应急通信技术精选(十四篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的14篇应急通信技术，期待它们能激发您的灵感。

篇1

近年来，随着通信技术、计算机技术、微电子技术的发展和大型自然灾害产生的巨大影响，对应急通信的需求更显迫切，所以对应急通信的研究成为研究的热点之一。本文介绍了应急通信的概念、特点和主要方式，并对地震现场应急通信的特点和需求进行了专门阐述，希望为地震应急通信深入研究提供有益的参考。

关键词：

应急通信；地震应急；地震现场通信

我国幅员辽阔，地理、气候条件复杂，是全球遭受自然灾害最严重的国家之一，灾害种类多、发生频率高、损失严重[1]，特别是地震这种自然灾害。由于我国位于世界两大地震带――环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃，具有地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广等特点[2]，近年来汶川8.0级、玉树7.1级、雅安7.0级、鲁甸6.5级等破坏性地震相继发生，对通信基础设施造成了严重的破坏，给抢险救灾工作带来了很大的困难。应急通信是突发性紧急事件时通信需求的基础保障，建立并完善先进的应急通信系统是面对地震等突发性紧急事件时抢险救灾的重要工作内容，因此，对应急通信的研究具有极其重要的意义。

一、应急通信概述

现代意义的应急通信一般是指为应对自然或人为突发性紧急情况时，综合利用各种通信资源，保障信息传递、紧急救助或指挥调度等工作顺利开展所需的一种通信手段，它是一种暂时性、快速响应的特殊通信机制。应急通信除了需要满足时间突发性、地点不确定性、业务紧急性和信息多样性等要求外，还须具备部署快速、易于安装、健壮性好、扩展性强、成本合理等特点[1]，并提供可靠的信息传输服务。应急通信不是一种通信方式，而是一组支持不同应急需求、具有不同属性的通信方式，其功能结构图如图1所示。从应急通信功能结构图可以看出，应急通信根据通信需求不同可分为多种应急通信系统，如：（1）支持国家重大突发事件监视和预测的通信系统；（2）支持地方发现和处理突发事件的通信系统；（3）支持灾区最高指挥员实施现场指挥的通信系统；（4）支持现场抢救的通信系统；（5）现场电视转播系统；（6）灾区现场应急通信技术支持系统；（7）灾区群众自救和呼救应急通信；（8）灾区群众对外通信等。

二、应急通信主要方式

目前，应急通信主要采用的通信方式基本为两种，即有线和无线。

2.1有线通信。有线通信分为公用通信网和专用通信网。公用通信网最常见的是互联网，特点是覆盖的范围广，通信的容量大，承载的业务种类繁多，其性能也稳定，费用还低廉，是遭受一般自然灾害情况下应急通信最基本的信息传递手段，但其经受大灾害的冲击能力有限，紧急事态下在优先权方面的能力也很不足。因此，公用通信网抗大灾的能力有待继续提高[3]，目前国内外对基于公用通信网的应急通信研究也很少。专用通信网是专业部门使用的专用网络，如各国政府部门、军队等的专用网络。当紧急事态下对公用通信网实施强制管制时，专用通信网是保障消息传递、上下级命令、应急指挥等的一种重要通信手段，但专用通信网在覆盖能力、互通性及宽带业务提供能力方面存在很大的不足，难以满足如地震等重大灾害通信的需求[4]。

2.2无线通信。无线通信是利用电磁波信号可在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种通信方式，不需要专门布线，不受“线”的制约，在其信号所覆盖的范围内可方便接入，并可以实现在移动中的通信。因此，相较于有线通信，无线通信具有抗毁能力强、组网简单、灵活快速等特点，是处置各种紧急突发事件时最常用的通信方式。无线通信主要有：短波通信、超短波通信、微波通信、集群通信、无线局域网和卫星通信。

2.2.1短波通信。短波通信是一种依靠电离层反射进行传播的无线电通信技术，其波长在100米～10米之间，频率范围为3～30MHz。短波通信其通信距离较远，是远程通信的主要手段，并具有组网灵活、抗毁性和自主通信能力强、运行成本低廉等优点[5]，但由于短波传播所依赖的电离层高度和密度易受地形、地物、昼夜、季节、气候等因素影响，所以短波通信的稳定性较差，噪声较大。随着数字信号处理技术、扩频技术、差错控制技术及自适应技术的进步，以及超大规模集成电路技术和微处理器的出现与广泛应用，短波通信的发展及使用进入了一个新的阶段。短波通信最常见的是短波电台，目前，短波电台已实现数字化和小型化，具有体积小、重量轻等特点，特别是车载短波电台机动灵活，可随时随地架设，是应对紧急突发事件一种行之有效的应急通信手段。

2.2.2超短波通信。超短波通信也是利用电离层进行传播的一种无线电通信技术，其波长在10米～1米间，频率范围为30～300MHz(或扩展到1000MHz)，常用的有70MHz、150MHz、4MHz、9MHz等。超短波电离层传播有散射传播和透射传播两种主要形式，由于地面吸收较大和电离层不能反射，因此其主要特点是视距直线传播，同时有一定的绕射能力，工作频带较宽。超短波通信的缺点是频段频率资源紧张，并且传输距离短，一般只用于近距离战术通信，比如美国的“辛嘎斯”（SINCGARS)分组无线网和挪威的“战术数字通信”(TADKOM)系统[6]。超短波通信最常见的是超短波电台，与短波电台相比，具有通信频带宽、容量大、信号稳定等优点，是近距离无线电通信广泛使用的主要装备。

2.2.3微波通信。微波通信是使用微波进行传播的一种无线电通信，其波长在1毫米～1米间，频率从1GHz到30GHz，采用直线传播，反射能力强，不被电离层反射，可通达各种距离，中继距离一般50公里左右，可在各种艰难的环境中快速部署开通，具有通信容量大，通信质量稳定，受外界干扰小，抗毁能力强，小范围部署速度快等优点，能够提供电话、电报、传真、数据、图像等多种业务[4]，所以非常适合于应急通信。但由于微波的频率高，波长短，在空中传播特性与光波相近，基本就是直线前进，遇到阻挡会被反射或阻断，因此微波通信的主要方式是视距通信，超过视距以后需要中继转发。

2.2.4集群通信。集群通信是指利用信道共用和动态分配等技术实现多用户共享多信道的无线电移动通信，其最大特点是通信采用PTT(PushToTalk)方式，以一按即通的方式接续，被叫不需摘机即可接听，且呼叫接续速度快，并支持群组呼叫功能；同时，由于采用了信道共用和动态分配技术，用户具有不同优先级和特殊功能，可实现通信时一呼百应。因此，集群通信具有组网快捷、灵活，指挥调度功能强，支持优先级控制等功能，特别适合作为一种指挥中心到现场及突发事件现场应急指挥专网的应急处置通信手段，其主要缺点是网络的覆盖范围有限。目前，主要的集群通信技术标准有：欧洲的Tetra、美国的iDEN、中国的GT800和GOTA。

2.2.5卫星通信。卫星通信是指利用人造地球卫星作中继站来转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行通信，实际上是微波接力通信的一种特殊形式[7]，具有覆盖范围广且无缝隙覆盖、通信距离远、抗毁能力强、机动能力强、建立通信链路快、容易部署等优势[6]。因此，卫星通信既可用于平常的地面固定线路传输备份线路，又能够在紧急情况下快速建立广域网的通信链路，所以非常适合地震等突发事件紧急情况下对应急通信广度的需求。卫星通信的缺点是传输时延大，资源稀缺，存在盲区，容量有限，易受天气等因素干扰，且使用成本很高。

2.2.6无线局域网通信。无线局域网通信主要是利用射频技术使用电磁波在空中进行通信连接，实现发送和接收数据，具有组网灵活、易扩展、安装便捷、移动性好，配置简单、成本低等优点。IEEE802.11WLAN标准工作小组已经推出了802.11a/b/g/n等标准协议，理论最高传输速率可达600Mbps，正在研究中的802.11ac协议是一个新的802.11无线局域网通信标准，将通过5GHz频带进行通信，可实现1Gbps多站式无线局域网通信或最大理论传输速率2.34Gbps。无线局域网通信所能覆盖的范围从室内几十米到室外几百米，有效传输距离可达20km以上。目前随着对无线局域网关键技术和无线组网方式的研究越来越深入，基于无线局域网的应急通信研究也越来越多，典型的是基于无线自组网技术应用，主要有ADHOC网、无线传感器网和无线Mesh网。

三、地震现场应急通信

破坏性地震往往会对通信基础设施造成破坏，甚至损毁，使受灾地区对外通信中断，成为完完全全的信息孤岛[2]，给救灾组织、指挥调度、人员搜救、次生灾害预防等工作造成重大困难。因此，地震现场要利用各种通信资源，快速有效地实现灾情信息的传递上报，为救灾组织、辅助决策、指挥调度等提供支持。

3.1地震现场应急通信需求。地震现场应急通信需求主要分为以下六类：1）灾区指挥长实施指挥的通信需求，主要是要以现场指挥部为中心，配置覆盖整个灾区的通信网络，从而指挥部可以实现对灾区所有参与现场抢救的群体指挥调度。2）支持现场抢救的通信需求，用来实现现场抢救群体的领导者与群体成员之间协调。3）灾区现场应急通信技术支持系统需求，主要是用来实现灾区现场各种通信技术及系统之间互通，并延长传输距离。4）震情监测通信需求，主要用来实现流动监测等专业设备业务数据的传输。5）灾区民众自救和呼救的通信需求，主要用来实现灾区群众自救和呼救。6）现场转播通信需求，用来实现对灾区现场状况转播，方便后方掌握更多灾区信息。3.2地震现场应急通信功能。地震现场应急通信需要实现的主要功能有：1）现场指挥部能够实现与后方指挥部音视频、数据、图片等的传输。2）现场指挥部能够实现对灾区各救援群体的语音、数据通信功能。3）各救援群体间能够实现相互的语音、视频、图片传输等功能。4）能够实现现场的快速通信组网。

四、结语

我国目前正进入经济社会发展的关键阶段，应急通信对我国的国民经济发展和社会的稳定具有重要意义，特别是自2008年汶川、玉树等大地震后，我国对建立应急通信网络体系的重视程度大大提高，已经把建立应急通信网络体系作为事关国家安危的重要课题来抓，因此，加强对应急通信的研究具有极其重要的现实意义。

参考文献

[1]王成.应急通信技术综述[J].科技信息,2009(27):42-73.

[2]付荣国,肖飞.基于无线Mesh网络技术的应急通信技术应用[J].防灾减灾工程学报,2014,34(6):778-783.

[3]姚春华,武莹.公用通信网抗大灾害能力亟需提高[J].世界电信,2009,9:49-50.

[4]丁锐.专用通信网在应急通信中的地位[J].中国无线电,2012,3:31.

[5]孙月光,李健.关于四种应急通信手段运用的思考[J].数字技术与应用,2011,5:102-103.

[6]王海涛.短波自组网及其军事应用[J].现代军事,2007,1:39-41.

篇2

[关键词]短波应急通信网；协作通信技术；应用

中图分类号：X14.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）02-0035-02

当发生紧急情况或战争的时候，短波通信可以借助较高的自主通信能力和抗毁能力来实现信息的有效传输。与其他波长电波对比可以发现，短波以其独特的绕射能力和传播特性，可以有效的进行远距离通信。将协作通信技术引入到短波应急通信网中，不仅方便了维护工作的开展，而且还能有效的节约成本，并且具有较强的实用性。因此，需要根据短波应急通信网的优缺点，来对其进行全面的分析，以更好的提高短波应急通信网基本性能。

1.短波应急通信网概述

1.1 短波应急通信网定义

随着科学技术的不断发展，当发生紧急情况或战争的时候，大部分通信设备是无法进行信息传播的。此时，借助短波应急通信网可以有效的解决上述问题。虽然移动通信网络与资源无法进行有效的共享，但是所研发的短波应急通信网能够有效的贯穿于党政军民警，能够有效的实现部队与地方分用、分建的短波资源，从而保证生产工作的顺利进行。通过对短波应急通信网的有效构建，不仅能够有效的应对突发事件，而且还能推动各部门之间的有效协作，为处理突发事件奠定了良好的基础，同时还推动了我国国家和国防安全的建设。

1.2 短波应急通信网设计模型

通常情况下，短波应急通信网设计模型由上级指挥调度中心和前线应急现场两部分构成，上级指挥调度中心又包括计算机终端、大功率短波电台和语音终端构成。而前线应急现场包含有若干便携式背负式小功率短波电台，并且每一台短波电台都借助短波信道进行有效的链接。同时，前线应急现场能够对现场的实际情况给予全方面的了解和掌握，并将所获取的信息及时的上传至上级指挥调度中心，从而为抢险救灾和指挥调度等重大决策提供全方位的信息。图1描述的短波应急通信网设计模型。

1.3 短波应急通信网拓扑结构

短波应急通信网的拓扑结构将会对网络延时、系统性能、经济性等指标产生一定的影响，其主要是借助传输媒介把各种设备的物理布局有效的衔接在一起。通常情况下，短波应急通信网拓扑结构选择了分层分布式的多星状拓扑结构，其不仅能够避免由于局部故障而诱发的全网瘫痪现象，而且还具有较高的传输率和可靠性。短波应急通信网拓扑结构一般是由短波业务管理层、网络管理层和移动终端用户层等构成，其中短波业务管理层和网络管理层借助光纤介质来进行数据的传输，移动终端用户层包括车载模式电台和手持模式电台，其能够保持用户之间的人机通信，一旦发生紧急情况可以在较短的时间内实现盲区通信。短波业务管理层的主要工作是做好短波资源的管理，并为移动短波用户提供分布抗毁、随遇入网等业务的交换与控制功能，从而更好的实现用户数据的移动性管理和安全性管理，为短波应急通信网提供身份寻址和识别功能。同时，短波业务管理层选用了分布式布置的方式来进行各区域中心站的布置，具有成本低、安装位置灵活、抗毁性强、覆盖能力强等优势。将负荷分担机制引入到中心站间不仅能够提高其处理能力，而且还可以对用户的数据进行有效备份，从而提高了接入网的服务质量和可靠性；此外，还可以根据网络负荷状态和实时通信质量，来优选出最佳频率的短波资源动态，这样一来就可以创建出具有较强生存能力的短波应急通信防御网络。

在短波应急通信网中，高级别网管需要做好整个网络频率的调整和分配工作，并借助分层、分级的方式进行管理，其能够对所有短波通信资源进行系统的指挥和规划，从而保持同层之间相互补充，各层之间权责明确。短波应急通信网选择军民平时分管分用的方式来进行短波资源的管理，并实施了战时统管统用制度，从而有效的打破了应急救援中各自为战的现象。同时，短波应急通信网能够准确的为接入用户提供音频、视频、文字等灾情信息，能够实现对数据资源的有效备份和恢复，避免业务量过大或某设备通信故障而引起系统无法正常工作。

