CN116528207B - 一种应急救援现场无线通讯方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种应急救援现场无线通讯方法，运用于通信技术领域，其方法包括：采集前场的应急救援现场的音频数据，对所述音频数据进行加密；对音频数据进行标记，并传输至下一个目标节点，通过动态等待控制节点之间的等待时长；建立数据通信模型并定义为一个有向图；在音频数据从一个节点发生请求后，会收到数据通信模型两种回复；当目标节点接受到音频数据后，解析数据报文再发送至后场进行实时的监控和指挥；使前场和后场进行无线通讯，并且灵活进行部署，能够让后场指挥中心及时获取救援现场相关信息，提高应急救援现场的救援效率。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种应急救援现场无线通讯方法。
背景技术
消防队的基础设施建设是消防工作顺利进行的基础，因此基础设施建设对消防工作极为重要。其中，无线通信设备是重要组成部分，无线通信的主要功能是促进指挥和救援活动，这对于消防调度也非常重要，从无线通信在当前消防中的应用来看，其发展趋势非常明显，同时在通信技术的共同发展下，通信网络也进行了有效的技术集成。在消防过程中，无线通信功能不仅用于命令，而且还用于发送文本，图像和其他信息。但是当前无线通信的发展存在以下问题：
（1）消防队的无线电频率分配不均匀，在应用于跨区域强化过程时会出现频率太低，发生冲突情况影响正常的消防活动；
（2）在消防和救援现场，无线通信会由于通信信号的影响、通信方式单一受到干扰或占用了通道，从而阻碍了通信。
参考专利申请号CN202210155683.2公开了一种消防用低功耗无线设备组网通讯的实现方法，具体内容为：包括无线设备与主机通讯的模式和无线设备独立工作的模式，在不需要安装中继器的条件下，通过无线组网，实现无线设备的远距离通讯。无线设备与主机通讯的模式下，多个无线设备以链路方式按照编码地址顺序设置，每个无线设备作为中转站，按照编码地址升幂或降幂的方向向下一级递传信息，递传信息时先发送唤醒命令①，用于激活整个链路，使所有无线设备处于唤醒模式，然后再发送信息，信息发送完成后进入休眠模式，所述信息为主机发出的控制命令或无线设备上报的火警及故障信息。无线设备独立工作的模式下，多个无线设备以链路方式或阵列方式按照编码地址顺序设置，形成区域内的阵列式或级联式报警。
此现有技术根据无线设备与主机通讯的模式和无线设备独立工作的模式，实现了消防无线设备的远距离通讯，但是一旦无线设备损坏则无法通信，存在局限性，因此提出一种应急救援现场无线通讯方法，不依赖传统的基础设施，实现消防人员前场和后场之间的交互通信。
发明内容
本申请的目的是提供一种应急救援现场无线通讯方法，旨在解决现有的无线设备存在局限性，存在信号传输延迟的问题。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请提供一种应急救援现场无线通讯方法，包括：
S1：采集前场的应急救援现场的音频数据，对所述音频数据进行加密；
S2：对音频数据进行标记，并传输至下一个目标节点，通过动态等待控制节点之间的等待时长，具体为：
计算获取的邻近节点需要占用信道时间的总和T：，
其中u为获取的节点，为获取的节点u声明的信道占用时间；
在预设的时间内，若节点的传输半径和干扰半径分别为，计算节点i在干扰半径内所有传输节点要占用信道的时间总和/>：/>，
其中，表示干扰半径和传输半径的比值；
S3：建立数据通信模型并定义为一个有向图，集合V中的点为移动节点，集合E中的边表示单向通信链路，根据代价集合W，定义图中的每条边/>一个非负的权值/>，/>为路径/>上节点的集合，/>为路径/>上边的集合；
将音频数据从源节点到目的节点的有向路径的一个递增序列中，定义/>为节点u的索引，则/>为/>的一个子有向路径；
S4：在音频数据从一个节点发生请求后，会收到数据通信模型两种回复，一种回复是在组网中存在请求的目标节点，需要确定能到达目标节点的路径；另一种回复是请求的目标节点在组网中不存在，则宣布发送失败；
S5：当目标节点接受到音频数据后，解析数据报文再发送至后场进行实时的监控和指挥。
进一步的，所述S2中，包括：
