新的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——無線Mesh網(wǎng)絡(luò)正逐漸成為人們關(guān)注的焦點之一。無線Mesh網(wǎng)絡(luò)(即無線網(wǎng)狀網(wǎng))也稱為無線格狀網(wǎng)或無線多跳網(wǎng)，可以和多種寬帶無線接入技術(shù)如IEEE802.11、802.16、802.20以及3G移動通信等技術(shù)相結(jié)合，組成一個含有多跳無線鏈路的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。這種無線網(wǎng)狀網(wǎng)不僅可以大幅度擴展無線系統(tǒng)的覆蓋范圍，同時還可以提高無線系統(tǒng)的帶寬容量和通信可靠性，是一種非常有發(fā)展前途的寬帶無線接入技術(shù)。

在MESH網(wǎng)絡(luò)傳輸中，采用網(wǎng)狀網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，即多點對多點組網(wǎng)方式。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點終端通過相鄰的其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點終端以無線多跳方式相連，無需增加任何路由器，終端自成網(wǎng)絡(luò)。目前，傳統(tǒng)無線MESH網(wǎng)絡(luò)由兩部分組成：MESH路由器、MESH終端。路由器除了具有傳統(tǒng)的無線路由器的網(wǎng)關(guān)/ 中繼功能外，還支持MESH網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的路由功能。MESH路由器通常具有多個無線接口，這些無線接口可以基于相同的無線接入技術(shù)構(gòu)建，也可以基于不同的無線接入技術(shù)。與傳統(tǒng)的無線路由器相比，無線MESH路由器可以通過無線多跳通信。 MESH通信網(wǎng)關(guān)支持 GSM GW/GSM網(wǎng)關(guān)、Analog (VHF/UHF) GW/模擬網(wǎng)關(guān)、IP GW/IP網(wǎng)關(guān)，其總體示意圖如圖1。

圖1 總體示意圖

2 MESH網(wǎng)絡(luò)與消防350MHz無線通信系統(tǒng)的接入

滅火搶險救援現(xiàn)場屬于突發(fā)事件，時間、地點不定，作為一般情況下的應(yīng)急通信，消防350MHz無線通信系統(tǒng)配合衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本上可以很好的保障滅火救援現(xiàn)場的通信暢通，但在地鐵、地下建筑、隧道等場地的滅火救援現(xiàn)場，由于地理環(huán)境比較復(fù)雜，無線信號的屏蔽和衰減比較大，對現(xiàn)有消防350MHz無線通信系統(tǒng)來講屬于盲區(qū)；從通信原理上來講，阻擋和屏蔽是無線通信的兩大“克星”，如何解決盲區(qū)問題，基本上靠中繼系統(tǒng)來完成。

當(dāng)前，湖南省公安消防部隊基本上配備的是海倫達350MHz無線終端，按照公安部的要求，全省消防部隊無線通信系統(tǒng)全部依托省公安廳350MHz無線通信系統(tǒng)，在滅火搶險救援中發(fā)揮了應(yīng)有的通信保障作用。隨著城市的建設(shè)，地鐵、隧道、人防工程等地下建筑不斷增多，在滅火搶險救援中，350MHz的常規(guī)通信很難保證地下與地面的有效通信，對無線通信就提出了新的要求，為解決地下與地面的通信問題，我們引進了IP68對講機作為MESH網(wǎng)絡(luò)中繼，與現(xiàn)有使用的消防350MHz無線對講機進行互聯(lián)，解決地下、隧道等地下建筑物里與外面的無線通信問題，IP68對講機根據(jù)其轉(zhuǎn)接線的接口定義可以與各種品牌、不同型號的對講機直接對接，通過軟件的自動識別及設(shè)置，即可實現(xiàn)互聯(lián)互通。下面以海倫達TC780M手持常規(guī)對講機為例加以說明。

2.1 MESH網(wǎng)絡(luò)連接線接口說明

序號 IP68 顏色 定義1 MIC 棕色 麥克輸入(來源于網(wǎng)關(guān)終端喇叭聲音)2 GND 黑色 公共地3 SPEAKER 紅色 喇叭輸入(來源于網(wǎng)關(guān)終端麥克聲音)4 VBAT 橙色 電壓輸出5 PTT OUT 黃色 網(wǎng)關(guān)終端PTT輸出6 PTT IN 綠色 網(wǎng)關(guān)終端PTT輸入