1.4 短波应急通信的常用手段

在重大自然灾害、战争等突发事件发生后，借助各种通信资源来确保紧急救援工作的顺利开展，并为其提供非常规的通信手段，即所谓的短波应急通信，其具有操作简单、组网快、性能稳定等特点。而广播电视网、移动通信网等常规通信网络组网非常复杂，而且在遇到突发灾害时其性能波动比较大，无法更好的完成应急通信。目前，短波应急通信一般选择无线方式，常用的短波应急通信手段有数字集群移动通信网、卫星通信网、短波通信网、微波接力通信网等四大类，他们均具有通信设备开通巡视、机动性好、抗毁能力较强等优势，现对其进行一一介绍。

（1）数字集群移动通信网。其具有快速响应、调度、安全保密等特点，选择了半双工通信方式来实现语音的有效传输，并且支持用户优先、群呼和组呼等功能，但是其所能覆盖的范围有限。

（2）卫星通信应急网。其具有传输环节少，覆盖面大，不受地物、地形和夂虻纫蛩氐闹圃迹通信距离远等特点，能够实现无缝隙覆盖信息网，但是对于卫星的控制与发射技术相对比较复杂，而且通信和造价资费比较高。

（3）微波接力通信网。其一般是借助微波地面视距传播的方式来实现接力站转接信号，从而更好的进行数据信息的远距离传输，其具有通信可靠性高、传输容量大等优势，可以更好的满足各种电信业务，有效地克服自然条件所带来的通信不便。但是微波接力通信绕射能力相对比较差，而且传输时容易受到外界的干扰，超过视距须中继才能完成转发，因此传输损耗比较大。

（4）短波通信网。其一般是借助天线向高空进行发射，当传播的过程中遇到电离层后就会发生发射作用并顺利的射回地面，并从地面反射回电离层，该过程中不需要构建中继枢纽就可以顺利的进行远程通信。短波传统通信方式具有机动性强、远距离通信、使用灵活等特点，因此在自然灾害和战争抗毁性强等领域得到了广泛的应用。但是其通信容量小，可供使用频带窄，而且容易受到多径效应、路径衰耗、电离层衰落等因素的影响，具有较差的通信效果和通信稳定性。

2.协作通信技术概述

2.1 协作通信技术定义

通常情况下，在无线信道中包含了多种移动通信形式，其会在一定程度上降低通信过程中信息传递速度，对数据传递的效率和质量产生一定的影响。同时，无线网络用户所涉及到的节点逐渐增多，但是宽带有限，从而增加了无线网络的业务量，因此对通信质量和信息传输效率提出了较高的要求，在一定程度上影响了无线通信技术的发展。然而，随着科学技术的不断发展，选择空域资源的多通信技术，可以有效的提升信息传递速率，以确保在实际的应用中新型无线通信技术更好的发挥其优势。而协作通信技术一般是以目的节点、源节点及中继节点等为基本的构成要素，并且中继信道的三个节点得以顺利工作的重要基础，在整个通信领域中得到了广泛的应用。在中继信道中，源节点负责发送系统中的信号，并且在系统运行过程中，中继节点不但要对系统源节点中的信号与信息给予发送，而且还需要对自身的信号与信息进行发送，并且在具体运行过程中，能够实现彼此天线的共享，从而有效的节省了信号发送所需要的资源，实现了系统间的协作性。

2.2 协作通信技术方案

协作通信技术主要是以中继为基础，现实生活中常见的技术方案有以下几个方面：（1）放大-转发方式（AF）：其一般需要先放大中继节点并接收到伙伴发送的信号，然后在将信号转发给接收端。（2）解码-转发方式（DF）：借助中继节点对伙伴发送的信号进行译码，然后重新进行信道编码调制并对其进行转发。（3）编码协作方式（CC）：其通常是把协作分集和信道编码有效的结合在一起，借助协作的方式来实现不同节点负责发送不同的编码码字，从而实现编码和分集的增益。

2.3 协作分集技术

在进行无线通信过程中，由于系统会遭受多径传输的影响，从而引起接收信号的强度发生随机变化，即所谓的深衰落，其会使通信质量出现明显的下降。虽然上述现象可以通过增大天线尺寸、发信功率等方法给予有效的改善，但是在实际应用过程中缺乏可行性。而协作分集技术可以有效的改善衰落过程中所造成的影响，其能够在不同的支路上接收承载相关性很小的信号，并借助合并技术将各支路信号进行处理后输出信噪比最佳、幅度较大的信号，有效的改善了系统的性能，降低了接收端深度衰落的概率，在协作通信系统中，常见的协作分集技术有：（1）频率分集：其能够实现在不同频率上发送同一信号来实现频率分集，在发送过程中要求其发送频率间隔适当的超过信道相干带宽，这样一来可以有效的确保传输信号衰落过程中独立不相关。但是具有较低的带宽利用率。（2）时间分集：在不同时隙上进行同一信号发送时能够完成时间分集。但是其具有较低的频谱利用率。（3）空间分集：又被称之为天线分集，其通常是把多个天线分别安置在发射端和接收端，以更好的实现相同信号的收发。由于空间分集能够有效的降低带宽利用率，因此对于推动高速无线通信的发展具有十分重要的意义。为了尽可能的提高发射信号的独立性，可以选择全向天线以更好的确保天线间距足够远。根据接收端和发射端天线数目，可以分为单输入多输出系统、单输入单输出系统、多输入多输出系统、多输入单输出系统。

与时间分集和频率分集相比，空间分集可以有效的提高其分集增益，从而达到改善系统传输性能，有效的对抗无线信道衰落，降低传输误码率，提高系统容量。

3.短波应急通信网中协作通信技术的应用

3.1 协作系统模型的构建

在进行短波信息传递过程中，将协作模式信息通信技术引入到了便携式的天线和电台中，其可以更好的实现彼此互享天线和电台，不仅可以提升系统对信息的存储容量，而且还可以提高信息传递和传输的安全性和高效性。而在短波应急通信网中，需要做好协作系统模型的构建工作，本文⒒岫MISO型协作模型进行分析，在该模型中协作便携式形式的信息的车载电台与传递电台可以使用同一根天线，以更好的实现对信息的有效传递。假设两个电台是中继选择的主要协作对象，在协作传输信号过程中，便携式电台 A、B能够被有效的

破译出来。设x2=（x1x2x3…xn）、z2=（z1z2z3…zn）分别属于便携式电台 A、B进行发送的数据，并且其下脚标i个分组，hi=（h1ih2ih3i…hni）（i=1，2）代表了发射天线i到车载式电台接收天线这段距离上的信道特征。nj=（n1jn2jn3j…nnj）（j=1，2），代表了接受天线j在不同时间段内所能接收到的不同噪声分量。同时，如果在特定的时间内各子中信道特殊属性保持不变，则说明该模式可以有效的提高信息传递的稳定性和安全性。

3.2 系统中信道容量分析

实际上，短波信道容量是进行短波应急通信网优劣的主要评价标准，而协作系统模型通常是在断臂衰落信道的基础上建立起来的，而且在衰落信道中所存储的信息存在不确定性，需要通过对衰落信道进行计算才可以掌握各态历经中断容量与信息容量，而后者可以对编码自身的增益给予直观的反映，而在整个系统运行中，中断容量可以对子集合增长的数量和数值给予充分的反应。因此，需要对协作通信 MISO模型中所涉及到的信道容量进行准确的计算，在该模型汇总由于信息接收方仅包含一根天线，并且将多根天线安装在了发射端，从而有效的实现了协作法分集，其 信道容量的公式如下：

式中，hi代表的是第i根电台与发射天线的复增益。与传统短波信息网络相比，协作通信技术可以适当的提高整个系统运行过程中的信燥比，而且还能实现对信息中断容量的有效扩张，并随电台与发射天线数量的增加而保持线性增长。通过对相关数据进行计算和分析可以发现，借助协作通信技术，可以使中断容量与信道容量随着电台与发射天线数值的不断增长而逐渐升高。同时，借助协作通信技术可以更好的提高通信系统自身的容量，一旦遇到紧急情况或战争的时候，能够实现数据信息的有效传输，有效的提高了数据传输的安全性。

3.3 协作通信系统能量效率分析

在短波应急通信网中引入协作信息技术，可以提高信息传输的稳定性和安全性，从而确保紧急情况或战争情况下，相关信息的有效传输。但是，协作通信技术所涉及到的能量效率方面还需要进一步的研究。因此，需要对无协作传输和协作传输过程中所需要的能量消耗情况进行对比，从而更好的推导出协作通信能量效率。通常情况下，在确保传输质量的同时，如果无协作传输和协作传输比值小于1，则代表协作传输可以有效降低对能量的消耗。通过相关研究可以发现，在进行协作通过过程中，当车载电台与原电台之间的距离小于10km时，将会导致整个系统协作相应增益值低于1，并且短波应急通信网未出现明显的增益，从而说明在对信息和数据进行远距离传输过程中，借助协作通信技术，可以有效的降低发送功率效果，即所谓在进行短距离信息传输过程中，与无协作传输的电台相比，协作通信技术所具有的优势并不明显，但是在进行远距离信息的传输过程中，电台系统能耗会出现明显的下降，因此需要具体情况对其进行具体分析。

4.结束语

总之，当遇到紧急情况或战争时，短波应急通信网具有较强的自主通信能力和抗毁能力，能够确保数据信息的有效传输，并且在数据传输过程中选择协作通信技术，可以有效的提高其通信传输的安全性和稳定性，尤其是在进行远距离信息传输过程中，电台系统的能耗得到明显的下降，从而为短波应急通信网的构建提供了一定的意见和参考。

参考文献

[1] 黎伟.基于短波应急通信网中协作通信技术的研究[J].通讯世界，2017，8（1）：143-144.

篇3

因为卫星通信具有不受到实践地点以及环境等影响的限制，其在传输上具有远距离传输、容易开通以及组建网络方式灵活，可以实现多个地址之间的连接，同时可对图像数据以及语音进行双向传输等优势，越来越受到应急通信的欢迎。在突发性灾害发生时，地面通信系统到致命的破坏，外界需要对灾区信息进行了解，就需要借助于卫星应急通信手段对重要信息和数据进行传输，使得相关部门或者指挥中心可以得到更为准确的情报，这对救援工作的顺利执行具有重要的意义，因此卫星通信系统为主的应急通信系统的建立具有重要的作用。

2VSAT卫星通信传输技术简介

目前，国内有三类传输体制被应用到卫星通信系统中，其分别是：TDM/TDMA、MF-TDMA和SCPS/DAMA。

2.1TDM/AlohaTAMA

TDM/AlohaTAMAZ体制作为一个纯星状的卫星通信网络，其系统中心站是利用出向广播TDM载波，在远端站进行接收，并在其中选择信息进行发送，使得可以有出境的信道；同时在主站进入境内的方向，借助于Aloha机制进行远端站以竞争的方式进行TDMA载波发送，以有入境信道的产生，这种信道的建立方式借助于碰撞后对信息的重新发射来保证通信的可靠性的。其主要特点在于：第一，多个远端站点以竞争和碰撞的形式进行重新发射，因此并不适用于通信效率低、系统通信时间延长以及对信息实时要求很好的情况；第二，由于这种体制使得每一个端站都要占据一个带宽，于是无论有没有业务数据的处理都要占用信道，使得信道复用效率会大大降低；第三，由于此类卫星系统是单一的网络系统，因此要借助于庞大的中心站进行广播信道传播以及小站进行信号接收，这存在着带宽比较大以及建设成本高等问题。

2.2MF-TDMA

MF-TDMA是在传统的时分多址方式的基础上发展出来的，其原理是将原来系统中一个高速TDMA载波以不同速率的小TDMA载波进行分解后，网络的所有站点可以根据实际通信对这些小载波进行选择通信。这种方式的特点有：第一，系统可以进行跳频和调速处理，这是由于多址方式对一个网络中不通速率和不通频率的载波进行信息接收和发射的支持，使得网络系统在处理信息时变得更加灵活方便；第二，单一平台上可以进行单跳、全网状以及星型和混合型的拓扑结构。这是MF-TDMA的TDMA体制的优势显示出来的，其可以适用于全网状业务的应用以及同时可以配置成星状业务的应用等，但不是十分适用于树状业务的应用；第三，系统是借助于TDMA的成帧格式对信息进行传输的，就需要对帧同步要有严格的建立；第四，系统的固定突发包以及固定帧的设计，使得对于带宽的利用上效率变低；第五，TDMA载波的速率不能过低，目的在于使得TDMA帧的效率得以提高；第六，纯TDMA体制比较昂贵，因此在选择卫星网络时要注重价格的选择。

2.3SCPC/DAMA

在对原来的FDMA技术进行改造后的SCPC/DAMA，可以使得每个信道上按照占用需求进行载波方式上对2个节点之间的通信。在该系统中，设置有专门对系统中信道的建立与释放的信令广播信道。远端站点支持对DAMA按照需要进行分配来对信息回传，可以借助于SCPC方式对任意两点进行通信处理。这种方式也具有一些特点，第一，SCPC/DAMA体制采用的是频分多址的处理方式，比TDMA通信的效率高很多；第二，SCPC/MADA体制的系统可以借助于DAMA按照需求进行反向回传分配，使得卫星带宽可以节约和提高对空间信道资源的使用率；第三，业务信道采用连续的载波方式，使得载波进行中断后恢复以及对系统进行加密更加便利；第四，SCPC体制的中心站建网初期费用比较低；第五，根据系统的设置对信道的申请分配自动的实现；第六，适用于星型、多级星型等网络传输方式。

2.4各种传输技术的比较

三种传输技术中，从对卫星通信网络的可以扩展性以及对网络应对位置业务的能力提升和对拓扑建设性能等方面进行综合分析，SCPC/DAMA系统具有较强的扩展性和灵活性，因此对网络进行建设时应该主要采用SCPC/DAMA系统。

3卫星应急通信网络系统的实现

根据某大型电网公司对卫星应急通信建设的要求，采用SCPC/DAMA系统进行系统建设，使得其中的每一个站点都能够和上一级节点站之间进行通信，并且可以根据业务上的不同需求对卫星信道链接进行自动的建立和断开，可以基于使用业务的传输流量的大小关系使得卫星带宽可以随时自动的调整。各个站点之间都要发射一个SCPC载波来建立双方向的卫星信道。当然，卫星的链路也能够采用非对称的信道方式，也即上行速率和下行的速率可以不一样的。电网应急通信建设方案中，可以对电网的调度中心建立其一个“一发射和六十接收”的中心站点，在各个厂站点上建立其“一发射和两接收”的远程端站点，各个厂站点之间可以直接的进行通信。加入后期需要在一个远端站和另一个远端站之间建立直接通信关系，只需要在原有的远端站上对系统进行升级处理即可，采用系统临时分配的子载波进行数据通信。

