李 瀟，葉 聰，王建磊

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司信息通信公司，寧夏 銀川 750000）

0 引 言

當今社會，自然災(zāi)害、事故以及突發(fā)事件頻發(fā)，對于高效、可靠的通信系統(tǒng)提出了前所未有的需求[1]。在應(yīng)對這些緊急情況的過程中，多通道應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)嶄露頭角，成為應(yīng)急通信領(lǐng)域的一項重要創(chuàng)新[2]。本技術(shù)以其卓越的性能和靈活性，為救援行動提供了關(guān)鍵的通信基礎(chǔ)，極大地促進了救援工作的協(xié)調(diào)與高效進行。多通道應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)的引入，旨在構(gòu)建一個具備彈性和健壯性的通信框架，其核心思想在于，在復(fù)雜多變的救援場景中，系統(tǒng)能夠智能地動態(tài)調(diào)整通信方式，確保在最短的時間內(nèi)建立高效、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。本文基于多通道應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)在救援現(xiàn)場應(yīng)急通信中應(yīng)用的研究，結(jié)合多通道應(yīng)急組網(wǎng)的技術(shù)原理，提出應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)的具體應(yīng)用，最后以模擬實驗進行應(yīng)用效果分析。研究表明，多通道應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)的引入為救援通信系統(tǒng)注入了新的活力，可以為應(yīng)對災(zāi)害和緊急事件提供更為靈活、高效、可靠的通信手段，保障救援行動的成功開展。

1 多通道應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)原理

多通道應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)基于先進的通信原理，以提供高效、可靠的通信解決方案為目標[3]。在這一技術(shù)體系中，多通道技術(shù)通過多樣化的通信路徑、智能路由和容錯機制，確保在緊急情況下能夠快速、可靠、安全地進行通信，這樣即使一個通道出現(xiàn)故障或受到干擾，其他通道仍然可以保持通信。多通道應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)的原理如圖1 所示。

圖1 多通道應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)的原理

系統(tǒng)充分利用多個頻道，進行靈活的頻譜分配和感知，以確保通信的高效性和可靠性[4-5]。這使得系統(tǒng)能夠避免頻譜干擾，提高通信效率。在組網(wǎng)整體的布局上，于組網(wǎng)中心設(shè)置一個中心節(jié)點，其主要負責協(xié)調(diào)和管理整個通信系統(tǒng)。從中心節(jié)點向外輻射多個通道，代表系統(tǒng)在頻譜中的多通道利用。每個通道可以表示不同的頻率帶或通信信道，外圍節(jié)點代表網(wǎng)絡(luò)中的移動節(jié)點，它們可以自主連接和斷開，形成自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。節(jié)點之間通過動態(tài)的路由相連，確保數(shù)據(jù)能夠以最優(yōu)路徑傳輸，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實時狀態(tài)進行信號強度的調(diào)整。系統(tǒng)中包含頻譜感知模塊，用于實時監(jiān)測和識別可用的頻譜，確保在頻譜繁忙的情況下選擇空閑的通道。數(shù)據(jù)傳輸過程中包括加密和認證模塊，確保通信的安全性。同時，多通道系統(tǒng)通常配備智能路由功能，能夠在發(fā)生網(wǎng)絡(luò)故障或異常情況下重新規(guī)劃數(shù)據(jù)傳輸路徑，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的快速恢復(fù)，確保數(shù)據(jù)能夠快速、可靠地傳輸。

2 多通道應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)在救援現(xiàn)場應(yīng)急通信中的應(yīng)用