当节点有音频数据需要发送时，会先检测自己所出的状态，若节点检测到自己处于受限状态，则不会主动的与邻近节点竞争信道，而是通过动态等待结束；当节点处于受限状态，节点会实时的更新邻近节点表，根据邻近节点表中的信息计算下一次的动态等待时间。
进一步的，所述数据通信模型还包括后备路径，设在有向图中，是从源节点s到目的节点t的有向路径，若/>，那么路径是/>的边相似路径，其中/>为/>之间的边相似度，若路径/>是0边相似且源节点和目的节点相同，则判定路径/>并不相交；
设分别是/>的子路径，若/>不相交，则/>为不相交子路径。
进一步的，所述后备路径中，设为源节点s到目的节点t的主路径，若/>有相同的源节点和目的节点，并满足条件：则/>被称为/>的后备路径，的所有后备路径的集合被称为后备路径的备用集。
进一步的，所述数据通信模型还包括主备路径，为主备路径对/>的所有公共有向边，其中/>，设/>为主备路径对/>的所有不相交子路径，/>的长度分别为/>，其中/>；
对任意主备路径对，其中，当/>时，设/>是序列/>上的第一个节点，同属于/>，即/>；若/>，则是/>的公共有向边之一，反之/>是/>的子相交路径之一。
进一步的，所述音频数据通过数据通信模型传输的过程中存在路由生存期，设每个通信连接L在网络中的路由生存期为一个指数分布的随机变量，定义了/>上的公共有向边和不相交子路径的生存期，其中后备路径的生存期/>表示为：。
进一步的，所述当目标节点接受到音频数据后，解析数据报文再发送至后场进行实时的监控和指挥的步骤中，包括：
当目标节点接收到一个报文时，对报文进行校验和类型判断之后进行解析，解析的步骤如下：
S51：检查表项的状态，若为无效，进入步骤S55，若为有效，进入步骤S52；
S52：检查表项中的下一跳节点IP是否和报文中的源节点IP匹配，如果匹配则更新修改时间为当前时间，如果不匹配，则进入步骤S53；
S53：对于IP不匹配的表项，检查表项中的更新时间，用更新时间字段和当前时间字段比较，若差值比小于生存周期，则进入步骤S55，否则进入步骤S54；
S54：将该表项中的状态更新为无效状态，然后进入路由错误的发送阶段，发送完成后进入步骤S55；
S55：检查当前表项是否为最后一项，如果不是则返回步骤S51，否则结束解析。
进一步的，所述音频数据通过数据通信模型传输的过程中，还包括传输路径的维护，具体为：
当原来使用的传输路径断开时，通过路由出错信息告知源节点，并由源节点重新在网络拓扑图中寻找一条新的路径替代它，获得目的节点的路径；当由于连接断开而丢失的音频数据时，并不是直接丢弃，而是有断开链路的上游节点通过其网络状态图，寻找新的转发路径，并以此路径转发所述音频数据。
本申请提供了一种应急救援现场无线通讯方法，具有以下有益效果：
（1）在音频数据传输的过程中，通过动态等待控制节点之间的等待时长，解决了通信流传输路径上节点所面临的流量竞争问题，在节点成功发送一个数据报文后，将根据逸发送报文的长度和周围的流量竞争主动的等待一段时间，以便邻居节点有更多的机会占用信道转发报文，采用节点主动等待时长计算的经验公式，提高了通信流的端到端吞吐量，降低了数据传输延迟，改善了节点的能源使用效率；
（2）建立数据通信模型，使目的节点可以获得充分的路由状态信息，从而建立多条路径，实现了简单的多路径路由能力；
（3）当目标节点接受到音频数据后，解析数据报文再发送至后场进行实时的监控和指挥，使前场和后场进行无线通讯，并且灵活进行部署，能够让后场指挥中心及时获取救援现场相关信息，提高应急救援现场的救援效率。
附图说明
图1为本申请一实施例的一种应急救援现场无线通讯方法的流程示意图。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参考附图1，为本申请提出的一种应急救援现场无线通讯方法的流程示意图；
本申请所提供的一种应急救援现场无线通讯方法，步骤包括：
S1：采集前场的应急救援现场的音频数据，对所述音频数据进行加密。
S2：对音频数据进行标记，并传输至下一个目标节点，通过动态等待控制节点之间的等待时长，具体为：
计算获取的邻近节点需要占用信道时间的总和T：，
其中u为获取的节点，为获取的节点u声明的信道占用时间；
在预设的时间内，若节点的传输半径和干扰半径分别为，计算节点i在干扰半径内所有传输节点要占用信道的时间总和/>：/>，
