CN102651665A - 一种基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络及方法 - Google Patents

Abstract

一种基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络，包括通信终端、数据汇集系统、活动接入点、固定接入点、区域通信站和应急指挥中心，所述活动接入点与所述固定接入点之间通过自由空间光通信设备所提供的大气信道进行通信。本发明有效实现了高速公路事故发生时应急指挥中心和现场人员的即时通信；本发明具有带宽高、网络建立灵活快速、协议透明、多业务支持能力强、成本低、抗干扰、安全环保、易引入现有高速公路专用通信网且开通无需频率申请等优势。

Description

一种基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络及方法

技术领域

本发明涉及应急通信领域，尤其涉及一种基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络及方法。

背景技术

随着交通运输事业的快速发展，我国高速公路里程不断增加，这改善了我国陆运交通的结构与效率，但同时也带来了交通事故增多的负面效应。因此，加强交通应急指挥与调度能力建设，提高交通应急处置水平，是我国交通行业所面临的重要课题。而当交通事故发生后，在第一时间内掌握事故现场的具体信息，建立现场与应急指挥中心之间有效的信息交换渠道，是开展事故救援的关键所在。这就需要依靠有效的应急通信手段。目前，我国高速公路专用通信网主要以有线通信方式为主，传输媒介包括电缆和光缆。其主要功能是满足目前高速公路管理机构的日常管理需求，如车辆计费、路面监控等等。但交通事故的发生地点具有随机性和不可预见性，目前的高速公路专用通信网只能在少量固定地点，如收费站和服务区，提供通信接入。这些可利用的接入点往往相距较远，一旦接入点之间的路段发生交通事故，现场的通信设备无法与现有的高速公路专用通信网连接。另一方面，公用通信网络也不能满足高速公路应急通信的需求。这主要是由于其传输带宽较窄，且高速公路往往远离城市，公网的信号覆盖存在困难。

因此，研究新型的、有效的专用应急通信网络和方法，对高速公路的安全运营具有战略意义。该系统须具备大容量的传输能力，可同时传输多路视频图像，并能够满足语音、数据等业务的适时接入，同时还应具备部署灵活、可靠性强等特点。

目前，在其他行业，如电力、铁路、城市交通等，大多已开展专用应急通信系统的研究与建设，其主要依靠无线传输技术手段。在高速公路行业，也有相关的课题研究与工程实施实践。无线传输可以提供随时随地的通信接入，但系统建立须频率申请，且现有技术的传输带宽有限，还需要解决链路串扰、电磁干扰等问题，因此若要达到较好的传输效果，投资成本也相对较高。

无线光通信是以激光为信息载体，以大气为通信信道，进行语音、数据、图像等信息的通信方式，一般也称之为自由空间光通信(Free Space Optics，FSO)。因其具有容量大、高速率、保密性好、机动性强等特点，最初在军事上得以提出和应用。而FSO在民用方面也已逐渐成为一种颇具竞争实力的通信方式。FSO技术具有以下几项明显优势：一是误码率低，并可提供与光纤相近的高带宽；二是系统开通无需频率申请；三是抗电磁干扰，信号串扰小，保密性能好；四是链路部署灵活快速；五是协议透明，对语音、数据、图像等业务可以做到透明传送；六是成本低，无线光接入传送每兆比特的价格只及与之最接近的微波无线接入的一半；七是FSO依靠大气传输，高效环保。

综上所述，在高速公路应急通信领域，现有技术手段不能完全满足应急救援与事故处理的具体需求。因此，存在克服相关技术中不足的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络及方法，来解决上述问题，以满足高速公路多种应急场景下的通信需求。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络，包括通信终端、数据汇集系统、活动接入点、固定接入点、区域通信站和应急指挥中心；

所述通信终端有至少一个，所述通信终端通过有线或无线方式与所述数据汇集系统联通通信，多个所述通信终端之间通过有线级联或者无线方式相互通信或者不通信；所述数据汇集系统经所述活动接入点与所述固定接入点联通通信，所述活动接入点与所述固定接入点之间通过自由空间光通信设备所提供的大气信道进行通信，所述固定接入点通过所述区域通信站与所述应急指挥中心联通通信。