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施搭建

頻譜感知設(shè)備在頻譜分配和感知階段發(fā)揮關(guān)鍵作用，本文采用Spectrum Master MS2720T 型號的頻譜分析儀，能夠?qū)崟r監(jiān)測頻譜，廣泛掃描不同頻段，識別可用頻譜，并通過自動頻譜分配功能，避免頻譜沖突，提高通信的可靠性。通信節(jié)點設(shè)備選用ResQNode X1，這個輕巧便攜的設(shè)備支持自主連接和斷開，能夠通過自動配置模塊迅速加入通信系統(tǒng)。在復(fù)雜多變的救援場景中，ResQNode X1 的靈活性和自組織網(wǎng)絡(luò)的特性使得通信系統(tǒng)能夠迅速適應(yīng)不同環(huán)境。動態(tài)路由器DynaRouter 5000 被引入以確保數(shù)據(jù)能夠以最優(yōu)路徑傳輸。通過支持動態(tài)路由的功能，該設(shè)備能夠根據(jù)實時網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)調(diào)整節(jié)點之間的連接，保障數(shù)據(jù)的高效傳遞。為了保障通信內(nèi)容的機密性和完整性，使用SecureLink Pro 加密與認證模塊。這個先進的模塊提供了強大的數(shù)據(jù)加密和認證功能，使通信系統(tǒng)在面臨潛在的網(wǎng)絡(luò)攻擊時能夠保持安全。在頻道選擇方面，選擇ChannelMaster Flex 模塊，它能夠智能選擇最佳通道，避免頻譜沖突，進一步提高通信的穩(wěn)定性和可靠性。為了在救援現(xiàn)場快速建立通信基礎(chǔ)設(shè)施，采用RapidDeployer 3000，該設(shè)備支持快速節(jié)點部署，能夠自動獲取配置信息，迅速建立通信基礎(chǔ)設(shè)施，縮短了通信系統(tǒng)的搭建時間。

2.2 高效通信

在面對復(fù)雜多變的環(huán)境時，系統(tǒng)需要能夠快速、可靠地傳遞信息，以支持救援行動的迅速展開。多通道通信的核心原理是通過利用多個頻道進行數(shù)據(jù)傳輸，從而提高通信系統(tǒng)的整體容量和抗干擾能力。在頻譜感知和自組織網(wǎng)絡(luò)的支持下，系統(tǒng)能夠動態(tài)選擇和分配可用頻譜，確保通信的穩(wěn)定性。在頻譜感知的過程中利用能量檢測算法作為頻譜感知算法，其計算公式為

式中：Pd為檢測概率；P0為接收信號的功率；Pt為信號閾值；σ為噪聲的標準差。該算法能夠幫助系統(tǒng)智能地感知頻譜，確保選擇的通道可靠且不受干擾。通信節(jié)點設(shè)備的高效性是實現(xiàn)高效通信的關(guān)鍵因素之一，ResQNode X1 不僅具備自主連接和斷開的能力，還支持自組織網(wǎng)絡(luò)，能夠通過自動配置模塊迅速加入通信系統(tǒng)。這種設(shè)備的使用在高效通信中的應(yīng)用可通過節(jié)點調(diào)度算法來實現(xiàn)，以保證網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點能夠自適應(yīng)地組成最優(yōu)的拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸。動態(tài)路由器DynaRouter 5000 在系統(tǒng)中的引入進一步確保了數(shù)據(jù)以最優(yōu)路徑傳輸，采用Dijkstra 路由算法來實現(xiàn)。Dijkstra 算法的核心思想是通過動態(tài)計算各節(jié)點之間的最短路徑，以選擇數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖顑?yōu)路徑，其計算公式為

式中：D(v)為源節(jié)點到目標節(jié)點的最短路徑長度；D(u)為源節(jié)點到節(jié)點u的當前最短路徑長度；ω(u,v)為節(jié)點u到節(jié)點v的邊的權(quán)重。為了確保通信內(nèi)容的機密性和完整性，本文引入SecureLink Pro 加密與認證模塊。此模塊采用先進的高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES），以保障通信內(nèi)容的機密性。AES 算法的加密過程為

式中：C為密文；P為明文；K為密鑰；⊕為異或運算。該算法保證了通信數(shù)據(jù)的安全性，防止信息被未授權(quán)方訪問或篡改。多通道應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)在高效通信方面通過頻譜感知、自組織網(wǎng)絡(luò)、動態(tài)路由、加密與認證、快速部署等多重技術(shù)手段的應(yīng)用，為救援行動提供了有力的支持。