其中，表示干扰半径和传输半径的比值；
当节点有音频数据需要发送时，会先检测自己所出的状态，若节点检测到自己处于受限状态，则不会主动的与邻近节点竞争信道，而是通过动态等待结束；当节点处于受限状态，节点会实时的更新邻近节点表，根据邻近节点表中的信息计算下一次的动态等待时间。
S3：建立数据通信模型并定义为一个有向图，集合V中的点为移动节点，集合E中的边表示单向通信链路，根据代价集合W，定义图中的每条边/>一个非负的权值/>，/>为路径/>上节点的集合，/>为路径/>上边的集合；
将音频数据从源节点到目的节点的有向路径的一个递增序列中，定义/>为节点u的索引，则/>为/>的一个子有向路径；
所述数据通信模型还包括后备路径，设在有向图中，/>是从源节点s到目的节点t的有向路径，若/>，那么路径/>是/>的边相似路径，其中/>为/>之间的边相似度，若路径/>是0边相似且源节点和目的节点相同，则判定路径/>并不相交；
设分别是/>的子路径，若/>不相交，则/>为不相交子路径。
后备路径中，设为源节点s到目的节点t的主路径，若/>有相同的源节点和目的节点，并满足条件：/>则/>被称为/>的后备路径，/>的所有后备路径的集合被称为后备路径的备用集。
数据通信模型还包括主备路径，为主备路径对/>的所有公共有向边，其中/>，设/>为主备路径对/>的所有不相交子路径，/>的长度分别为/>，其中/>；
对任意主备路径对，其中，当/>时，设/>是序列/>上的第一个节点，同属于/>，即/>；若/>，则是/>的公共有向边之一，反之/>是/>的子相交路径之一。
在此步骤中，在传统的路径选择一般都使用简单的跳数作为选择路径的指标，当在传输数据紧张的无线网络中，跳数并不能作为选择路由的唯一标准，传统的路径算法都由目的节点控制，源节点只能被动地接受目的节点选择的路由，这样的方式使源节点在有限的几条路径失效时，只能重启路由请求，因此本事情提出可以通过在源节点收集尽可能多的网络状态信息，并在数据传输时，选择性的采用替换路径传输或者多路径同时传输的方式，最后提供可靠的、高效率的传输性能。
将数据通信模型模拟成一个有向图，图中集合V中的点为移动节点，集合E中的边表示单向通信链路，根据代价集合W，赋予图中的每条边/>一个非负的权值，代表了与路由相关的某一连接的配置或状态参数，有向图G中有一个方向的路径可以通过一系列的边或者一系列相邻的点来定义，/>为路径/>上节点的集合，为路径/>具体上边的集合，如果路径中不包含环，则称为简单路径。
在路由度量的标准中，一旦发现并使用一条路径，那么它持续的时间越长，就越少进行重新选择路由的初始化过程。用后备路由的策略就是为了寻找一条存活时间较长的主备路径对来替代单一的主路径从而降低了启动路由查找的频率，而路由查找的频率是影响通信性能的关键因素，特别是在紧张的环境下。因此定义主备路径对的平均生存期为后备路由的可靠性，并把它作为后备源路由的路由度量。
在一实施例中，路由查找的具体内容为：需要建立网络状态拓扑图，采用泛洪方式来请求获取网络状态，而网络中的节点通过有选择的反馈来帮助源节点建立这样的网络状态拓扑图。由源节点发起路由请求，利用请求-回答循环来构建后备路径。当源节点需要到目的节点的路径，而路径信息未知时，它给整个网络发出路由请求消息。穿过不同路径的路由需求的复制消息将达到每一个中间节点，接着就在他们的路由缓存中选择主路径和后备路径。最终目的节点创立后备路径，通过选定的路径发送路由应答到源节点。经过一定的延迟时间后，拥有不止一条路径的节点，再把这些记录下来的路径通过记录路径中所能找到的最短路径反馈给源节点；通过将这些不同节点发来的路径信息进行迭加，源节点可以构造出自己的网络拓扑结构图。当有相类似的路由反馈信息经过某个节点时，该节点都可以从中取出相应的路由信息，并将其添加到自己的网络拓扑结构图中。这样，无论网络中哪一个节点需要发送数据，它们都可以首先从自己的网络拓扑结构图中寻找相应的路径，只有当找不到这样的路径时，它们才需要通过泛洪来获取到达目的节点的路径。