还包括中继转发点，所述活动接入点经所述中继转发点与所述固定接入点联通通信，所述活动接入点与所述中继转发点之间、所述中继转发点与所述固定接入点之间均通过自由空间光通信设备所提供的大气信道进行通信。

所述通信终端收集事故现场信息，所述事故现场信息包括语音、视频、数据。

所述活动接入点安置于事故发生区域的一点，通过光纤与所述数据汇集系统相连，并与最近的所述固定接入点实现现场对准并进行通信；所述的与最近的所述固定接入点实现现场对准的方式包括，通过大气直接进行对准，或者通过一个或多个所述中继转发点进行多跳对准。

所述固定接入点在相邻两个区域通信站之间按照两两相隔一定距离预先部署，并在跨越障碍物处部署，所述障碍物包括山峰峰顶、隧道口、高速公路弯道。

一种基于自由空间光通信的高速公路应急通信方法，包括如下步骤：

第一步，所述通信终端将采集到的所述事故现场信息传送至所述数据汇集系统；

第二步，所述数据汇集系统再将所述事故现场信息通过就近的所述活动接入点传送至就近的固定接入点，所述活动接入点与所述固定接入点之间通过自由空间光通信设备所提供的大气信道进行通信；

第三步，由所述固定接入点将所述事故现场信息传送至所述区域通信站；

第四步，由所述区域通信站将所述事故现场信息传送至所述应急指挥中心；

第五步，按照与上述一至四步相反的路径，所述通信终端接收应急指挥中心下发的信息。

在所述二步中，就近的所述活动接入点通过一个或多个所述中继转发点辅助所述活动接入点与所述固定接入点之间的通信，即通过所述中继转发点的自由空间光通信设备接收上一跳的光信号，放大后在由所述中继转发点的自由空间光通信设备转发至下一跳。

所述活动接入点在事故发生时，安置于事故发生区域的一点，通过光纤与所述数据汇集系统相连，并与最近的所述固定接入点实现现场对准并进行通信；所述的与最近的所述固定接入点实现现场对准方式包括通过大气直接进行对准，或者通过一个或多个所述中继转发点进行多跳对准。

所述固定接入点在相邻两个区域通信站之间按照两两相隔一定距离预先部署；除此之外，在跨越某些障碍物处部署，包括山峰峰顶、隧道口、高速公路弯道处。

所述通信终端有单个或多个，所述通信终端通过有线或者无线方式与所述数据汇集系统通信，多个所述通信终端之间通过有线级联或者无线方式相互通信或者不通信。

自由空间光通信作为一种高效、可靠的通信技术，将其应用于高速公路应急通信中，研究基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络架构与组网方法具有较高的应用价值与现实意义。

本发明所提供的一种基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络及方法，采用自由空间光通信技术作为现有高速公路专用通信网的有效补充，一方面在高速公路沿线多处预先部署FSO固定接入点；另一方面在事故发生后，在事故发生地点灵活部署FSO活动接入点。通过光纤实现固定接入点与区域通信站、应急指挥中心的连接，通过无线或有线通信手段实现活动接入点与数据汇集系统、通信终端的连接，最后通过现场对准实现固定接入点与活动接入点之间或者固定接入点、活动接入点以及中继转发点三者之间FSO大气信道的连通，从而实现整个高速公路应急通信网络的有效通信。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

1，本发明有效实现了高速公路事故发生时应急指挥中心和现场人员的即时通信；

2，本发明具有带宽高、网络建立灵活快速、协议透明、多业务支持能力强、成本低、抗干扰、安全环保、易引入现有高速公路专用通信网且开通无需频率申请等优势。

附图说明

图1示出了本发明所提供的基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络的结构示意图；

图2示出本发明所提供的基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络的一种组网示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的一种基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络，包括应急指挥中心101、区域通信站102、固定接入点103、活动接入点105、数据汇集系统106、通信终端109、通信终端110、通信终端111、通信终端112、通信终端113以及中继转发点104。其中，通信终端用于采集事故现场信息，包括语音、视频、数据等，通过数据汇集系统106将所采集的信息传送至就近的活动接入点105，通过活动接入点105将所采集的信息传送至就近的固定接入点103，再由固定接入点103传送至区域通信站102，由区域通信站102传送至应急指挥中心101，并以相反的路径接收应急指挥中心101下发的信息。