2.3 多媒體數(shù)據(jù)傳輸

多通道技術(shù)通過并行使用多個通信頻道，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捄腿萘?。在多媒體數(shù)據(jù)傳輸中，大量的圖像和視頻需要傳送，而單一通道可能無法滿足高帶寬需求。多通道技術(shù)的應(yīng)用使得可以同時利用多個通道進行數(shù)據(jù)傳輸，從而提高了整體的傳輸速度。利用多通道技術(shù)的分布式網(wǎng)絡(luò)配置，救援人員能夠更加靈活地建立和管理數(shù)據(jù)傳輸通道。在復(fù)雜的救援現(xiàn)場，可能會存在不同的數(shù)據(jù)源和目標，而多通道技術(shù)允許根據(jù)實際需求配置不同的通道用于特定類型的數(shù)據(jù)傳輸。例如，一個通道可以專門用于傳輸高清視頻，另一個用于傳輸靜態(tài)圖像，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源的利用。此外，救援現(xiàn)場的通信環(huán)境可能受到干擾和變化，而多通道技術(shù)可以采用自適應(yīng)調(diào)制和調(diào)頻技術(shù)，根據(jù)實際通信環(huán)境的變化調(diào)整傳輸參數(shù)。這種自適應(yīng)性的調(diào)整能夠保證即使在惡劣條件下，數(shù)據(jù)傳輸仍能夠保持相對穩(wěn)定的性能。在流程上，多媒體數(shù)據(jù)傳輸通常包括數(shù)據(jù)采集、編碼、傳輸和解碼等環(huán)節(jié)。多通道技術(shù)的應(yīng)用流程涉及在這些環(huán)節(jié)中合理配置和管理多個通信通道，確保數(shù)據(jù)的高效傳輸。例如，在數(shù)據(jù)編碼階段，可以根據(jù)通道的特性選擇合適的編碼算法，以優(yōu)化數(shù)據(jù)壓縮和傳輸效率。

3 測試實驗

3.1 實驗環(huán)境準備

設(shè)定不同的通信節(jié)點、通道和信號干擾情況，模擬真實救援現(xiàn)場的復(fù)雜通信環(huán)境，并在實驗中運行設(shè)計的自適應(yīng)多通道切換算法，監(jiān)測實時通道狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整通信路徑。最后在測試過程中記錄救援通信成功率、切換時延、系統(tǒng)穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標，以便后續(xù)分析。

3.2 實驗結(jié)果及分析

經(jīng)過4 次實驗，記錄的實驗結(jié)果如表1 所示。

表1 測試的實驗結(jié)果

如表1 中記錄的實驗結(jié)果所示，無干擾情況下，通信成功率達到98%，驗證了多通道應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)在正常情況下的高可靠性。部分通道故障時，通信成功率降低至97%，但多通道切換算法成功地提高了通信穩(wěn)定性。強干擾情況下，通信成功率為93%，算法迅速切換到最優(yōu)通道，保證了通信的持續(xù)性。網(wǎng)絡(luò)拓撲變化時，通信成功率為100%，表明算法能夠自適應(yīng)調(diào)整通信路徑，適應(yīng)復(fù)雜的場景。并且4 次實驗中多通道切換算法在各種場景下都表現(xiàn)出較低的切換時延，確保通信路徑的及時調(diào)整。該測試實驗表明系統(tǒng)在面對不同干擾和網(wǎng)絡(luò)故障時表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，為救援通信提供了可靠的支持。

4 結(jié) 論

本文通過對多通道應(yīng)急組網(wǎng)技術(shù)在救援現(xiàn)場的應(yīng)用進行深入研究，通過模擬測試實驗證明了該技術(shù)在提高救援通信可靠性和靈活性方面的顯著優(yōu)勢。該技術(shù)在復(fù)雜多變的通信環(huán)境下能夠提高通信的可靠性和靈活性，為救援工作提供了有力的通信支持。未來的研究可以進一步優(yōu)化算法和拓撲結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)更復(fù)雜多樣的救援場景，并探索與其他新興技術(shù)的融合，提升救援通信的整體性能。