CN107454576B - 基于自组网智能专网的应急通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于自组网智能专网的应急通信系统，采用无线自组网加LTE网络技术，两网之间可相互补盲、双网融合、双网并行无线宽带组网方式。系统具备独特的调制方式，在多种的环境下，该设备具有传输速率高、智能化程度高、支持多跳传输以及高速移动、可靠性高、配置维护管理方便等特点，可有效的支持数据、视频和语音业务的传输。具备优秀的传输性能和穿透能力，高度灵活的网状网拓扑结构，意味着数据可以在节点间以多种方式传输，节点也可以作为中继台来使用，扩展覆盖范围非常方便。通过无线链路或任意IP回程链路，实现事件现场、现场指挥系统以及后方指挥系统任意节点间的双向音视频可视化指挥控制。

Description

基于自组网智能专网的应急通信系统
技术领域
本发明涉及一种基于自组网智能专网的应急通信系统。
背景技术
无线自组网是一种新型的无线宽带接入网络，它融合了无线自组网和LTE网络的优势，扩大了无线局域网的覆盖范围，且具有自组网的组网灵活性强、支持移动性、易于迅速展开、系统整体抗毁能力强的特点。是一种大容量、高速率、覆盖范围广的网络，成为宽带接入的一种有效手段。无线网状网极其广泛，可以应用于偏远地区的宽带接入、网络语音通讯，政府机构、学校、企事业单位的无线宽带接入，远程医疗、安全监控、交通监测、数字城市、军队战场通讯系统等各个方面。该技术被美国《telecommunications》杂志评选为2004年十大热门通信技术之一。
无线Mesh属于以下一代Internet为中心的世界第四代计算机网络，被业界称为“无线网状网”或“无线网中网”，又称为无线局/区/城域网或无线城市网(小到覆盖一层楼、一栋楼或一个小区，大到覆盖一个城市)，它融合了现有无线局域网和Adhoc网络的优势，是一个可广泛应用视频(电视、电影)、语音(VoIP)和数据(宽带接入)传输等的，新型的大容量、高速率、覆盖范围广、成本低廉、系统整体抗毁能力强的的无线宽带网络,无线Mesh也被称为世界第三代通信，即整个地域或整个城市实现无线网状网通信，将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信，能够处理图像、音乐、视频流等多媒体，提供包括网页浏览、电话会议、移动视频、电子商务等多种信息服务。还可在没有覆盖有线IP和有线电视的地方，通过卫星等接入部署，再扩展到整个地区。
发明内容
本发明的目的在于针对多种缺乏基础网络设施支持下的应急通信场所。若添加新设备，只需要开启设备自带电源开关，短时间内可以自动进行自我配置，可以自动加入网络。该设备具有传输速率高、智能化程度高、支持多跳传输以及高速移动、可靠性高、配置维护管理方便等特点，可有效的支持数据、视频和语音业务的传输。采用宽带自组网技术，系统具备独特的调制方式，在多径的环境下，具备优秀的传输性能和穿透能力。高度灵活的网状网拓扑结构，意味着数据可以在节点间以多种方式传输，节点也可以作为中继台来使用，扩展覆盖范围非常方便。通过自组网无线链路或任意IP回程链路，实现事件现场、现场指挥系统以及后方指挥系统任意节点间的双向音视频可视化指挥控制。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案来实现：