4结束语

篇4

目前常用的无线传输方式主要有WLAN、数字微波、卫星通讯、3G、4G公众网等。卫星通讯系统每套数十万元，造价昂贵；WLAN和数字微波通信技术属于基站局域网方式，需要建立多个中心基站进行覆盖，由于消防队辖区范围广阔，采用WLAN或微波扩频通信方式覆盖辖区需要大量建设基站，建设投资规模之大对于消防队来说是不可想象的，即使建成，高额的维护成本也将是消防难以承受的；3G（即第三代移动通信技术）经过多年的普及，已为整个社会提供了几乎无处不在的无线接入服务，它们的网络几乎覆盖了我们火灾事故救援可能出现的所有现场，但其数兆的速率不足以支持流畅的高质量的视频传输；4G（即第四代移动通信技术）能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等，其100Mbps以上的传输速率完全足够支持火灾事故救援现场指挥部与指挥中心之间的任何多媒体信息传送。

2可行性分析

2.14G通信技术

4G通信技术即第四代移动通信技术，外语缩写：4G。该技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G是集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等。4G能够以100Mbps以上，峰值1Gbps的速率下载数据。很明显，在无线数据传输方面4G有着不可比拟的优越性。

2.2移动GIS技术

空间信息技术和4G技术的结合是GIS应用发展的必然趋势。特别是空间信息技术的长足发展，GPS系统定位精度已经能达到厘米级。PDA智能手机、车载终端等智能移动设备的出现、4G网络与各种移动终端设备广泛结合，为GIS的移动应用提供了良好的支撑环境，GIS正由桌面PC向移动终端发展。这种终端设备处于移动状态下使用的地理信息系统即为移动GIS。移动GIS使用我们可以通过移动终端设备随时随地获得相关地理信息服务。这种GIS与4G网络的有机结合为移动用户基于位置的信息获取、信息交换、信息和信息共享提供了便捷、经济的技术途径。

2.3无线视频传输技术

最新全IP视频传输技术在摄像机内置Web服务器，直接提供以太网端口。这些摄像机生成高质量JPEG或MPEG4、H.264数据文件可通过4G网络，实时传送到指挥中心。

3安全性分析

消防应急指挥系统依托消防指挥专网，涉及到网络安全保密问题，系统安全、稳定、可靠性至关重要。运营商成熟无线专网安全认证技术APN（网络接入点名称）可以限制非法SIM卡用户登录，实现UIM卡、用户名、密码、IP地址绑定功能，有效限制非法用户登录专网，从技术上完全可以保障网络安全。

4系统设计

基于4G通信技术的消防应急指挥系统以计算机网络和4G通信技术为基础，集地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系统（GPS）、视频监控、无线网络传输（4G）、计算机辅助决策、数据库管理等技术于一体，具有消防现场应急指挥、消防力量实时调度、消防车辆、人员、物资等动态管理等功能。基于GIS系统，使现场位置、环境、水源、道路、图像、视频、力量分布、物资储备等辅助决策信息有机集成，分级分层显示，为指挥员实时、直观、全方位、多层次获取决策信息提供便捷。这种基于4G技术的消防应急指挥系统是一个以统一的坐标系为基础，以基础地图数据、消防专题信息数据、属性信息数据为资源，以计算机网络为载体，以GIS、GPS、实时视频传输等现代信息技术为支撑，实时服务于调度指挥等工作的消防管理手段。

5主要功能

（1）消防力量动态管理。通过GPS、GIS系统，实时获取每一台消防车辆、消防员的实时位置，有效掌握消防力量的动态分布，为及时、就近调集力量提供依据。（2）报警定位。接处警人员通过报警人提供的信息与GIS定位信息比对，有效判断报警信息真伪，避免无效出警，节约消防资源。（3）就近调派消防力量。通过辅助决策系统圈点满足现场需要的就近消防力量、规划到达的最近最便捷路线，指导现场人员就近使用水源、物资，为有效处置火灾事故争取宝贵的时间。（4）实时掌握现场人员动态。对于进入危险场所的救援人员，可通过GIS系统实时监视其动态，为增援、救助、搜寻提供直观依据。（5）信息共享。实时将现场环境、力量分布、救援过程等视频、图像、数据信息上传至指挥专网，使用各级指挥员、领导、专家通过台式电脑、笔记本、PAD、智能手机等各种方式随时随地掌握现场情况，为现场指挥员提供远程技术支持。（6）移动指挥。通过无线接入，将接处警终端部署至移动指挥车上，使指挥车具备指挥中心的所有功能，实现随时随地移动指挥。

6优越性分析

（1）投资小，见效快。可以充分利用移动运营商现有的网络资源，部署方便快捷，无需昂贵的基站、卫星地面站等基础建设维护及传输线路、卫星信道租用等费用，实施成本低，建设周期短，可谓投资小，见效快。（2）覆盖范围广，易扩展。经三大运营商多年建设，4G网络现已基本覆盖县级以上城市，3G网络几乎覆盖了消防救援可能出现的所有现场，而灭火救援现场主要集中在县级以上城市，技术上可以采用3G、4G互为备份，优先使用4G网，4G网失效时降低视频传输质量，使用3G网，这样前端设备就可任意部署在公众3G、4G移动通信网络信息覆盖的任何地方，具有极强的机动拓展能力。（3）数据传输可靠度高。三大运营商网络的重叠覆盖，互为备份，在任何地点，都不会出现因某个运营商的服务中断而导致数据传输中断，效保证了系统信息传送的稳定、持续、可靠性。

7缺点及对策

移动运营商的基站依靠埋地光缆交换信息，依靠地方电网提供能源。如果出现地震等大型灾害事故导致大范围光缆断裂或大面积长时间的停电事故，所有3G、4G网络将可能全部中止服务，此时基于3G、4G移动通信网络的消防应急救援指挥系统将无法工作。不过按照已有的统计数据来看，能达到破坏程度的灾害事故发生的概率还是极低的。更何况消防部队大多都配备了卫星通信设备，全国消防部队可用卫星链路资源32M主要用于保障全国性的大型灭火救援事故现场通信或重大活动。

8应用价值

篇5

[关键词]应急通信技术；通信技术；发展；应用

中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0387-01

应急通信最先应用于军队，从早期的同频单工电台到现在的车载、机载、舰载的各种野战系统，无不体现了军用应急通信系统在部队战备行动、训练施工、抢险救灾、应付突发事件中的重大作用。应急通信还广泛应用于邮电无线机动通信以及公安110、119、122、医疗120报警等众多领域。所有这些系统，都表明了应急通信在保卫人民生命财产安全中的重要地位和作用。

1 应急通信技术发展

应急通信技术与通信技术、计算机技术、微电子技术的发展密切相关，是现有的通信技术的集合。它利用各种通信的特点互相补充，构成有无线通信相结合的多手段、多路由的通信网络，充分利用车载短波、微波、蜂窝移动电话、集群通信、卫星地球站等通信设施组成机动通信系统，各系统既能独立使用，又能互相联网，以便在遇有突发事件时，机动通信车迅速到达现场，提供话音、数据、图像等多种业务，真正做到快速反应、协调配合、统一作战。

应急通信所采用的各种通信方式和特点分别为：

1.1 有线通信

覆盖范围广，通信容量大，业务种类多，性能稳定，是邮电通信的基本手段，也是应急通信信息采集和通信指挥的主要手段。然而有线通信以光缆、电缆为主，受到地理条件的限制且抗毁能力差，一旦被摧毁，通信将会阻断且很难恢复。

1.2 无线通信

以104～3×1012Hz频率的电磁波传输信息，早期以中、短波为主，本世纪40、50年代后，超短波、微波通信业务得到迅猛发展，移动通信的出现使得人们“通信不受时空限制”的愿望成为现实。无线通信抗毁能力强，具有机动灵活、组网方便的优点，是应急通信的有效手段。

主要包括：

（1）短波通信

短波频率范围3～30MHz，它依靠电离层反射进行传播，抗毁能力强，投资省见效快，是任何其它无线通信无法比拟的，因而在应急通信中具有特别重要的使用价值。小型短波电台机动灵活，可以随时随地架设；车载单边带具有快速反应能力，一旦遇有突发事件，即可出动通信车，系统亦可接入公用网，提供电话、电传、人工电报及传真等业务。短波通信虽具有以上优点，但却存在传播媒质不稳定，干扰大，可靠性差，通信容量小等缺点，因而只能用于低层次的通信联络。

（2）超短波通信

超短波频率为30～300MHz（或扩展到1000MHz），是移动通信使用的频段，常用的有70MHz、150MHz、450MHz、900MHz等。超短波基本上是视距直线传播，具有一定的绕射能力，不被高空电离层反射，因而可实现频率的地域复用。蜂窝移动电话系统将需要服务的区域分为半径约1.5～15km的若干基地站区，其频率可以在不同蜂房内多次复用，因而可在一定频率带宽范围内构成大容量系统，具有信道容量大，组网灵活等优点。集群移动电话系统是专用的无线调度通信系统，由于它采用程控交换和频率集中管理，将多个信道动态地分配给众多的用户共享，因而与以往的一对一对讲、单信道的一呼百应以及进一步的选呼和多信道的自动拨号等专用无线调度相比，具有信道利用率高，系统性能价格比优等突出优点。

（3）微波通信

微波频率从1GHz到30GHz，采用直线传播，其绕射能力弱，反射能力强，但不被电离层反射，因而用作定点通信。微波中断可以通达各种距离，中继距离一般为50公里左右，具有通信容量大，受外界干扰小，抗毁能力强等优点。微波通信可与有线网直接相连，提供电话、电报、传真、数据、图像等多种业务，数字微波的保密性更适于应急通信。一点多址微波系统是利用无线电传输实现用户业务自动转接的区域性通信，其通信覆盖范围可达300～500km，适于人口稀少、居民分散、远离市区的郊县、农村、山区使用。

（4）卫星通信

卫星通信是微波接力通信的一种特殊形式，它利用人造地球卫星的微波中继器进行地球上（包括地面、海洋和空中）无线电台、站之间的通信。卫星通信系统通信容量大、覆盖面广，通信距离远（其一跳的距离可达18000公里，相当于400个微波站的中继距离），传输性能稳定可靠，具有多址联接能力，地面站可设在任何地方，不受地理条件的限制，因此不论平时、战时都是理想的通信手段。甚小地球站（VSAT）卫星通信系统对于连接大量分散点或边远地区的小容量通信更有吸引力，在应急通信中亦有广泛应用。

2 接警功能

当有110、119/122报警电话呼入时，数字程控调度机将话音和主叫号码分配到空闲的接警工作台，席位计算机通过用户号码资料库查询，显示主叫号码、姓名、单位、地址等信息。接警员摘机对报警人进行身份证实，同时对警情进行登录，数字、文字、图像由接警员按系统提供的接警记录空白表格进行案情录入、编辑、归档处理，语音记录由数字录音系统自动完成。对于技防系统，一旦探测设备（探头、传感器等）产生报警，报警控制单元立即通过专用线路、电话线路或无线信道将信号传送给公安指挥中心。公安指]中心的技防接口计算机对报警信息进行确认，查找相应数据库，将报警点信息传送给处警工作台，同时通过控制设备自动启动防范系统（如打开电源自动摄像、录像或启动灭火设备等）进行预处理。

处警功能：处警员根据警情查询有关公安专用数据库信息，并通过电子地图、GPS定位、视频监控等系统对警情进行分析判断，同时进行警力的指挥调度。调度操作简便，一键到位。例如对于某警员，只需操作一键到位键和用户键，即可实现对其办公电话、手机、住宅电话、BP机进行自动顺序拨号呼叫。调度的组呼、多方通话、会议以及用户状态监视功能为警力的有、无线指挥调度提供了方便。

警情归档：完成对警情及处理情况的进一步补充、查询、统计、编辑、打印，将处理结果存档。视频监控系统是一种警用实时动态信息系统，它利用光纤、微波链路以及闭路有线电视信道进行图像传输，实现对辖区范围内的交通路口、车站、广场、码头等重要场所的全方位、全天候监视，并可实现报警联动，即在被监视点报警的同时自动摄像、录像。公安指挥中心可配置电视墙、大型投影显示屏、录像、印像等设备对各监控点进行实时监视，通常采用树型结构三级组网，第一级为公安指挥中心，第二级为交警和各分局、第三级为各派出所。第一级（公安指挥中心）可对所管辖各区的监视于视频监控，没有完善的信令标准，为了保证对各级监控点摄像机、云台动作的控制，视频监控设备应尽量采用同一厂家的产品。

篇6

1.1监控定位

突发事故的时间和地点是不确定的，因此，应当在容易发生事故的地点安装事故监控设备。目前现有的监控方式主要是图像监控，例如重点单位监控、现场摄像、高层建筑图像监控等。这种监控方式具有可靠性高、实用性强等方面的优势。但同时也存在着维修费用和设备成本较高的缺陷，因而难以得到广泛的普及。而现代通信技术的应用，能够使用光纤或者无线高速接入互联网的方式，实现现场图像的传输，同时具备安装简单、成本低廉、设备轻巧等优点，能够较好的实现普及应用。一旦发生突发事故，可以通过有线光缆或者无线的方式，将事故现场的图像进行迅速的处理，并且向相关的应急救援中心进行反馈，为其提供第一手的真实资料，使其能够尽快制定出正确的应急救援方案，确保应急救援工作的顺利实施。除此之外，还可以通过通过物联网和其它通信技术，实现对事故地点的烟雾毒气探测、生命探测和精确定位，准确的掌握事故地点的情况，从而尽早开展应急救援工作。

1.2数据管理

在现代通信技术当中，应用的较为广泛的就是4G技术，除此之外还有短波无线传输图传、微波点对点通信、卫星通信等技术，它们共同的特点都是重在大数据的处理，都具有十分快速的数据传输速度，而在应急救援工作的开展当中，要确保数据通信的稳定性，则往往需要利用多种通信技术融合运用。对4G技术进行应用，能够有效的防止应急救援工作指挥中心的数据遭到破坏或丢失，该技术具有十分良好的保密效果，因此，在目前的应急救援系统当中，对其进行多次协议控制，对数据的安全性进行保护，从而保证通信的畅通，使得应急救援工作能够更有针对性的开展；短波无线图传适合进行短距离大数据量的通信，保证救援现场的通信质量要求；卫星通信则是指挥中心和现场指挥平台最有效的远距离通信技术手段，但由于其通信成本限制，只能够保证一定的数据传输；点对点微波数据传输是视距范围内的通信，可以作为主要数据通信技术手段的有效补充。