图1中，通信终端有单个或多个，通信终端通过有线或者无线方式与所述数据汇集系统通信，多个通信终端之间通过有线级联或者无线方式相互通信或者不通信。其中，通信终端110直接通过有线方式连接至数据汇集系统106中的有线接入点107。有线接入点107通常为集线器、交换机等具有汇聚交换功能的设备。通信终端113与109则通过级联的方式连接至数据汇集系统106中的有线接入点107。通信终端111与112通过无线方式与数据汇集系统106中的无线接入点108连接。无线接入点108通常为具有无线局域网功能的设备。通信终端111与112之间通过无线方式进行通信。

数据汇集系统106与活动接入点105之间通过光纤进行通信。数据汇集系统106中，无线接入点108通过有线方式与有线接入点107相连，将无线通信终端所搜集的数据接入整个通信系统。活动接入点105与固定接入点103之间可通过大气直接进行自由空间光通信，或者通过一个或多个中继转发点完成多跳的对准后再进行自由空间光通信。图中将两种可选方式都表示了出来，实际组网中只需其中一种方式。对于第二种方式，本实施例以活动接入点105与固定接入点103之间只有一个中继转发点104为例。图中连接活动接入点105、中继转发点104和固定接入点103三者之间的虚线表示自由空间光通信的光链路。

固定接入点103与区域通信站102之间、区域通信站102与应急指挥中心101之间均通过光纤进行通信。

图2示出本发明所提供的基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络的一种组网示意图。本实施例中，高速公路专用通信网的干线网络由干线交叉设备ADM204、线缆以及其他辅助设备组成。高速公路专用通信网的综合业务接入网202则由OLT205、ONU206、ONU207、ONU208、ONU209、线缆以及其他辅助设备组成。本发明所提出的一种基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络及方法以高速公路专用通信网为基础，网络结构中的区域通信站与应急指挥中心可分别设置于高速公路专用通信网的每个通信站与通信分中心处。高速公路专用通信网的通信站一般沿高速公路沿线设置，采取隔站跳接的方式相连，其主要设备为ONU设备。图中，区域通信站211与区域通信站212分别建立在高速公路专用通信网的两个通信站处，即ONU206、ONU207处。区域通信站211与区域通信站212之间路段一旦发生事故，事故现场与指挥中心之间的通信信息通过这两个区域通信站接入高速公路专用通信网。

本实施例仅选取区域通信站211与区域通信站212之间路段为例，沿线任意相邻区域通信站之间的路段均与此例相同。

固定接入点213通过光纤与区域通信站211相连。固定接入点214与固定接入点215通过光纤与区域通信站212相连。固定接入点在相邻两个区域通信站之间按照两两相隔一定距离预先部署；除此之外，在跨越某些障碍物处部署，包括：山峰峰顶、隧道口、高速公路弯道处。本实施例中示意性的表示出了3个固定接入点。

事故发生时，活动接入点217被安置于事故发生区域216的一点，通过光纤与有线接入点218和无线接入点219所组成的数据汇集系统相连，将事故发生区域216的信息，包括语音、视频、数据等，通过自由空间光通信的方式传输至最近的固定接入点214，并由固定接入点214传输至区域通信站212，最终到达应急指挥中心203。活动接入点217与固定接入点214之间可通过大气直接进行自由空间光通信，或者通过一个或多个中继转发点完成多跳的对准后再进行自由空间光通信。图中将两种可选方式都表示了出来，实际组网中只需其中一种方式。对于第二种方式，本实施例以活动接入点217与固定接入点214之间只有一个中继转发点226为例。图中连接活动接入点217、中继转发点226和固定接入点214三者之间的虚线表示自由空间光通信的光链路。