在另一实施例中，在一定的特殊情况下还可以利用缓存进行一定的优化处理，适应单一的路由查找以及通过来自其它数据包负载的路由信息，一个节点可以获悉和缓存到任何目的节点的后备路由，如果节点有到目的节点的后备路由，当它正在使用的主路由出问题了，它能够尝试其它缓存的路由，这样对于路由变更的反映就更快。如果一个节点收到目的节点的消息而它有后备路由到达该目的节点，这个节点可以基于它存储的信息产生一个消息，而不用重新散播消息。这个优化可以降低音频数据传输时的等待时间；例如：节点A需要和节点T通信，启动新的路由查找，当请求消息到达C节点时，C节点对比它的路由缓存，发现有到达T的条目，在收到重复的消息后，节点C设置它的路由缓存，根据节点C的路由缓存，节点C通过串联它自己到源节点的路由和它到目的节点的路由，构建一个从A到T 的后备路由，那样节点C就回复节点A已经建立好的后备路由，一旦源节点从中间节点或者目的节点收集到所有可能的后背路由，它将选择代价最小的一条路由，采用这种方式时，节点在根据缓存中的信息，必须曲儿得到的路径对是一条后备路由，否则不能发送音频数据。
S4：在音频数据从一个节点发生请求后，会收到数据通信模型两种回复，一种回复是在组网中存在请求的目标节点，需要确定能到达目标节点的路径；另一种回复是请求的目标节点在组网中不存在，则宣布发送失败；
S5：当目标节点接受到音频数据后，解析数据报文再发送至后场进行实时的监控和指挥；
S51：检查表项的状态，若为无效，进入步骤S55，若为有效，进入步骤S52；
S52：检查表项中的下一跳节点IP是否和报文中的源节点IP匹配，如果匹配则更新修改时间为当前时间，如果不匹配，则进入步骤S53；
S53：对于IP不匹配的表项，检查表项中的更新时间，用更新时间字段和当前时间字段比较，若差值比小于生存周期，则进入步骤S55，否则进入步骤S54；
S54：将该表项中的状态更新为无效状态，然后进入路由错误的发送阶段，发送完成后进入步骤S55；
S55：检查当前表项是否为最后一项，如果不是则返回步骤S51，否则结束解析。
在此步骤中，当自然灾害发生时，公网信号消失或减弱，指挥救援队伍则需要组建一套无线传输通信网络，将现场的情况传到后场指挥中心，通过调度指挥系统进行远程调控；前场可由应急通信指挥车、单兵自组网设备、机器人机载自组网设备、便携式指挥箱等终端进行组网。
综上所述，本申请通过采集前场的应急救援现场的音频数据，对音频数据标记后传输至下一个目标节点，控制节点之间的等待时长；并在音频数据传输时，选择性的采用替换路径传输或者多路径同时传输的方式，最后提供可靠的、高效率的传输性能；当目标节点接受到音频数据后，解析数据报文再发送至后场进行实时的监控和指挥。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。
当然，本发明还可有其它多种实施方式，基于本实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出任何创造性劳动的前提下所获得其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。
Claims (8)
1.一种应急救援现场无线通讯方法，其特征在于，包括：
S1：采集前场的应急救援现场的音频数据，对所述音频数据进行加密；
S2：对音频数据进行标记，并传输至下一个目标节点，通过动态等待控制节点之间的等待时长，具体为：
计算获取的邻近节点需要占用信道时间的总和T：，
其中u为获取的节点，为获取的节点u声明的信道占用时间；
在预设的时间内，若节点的传输半径和干扰半径分别为，计算节点i在干扰半径内所有传输节点要占用信道的时间总和/>：/>，
其中，表示干扰半径和传输半径的比值；
S3：建立数据通信模型并定义为一个有向图，集合V中的点为移动节点，集合E中的边表示单向通信链路，根据代价集合W，定义图中的每条边/>一个非负的权值，/>为路径/>上节点的集合，/>为路径/>上边的集合；
将音频数据从源节点到目的节点的有向路径的一个递增序列中，定义/>为节点u的索引，则/>为/>的一个子有向路径；
S4：在音频数据从一个节点发生请求后，会收到数据通信模型两种回复，一种回复是在组网中存在请求的目标节点，需要确定能到达目标节点的路径；另一种回复是请求的目标节点在组网中不存在，则宣布发送失败；
S5：当目标节点接受到音频数据后，解析数据报文再发送至后场进行实时的监控和指挥。
2.根据权利要求1所述的一种应急救援现场无线通讯方法，其特征在于，所述S2中，包括：