1.3视频通话

视频通话是通过图像和声音结合的形式进行通信，在开展应急救援工作的过程中，为了能够及时的掌握最新动态，往往需要在指挥中心、现场指挥人员、一线救援人员和被救人员之间进行多人通话。而利用高清视频通话技术，能够有很好的实现这种通话，不仅能够让所有人员直观清晰的了解事故现场的实际情况从而进行更好的指挥和救援，而且能给予被救人员信心和估计，因此在应急救援工作当中，视频通话具有十分重要的意义。

1.4指挥调度

在当前的应急救援工作当中，通常包含了三个系统，分别是通信终端、车载系统和指挥中心。一旦发现突发事故，当救援车辆出发之后，现代通信技术会将车载系统和指挥中心进行连接，从而在事故现场和指挥中心之间建立联系。首先是利用通信终端近距离与车载系统取得联系，然后车载系统利用远距离通信手段和指挥中心建立双向信道，将事故现场的图像和信息资料传送给指挥中心，指挥中心根据接收到的图像和信息，迅速制定相应的救援方案传达给现场指挥员。这样，就能够实现有效的救援指挥和调度，确保应急救援工作的顺利进行。其中车载系统在整个运作体系中起到承上启下、至关重要的作用，这个系统应该是由机动载车平台装载各种技术先进的指挥及通信电子信息系统和设备构成移动指挥通信系统。系统应具有快速响应性、可部署性、灵敏性、多功能性等特点；装载设备选择遵循数字化、信息化、智能化、模块化、标准化、野战化的原则；通过在安全性、可靠性、电磁兼容、人机工程、可维修性、机动性等方面进行综合论证和优化设计，达到手段先进、功能超前、结构优化、机动灵活、快速反应的目标；在通信手段上支持多样化、多渠道通信，满足在各种情况下应急移动指挥通信系统间、移动指挥通信系统与现场指挥人员、指挥中心和被救人员间的互连互通，最终实现应急移动指挥通信系统使用要求和战术技术要求。

2结论

篇7

关键词：煤矿事故；应急救援；应急通信；通信网络；煤矿物联网

1引言

煤炭在我国一次能源的生产和消费中占有重要地位，我国煤炭开采长期遭受瓦斯、水害、顶板等事故的困扰[1]。尽管绝大多数矿井部署了通信联络、灾害预警等辅助系统，但是重大事故仍时有发生，造成的人员伤亡依然十分严重。因此，在煤炭主体能源地位无法替代、煤矿事故无法完全避免的情况下，提升煤矿事故应急处置和救援能力已上升为国家战略：国家安全生产“十三五”规划明确将“应急救援能力建设工程”作为重点建设工程之一，煤矿安全生产“十三五”规划要求“提升煤矿事故应急处置能力，完善煤矿应急救援体系”。

根据《煤矿安全规程》的规定[2]，事故救援前必须进行灾区侦察，根据探测到的事故地点、波及范围、灾区人员分布、潜在危险等因素制定救援方案和实施救援。在灾区侦察和事故救援中，迫切需要建立救援人员和地面救援指挥中心的通信联系，确定被困人员及事故的位置，帮助救援指挥人员掌握现场态势。尽管各种有线或无线通信设施在生产监测控制和灾害预测预警中发挥了巨大作用，但是一旦发生事故，事故区域的部分通信节点和感知节点将会在事故中损毁，导致有线通信线路中断，无线节点难以组网，进而导致沟通联络没有保障，人员位置无从知晓，现场感知难以进行。显然，为救援工作大规模部署有线或无线设施不太现实，因此，建设可靠的应急通信系统，利用残存资源和少量新添设备，满足事故救援所需的沟通联络等需求，是实现及时有效救援的重要保障。

矿井应急救援通信系统必须具有灾变情况下的顽存能力、灾变后的按需重构能力，以及通信与感知并重的特性。然而，当前煤矿中有的没有安装应急通信系统，仅仅部署了用于正常生产的矿用通信网络；有的虽然部署了应急通信系统，但只是地面网络系统的简单移植，使用效果并不佳。随着有线/无线通信技术的迅猛发展，以及物联网和云计算的快速成熟，矿井应急通信呈现出可重构化、协同化、云计算化[3]，甚至“空天地井”联合优化的趋势[4]。本文拟对矿井应急通信的基本原理、发展现状、主要挑战和发展趋势进行全方位的综述，并提出一种新颖的基于煤矿物联网重构的应急通信模式，为矿井应急通信研究提供一定借鉴。

2煤矿应急救援的通信需求与总体架构

矿井应急通信系统是整个煤矿通信系统的有机组成部分，旨在建立起救援一线与地面救援指挥中心的通信联系，服务于煤矿灾后探查和应急救援。本节通过分析煤矿应急救援的通信需求，构建煤矿应急通信系统的架构体系。

2.1煤矿应急救援的通信需求分析

如上文所述，当前煤矿的做法通常是将为正常生产而部署的煤矿通信系统兼做应急救援网络，因此有必要考察一般煤矿通信系统的影响因素。煤矿通信系统的结构选择受多个互相矛盾的因素制约，主要包括以下3个方面。

1)数据类型多样。煤矿安全生产数据既包括机械化设备的运行状态、井下作业人员的位置信息和生命体征、煤矿巷道内的环境信息，也包括安装于井下关键区域的监控视频，以及地面和井下或井下不同区域之间的语音或视频等。此外，随着煤矿生产过程的推进，新的数据需求还会不断产生。因此，矿井骨干传输网络的吞吐量必须足够大，以保证大量异构煤矿安全生产数据的有效传输。

2)传输及时可靠。只有准确掌握生产现场的一手资料，地面决策指挥人员才能全面掌控井下的动态生产情况，以便进行有针对性的安全监控和生产调度。同时，及时准确地将地面调度指令传输到指定人员和设备，是保证生产效率和安全水平的必备条件。因此，煤矿通信中的传输可靠不但体现了无丢失、无差错的基本要求，而且包含了时延、时延抖动、确定性等QoS(qualityofservice)约束。

3)部署方便灵活。井下多数巷道（特别是主干巷道）是固定不变的，适合部署高带宽大容量的有线通信系统。另一方面，综采工作面和掘进工作面等巷道随着开采的推进而动态变化，适合部署成本低廉、结构可变、移动灵活的移动网络。另外，没有主干网络的分支巷道，也宜使用无线网络系统作为有线网络的有益补充，以便扩大通信网络系统的覆盖范围。

煤矿应急救援场景下通信联络的目的与正常生产情况有很大差别。正常生产情况下，所有通信和信息化设施均为煤炭生产服务，目的是保安全提效率。而煤矿事故通常会造成部分井下人员因巷道堵塞或受伤严重的原因而无法主动撤离，不得不在井下等待救援。在时间就是生命的情况下，通信联络的首要目标是抢救被困人员。在开展救援时，及时准确地掌握事故发生地点、事故区域环境参数及其变化情况、巷道破坏程度、影响范围、探测被困人员位置并了解其身心状态等信息，是进行救援决策和实施救援的重要依据，而事故区域和地面之间的通信联络系统是实现事故现场感知和信息传输的先决条件。

因此，煤矿应急通信具有如下典型特点。

1)数据量大小不是重点。应急救援通信的第一要务是确定被困人员位置，只要能够建立救援人员和被困人员的通信联络，哪怕只是打点信号，都能够极大程度地避免救援的盲目性，大幅提高救援成功率。

2)顽存性强。煤矿应急通信设备极有可被煤矿事故损毁，应通过地下埋入、钢管内铺缆、适度冗余等方式，增强通信系统的抗灾能力。

3)重构能力强。矿井内的应急通信节点应具有极强的自组织能力，在事故发生后，残存通信资源应能够快速自主地重构成网，第一时间为救援决策指挥提供事故现场信息。

4)通信与感知能力并重。应急通信节点应具有现场态势感知能力，从而帮助救援人员安抚被困人员情绪，指导被困人员自救和互救，实现被困人员与救援人员协同救援，增强救援针对性和救援效果。

2.2煤矿应急通信系统的总体架构

根据信号传播介质的不同，可将煤矿应急通信系统分成4类，即有线系统（TTW，throughthewire）、无线系统（TTA，throughtheair）、透地系统（TTE，throughtheearth）、混合系统（MMT，mixedmediumtype）[5-6]。TTW可以采用双绞线、同轴电缆、漏泄馈线、光缆，甚至电力线等线缆，但每种线缆都有其特性和缺陷。TTA技术种类繁多，所工作的频段也各异，进而导致通信容量、传输时延等存在很大差别。TTE利用超低频或甚低频电磁波穿透能力强的特性，以大地为传播媒介传输信号，主要应用在地面和井下之间无法部署通信线缆且难以使用TTA技术的场景。

考虑到上述制约因素，煤矿应急通信系统通常采用一种混合结构，如图1所示。从传输媒介而言，该结构混合使用了有线网络和无线网络，采用一个骨干、多个分支、若干专线，辅以无线通信网络的模式[7]。一个骨干即一个骨干网络，大多采用千兆甚至万兆工业以太网，可通过2个井筒与地面连通，也可通过单个井筒，图1中给出的是2个井筒的示例。各种矿用通信设施就近接入或通过分支交换机接入骨干网，或通过现场总线（如CAN（controllerareanetwork）、Profibus、RS-485等）接入骨干网[8]。从拓扑结构而言，该结构采用环型、树型、网状型混合拓扑结构，其中，骨干网络一般采用环型结构，以增强数据传输的确定性；分支网络通常采用树型结构，以增强网络部署的灵活性；无线网络大多采用网状型拓扑，以提高网络的覆盖率和可靠度。

图1所示的混合式煤矿通信网络结构能够充分适应煤矿环境中的制约因素。由于采用了千兆甚至万兆工业以太网，因此能够传输类型多样的煤矿数据。由于工业以太网解决了普通以太网的实时性和确定性难题，能够保证数据的及时可靠传输。由于可用现场总线和无线网络对主干网络进行按需扩展，满足了部署灵活的要求。甚至为了增强应急通信系统的抗灾能力，有些矿井在有线网络的线缆选用和施工中做了特殊处理，比如选用抗拉能力和抗砸断能力强的线缆，将线缆埋入在巷道底板中或穿入钢管中。此外，辅以具有重构能力的煤矿物联网、具有穿岩能力的通信系统（如透地通信），将大幅提高应急通信系统的顽存性、感知能力和重构能力。

3煤矿应急通信技术的发展现状

3.1TTW煤矿应急通信系统

虽然磁石式电话、声能电话、贝尔信令电话、拨号与寻呼混合系统、无源光网络等都在煤矿通信系统中得到过应用，但是应用较少，本文只讨论目前使用最为广泛的现场总线和工业以太网。现场总线是应用在生产现场的一种分层通信网络，用于连接现场的智能设备（如传感器、执行器等）、控制器（如PLC（programmablelogiccontrouer）、调节器等）、人机接口等设备[10-11]，实现控制中心与现场、现场设备之间的数值、状态、事件、控制命令等数据的传输。与传统的直接使用通信线缆连接设备的方案相比，现场总线的信息传输质量更高，传输的数据量更大，能够大幅节省电缆和减少安装费用，添加或删除现场设备更加容易。在煤矿通信网络中，现场总线通常被用作骨干网络的分支，而骨干网络则采用既能满足现场需求，又与办公网络一脉相承的工业以太网。

要将以太网用于煤矿领域，重点是解决以太网的不确定性和非实时性问题[12-13]。以太网的MAC（mediaaccesscontrol）层采用了CSMA/CD（carriersensemultipleaccesswithcollisiondetection）协议，其发前侦听机制虽可降低冲突发生概率，但是难以做到完全避免。一旦检测到冲突，网络中所有站点必须随机退避一段时间后方可尝试再次发送。因此，数据在传输过程中是否会发生冲突无法预测，发生冲突后等待多长时间才能重发无法预知，数据最终能否传输成功没有保证。因此，以太网的数据传输不但是非实时的，而且具有相当大的不确定性，这对需要实时监控的煤矿生产和应急救援而言是致命的。针对这一问题，工业以太网多从抑制冲突、降低冲突概率，或以确定方式解决冲突等方面入手加以解决。

很多现场总线协议不能提供额外时间保证，即使能提供也很有限，比如Ehernet/IP、ModbusTCP、ModbusRTPS、ProfinetCBA和ProfinetI/O。有些协议使用了额外的层，比如EPL（ethernetpowerlink）、EPA（ethernetforplantautomation）、P-NetonIP、VNET/IP和TCnet。EPA采用了基于固定周期的TDMA（timedivisionmultipleaccess）策略，它抛弃了效率较低的轮询机制，节点之间的同步通过IEEE1588协议实现。ProfinetI/O解决了自动化设备的远程输入/输出（I/O，input/output）问题，所有自动化设备和I/O设备之间的信息交换是周期性的。ProfinetIRT添加了同步传输，每个节点连接到一个专门设计的交换机，在传输同步数据的时候，其他数据会被交换机阻塞。此外，该交换机也具有直通功能和数据优先级功能，从而使同步数据的抖动较小，同时极大地降低了高优先级数据的时延。

由于具有上述优势，Profinet在煤矿行业主干网络中的应用非常广泛[14]，用以无缝整合现有各个子系统[15]，如矿井提升系统、运输系统、通风系统、变电系统、排水系统、安全监控系统等，实现整个生产环节的统计监控、统一调度和管控一体化。ControlNet及我国具有自主知识产权的EPA也有一定应用[16-17]。主干网通过工业级交换机为全矿地面及井下各个子系统提供方便灵活的工业以太网接口，如果在使用过程中光纤网络在某点断开，网络也能照常工作，而且系统能及时诊断出故障点以便维修。敷设光缆根据环网需求和冗余性选用单模阻燃光缆。需要注意的是，为了保证调度的可靠性，《煤矿安全规程》规定矿用有线调度通信系统必须专线专用，不能接入骨干网络；矿井安全监控系统不能和图像监视系统共用同一芯光纤。

3.2TTA煤矿应急通信系统

矿井无线通信系统具有不同于地面系统的一些特殊要求[18]，比如设备必须防爆、抗衰落、抗干扰能力强，体积不能太大、发射功率要小，并且要具有较强的防尘、防水、防潮、防腐、耐机械冲击等性能。目前，可用于煤矿的无线通信技术较多[19]，如蜂窝通信（井下小灵通/3G/4G/5G）、Wi-Fi、无线传感器网络（WSN，wirelesssensornetworks）、可见光通信（VLC，visiblelightcommunication）、RFID（radiofrequencyidentification）、UWB（ultrawideband）等，本文重点介绍在矿井中广泛使用的Wi-Fi、WSN和具有极大应用潜力的UWB和VLC技术。

