多通道應急組網技術在救援現場應急通信中的應用

李 瀟，葉 聰，王建磊

（國網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，自然災害、事故以及突發事件頻發，對于高效、可靠的通信系統提出了前所未有的需求[1]。在應對這些緊急情況的過程中，多通道應急組網技術嶄露頭角，成為應急通信領域的一項重要創新[2]。本技術以其卓越的性能和靈活性，為救援行動提供了關鍵的通信基礎，極大地促進了救援工作的協調與高效進行。多通道應急組網技術的引入，旨在構建一個具備彈性和健壯性的通信框架，其核心思想在于，在復雜多變的救援場景中，系統能夠智能地動態調整通信方式，確保在最短的時間內建立高效、可靠的通信網絡。本文基于多通道應急組網技術在救援現場應急通信中應用的研究，結合多通道應急組網的技術原理，提出應急組網技術的具體應用，最后以模擬實驗進行應用效果分析。研究表明，多通道應急組網技術的引入為救援通信系統注入了新的活力，可以為應對災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 多通道應急組網技術原理

多通道應急組網技術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]。在這一技術體系中，多通道技術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故障或受到干擾，其他通道仍然可以保持通信。多通道應急組網技術的原理如圖1 所示。

圖1 多通道應急組網技術的原理

系統充分利用多個頻道，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]。這使得系統能夠避免頻譜干擾，提高通信效率。在組網整體的布局上，于組網中心設置一個中心節點，其主要負責協調和管理整個通信系統。從中心節點向外輻射多個通道，代表系統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，外圍節點代表網絡中的移動節點，它們可以自主連接和斷開，形成自組織網絡結構。節點之間通過動態的路由相連，確保數據能夠以最優路徑傳輸，并根據網絡實時狀態進行信號強度的調整。系統中包含頻譜感知模塊，用于實時監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。數據傳輸過程中包括加密和認證模塊，確保通信的安全性。同時，多通道系統通常配備智能路由功能，能夠在發生網絡故障或異常情況下重新規劃數據傳輸路徑，實現網絡的快速恢復，確保數據能夠快速、可靠地傳輸。

2 多通道應急組網技術在救援現場應急通信中的應用

2.1 基礎設施搭建

頻譜感知設備在頻譜分配和感知階段發揮關鍵作用，本文采用Spectrum Master MS2720T 型號的頻譜分析儀，能夠實時監測頻譜，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。通信節點設備選用ResQNode X1，這個輕巧便攜的設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。在復雜多變的救援場景中，ResQNode X1 的靈活性和自組織網絡的特性使得通信系統能夠迅速適應不同環境。動態路由器DynaRouter 5000 被引入以確保數據能夠以最優路徑傳輸。通過支持動態路由的功能，該設備能夠根據實時網絡狀態調整節點之間的連接，保障數據的高效傳遞。為了保障通信內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據加密和認證功能，使通信系統在面臨潛在的網絡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定性和可靠性。為了在救援現場快速建立通信基礎設施，采用RapidDeployer 3000，該設備支持快速節點部署，能夠自動獲取配置信息，迅速建立通信基礎設施，縮短了通信系統的搭建時間。

2.2 高效通信

在面對復雜多變的環境時，系統需要能夠快速、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據傳輸，從而提高通信系統的整體容量和抗干擾能力。在頻譜感知和自組織網絡的支持下，系統能夠動態選擇和分配可用頻譜，確保通信的穩定性。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智能地感知頻譜，確保選擇的通道可靠且不受干擾。通信節點設備的高效性是實現高效通信的關鍵因素之一，ResQNode X1 不僅具備自主連接和斷開的能力，還支持自組織網絡，能夠通過自動配置模塊迅速加入通信系統。這種設備的使用在高效通信中的應用可通過節點調度算法來實現，以保證網絡中的節點能夠自適應地組成最優的拓撲結構，實現數據的高效傳輸。動態路由器DynaRouter 5000 在系統中的引入進一步確保了數據以最優路徑傳輸，采用Dijkstra 路由算法來實現。Dijkstra 算法的核心思想是通過動態計算各節點之間的最短路徑，以選擇數據傳輸的最優路徑，其計算公式為

式中：D(v)為源節點到目標節點的最短路徑長度；D(u)為源節點到節點u的當前最短路徑長度；ω(u,v)為節點u到節點v的邊的權重。為了確保通信內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據的安全性，防止信息被未授權方訪問或篡改。多通道應急組網技術在高效通信方面通過頻譜感知、自組織網絡、動態路由、加密與認證、快速部署等多重技術手段的應用，為救援行動提供了有力的支持。

2.3 多媒體數據傳輸

多通道技術通過并行使用多個通信頻道，提高了數據傳輸的帶寬和容量。在多媒體數據傳輸中，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。多通道技術的應用使得可以同時利用多個通道進行數據傳輸，從而提高了整體的傳輸速度。利用多通道技術的分布式網絡配置，救援人員能夠更加靈活地建立和管理數據傳輸通道。在復雜的救援現場，可能會存在不同的數據源和目標，而多通道技術允許根據實際需求配置不同的通道用于特定類型的數據傳輸。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圖像，以優化網絡資源的利用。此外，救援現場的通信環境可能受到干擾和變化，而多通道技術可以采用自適應調制和調頻技術，根據實際通信環境的變化調整傳輸參數。這種自適應性的調整能夠保證即使在惡劣條件下，數據傳輸仍能夠保持相對穩定的性能。在流程上，多媒體數據傳輸通常包括數據采集、編碼、傳輸和解碼等環節。多通道技術的應用流程涉及在這些環節中合理配置和管理多個通信通道，確保數據的高效傳輸。例如，在數據編碼階段，可以根據通道的特性選擇合適的編碼算法，以優化數據壓縮和傳輸效率。

3 測試實驗

3.1 實驗環境準備

設定不同的通信節點、通道和信號干擾情況，模擬真實救援現場的復雜通信環境，并在實驗中運行設計的自適應多通道切換算法，監測實時通道狀態，動態調整通信路徑。最后在測試過程中記錄救援通信成功率、切換時延、系統穩定性等關鍵指標，以便后續分析。

3.2 實驗結果及分析

經過4 次實驗，記錄的實驗結果如表1 所示。

表1 測試的實驗結果

如表1 中記錄的實驗結果所示，無干擾情況下，通信成功率達到98%，驗證了多通道應急組網技術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定性。強干擾情況下，通信成功率為93%，算法迅速切換到最優通道，保證了通信的持續性。網絡拓撲變化時，通信成功率為100%，表明算法能夠自適應調整通信路徑，適應復雜的場景。并且4 次實驗中多通道切換算法在各種場景下都表現出較低的切換時延，確保通信路徑的及時調整。該測試實驗表明系統在面對不同干擾和網絡故障時表現出較好的穩定性，為救援通信提供了可靠的支持。

4 結 論

本文通過對多通道應急組網技術在救援現場的應用進行深入研究，通過模擬測試實驗證明了該技術在提高救援通信可靠性和靈活性方面的顯著優勢。該技術在復雜多變的通信環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化算法和拓撲結構，以適應更復雜多樣的救援場景，并探索與其他新興技術的融合，提升救援通信的整體性能。