2.2 海倫達TC780M手持常規(guī)對講機連接圖接口說明

序號 TC780M接口 定義1 EXT-SPK+ 外部喇叭2 PTT 發(fā)射控制L：發(fā)射3 GND 地4 EXT-MIC+ 外部MIC

2.3 MESH網(wǎng)絡(luò)對講IP68與海倫達TC780M手持常規(guī)對講機接口連接圖

2.4 IP68與TC780M互聯(lián)作為中繼通信的拓撲圖

(1) IP68作為中繼互聯(lián)接入TC780M系統(tǒng)

(2) IP68作為中繼轉(zhuǎn)接

目前，湖南省公安消防總隊已采用了該技術(shù)進行了應(yīng)用，使MESH對講系統(tǒng)和現(xiàn)有消防350MHz無線通信系統(tǒng)進行融合成為一個網(wǎng)絡(luò)，從功能上實現(xiàn)現(xiàn)有消防350MHz無線通信系統(tǒng)向通信盲區(qū)距離的延伸，以解決現(xiàn)有消防 350MHz無線通信的盲區(qū)，有效地解決了地下建筑、隧道等內(nèi)部與外部的通信問題，取得了很好的效果。

3 實際應(yīng)用中存在的問題

3.1 時延問題

MESH對講系統(tǒng)在實際應(yīng)用中存在著一定的語音時延，這是由其技術(shù)體制決定的。MESH終端采用 IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)協(xié)議，每個終端具備路由功能，其語音數(shù)據(jù)以包的形式在無線鏈路上進行傳輸，其時延問題是在所難免的。其傳輸時延來源于兩方面：一種是無線鏈路，另一種來源于網(wǎng)絡(luò)傳輸。前者時延可以忽略不計，后者時延來源于語音數(shù)據(jù)報傳輸過程中必經(jīng)路由器的流量狀況、握手協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)進入點和輸出點之間路由器的數(shù)目以及其終端到目的地不同的路徑等。

3.2 抗干擾問題

MESH對講具有自組網(wǎng)功能，能在成百上千個終端之間組網(wǎng)，需要具有大容量的傳輸能力，其占用無線帶寬相對于普通無線語音對講來講會有相當(dāng)大的區(qū)別。一般普通無線語音對講系統(tǒng)占用射頻帶寬在12.5KHz或25KHz，而MESH對講系統(tǒng)占用的射頻帶寬在 20MHz。一般情況下，現(xiàn)場解決干擾問題主要通過改變設(shè)備工作頻率。

3.3 傳輸距離問題

MESH對講系統(tǒng)傳輸距離相對于普通對講系統(tǒng)要近很多，其原因主要在以下幾方面：

(1) 工作頻率在S波段，空中傳輸衰減比較大；

(2) 功率比較小(100mw)；

(3) 帶寬比較寬，接收靈敏度比較低；

(4) 天線選用低增益便攜式天線，方便便攜實用。

4 結(jié)束語

MESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在MESH語音對講系統(tǒng)的應(yīng)用，真正解決了消防指揮現(xiàn)場最后一公里語音盲區(qū)問題以及無需架設(shè)基站即可實現(xiàn)多點對多點的語音通信；MESH網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在MESH語音對講系統(tǒng)的應(yīng)用，真正實現(xiàn)了語音對講系統(tǒng)與各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(WIFIWIMAXUHFVHFTETRAGSM 等)的互聯(lián)互通。

[1] (加)霍辛(Hossain，E.),(英)梁(Leung，K.K.)著,易燕,等譯.無線Mesh網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與協(xié)議[M].機械工業(yè)出版社.2009.

[2] 方旭明.下一代無線因特網(wǎng)技術(shù)：無線Mesh網(wǎng)絡(luò)[M].人民郵電出版社.2005.

[3] 胡汀,謝小婷.無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究[J].電腦知識與技術(shù).2011.

[4] TC-T80 全功能型專業(yè)無線對講機[EB/OL].http://www.hytera.com.cn/product/prodetail.aspx?id=3113.12