3.2.1矿用Wi-Fi

基于IEEE802.11系列标准，传输速率较高，已成为井下主流无线网络技术的有力竞争者。从1999年Wi-Fi1和Wi-Fi2所对应的标准IEEE802.11b和IEEE802.11a，到2018年10月Wi-Fi5标准IEEE802.11ac[20]，Wi-Fi技术已经非常成熟。最新的Wi-Fi6增强了稠密和拥挤（即大量用户同时访问）情况下的性能，能量效率和频谱利用率更高。IEEE802.11通过点协调功能（PCF，pointcoordinationfunction）管理信道接入[21]，来处理对传输时间要求严格的数据的冲突和退避。混合式协调功能（HCF，hybridcoordinationfunction）对PCF进行了扩展，以支持参数化数据流，这与实际的传输调度更为接近。

矿用Wi-Fi无线通信统结构简单[22]，支持TCP/IP协议，扩展性好，方便与基于工业以太网的骨干网络互连互通，从而实现数据、语音和图像的综合传输。同时，矿用Wi-Fi系统也支持Mesh网络技术，能够开发出强插、强接、群呼、录音、脱网通信等功能，并可通过网关实现与调度通信系统的无缝连接，实现矿井的移动语音调度。此外，通过对调度平台、AP（accesspoint）、终端设备的集成优化，可在一定程度上克服跨AP通话时可能出现的无线信道带宽不稳定、语音通话时延较大、断话等方面的缺陷。

3.2.2矿用WSN

WSN由分布式的自治节点构成[23]，这些节点具有低功耗、可编程、多参数感知、组网简单灵活等特点[24]，对网络故障和节点移动具有较强的适应能力，在进行事故救援时的应急通信组网中具有较大优势。矿用WSN的核心功能是实现数据的采集，并具有一定数据转发能力，但是大量数据的传输仍然需要借助有线网络或Wi-Fi等无线网络，如图2所示，因此WSN节点一般部署于无线网络与有线网络接口的周围。前面已经述及，矿井有线网络一般采用工业以太网或现场总线，而无线/有线网络的接口位置往往由有线网络决定[25]，因此需要通过研制合适的节点部署策略，矿用WSN以便适应有线网络接口位置，使覆盖度和感知效率满足使用需求。

矿用WSN节点可分成3种类型，即传感节点、路由节点和协作节点[9]，其中，传感节点负责采集感兴趣的矿井现场数据，并将感知结果转发给路由节点；路由节点将数据传输给无线网络和有线网络接口网关；协作节点通过协同的方式为别的节点提供数据转发服务，它可以是路由节点，也可以是传感节点。为了满足矿井WSN节点的感知需求，WSN节点宜采用MEMS（microelectromechanicalsystem）等新兴技术，克服传统催化式矿用传感器的缺陷，如催化中毒导致感知结果误差严重、耗电过快导致监测空洞等问题。为了保证数据的可靠传输，WSN节点应具有较强的自适应组网能力和重构能力，以适应煤矿巷道通信信道复杂多变的特点，并提高应急情况下网络损毁后的快速自愈能力。

3.2.3矿用UWB

UWB的强穿透力对于救灾救援信号的传输十分有利。由于UWB采用了持续时间极短、占空比极低的窄脉冲信号[18]，因此通过多径信道后的直射波、反射波或折射波不易重叠，接收机在接收的时候容易分辨出不同路径的信号，有助于降低煤矿巷道中强多径效应的影响。UWB信号占用的频段极宽（3.1～10.6GHz），与现有无线通信系统所使用的频带存在重叠，因此必须限制其发送功率，以免对现有的无线通信系统造成干扰，这导致其最大传输距离仅为10m左右。不过，煤矿井下不存在地面那样众多的无线通信系统[26]，不用过于考虑对其他无线通信系统的干扰，因此可以适度增大发射功率以提高传输距离，使UWB的传输距离达到200m甚至更远。在保持发射功率不变的情况下，降低数据传输速率，也可以达到提高传输距离的目的。

在矿井中，可将UWB作为WSN的物理层技术，从而充分利用WSN和UWB的优势。一方面，WSN具有分布式、自组织、顽健棒性高、扩展性好等优势，可以动态组网以便采集和传输数据。另一方面，UWB具有功耗低、速率高、抗干扰和抗多径能力强、定位精度高等优势，适合在矿井复杂多变的环境中实现可靠数据通信，并提供基于位置的服务。因此，结合WSN和UWB的优势，构建基于UWB的矿用WSN，可以显著提高WSN的感知能力、通信距离和覆盖范围，增强网络通信容量、传输速率和可靠性，提高测距和定位精度，这对应急救援是非常有利的。

在工作面使用的时候，UWB调制方式宜采用BPM（bi-phasemodulation）[27]，因为在信息源的“0”和“1”码元概率相等时没有离线谱线，即使码元概率不相等，它的离线谱线也很少，这对低功耗WSN而言非常有价值。发送符号可采用二阶高斯波形，接收端采用非相干接收方式，以降低接收机结构。基于UWB的WSN已在矿井多媒体信息传输[28]、移动目标定位[29]等方面得到了广泛应用，并在矿井灾后塌方体成像[30]、塌方体下生命特征检测[31]等方面取得一定研究成果，不过仍然需要针对煤矿巷道特点，大力研究普适性强的煤矿巷道UWB信号信道传输模型、适合于矿井环境的UWB调制方法、UWB信号压缩感知方法，以及UWB与其他无线技术融合使用方法等关键技术。

3.2.4矿用VLC

LED（lightemittingdiode）灯具有光转化效率高、寿命长、发热率低[32]等特点，并且可以快速切换光强，这种切换的速度极快以致肉眼无法察觉，因此可以用于调制并传输数据。在煤矿巷道特别是煤矿工作面使用VLC具有得天独厚的优势：首先，煤矿巷道中本来就有照明灯具，因此不需要专门为VLC系统大幅追加投资；其次，煤矿巷道不但没有太阳光等强背景噪声干扰，而且黑色的煤壁对可见光的反射能力很弱，因此通信比较稳定可靠。此外，VLC所使用的带宽极高，因此拥有更大的信道容量和更高的传输速度。

3.3TTE煤矿应急通信系统

TTE通信是一种有力的矿井事故应急救援通信手段[6]，以大地作为媒介传播极低频信号[35]，主要有磁感应、地电极和弹性波3种传输方式，其中，磁感应方式使用得最普遍，弹性波和地电极方式在低频段依赖于地层传播[36]，因此受地层特性影响很大，应用于中间煤层和采空层时会严重影响信号强度。磁感应方式则是通过天线辐射进行低频电磁波传输，由于不同地层和空气介质的磁导率基本相同，不存在层面反射问题，因此通信过程受到大地介质和地层结构影响较小。另外，地电极和磁感应这2种方式是近场通信，不存在多径效应，而弹性波方式存在多径效应和衰落现象。从能量利用效率的角度而言，地电极方式在低频段的能量效率要显著高于磁感应方式，而弹性波方式的能量效率最差。

为了实现矿井磁感应TTE通信，需在地面和井下分别架设闭合线圈天线作为发射装置和接收装置，通过改变发射线圈中的电流产生时变电场，引起接收线圈所包围的有效面积的磁通量变化，从而在接收线圈导体中产生感应电动势，如图4所示[37]。为了提高发射线圈的磁场强度，要求发射回路和接收回路中的电容、线圈电感和工作频率满足共振条件。这种通信方式的最大缺陷是发射天线太大，给在空间有限的煤矿巷道中部署和使用带来了很大不便。

若采用基于振动的弹性波方式，则可用多个子阵列（而不是由多个单独的地震检波器）组成的一个阵列来接收振动信号，因为子阵列方式的SNR（signaltonoiseratio）更高。在发生矿难时，若某矿工的所有可能逃生路径都被切断，则该矿工按照如下方式与地面建立联系：1)戴上有害气体防护面罩，在受困位置等待地面信号；2)地面人员引爆3个射孔弹；3)当矿工听到3次射孔弹声音之后，就用硬物敲打矿井较硬的区域若干次；4)如果听到来自地面的声音回应，便可确定自己的敲击信号已被地面收到，若没有接收到地面的响应，需每隔一段时间（比如15min）重复敲击动作。

3.4TTW-TTA混合技术

某些矿井通信技术不是单纯采用TTW或TTA，而是结合了二者的优势，比如中频感应通信和漏泄通信就是其中的典型代表。中频感应通信利用矿井巷道敷设的导线、金属管道等导体对电磁波的导行作用传输信息[38]，这对于矿井应急通信具有一定吸引力，因为矿井巷道中广泛存在金属导线和金属管道。漏泄通信通过在同轴电缆上开孔或开槽的方式[39]，使信号在沿着同轴电缆传播的同时，也能向电缆周围产生漏泄场强而实现无线通信功能。由于篇幅所限，这里仅讨论漏泄通信方式。

漏泄通信主要由漏泄电缆、功分器、双向中继器等组成，其中，漏泄电缆（如图5所示）是其核心组成部分[40]。漏泄电缆是一种具有规律性开槽或开孔结构的同轴电缆，兼具信号传输线和发射天线的特性。按照开孔形式的不同，可将漏泄电缆分成耦合型和辐射型2种，前者只适合短距离通信，应用于煤矿的漏泄通信一般采用后者。当电磁波沿着电缆传输的时候，从开孔辐射到周围空间，通过而产生漏泄场，使移动终端获取到信号能量，实现与地面基站的通信。同时，也可将井下信号耦合到漏泄电缆中，将其传输到地面或井下其他地方，从而实现双向通信。漏泄通信不受环境影响，组网能力强、可靠性高、传输距离远，可以覆盖到包括竖井井筒、斜井巷道在内的需要无线通信的矿井区域，用于传递语音数据、打点信号等。

针对传统的漏泄通信系统存在的无线覆盖面积不大、传输带宽不高的问题，人们提出了一些改进型的方法和产品。一种方法是利用漏泄波导代替漏泄电缆[41]，因为漏泄波导工作在2～6GHz频段，其衰减仅为漏泄电缆的一半左右，所以中继器的部署密度可从600m提高到1500m，覆盖优势明显。此外，漏泄波导所能提供的带宽也远远大于传统的漏泄电缆，并且结构更加稳定，在矿难时不易断裂，抗毁能力更强。另一种方法是在线缆中集成微型基站[42]，将射频单元、基带处理单元、天馈系统及传输线、电源线等全部汇集到一条线缆内，根据集成的微型基站的不同，该漏泄通信可以与WSN或Wi-Fi兼容，从而扩大了漏泄电缆的覆盖范围和传输带宽。

3.5现有煤矿应急通信面临的挑战

煤矿事故会导致有线通信线缆被砸断、设备损毁或供电中断，因而骨干网络、调度通信系统、移动通信系统和广播通信系统都无法确保事故区域的通信联络[43]。将电缆埋入底板虽可以一定程度上抵御煤块砸压的影响，但在矿压和底鼓严重的情况下电缆依然会折断。透地通信虽然受到事故的影响较小，但是天线太大，铺设复杂，信道容量小，通信距离短。中频感应通信配备了特殊的感应通信电缆，但是信道容量小，天线体积大，电磁干扰强。漏泄通信的地面站通常建立在控制室，虽然覆盖范围广，但是抗干扰和移动能力较弱，不能完全满足井下救援通信需要。Mesh技术虽然可以采用自组织的方式让残存节点自组成网[44]，但是如果节点连片被毁（比如爆炸事故），也无法保证通信。基于钢轨的应急通信系统利用振动信号在固体媒介中的传播特性传输信号[45]，但是传输的信息量较小，覆盖范围受限。虽然有文献针对救援网络信道容量不足、传输干扰严重的问题展开研究[46]，但前提是需要有可用的灾后网络。另外，也有学者提出将井下扩播电话、井下小灵通、Wi-Fi手机、调度电话、井下广播系统等通过网关或转换器互联起来[47]，以增加覆盖范围和可靠度，但是这种互联并不能解决通信系统本身的损毁问题。其他无线通信方式，如无线传感器网络、可见光通信、RFID等，都会由于设备在事故中损毁而无法组网。

不过，煤矿事故并不会造成有线网络全部被毁。如前文所述，矿井骨干网络多采用千兆甚至万兆工业以太网，与地面连通可通过2个井筒，也可通过单个井筒。以2个井筒为例，如图6所示，事故虽然会造成井下交换机A和交换机B之间的线缆中断，但是网络的其他部分依然可以继续工作，这称为灾后可用有线网络。有鉴于此，Novak等[48]提出了基于漏泄通信的灾后通信网络，将图6中的骨干网络设计为漏泄通信电缆，交换机A可以通过灾后可用有线网络和地面进行通信，进而与交换机B实现互联。实际上，骨干网络为其他线缆类型与此类似。此外，除了有线网络之外，包括事故区域在内的煤矿巷道内还部署有数量众多的煤矿物联网节点，它们可能是感知节点，也可能是通信节点。

4煤矿应急通信技术的发展趋势

本节在煤矿应急通信技术的发展现状的基础上探讨其发展趋势，进而引出一种新的基于煤矿物联网重构的应急通信新模式。

4.13个典型发展趋势

随着新技术的蓬勃发展和不同技术的交叉融合，煤矿应急通信技术呈现出的典型发展趋势如图7所示，具体介绍如下。

1)以物联网为架构平台，充分融合现有井上下通信资源，形成覆盖全矿井的煤矿安全生产和应急救援的一张大网，融入大网中的资源具有较强的灾后互识能力和按需重构能力，具体介绍见4.2节和4.3节。

2)大力发展穿岩通信技术，通过岩石、土壤等媒介直接传递求救和救援信号，突破有线线缆和无线节点大面积损毁导致的通信难题，这在“十二五”和“十三五”期间均有国家层面的科技攻关计划支持，如中国矿业大学（北京）的孙继平教授主持的“十三五”国家重点研发计划项目“煤矿重特大事故应急处置与救援技术研究”。

3)与云计算、“互联网+”等技术融合，构建空天地井一体化的新兴救援方式，不过这种救援方式的前提是要有煤矿应急通信网络提供救援现场的一手信息，是在应急通信网络基础上的应用扩展，因此本文不再论述。