本发明的一种基于自组网智能专网的应急通信系统。实现的原理是：系统采用LTE网络和自组织网络并行，双网融合，共同完成对任务区域的组网覆盖。系统可自组织：网络节点和授权最终用户可即时加入网络，扩展网络覆盖范围，并可连接至所有其他节点；自愈：如果网络中的某台设备发生故障或从其拓扑位置上拆卸，网络会自动适应这种改变。既使发端与对端之间的连接涉及多台中继设备，网络也会找到从发端到对端的新的路由；多跳式：每个网络节点和用户端设备(无线通信单元)均能转发和路由发送至另一个对端的数据包，能选择并确定一个从发端到对端的最佳路由；点对点网络：自组织网络通常由平等的网元构成，只要发端和对端的距离足够近，就能直接连接发端和对端。而不必通过中央管理节点。
所述的运用自组织技术。通过利用无线自组网网络，网络节点和授权最终用户可即时加入网络，扩展网络覆盖范围，并可连接至所有其他节点，网络具备自组织功能，可自动探知新增节点，并更新路由，自动调整网络参数，如相邻节点发射功率等。基站具备自动发现和动态路由连接功能，能够消除单点故障对业务的影响，提供冗余路径。自组织功能可带来诸多优势：减小无线规划复杂度、无需复杂配置、新增节点非常方便。
所述的综合运用自愈技术。网状结构，无中心，在某条链路节点出现错误后可以自动通过其他基站接入有线网络，保证传输链路畅通，满足单点或多点失效情况下的语音数据传输。针对有线接入点的基站，一旦其有线链路出现故障，也将自动关闭其无线链路，使得其他连接到该基站的节点可以自动选择其他有线点接入，保证网络的正常运行。节点具备功率自调整功能，通过覆盖区域呼吸效应减小节点毁坏带来的影响。
所述的采用多跳式技术，实现路由快速重建，通过混合多种路由协议及优化链路拓扑更新机制，即减少网络开销，又不失路由的准确性，智能化路由重建，网络中的路由协议不仅能根据“最小跳数”来进行路由选择，还能综合考虑多种性能度量指标，比如数据的及时性、稳定性，数据包的完整性等。支持选路协议。确保数据帧始终通过最优的链路传输。路由协议可提供网络容错性和健壮性支持，能够在无线链路失效时，迅速选择替代链路避免业务提供中断。路由协议能够利用流量工程技术，在多条路径间进行负载均衡，最大限度利用系统资源。路由协议同时支持路由器和用户终端。
所述的采用点对点网络。部署Mesh设备达到合适的覆盖范围，当任何一个Mesh设备失效时，周围Mesh设备都可以填补覆盖漏洞，无须人工参与，根据实际情况合理分配用户，达到最佳的负载分担效果，两端用户不会受到中间网络路由的变化影响业务。每个节点都有一条或几条传送数据的路径。如果最近的节点出现故障或者受到干扰，数据包将自动路由到备用路径继续进行传输，整个网络的运行不会受到影响。
附图说明
图1是本发明的一种基于自组网智能专网的应急通信系统框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细描述：
图1是本发明的一种基于自组网智能专网的应急通信系统框图，如图1所示，一种基于自组网智能专网的应急通信系统，采用LTE网络和自组织网络并行，双网融合，共同完成对任务区域的组网覆盖，任务区域主要由LTE网络覆盖，以LTE 4G基站为主，以中继基站临机布设补充为辅，组成覆盖任务区域的LTE主覆盖网络。车载基站间采用无线自组网方式互连，进而连接到指挥中心；中继基站可直接通过车载基站的LTE无线信号与LTE网络互联。终端可以随遇接入LTE基站，通过LTE网络进行语音、数据、视频等业务。
终端之间还可通过终端自组网信号互联，组成自组网通信网络，4G基站也作为自组网中的一个网元，通过自组网网络，终端之间可直接进行点对点通信。
终端控制网络及路径的选择，主呼方维护目标地址的所有可达路径，综合考虑每条路径的跳数及信道质量，选择最优的路径与目标地址建立业务通道，使系统达到较高的性能。