当节点有音频数据需要发送时，会先检测自己所处的状态，若节点检测到自己处于受限状态，则不会主动的与邻近节点竞争信道，而是通过动态等待结束；当节点处于受限状态，节点会实时的更新邻近节点表，根据邻近节点表中的信息计算下一次的动态等待时间。
3.根据权利要求1所述的一种应急救援现场无线通讯方法，其特征在于，所述数据通信模型还包括后备路径，设在有向图中，/>是从源节点s到目的节点t的有向路径，若/>，那么路径/>是/>的边相似路径，其中/>为之间的边相似度，若路径/>是0边相似且源节点和目的节点相同，则判定路径/>并不相交；
设分别是/>的子路径，若/>不相交，则/>为不相交子路径。
4.根据权利要求3所述的一种应急救援现场无线通讯方法，其特征在于，所述后备路径中，设为源节点s到目的节点t的主路径，若/>有相同的源节点和目的节点，并满足条件：/>则/>被称为/>的后备路径，/>的所有后备路径的集合被称为后备路径的备用集。
5.根据权利要求1所述的一种应急救援现场无线通讯方法，其特征在于，所述数据通信模型还包括主备路径，为主备路径对/>的所有公共有向边，其中，设/>为主备路径对/>的所有不相交子路径，/>的长度分别为/>，其中/>；
对任意主备路径对，其中，当/>时，设/>是序列/>上的第一个节点，同属于/>，即/>；若/>，则是/>的公共有向边之一，反之/>是/>的子相交路径之一。
6.根据权利要求1所述的一种应急救援现场无线通讯方法，其特征在于，所述音频数据通过数据通信模型传输的过程中存在路由生存期，设每个通信连接L在网络中的路由生存期为一个指数分布的随机变量，定义了/>上的公共有向边和不相交子路径的生存期，其中后备路径的生存期/>表示为：。
7.根据权利要求1所述的一种应急救援现场无线通讯方法，其特征在于，所述当目标节点接受到音频数据后，解析数据报文再发送至后场进行实时的监控和指挥的步骤中，包括：
当目标节点接收到一个报文时，对报文进行校验和类型判断之后进行解析，解析的步骤如下：
S51：检查表项的状态，若为无效，进入步骤S55，若为有效，进入步骤S52；
S52：检查表项中的下一跳节点IP是否和报文中的源节点IP匹配，如果匹配则更新修改时间为当前时间，如果不匹配，则进入步骤S53；
S53：对于IP不匹配的表项，检查表项中的更新时间，用更新时间字段和当前时间字段比较，若差值比小于生存周期，则进入步骤S55，否则进入步骤S54；
S54：将该表项中的状态更新为无效状态，然后进入路由错误的发送阶段，发送完成后进入步骤S55；
S55：检查当前表项是否为最后一项，如果不是则返回步骤S51，否则结束解析。
8.根据权利要求1所述的一种应急救援现场无线通讯方法，其特征在于，所述音频数据通过数据通信模型传输的过程中，还包括传输路径的维护，具体为：
当原来使用的传输路径断开时，通过路由出错信息告知源节点，并由源节点重新在网络拓扑图中寻找一条新的路径替代它，获得目的节点的路径；当由于连接断开而丢失的音频数据时，并不是直接丢弃，而是由断开链路的上游节点通过其网络状态图，寻找新的转发路径，并以此路径转发所述音频数据。
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| CN202310644914.0A Active CN116528207B (zh) | 2023-06-02 | 2023-06-02 | 一种应急救援现场无线通讯方法 |
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- 2023-06-02 CN CN202310644914.0A patent/CN116528207B/zh active Active
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| 基于Dijkstra算法的煤矿应急救援指挥系统的研究与应用;宋洁;曹春梅;施亮;;福建电脑(第07期);全文 * |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN116528207A (zh) | 2023-08-01 |
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