4.2基于煤矿物联网重构的应急通信模式

本节重点讨论发展趋势1，并提出一种基于煤矿物联网重构的应急通信新模式。煤矿物联网是实现煤矿信息感知、传输和应用的信息基础架构。由于绝大多数感知节点同时具有通信能力，从通信组网的角度而言，可以不加区分地将感知节点与通信节点统称为物联网节点。煤矿事故发生后，若能尽快利用灾后残存的物联网节点（简称为残存节点）、井下备用通信设施（简称为备用节点）重构事故区域煤矿物联网，将有望重新建立起事故现场与地面指挥中心的通信联系，在专业救援人员到达事故矿井前或井下巷道暂时不适合救援人员进入的情况下，为初步了解现场态势提供“尽力而为”的感知和通信服务。在救援人员进行灾区探测和救援时，可以携带一定数量的临时通信节点（简称为临时节点，如图8所示）并放置于巷道交叉口或节点损毁严重区域。此外，救援人员、救灾机器人、救灾设施等都可携带或安装通信终端，他们具有移动能力，可作为重构组网的移动节点，用以增加组网节点数量，提高组网成功率和连通度。加入移动节点后，即使有少部分区域无法连通，也可利用移动节点的移动，为这些不连通区域提供机会连通路径，实现机会组网。

方便起见，将救援人员和救灾机器人在地面救援指挥中心的指挥下开展救援工作的巷道称为救援巷道，被困人员所处的巷道称为被困巷道，救援巷道和被困巷道统称事故区域。此外，将只由残存节点和备用节点进行的重构称为基本型灾后网络重构，简称为基本型重构，重构得到的网络称为基本型灾后重构网络；而将在基本型重构基础上加入临时节点、移动节点后的重构称为增强型灾后网络重构，简称为增强型重构，重构得到的网络称为增强型灾后重构网络。基本型灾后重构网络和增强型灾后重构网络统称为灾后重构网络。临时节点和移动节点增加了事故区域节点数量，从而增大了组网成功率和网络连通度。此外，移动节点可在少部分不连通区域间充当数据使者，为不连通区域提供机会链路，因此，增强型重构有望大幅提高重构的成功率和可靠度。为了增强移动节点能力，可为部分救援人员或救灾机器人配备或安装便携激光雷达，称为增强型移动节点。鉴于激光雷达已实现了微型化和廉价化，为救援人员或救灾机器人配备或安装激光雷达没有任何技术性或实践性的困难。

4.3煤矿物联网应急重构关键技术

确定被困人员位置是灾区侦察和事故救援的第一要务，只有确定了被困人员的准确位置，才能有的放矢地开展救援工作。此外，在灾区侦察和事故救援过程中，迫切需要建立救援人员和地面救援指挥中心的通信联系，帮助救援指挥人员掌握现场态势，这些需求均可通过基于煤矿物联网重构的应急通信模式加以解决。为了实现煤矿物联网重构和现场态势感知，必须攻克如下4项关键技术：煤矿物联网灾后重构策略、矿井事故漂移节点重定位方法、矿井事故区域的态势感知方法和灾后重构网络的数据传输方法。

4.3.1煤矿物联网灾后重构策略

确定事故区域还有哪些残存节点可用是实现煤矿物联网灾后重构的一个基本前提。此外，如果损毁节点太多，仅仅使用残存节点和备用节点的基本型重构难以保证组网成功，此时应让临时节点及参与救援的移动节点（如被困人员、救援人员、救灾机器人、救灾设施等）也参与组网，利用机会通信的思想进行增强型重构[54]。目前，有关机会通信的研究主要集中在地面场景，矿井中的机会通信研究成果极少。Luo等[55]将煤矿巷道中的机车作为移动sink节点，它在巷道中按照既定路线运动，直接收集传感节点的数据，不过没有考虑救灾场景中机车可能无法移动、数据传输时延不能太大等问题。邹艳芳等[56]提出了一种基于终端属性的矿井机会网络分组转发协议，该协议以终端时延、与目的节点相遇概率、扩散范围等3个属性作为转发指标，主要聚焦于正常生产情况下的煤矿巷道，没有考虑灾后情况下的网络重构问题。

4.3.2矿井事故漂移节点重定位方法

在进行矿井事故救援时，救援人员必须掌握事故发生在哪里、受影响的巷道有哪些、被困人员在何处等与位置有关的重要问题。在正常生产过程中，绝大多数感知节点部署后就不再移动，其位置就是安装位置[57]，矿井内的移动对象（比如矿工、移动设备等）则依赖于矿井动目标定位系统实时获得自身位置。因此，无论是固定节点还是移动节点，它们在正常情况下的位置都可准确获得。然而，一旦发生煤矿事故，这些节点皆有可能受事故影响而被动偏离原来位置，即发生节点漂移。节点漂移一方面会造成节点自身的坐标位置变成未知量，另一方面也将造成以它为基准进行定位的节点无法获知参考位置而定位失败，因此，如何对漂移节点进行重定位是实施针对性事故救援必须要解决的基础性难题。尽管目前已有零星的重定位研究成果，但是这些方法不能解决煤矿井下，特别是矿井灾后救援场景面临的特殊难题。

4.3.3矿井事故区域的态势感知方法

现有的零星煤矿网络重构研究很少关注救援所需的态势感知问题，这与传统的煤矿通信网络设施仅有通信能力而没有感知能力有关。煤矿物联网节点兼具通信和感知能力，有望在煤矿事故后实现重构和感知并重。但是，矿井灾后候选感知节点选择、节点资源分配策略与正常情况下的煤矿物联网有着极大差异[58]，必须根据救援需要按需规划和动态调整。此外，可依据感知到的场景信息（如位置、温度、风速、矿工生命体征等）建立场景信息模型[59]，进行场景信息推理，从而为事故救援服务。虚拟网络映射技术虽然可将物理资源按照约束条件分配给虚拟网络[60]，但是虚拟网络映射研究的是如何将一个已知拓扑的虚拟网络的节点和链路映射到实际的物理节点和物理链路上，而灾后救援的关注点则是如何根据救援需求对残存感知节点进行动态调度，无论假设物理节点或虚拟节点已知都不再恰当，需要结合节点认知及其动态变化过程进行仔细优化。

4.3.4灾后重构网络的数据传输方法

实现灾后重构网络中的双向数据传输，是掌握事故现场态势、与事故现场进行沟通联络的内在要求。由于救援网络网关可视为灾后重构网络的一部分，同时救援网络网关到地面间的灾后可用有线网络不存在任何障碍，因此只要保证灾后重构网络中的数据传输通畅，即可实现地面和事故区域的信息互通。灾后重构网络的一个典型特征，是数据接收者具有明显的地理位置特征，这为构建灾后重构网络的贪婪数据传输方法提供了条件，如图13所示。而灾区探测和救援中的移动节点，一方面可以作为贪婪数据传输的备选中继节点，用于提高灾后重构网络的数据传递成功率，节省残存节点的剩余能量；另一方面，这些移动节点还为构建基于运动统计特征或相遇预测等方式的机会数据传输方法奠定了基础。

5结束语

篇8

【关键词】铁路应急系统；无线通信技术；应用

引言

随着我国铁路建设规模的日益扩大，列车速度及密度得到了很大的提高，因此对运输安全及应急通信保障能力的要求相应也越来越严格。一旦出现行车事故或者遇到破坏程度大的自然灾害时，铁路应急通信系统必须立即做出反应，把现场信息发送到应急指挥中心，是上级部门能够切实了解现场的实际状况，并采取应对措施，同时将指令及时传达给现场的抢险救援人员。

1铁路应急系统的概述

1.1铁路应急中心通信设备

应急中心通信设备是铁路应急系统中的核心部分，其所具备的功能主要是对事故现场与应急中心进行有效连接，以此实现语音、视频及数据信息的实时交互，以此使应急指挥中心采取相应的解决措施。主设备利用外部接口和自动电话网、调度通信网之间进行通信，由此一方面完成综合视频系统的接入，另一方面完成静图系统图像信息的接入，同时为图像显示系统提供真实可靠的信息数据。

1.2铁路应急通信接入设备

在铁路应急系统中，应急通信接入设备是其不可或缺的组成部分，通过各种通信技术，将事故现场的语音、数据及视频等信息经由传输网络接入至各级应急救援指挥中心。通常情况下，应急通信接入设备主要包括：现场终端设备、GSM-R基站应急接入设备以及和事故现场相邻的车站或区间的接入点。其中，应急现场终端设备又分为三大类型，即移动影音采集设备、数据终端设备及话音终端。

2铁路应急系统建设的原则

（1）先进性。在应急系统建设中，网络通过无线、光纤、数据网等方式实现传输功能。（2）便捷性。应急系统现场部署应便捷、简单，接入方式灵活，保证在短时间内开通业务。（3）经济实用性。充分利用现有的数据网和光纤资源。（4）集成性。通过光纤、AV、Z等接口搭建光纤与数据网的联通，实现图像、电话等设备的接入，系统设备应兼容。（5）可扩展性。通过无线通信技术，将语音、图像等业务拓展至区间，与既有自动电话、调度电话网、动静图互联互通。我国铁路应急系统站点与应急中心之间，可利用既有的光纤与数据网，对其进行优化整合，提高传输稳定性，解决传输带宽窄的问题，而且降低建设投资。应急电话、动静图等业务采用无线平台承载，可接入铁路区间通信业务，接入形式应多样。

3接入方案

在救灾抢险现场，首先要解决无线话音的接入。一般情况下，应急现场配备的专用手机数量不得低于4部，现场基站设备可以轻松挪移，无线网络搭建要快捷。虽然通用的3G/4G系统及GSM-R手机可实现话音接入，但事故区域的移动通信网络可能并未覆盖，若是地震、洪水等自然灾害导致的铁路事故，通用网络往往不能发挥作用，所以有必要引进专用无线网络与专用手机。专用无线网络，若选择GSM或CDMA，涉及设备多，组网复杂。尽管一些厂家已将移动交换中心、基站控制器等重要设备集成于一体，但其重量和体积也难以满足应急通信快捷、便利的需要，而且成本费用极高。为了满足铁路应急事故现场无线话音通信需求，目前最佳的技术方案：①Wi-Fi手机；②无线PBX手机方案。这两种技术均具有着良好的优越性，不但在体积、重量因素上适应铁路应急现场的工作，便于携带，并且成本投入较少，实现起来不存在难度。

3.1Wi-Fi技术

在无线局域网络接入的Wi-Fi手机，采取直接接入和增加中继的形式，能够实现无线话音通信功能。在应急系统中，Wi-Fi手机的注册服务器一般由事故现场或应急指挥中心提供，将注册服务器和AP接入点连接，Wi-Fi手机利用AP注册到服务器，实现手机之间以及手机和固定电话之间的通话。当前，在全球范围内Wi-Fi使用的2.4GHz频段属于免费频段，用户在Wi-Fi覆盖区域内可随意拨打或接听电话，不用考虑时间、地点因素。基于WLAN的宽带数据应用完全可以和Wi-Fi一并使用。Wi-Fi传输速度高，有效距离达到300m以上，如果在合适的地点加设AP装置，能够满足铁路应急系统语音通话功能。Wi-Fi使用的频率属于自由频段，AP模块能够实现话音、数据通信的兼容，而且Wi-Fi手机是通用产品，投入费用较少。然而AP和Wi-Fi手机功率不高，通常在400MW以内，如果要满足铁路应急系统规定的500m距离，需在合适地点加设中继设备；另外，Wi-Fi使用频段的波长为12.5cm，绕射能力不高，当处于隧道、山区等环境复杂境地时，通话质量很难保障。

3.2PBX技术

无线PBX设备的组成部分是主机，每个主机可配备1~90部手机，采用跳频技术，每秒在100个频道内采用伪随机方式跳变100次。此外，无线PBX技术的寻址采用码分多址方式，每一个手机与主机均被授予一个单独的编码，编码容量众多，最多达6万以上，具有良好的安全性及保密性。整个无线PBX系统覆盖面积比较大，在开阔地域能够超过1000m。手机能够设置群组，在脱离主机的情况下，手机之间仍然能够通话，同时具有单呼、组呼及群呼等功能。利用和铁路应急指挥中心通信主设备之间的有效连接，通过应急指挥台，在中心与事故现场之间实现二级调度通信功能及电话会议功能。无线PBX技术的优点：①非视距通信覆盖范围达到1000m以上；②无线PBX模式使用的频段为900MHz，波长较长绕射能力较强；③能够实现全双工双向呼叫、半双工多路通信功能；④能够实现群组呼叫功能；⑤手机具有良好的防尘及防雨功能。无线PBX技术的缺点：①无线PBX技术不属于自由频段，使用时需到国家相关部门进行备案；②主机与手机非通用设备，购买途径具有一定的特殊性，投入成本较高。

4结束语

在铁路应急通信系统中，应用Wi-Fi和无线PBX技术，两者均可以满足铁道应急系统的需求，然而在具体使用Wi-Fi模式时，需要加设中继设备。根据当前的铁路应急现场的使用情况的相关调查，从专业性、便利性、无线覆盖范围及绕射能力的角度来说，无线PBX专用手机所具备的优越性比较显著，所以其在铁路应急系统中得到了良好的推广与应用。对于Wi-Fi而言，其主要的优越性表现在能够充分发挥出IP技术的作用，紧密结合基于IP技术的各种数据、视频业务，无需占用抢险救援现场接入设备的话音通道即可实现无线通信功能。从整体层面来看，Wi-Fi的实现较集中紧凑，投入费用也不高，当事故现场的环境因素不太复杂，对其绕射能力、距离要求不高时，Wi-Fi技术具有一定的应用价值。在日后我国铁路实现光通话主方案后，因为预留IP接口，因此Wi-Fi技术的应用会更加便捷。反之，因为光通话柱内所预留的模拟用户有限，不能和无线PBX设备进行直接对接，还需利用VoIP模拟网关转接，所以日后在铁路通信系统中应用无线PBX会受到一定的制约。

参考文献

[1]李卫华.Wi-Fi和无线PBX技术在铁路应急通信中的应用[J].铁道技术监督，2014（12）．

[2]张建华，刘佳伟．无线通信中Wi-Fi技术的发展与应用[J].电视技术，2013（06）．

[3]高建荣.与移动协同发展之无线PBX方案探讨[C].中国通信学会信息通信网络技术委员会－2009年年会，2009.