通信终端有单个或多个，通信终端通过有线或者无线方式与所述数据汇集系统通信，多个通信终端之间通过有线级联或者无线方式相互通信或者不通信。图中示例性的表示出了6个终端设备。终端224、终端225通过有线方式连接至终端220，并通过终端220将事故现场信息传输至有线接入点218。终端221、终端222和终端223通过无线方式将事故现场信息传输至无线接入点219，在通过有线方式传输至有线接入点218。终端221与终端222之间可通过无线方式通信。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络，其特征在于，包括通信终端、数据汇集系统、活动接入点、固定接入点、区域通信站和应急指挥中心；

所述通信终端有至少一个，所述通信终端通过有线或无线方式与所述数据汇集系统联通通信，多个所述通信终端之间通过有线级联或者无线方式相互通信或者不通信；所述数据汇集系统经所述活动接入点与所述固定接入点联通通信，所述活动接入点与所述固定接入点之间通过自由空间光通信设备所提供的大气信道进行通信，所述固定接入点通过所述区域通信站与所述应急指挥中心联通通信。

2.根据权利要求1所述的基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络，其特征在于，还包括中继转发点，所述活动接入点经所述中继转发点与所述固定接入点联通通信，所述活动接入点与所述中继转发点之间、所述中继转发点与所述固定接入点之间均通过自由空间光通信设备所提供的大气信道进行通信。

3.根据权利要求1或2所述的基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络，其特征在于，所述通信终端收集事故现场信息，所述事故现场信息包括语音、视频、数据。

4.根据权利要求2所述的基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络，其特征在于，所述活动接入点安置于事故发生区域的一点，通过光纤与所述数据汇集系统相连，并与最近的所述固定接入点实现现场对准并进行通信；所述的与最近的所述固定接入点实现现场对准的方式包括，通过大气直接进行对准，或者通过一个或多个所述中继转发点进行多跳对准。

5.根据权利要求1或2所述的基于自由空间光通信的高速公路应急通信网络，其特征在于，所述固定接入点在相邻两个区域通信站之间按照两两相隔一定距离预先部署，并在跨越障碍物处部署，所述障碍物包括山峰峰顶、隧道口、高速公路弯道。

6.一种基于自由空间光通信的高速公路应急通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，所述通信终端将采集到的所述事故现场信息传送至所述数据汇集系统；

第二步，所述数据汇集系统再将所述事故现场信息通过就近的所述活动接入点传送至就近的固定接入点，所述活动接入点与所述固定接入点之间通过自由空间光通信设备所提供的大气信道进行通信；

第三步，由所述固定接入点将所述事故现场信息传送至所述区域通信站；

第四步，由所述区域通信站将所述事故现场信息传送至所述应急指挥中心；

第五步，按照与上述一至四步相反的路径，所述通信终端接收应急指挥中心下发的信息。

7.根据权利要求6所述的基于自由空间光通信的高速公路应急通信方法，其特征在于，在所述二步中，就近的所述活动接入点通过一个或多个所述中继转发点辅助所述活动接入点与所述固定接入点之间的通信，即通过所述中继转发点的自由空间光通信设备接收上一跳的光信号，放大后在由所述中继转发点的自由空间光通信设备转发至下一跳。

8.根据权利要求6或7所述的基于自由空间光通信的高速公路应急通信方法，其特征在，所述活动接入点在事故发生时，安置于事故发生区域的一点，通过光纤与所述数据汇集系统相连，并与最近的所述固定接入点实现现场对准并进行通信；所述的与最近的所述固定接入点实现现场对准方式包括通过大气直接进行对准，或者通过一个或多个所述中继转发点进行多跳对准。

9.根据权利要求6或7所述的基于自由空间光通信的高速公路应急通信方法，其特征在于，所述固定接入点在相邻两个区域通信站之间按照两两相隔一定距离预先部署；除此之外，在跨越某些障碍物处部署，包括山峰峰顶、隧道口、高速公路弯道处。

10.根据权利要求6或7所述的基于自由空间光通信的高速公路应急通信方法，其特征在于，所述通信终端有单个或多个，所述通信终端通过有线或者无线方式与所述数据汇集系统通信，多个所述通信终端之间通过有线级联或者无线方式相互通信或者不通信。

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