系统可达到以下功能；自组织：网络节点和授权最终用户可即时加入网络，扩展网络覆盖范围，并可连接至所有其他节点；采用自愈技术：如果网络中的某台设备发生故障或从其拓扑位置上拆卸，网络会自动适应这种改变。既使发端与对端之间的连接涉及多台中继设备，网络也会找到从发端到对端的新的路由；采用多跳式技术：每个网络节点和用户端设备(无线通信单元)均能转发和路由发送至另一个对端的数据包，能选择并确定一个从发端到对端的最佳路由；采用点对点网络：自组织网络通常由平等的网元构成，只要发端和对端的距离足够近，就能直接连接发端和对端。而不必通过中央管理节点。
所述的运用自组织技术。通过利用无线自组网网络，网络节点和授权最终用户可即时加入网络，扩展网络覆盖范围，并可连接至所有其他节点，网络具备自组织功能，可自动探知新增节点，并更新路由，自动调整网络参数，如相邻节点发射功率等。基站具备自动发现和动态路由连接功能，能够消除单点故障对业务的影响，提供冗余路径。自组织功能可带来诸多优势：减小无线规划复杂度、无需复杂配置、新增节点非常方便。
所述的综合运用自愈技术。网状结构，无中心，在某条链路节点出现错误后可以自动通过其他基站接入有线网络，保证传输链路畅通，满足单点或多点失效情况下的语音数据传输。针对有线接入点的基站，一旦其有线链路出现故障，也将自动关闭其无线链路，使得其他连接到该基站的节点可以自动选择其他有线点接入，保证网络的正常运行。节点具备功率自调整功能，通过覆盖区域呼吸效应减小节点毁坏带来的影响。
所述的采用多跳式技术，实现路由快速重建，通过混合多种路由协议及优化链路拓扑更新机制，即减少网络开销，又不失路由的准确性，智能化路由重建，网络中的路由协议不仅能根据“最小跳数”来进行路由选择，还能综合考虑多种性能度量指标，比如数据的及时性、稳定性，数据包的完整性等。支持选路协议。确保数据帧始终通过最优的链路传输。路由协议可提供网络容错性和健壮性支持，能够在无线链路失效时，迅速选择替代链路避免业务提供中断。路由协议能够利用流量工程技术，在多条路径间进行负载均衡，最大限度利用系统资源。路由协议同时支持路由器和用户终端。
所述的采用点对点网络。部署Mesh设备达到合适的覆盖范围，当任何一个Mesh设备失效时，周围Mesh设备都可以填补覆盖漏洞，无须人工参与，根据实际情况合理分配用户，达到最佳的负载分担效果，两端用户不会受到中间网络路由的变化影响业务。每个节点都有一条或几条传送数据的路径。如果最近的节点出现故障或者受到干扰，数据包将自动路由到备用路径继续进行传输，整个网络的运行不会受到影响。
本发明的无线自组网技术由新一代OFDMA调制编码技术、兼容所有IP化的信息应用、最优路由优化、多带宽COFDM调制技术、等几个部分组成。系统进行处理后，实现以下几个核心功能：
(1)采用新一代OFDMA调制编码技术，支持点对多点同时通信；支持AMC，能够适应各种信道条件；快速Harq反馈，降低通信时延；支持动态资源分配管理，更优的资源利用率；支持QoS，满足高优先级业务的优先处理；通过动态路由管理，可据网络拓扑和节点间信道质量动态调整路由路径，保障网络运营状态；网络拓扑更新快速，支持各种网络拓扑，适应更多场景；
(2)无线自组网能够兼容所有IP化的信息应用，能够与其他通信系统(如卫星、光纤、短波、数字集群、WIFI、LTE等)实现互连互通；
(3)多带宽COFDM调制技术：6/5/3.5/3/2.5MHz；高接收门限电平：-98dBm@1Mbps支持宽带数据在高速移动、非视距(NLOS)复杂环境下的稳定传输。
(4)最优的路由优化协议，网络中的路由协议不仅能根据“最小跳数”来进行路由选择，还能综合考虑多种性能度量指标，比如数据的及时性、稳定性，数据包的完整性等。支持选路协议。确保数据帧始终通过最优的链路传输。路由协议可提供网络容错性和健壮性支持，能够在无线链路失效时，迅速选择替代链路避免业务提供中断。路由协议能够利用流量工程技术，在多条路径间进行负载均衡，最大限度利用系统资源。路由协议同时支持路由器和用户终端。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。凡是依据本发明申请专利范围的内容所作任何细微修改、等效变化与修饰，均属于本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种基于自组网智能专网的应急通信系统，其特征在于，包括：