篇9

【关键词】 无线通信 应急系统

一、铁路应急通信系统解决方案应遵循的原则

铁路应急通信系统是保证铁路运行安全和服务质量的重要手段，鉴于通信技术的发展趋势，采用合理化的解决方案非常重要，铁路应急通信系统解决方案应遵循的原则是：先进性、便利性、集成性、经济性、可扩展性和安全可靠性。

1、先进性。传输网络采用光纤、数据网、无线承载，解决既有电缆带宽不足、速率低下等问题。

2、便利性。现场部署简单、接入灵活、15分钟以内开通业务，解决既有接入设备多、接入操作繁琐以及因电缆质量不良造成的呼叫不通、不稳等问题。

3、集成性。可提供光纤接口、百兆以太网接口、 AV接口、Z接口，满足光纤、数据网网络的搭建，满足电话、图像等设备的接入，解决既有系统设备间不兼容的问题。

4、经济性。利用现有光纤资源、数据网资源，避免重复性建设的投资。

5、可扩展性。利用无线技术延伸话音、图像等业务到区间的任意地方，保证与现有自动电话网、调度电话网、动静图的互联互通；适应铁路区间复杂多变的环境下，在路肩遮挡、树木遮挡、单兵移动、隧道内部等各种情况下所有业务能够稳定运行；可扩展应用到大型施工的组织、盯控等多种领域。

这里我们研究利用无线接入技术、光纤通信技术和铁路局现有的数据网和传输网络，实现区间内、站场各种应急通信履盖接入。通过对既有数据网资源、光纤资源进行整合，实现站点与中心的互联互通，解决既有电缆传输带宽窄、稳定性差等问题；引进无线接入技术，实现区间多种业务的接入，承载应急电话和直通电话等业务、传送可靠的动态图像，满足铁路区间多种通信业务传送技术、适应铁路区间复杂多变环境下的应急通信技术。

二、铁路应急通信系统主要运用技术

通过既有光纤和数据网实现站点与中心的互联互通，解决电缆传输带宽窄、稳定性差等问题；通过无线承载应急电话、直通电话、动静图业务，满足铁路区间多种通信业务的接入需要、适应铁路区间复杂多变环境下的通信需求。对现有数据网资源、光纤资源进行整合，同时既充分利用现有数据网资源和光纤资源、最大程度的节约了成本，又发挥了无线的灵活性，提高项目的可推广性。

三、铁路应急通信系统主要研究内容

1、利用无线技术来传送可靠的动态图像，以适应铁路区间复杂多变环境下的应急通信技术；

2、利用无线技术来承载应急电话、直通电话等业务，满足铁路区间多种通信业务传送技术。

3、利用各种灵活的接入手段，利用无线接入技术方案，满足铁路沿线各种应急通信、业务倒代、大型作业远程指挥的通信接入技术方案。

四、需要解决的关键技术包括

1、在各种铁路环境下的无线电非视距内传输技术；

2、支持自动电话、调度电话、静图、动图等多种铁路应急通信业务的统一的无线传输平台技术；

3、无线、光纤、数据网的融合技术。

该系统在现网中进行测试及应用，可实现应急电话、直通电话、数据终端等多种业务的接入，满足大数据包传输的带宽要求，满足应急电话、直通电话等实时业务的稳定性要求，满足应急时限方面接入方便性的要求，满足区间移动性的要求。满足铁路区间多种通信业务传送技术、适应铁路区间复杂多变环境下的应急通信需求。

五、主要技术难点

1、在各种铁路环境下的无线电非视距内传输技术。近距离无线传输容易，远距离无线传输较难；视距内无线传输容易，非视距内无线传输较难；窄带无线传输容易，宽带无线传输较难。2、支持自动电话、调度电话、静图、动图等多种铁路应急通信业务的统一的无线传输平台技术。单独实现某一业务容易，实现综合业务较难；基于电路的2种电话业务和基于IP的数据（图像）业务，“尽力而为”的业务管理方式容易，而互不影响、优先有序的管理方式实现起来较难；改变铁路使用习惯和管理习惯实现上述业务容易，而顺从既有的铁路规范和使用及管理习惯实现上述业务则较难。3、无线、光纤、数据网的融合技术。采用无线技术进行区间覆盖，实现容易，但成本高；采用光纤技术的通话柱方案，成本太高，灵活性差；无线、光纤、数据网的融合方案，既充分利用已有的光纤资源，又发挥无线的灵活性，综合造价还是最低，项目的可推广性大大提高。

六、推广应用前景

1、应急抢险的实时指挥：实现铁路沿线区间应急通信的动态图像、静态图像、文本信息、语音通话需求，便于指挥中心实时掌握现场应急救援情况，实时下达指挥命令；

篇10

1 我国重特大灾害事故消防应急通信技术应用现状

目前，在我国的消防应急通信技术的应用中，不足与优势并存，有着时间纵向上的飞速发展，同样也有着空间横向上的建设不足。特别是近年来，汶川地震、玉树地震等影响巨大的自然灾害中，我国消防应急通信建设中存在的一些不足被更为显著地放大。比如，目前我国各级消防部队在短距离指挥通信方面还存在着一定的不足，通信网的建设还不够专业，在一些较为特殊的情况下，甚至会出现无线电通信频点不足的情况，这在很大程度上阻碍了应急通信工作的完成。而除了无线电通信频点不足之外，在汶川地震中则表现出了更为典型的通信问题，那便是各消防部门之间的通信系统并不统一，很难实现部门之间的实时交流。在灾害现场，各地方消防部队的通信设备出现了十分严重的通道阻塞现象，与外界的通信交流受阻，妨碍了灾害救助的顺利进行。技术体制以及设备型号不同的问题在这种集中使用数量频繁的情况下，往往表现得十分显著。而与此同时，我国的重特大灾害事故消防应急通信技术也处于不断发展与优化过程中，特别是在几次重大灾害以及科技飞速发展之后，我国消防部队的通信硬件水平得到了大幅度的提升，这是应急通信技术应用过程中较为乐观的一方面。

2 重特大灾害事故消防应急通信技术应用要点

2.1 建立起重特大灾害专用网络

重特大灾害往往会对周边甚至整个国家的安全与稳定带来极大威胁，因此，针对于这种情况的消防体系也需要具有很强的针对性，实现灾害有专网用于通信的目标。并且由于重特大灾害的发生频率并不如普通火灾消防事故频繁，所以目前我国完全有建立重特大灾害专用卫星通信系统的基础，以卫星通信专网为核心，建立起各地方上消防部门的卫星车载站以及便携站，使得在发生重特大灾害事故时能够第一时间发现问题，采取措施，并为消现场应急通信的顺利完成提供良好的基础条件。

2.2 统一全国卫星电话通信网络

针对各消防部门之间可能存在的通信机制不统一，在紧急情况下会通信拥挤的现象，需要统一全国的卫星电话通信网络，实现全国范围内的消防部门准确沟通，让灾害现场与远程控制之间能够保证实时通信。目前，统一机制的卫星电话在全国各消防部门进行推广使用已经成为了消防通信的主要建设思路，让统一机制的卫星电话成为消防工作中的常用通信设施，以便于完成长距离的通信任务。特别是在城市消防覆盖网、现场消防指挥网以及现场消防救援网的消防三级网络之间，便可通过统一全国卫星电话的方式得以交流沟通。

2.3 普及超短波通信手段

超短波通信手段在消防应急通信中主要负责近距离的通信工作，比如重特大灾害现场消防部队之间的短距离交流，该通信手段能够起到非常重要的作用。由于超短波通信具有通信容量大、抗干扰能力强以及设备组成简单等多方面的优点，因此可以在消防部队中得到普及使用，使之成为现场消防应急通信的常用手段。比如，在森林火灾扑救、台风灾害救援等情况下，超短波通信往往是现场最主要的一种通信手段。

2.4 增加消防短波通信网络

目前，在重特大灾害事故消防应急通信技术中，对短波通信的应用相对较少。一方面是因为有其他通信手段，在很多时候消防短波通信并没有很大的必要性；另一方面是因为短波通信容易受到天气因素的影响，从而增加了对操作人员的素质需求。因此，对于消防短波通信网络，可在少数应急部队中配备即可，并不需要在大规模消防队伍中进行普及。在一些特殊的应急部队中配备消防短波无线通信网络，可以为部队与指挥部之间的通信顺畅提供更多一层保障。

2.5 加大移动消防指挥站的建设

在重特大灾害事故的救援现场往往是瞬息万变，如果消防救援部队没有得到更加及时、准确的指挥命令，就会让消防工作受到很大的影响，甚至产生严重后果。目前，为了加大对灾害现场的消防指挥力度，采用的策略通常是加大移动消防指挥站的建设，通过车载系统，让通信组网、情报获取以及指挥调度等工作能够实现移动操作；而通过移动消防指挥站，可以让重特大灾害事故中的消防救援指挥通信变得更为精准，并且具有很强的时效性，极大程度地提高了消防应急通信水平。通常情况下，移动消防指挥站在各级消防系统中均需要具备，在一次灾害事故中，不仅消防总队需要配备移动消防指挥站，其下一级的消防支队也应拥有配套的移动指挥站，以便于完成对消防现场的指挥以及对上级消防指令的接收工作。

3 结语  

在重特大灾害事故消防应急通信技术的应用过程中，需要尤为注意对专用卫星通信网络的建设问题，并充分运用统一机制的卫星电话、超短波通信、短波通信等多种通信手段，通过移动指挥站的方式让消防应急通信保持畅通，更好地支持灾害事故中消防救援工作的进行。而随着未来科技技术的飞速发展，通信手段也将更为丰富，对重特大灾害事故中消防应急通信技术应用的需求也将面临着新的挑战。

篇11

1、激光通信技术的发展前景分析。

我国的科学技术不断进步过程中，激光通信技术在今后的发展前景也将会比较广阔，激光通信技术在长时间的发展中取得了较好的成果，其在传输的远距离问题上得到了解决，并且节省了大量的通信成本，实现了和卫星技术共同发展的目标。但激光通信技术在发展中也有着一定的问题，最为重要的就是激光通信技术的发射接收的设备相对比较复杂，并且需要独立的场所放置，在安装维护的难度上相对较大。从当前的实际解决的策略来看，主要是将光纤网络与之相结合，并且对通信设备的安装维护不足问题得到了有效弥补。激光通信技术在今后的发展中，将在城市网络通信方面成为主要的应用技术，在激光通信技术的进一步发展优化过程中，其技术的优点将会得到进一步的突出。未来的发展过程中，通信技术和卫星技术的结合度将会更加的紧密，由于光纤通信技术自身的局限性，在城市网络通信中的应用汇有着诸多的不足，在这一情况下激光通信技术就会为城市通信提供重要的技术依据，从而有效的保证城市网络通信传输速率以及带宽的有效增长。

2、激光通信技术的应用。

激光通信技术在实际生活当中也有着比较广泛的应用，其中在企业的内部网互联上的应用作用就比较突出，企业的局域网在各网段通常会被大楼建筑或者是道路阻断，而FSO设备的安装就比较适合应对这一问题，从而实现企业内各局域网段的互联，并能够有效的解决大楼间的复杂地貌所带来的挖沟布线的难题。另外在临时的通信以及应急抢通的场合也能得到实际的应用，在电视现场直播高质量数字图像信号过程中，采取的微波信号会受到一些因素的干扰，所以在紧急的情况下能够通过FSO加以应用，从而在抗干扰的能力上能够得到有效加强，并且还有着较大的带宽容量。对一些紧急的事故发生时需要通信，对于光缆的抢通就比较花费时间，并且在效率上也得不到有效提升，虽然微波的应用能够比较迅速，但随着通信业务的增加对实际的需求也得不到有效满足，所以通过激光通信技术不仅在效率上能够得到有效提升，同时在带宽上也能满足实际的需求。将激光通信技术在高压电的工作去数据采集以及传输方面的应用也能够得到效率上的提高，在具体的应用过程中，通过将光发射天线安装在高压区，光接收天线安装在低压区，对其数据的采集主要是通过数据在光传播中加以传输，然后再经过光接收天线对数据进行接收，在整个传输的过程中不会受到干扰，所以这就加强了实际的工作效率。

二、结语

篇12

一、无线通信技术的简介

无线通信技术是利用电磁波信号进行信息交换的一种通信方式。而无线通信主要分为卫星通信和微波通信。微波的传送距离很短，一般只有几十千米，但是由于它能够携带数量较大的通信信息，而得到了广泛应用。在利用微波传送信息时，必须借助于微波中继站来完成。卫星通信就是将通信卫星作为地球站或移动体之间的中继站，使它们之间能够通过微波进行通信联系。

二、无线通信技术的分类

无线通信技术的主流技术目前只有四种，主要是WLAN、WMax、WMN、3G等

2.1WLAN技术简介

WLAN技术也称为Wi-Fi技术，是一种利用无线通信技术，在局部范围内建立起来的通讯网络。它是以无线信道作为媒介，发挥类似于传统有线局域网的功能，使用户能够随时随地地接入宽带网络。WLAN可以延伸到附近90m左右，而且传输速率较快，特别适合同一楼层的用户接入使用。WLAN技术的研究已经趋于成熟，与其相关的应用产品也非常丰富，因此得到了广泛的应用。但是由于WLAN技术是利用空气发送和接收数据，使其存在着一定的安全隐患，容易受到外界攻击，而使覆盖范围内的数据遭到盗窃。另外，由于WLAN的相关应用产品参差不齐，使其传输的信号不是很稳定，让用户得到不好的体验。

2.2WMax技术简介

WMax的传输距离比较远，最远可达50Km的范围。它是一种新型的无线通信技术，能够通过静止和半静止的状态来进行网络访问，比较适用于互联网的高速连接。WMax的传输速率非常快，一般可以达到10M-70M左右，完全可以满足用户对于宽带上网的要求。而且WMax技术能够为用户提供不同形式的宽带连接，比如：固定式、移动式和便携式，以满足用户在不同情况下的互联网接入要求。WMax技术由于推出时间晚，相对其他无线通信技术而言，要更为先进一些，但同时也存在着一些还未解决的问题，比如利用率低、频率复用性小等，并且由于其完成标准化的时间不长，还必须经过长时间的实践检验，才能进行推广应用。从应用前景来看，WMax技术的网络信号覆盖面广，在实际应用中能够减少中继站的数量，节约电力通信的成本。由于先进的技术和超远的传输距离，WMax技术被认为是未来无线通信技术的方向，受到了业界的青睐。

2.3WMN技术简介

WMN是源于AdHoc网络研究与开发的一种无线网状通信技术，其承载的信息量大，传输速度快，融合了WLAN技术和AdHoc网络的优势。WMN利用网络拓扑结构，有效避免了中心网络拥塞和单点故障等缺点，而且它能够与多种宽带无线接入技术相结合，组成有效的无线网状通信网络。WMN虽然还处于研究之中，但是融合有不同的无线通信技术特点的WMN技术，将会在无线宽带接入中得到广泛应用。它的对象检测和数据采集功能，能够在环境检测和交通运输，以及工业生冯丽莉产中发挥巨大的作用。虽然目前还没有研究出相对成熟的产品来支持WMN技术的广泛应用，但是随着该技术的不断完善，不久之后，WMN必然能够在电力通信系统中占据一席之地。

2.43G技术简介

3G是第三代移动通信技术的简称，是指能够通过较高频率进行数据传输的一种蜂窝数据通信技术。3G技术是将国际互联网和无线通信相结合的一种移动通信技术，它的传输速率一般是几百kbps以上，用户可以通过3G技术传送声音、图片、以及数据信息等。目前的3G技术一般只有CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA这三种标准。从1996年提出标准开始，到2000年制订出完整的标准，再到如今的广泛应用，3G技术已经拥有相当多的实践经验，并且形成了一套完备的理论。从应用前景来看，3G技术在全球范围内的许多地区都已经得到了应用，比如欧洲国家、韩国以及日本等亚洲国家都已经将3G技术投入到了商业应用之中，此外，还有许多国家正在实现或者即将实现3G网络的全覆盖。

三、无线技术在电力通信中的应用

3.1电力通信对无线通信技术的要求

首先，电力系统中采用的无线通信技术，在灾难发生时，要能够作为紧急的通信工具，维持灾难发生区域与外界的正常联系。其次，由于部分地区之间相隔距离较远，架设光缆通信的费用较高，便可以考虑无线通信技术。再次，我国的配电系统自动化技术仍然比较落后，通过采用无线通信技术，不仅可以对配电系统进行实时监测，还能精确覆盖各个节点，减少线缆的成本。最后，对于电力楼层和电厂等小范围的网络覆盖，可以选择无线通信网络，这不仅可以避免综合性较强的布线系统，节省布线的成本，还能够在接入宽带无线网络时更加方便，迅速。

3.2无线通信组网

对几种无线通信技术分析发现，WMax和Wlan以及卫星通信等技术，比较适合应用于电力通信系统中的应急通信，而且WMax也适合于配电系统通信。因此，如果能够将WMax作为电力通信中的主要无线通信技术来研究，有望解决电力通信中的各种问题。为了避免平时对应急通信网络的闲置，减少网络建设的投资成本，可以考虑将WMax技术、Wlan技术以及卫星技术相结合，并研究出相应的解决方法。目前，光纤传输网和数据网络发展快速，可以通过利用它们现有的资源，将无线通技术进一步发展，使应急通信网络在平时的日常生活中也能得到良好应用。

四、结论

篇13

关键词：无线通信技术；电网通信；应用前景；初探

在无线通信技术被广泛应用的背景下，逐渐成为最常见且最成熟的信息技术。电网通信系统的主要目的就是确保电力系统安全性与稳定性，是一种持续运行的综合工作模式与流程，也是现代电力系统备受认可的工作方式。为此，将无线通信技术作为核心所构建的体系已经逐渐突显出其重要作用。

1无线通信技术概述

通常情况下，无线终端、应用服务器与无线基站都是组成无线通信技术的重要部分，同时也是信息科学技术研究取得最为显著成果的领域[1]。通信技术的基本功能就是传递信息，在具备较强信息传递功能的基础上，还具备诸多独特优势，详见表1：

2无线通信技术常见类型研究

（1）卫星通信技术。所谓的卫星通信技术，具体指的就是与陆地通信技术相结合，在范围广阔且用户密集程度不高的区域较为适用。在卫星的作用下，使得用户与有线网进行连接。而利用卫星所创建的宽带卫星接入系统前景十分广阔，与实际情况相吻合，同样安全性与可靠性较高，特别是在应急通信、海外通信以及作战通信中应用效果理想。然而，卫星通信技术存在一定的不足之处[2]。其一，该通信技术的使用成本较高，需要将卫星当作通信平台，而且在租用通信信道与建设地面站方面所投入的资金量极大，使得实际支出不断增加，经济性不理想，因而日常生活与生产不会选择使用卫星通信技术。其二，卫星通信技术的使用代价较大。卫星通信技术所采用的通信资源都是由卫星通信公司所拥有，会受宽带的影响，所以，在通信数据传输方面会付出一定的代价。为此，这种类型的通信技术一般会被应用在应急通信亦或是作战当中，具有较高的通信安全性，与实际需求相吻合。（2）4G技术。所谓的4G技术，具体指的就是全球定位系统、遥感技术与地理信息系统。其中，全球定位系统则是对定位卫星进行合理地运用，进而实现全球范围之内的导航和定位，最突出的特点就是实时性、高精准度性以及全方位性，因而被广泛应用在日常生活当中。而地理信息系统功能表现在处理信息方面，特别是对土地的勘测以及审查国土资源等方面[3]。遥感技术具体指的就是由高空接收到地球表层电磁波，同时扫描电磁波信息，是一种摄影勘探技术。目前阶段，4G技术已经趋于成熟，且在网络部署方面也具备了较为丰富的实践经验，因而被当作网络通信技术的主要内容，并形成完成建网理论，实际应用价值理想。（3）无线网络技术。随着科学技术的不断发展，技术被研发并应用在实践过程中，通过无线方式与终端设备进行连接。而大部分已经了解了技术，并且在日常生活与工作中被广泛应用，同样为人们带来极大的便利。如果处于无线网络的环境中，只要将无线密码输入其中，就能够登录网络，进而达到工作、学习和娱乐的目标，便捷性十分明显。与此同时，产品和技术也趋于成熟，在设备与软件方面也更加多样化，最常见的就是无线路由器、万能钥匙与随身等等，因而该技术的发展前景十分可观[4]。一般情况下，技术在无线局域网络中的应用效果较为理想，同样也是有线网络延伸的形式，具有较强的应用性，实际覆盖的面积也十分广阔，能够实现多人网络共享的目标，优势较为明显。现阶段，无线网络技术备受人们认可与关注，实际投资不大且无需铺设多余的线路，实际使用也十分便捷，具有理想的经济性与实用性。虽然无线网络技术具有诸多优势，但是同样也存在一定的不足之处，安全性较差就是其中的一种，安全隐患十分严重。近几年，很多破译密码的软件被研发出来，最常见的就是万能钥匙以及畅游等等，很多移动设备都下载这种破译密码的软件，进而对周边热点进行搜索并破译。一旦破译并连接，就无需知道密码而连接到无线网络，对他人的网络信号进行窃取[5]。而究其原因，是无线网络中所运用的射频技术，会在空气这种介质的作用下实现信息的传递，并且对数据进行发送和接受，所以受外界干扰攻击的几率也相对较高。只要拥有较强的专业技术能力，就很容易在电波覆盖的对数据和信息内容进行盗取，严重的还能够进入到企业内部的局域网当中。

3无线通信技术在电网通信中的应用展望

电网通信中的无线通信技术应用具有十分可观的发展前景。其中，无线通信技术本身可以有效地适应电网通信业务的大量信息，同时通信点也相对较多，接线较为复杂，因而对于电网通信而言是不可或缺的。通过对无线通信技术的运用，能够确保电网具备双向通信的功能，即便处于恶劣环境之下，同样可以保证自身的安全性与可靠性。与此同时，对无线通信技术予以合理地应用，还能够对电网进行有效地控制，使得电网受到全面保护[6]。一旦电网发生故障，配电网就可以对电网进行有效地控制使其能够自动修复并恢复至原有状态。然而，如果是处于偏远的地区，且环境恶劣，那么电网故障就会严重影响设备的安全性，增加设备维修工作的难度，最重要的是，无线通信技术的建设周期相对较长且需要投入较多的成本，不足之处较为明显。但是，在无线通信技术投入使用以后，无需重复架设网络或者是升级通信网络，具有一定的适用性且方便拓展，为电网保护工作的开展奠定了坚实的基础，有效实现电网的控制目标。在此基础上，对无线通信技术的应用在控制保护系统构建方面发挥着重要的作用，与电网实际需求相吻合，供电更加安全与可靠。最后，无线通信技术无需维修，实际的运行费用不高，在扩容方面较为容易，所以，无线通信技术在电网通信中的应用前景广阔。

4结语

综上所述，通过上述研究与分析可以发现，无线通信技术的应用较为广泛且成本投入不高，具有广阔的覆盖性特点。基于无线技术发展，对于光纤通信的高成本与高维修难度等问题都进行了有效地解决，进一步推动了通信技术的发展与改革，使其在电网通信中的应用作用更加明显，且安全程度高，便于全面拓展。由此可见，无线通信技术应当被全面推广使用并发展。

参考文献：

[1]陈崇富.浅谈无线通信技术在电网通信中应用前景[J].科学与财富,2014(4):332-332.

[2]陆崇湖.浅谈无线通信技术在电网通信中的应用前景[J].科学与财富,2014(6):287-287.

[3]李正荣.无线通信技术及其在电网通信中的应用前景探讨[J].电子世界,2016(15):135-135.

[4]谭英俊.无线通信技术在电网通信中的应用前景[J].黑龙江科技信息,2016(24):169.

[5]汪黔疆.无线通信技术在配电自动化系统中的应用前景分析[J].数字通信世界,2014(7):1-4.

篇14

【关键词】无限通信技术 电力通信 应用

我国电力通信行业历经多年的发展，规模不断扩大，而且在近几年也通过微波、载波、卫星等多种现代化的通信手段建成了一套立体交叉式的通讯网络。现阶段，无限通信系统的特性也随着无线通信技术的发展发生了较大的变化。对于无线通信技术而言，凭借其不依赖电网网架、带宽大、非视距传输和传输距离远等优点，在其应用过程中有效地弥补了当前通信方式单一化以及覆盖不全面的欠缺。所以，在当前电力通信中，无线通信技术也逐u的应用开来。

1 无线通信技术简介

所谓无线通信技术，就是一种通过电磁波信号来进行交换信息的现代通信方式，其主要有微波通信和卫星通信两种类型。一般而言，微波的传输距离比较短，只有几千米，但是其却能携带大量的通信信息，所以也得到了一种广泛的应用，但在利用微波这一形式进行数据传输过程中，还需要借助微波中继站来完成。而卫星通信就是将卫星作为了地球站或其他移动物体之间的中继站，促使不同的站点之间能够借助卫星并通过微波来实现信息的相互交换。

2 无线通信技术在电力通信中的应用

2.1 WLAN技术的应用

WLAN技术历经多年的发展，至今已相当成熟，而且也得到了大批量的生产。目前，WLAN技术主要应用于一些无线局域网中，并作为了有线网络的延伸部分；对于一些特殊地点的宽带应用，虽然WLAN技术取得了非常广泛的应用，但其中同时也存在着诸多的安全隐患。首先，WLAN所依靠的事一种射频技术（RF），其数据的发送和接收都是通过空气这一媒介来完成；又由于在数据信号的传输过程中无线电波的使用，也使得系统面临着很容易遭受一些来外界攻击的风险，一些不法的电脑黑客也能够很轻易的盗取无线电波覆盖范围之内的数据信息，甚至直接进入那些未保护的企业局域网中，给企业带来巨大损失。

2.2 WMN技术的应用

WMN技术目前还处于前期研究阶段，在其研究过程中专家们尝试了从多个方面并结合多项技术进行了全新的融合，但遗憾的是，目前还没有一个成熟的产品系列来支持WMN技术的大规模应用。但从应用前景来看，对于WMN这一新型技术而言，在无线宽带中不仅拥有着一广阔的应用空间，而且在一些其他的领域如数据结合、图像采集等还能够完成对目标进行科学的监控和数据采集工作。随着科学技术的不断发展以及其他系列技术的不断成熟，在后期也必定会实现与WMN技术的有效融合与互补，从而达成一种扬长避短、优势全面发挥的应用结果。

2.3 LMDS技术的应用

LMDS指的是一种本地多点分布业务系统，它属于一种能够提供一对多的固定宽带无线接入技术；一般情况该技术的工作频率均在20Ghz以上，其数据传输的实现也是依据毫米波来实现，能够在一定的范围区间内完成数字双语音、因特网、数据、视频等服务的供给，是一种应用效果非常好的宽带固定无线接入解决方案。在该技术的应用过程中，当外界条件最优时，其传输距离可达到甚至超过8公里，但平时由于受到特殊天气条件（如雨、雪等）的制约，其传输距离一般也就在1.5公里左右。该技术的主要工作机理为：借助相应的基站设备和扇区设备，成功的将ATM信息转化为射频信号，并将其发射出去，而后在其覆盖区域内的所有用户设备完成该信号的接收，并将其还原为ATM基带信号供用户使用。由此一来，彻底避免了为实现数据双向对称无线传输而向每一位用户专门进行线缆敷设的工作。

2.4 集群通讯技术的应用

相比上述的几项无线通信技术，集群通信技术更具优势。首先，其频谱利用率与用户容量均得到了大幅度的提升；同时，该技术的应用使得信号抗道衰落能力也得到了有效地高，改善无线传输质量。因为该技术应用过程中采取了当前已发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以也使得数字系统的保密性得到了显著的改善。另外，集群通信系统还能够提供一种多元化业务服务，不仅可以传输一些特定的数字语音信号，而且还可以输出一些图像等信息。基于网内传输的数字信号具有高度统一的特性，而已也使得集群网的服务功能得到了极大地提升。

2.5 卫星通信技术的应用

对于一些人口稀疏的地区，人口分布范围比较广泛，就可以应用卫星通信技术，将卫星作为实现用户与固定有线网相连接的设施，从而给陆地通信提供相应的配合。在这种陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境中，利用卫星实现系统接入是一种比较切合实际的方案，而且经济可靠。但是需要指出的是，这一技术毕竟是以卫星作为了通信平台，地面基地建设和通信通道租用都会涉及到高额的资金花费，同时又由于通信资源归卫星通信公司所拥有，宽带也会受到相应的限制，由此导致信息的传输特别是那种大量的数据传输也总是需要付出较大的代价。所以，如果只是针对日常生产和生活使用，卫星通信技术是不经济的。卫星通信技术更适合应用在海外通信、应急通信和作战通信等领域。

3 小结

目前，我国电力通信领域所应用的通信技术主要还是以具备高传输率、高可靠性和高带宽等优势的光纤通信为主；但随着社会的不断发展以及包括办公智能化、配网自动化等在内的诸多需求的相继提出，对于无线通信技术也提出了更高的要求，更加注重其能够以不受地面限制、能够迅速部署等特点，以便实现在电力通信系统中的更好应用。所以在电网通信技术中，无线通信技术就可以作为一重要的补充手段，为电力系统综合通信网的建设提供了重要的支撑作用。

参考文献

[1]徐婧婧.无线通信技术及在电力通信专网中的应用研究[J].企业技术开发，2016（12）：77-78.

[2]冯丽莉.无线通信技术在电力通信中的应用[J].科技与企业，2015（19）：94.

[3]张叶峰.TD-LTE技术在电力无线通信系统中的应用[D].华北电力大学，2015.