LTE 4G基站、中继基站、以及多个车载基站，采用LTE网络和自组织网络并行，双网融合，共同完成对任务区域的组网覆盖，任务区域主要由LTE网络覆盖，以LTE 4G基站为主，以中继基站布设补充为辅，组成覆盖任务区域的LTE主覆盖网络；
车载基站之间采用无线自组网方式互连，进而连接到指挥中心，中继基站可直接通过车载基站的LTE无线信号与LTE网络互联，终端接入LTE 4G基站，通过LTE网络进行语音、数据、视频的传输；
终端之间还可通过终端自组织网络信号互联，组成自组网通信网络，LTE 4G基站作为自组网中的一个网元，通过自组网网络，终端之间可直接进行点对点通信；
在终端控制网络及路径的选择上，主呼方维护目标地址的所有可达路径，综合考虑每条路径的跳数及信道质量，选择路径与目标地址建立业务通道；
所述应急通信系统上的网络节点和授权最终用户可即时加入网络，扩展网络覆盖范围，并可连接至所有其他节点；
如果网络中的某台设备发生故障或从其拓扑位置上拆卸，网络会自动适应；
既使发端与对端之间的连接涉及多台中继设备，网络会找到从发端到对端的新的路由，每个网络节点和用户终端设备均能转发和路由发送至另一个对端的数据包，选择并确定一个从发端到对端的路由；
自组织网络由平等的网元构成，只要发端和对端的距离达到预设距离，就能直接连接发端和对端；
部署Mesh设备达到合适的覆盖范围，当任何一个 Mesh设备失效时，周围 Mesh设备填补覆盖漏洞，根据实际情况合理分配用户；每个节点都有一条或几条传送数据的路径；如果最近的节点出现故障或者受到干扰，数据包将自动路由到备用路径继续进行传输。
2.根据权利要求1所述基于自组网智能专网的应急通信系统，其特征在于：
所述应急通信系统通过利用无线自组网网络，网络节点和授权最终用户即时加入网络，扩展网络覆盖范围，并连接至所有其他节点；
网络具备自组织功能，自动探知新增节点，并更新路由，自动调整网络参数。
3.根据权利要求1所述基于自组网智能专网的应急通信系统，其特征在于：
所述应急通信系统为网状结构，在某条链路节点出现错误后自动通过其他基站接入有线网络，保证传输链路畅通，满足单点或多点失效情况下的语音数据传输；
一旦其有线链路出现故障，将自动关闭其无线链路，使得其他连接到该基站的节点自动选择其他有线点接入，保证网络的正常运行。
4.根据权利要求1所述基于自组网智能专网的应急通信系统，其特征在于：
所述应急通信系统通过混合多种路由协议及优化链路拓扑更新机制；
网络中的路由协议不仅能根据最小跳数来进行路由选择，还能考虑数据的及时性、稳定性、数据包的完整性；
支持选路协议，确保数据帧始终通过链路传输，路由协议提供网络容错性和健壮性支持，在无线链路失效时，迅速选择替代链路；
路由协议利用流量工程技术，在多条路径间进行负载均衡。
5.根据权利要求1所述的基于自组网智能专网的应急通信系统，其特征在于：
所述应急通信系统部署自组网设备达到预设的覆盖范围，当任何一个自组网设备失效时，周围自组网设备填补覆盖漏洞，根据实际情况合理分配用户，两端用户不会受到中间网络路由的变化影响业务；
每个节点都有一条或几条传送数据的路径，如果最近的节点出现故障或者受到干扰，数据包将自动路由到备用路径继续进行传输，整个网络的运行不会受到影响。
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