MESH网络技术在消防应急通信中的应用

时间：2024-09-03

幸雪初曾凡兵

1 湖南省公安消防总队湖南 410205

2 北京信诺飞图科技有限公司北京 100085

0 引言

当今社会，随着经济的迅猛发展，城市人口大幅增加，公共场所、居住区、企业的用电量大幅增加，灾害事故频发；随着气候变化，自然灾害(地震、泥石流、海啸等)时有发生；城市化的建设，地铁逐步在各大城市中开始兴建，地下通信开始摆在应急救援队伍的面前，在各种特殊事故及特殊灾害现场，如何使传统的通信手段不能解决语音问题的情况下通过别的通信手段让通信指挥通畅，是当前消防网络通信系统运用中的难题。而MESH网络对讲机恰好解决了之一难题，它能在传统语音对讲及数字对讲处于盲区的情况下让通信通畅，在完成灭火救援指挥工作任务中起着关键作用。随着MESH技术及语音技术的发展，为彻底解决语音盲区成为了可能；随着MESH技术和语音技术日益成熟，使消防救援指挥工作通畅无阻，真正实现了无缝通信。

1 MESH技术概述

MESH Network也称为“多跳网络”，它是一个动态的可以不断扩展的网络架构，实现无线设备之间的传输。在各种无线通信技术蓬勃发展的同时，一种新的无线网络技术——无线Mesh网络正逐渐成为人们关注的焦点之一。无线Mesh网络(即无线网状网)也称为无线格状网或无线多跳网，可以和多种宽带无线接入技术如IEEE802.11、802.16、802.20以及3G移动通信等技术相结合，组成一个含有多跳无线链路的无线网状网络。这种无线网状网不仅可以大幅度扩展无线系统的覆盖范围，同时还可以提高无线系统的带宽容量和通信可靠性，是一种非常有发展前途的宽带无线接入技术。

在MESH网络传输中，采用网状网拓扑结构，即多点对多点组网方式。在这种网络结构中，各网络节点终端通过相邻的其它网络节点终端以无线多跳方式相连，无需增加任何路由器，终端自成网络。目前，传统无线MESH网络由两部分组成：MESH路由器、MESH终端。路由器除了具有传统的无线路由器的网关/ 中继功能外，还支持MESH网络互联的路由功能。MESH路由器通常具有多个无线接口，这些无线接口可以基于相同的无线接入技术构建，也可以基于不同的无线接入技术。与传统的无线路由器相比，无线MESH路由器可以通过无线多跳通信。 MESH通信网关支持 GSM GW/GSM网关、Analog (VHF/UHF) GW/模拟网关、IP GW/IP网关，其总体示意图如图1。

图1 总体示意图

2 MESH网络与消防350MHz无线通信系统的接入

灭火抢险救援现场属于突发事件，时间、地点不定，作为一般情况下的应急通信，消防350MHz无线通信系统配合卫星通信系统基本上可以很好的保障灭火救援现场的通信畅通，但在地铁、地下建筑、隧道等场地的灭火救援现场，由于地理环境比较复杂，无线信号的屏蔽和衰减比较大，对现有消防350MHz无线通信系统来讲属于盲区；从通信原理上来讲，阻挡和屏蔽是无线通信的两大“克星”，如何解决盲区问题，基本上靠中继系统来完成。

当前，湖南省公安消防部队基本上配备的是海伦达350MHz无线终端，按照公安部的要求，全省消防部队无线通信系统全部依托省公安厅350MHz无线通信系统，在灭火抢险救援中发挥了应有的通信保障作用。随着城市的建设，地铁、隧道、人防工程等地下建筑不断增多，在灭火抢险救援中，350MHz的常规通信很难保证地下与地面的有效通信，对无线通信就提出了新的要求，为解决地下与地面的通信问题，我们引进了IP68对讲机作为MESH网络中继，与现有使用的消防350MHz无线对讲机进行互联，解决地下、隧道等地下建筑物里与外面的无线通信问题，IP68对讲机根据其转接线的接口定义可以与各种品牌、不同型号的对讲机直接对接，通过软件的自动识别及设置，即可实现互联互通。下面以海伦达TC780M手持常规对讲机为例加以说明。

2.1 MESH网络连接线接口说明

序号 IP68 颜色定义1 MIC 棕色麦克输入(来源于网关终端喇叭声音)2 GND 黑色公共地3 SPEAKER 红色喇叭输入(来源于网关终端麦克声音)4 VBAT 橙色电压输出5 PTT OUT 黄色网关终端PTT输出6 PTT IN 绿色网关终端PTT输入

2.2 海伦达TC780M手持常规对讲机连接图接口说明

序号 TC780M接口定义1 EXT-SPK+ 外部喇叭2 PTT 发射控制L：发射3 GND 地4 EXT-MIC+ 外部MIC

2.3 MESH网络对讲IP68与海伦达TC780M手持常规对讲机接口连接图

2.4 IP68与TC780M互联作为中继通信的拓扑图

(1) IP68作为中继互联接入TC780M系统

(2) IP68作为中继转接

目前，湖南省公安消防总队已采用了该技术进行了应用，使MESH对讲系统和现有消防350MHz无线通信系统进行融合成为一个网络，从功能上实现现有消防350MHz无线通信系统向通信盲区距离的延伸，以解决现有消防 350MHz无线通信的盲区，有效地解决了地下建筑、隧道等内部与外部的通信问题，取得了很好的效果。

3 实际应用中存在的问题

3.1 时延问题

MESH对讲系统在实际应用中存在着一定的语音时延，这是由其技术体制决定的。MESH终端采用 IP网络技术协议，每个终端具备路由功能，其语音数据以包的形式在无线链路上进行传输，其时延问题是在所难免的。其传输时延来源于两方面：一种是无线链路，另一种来源于网络传输。前者时延可以忽略不计，后者时延来源于语音数据报传输过程中必经路由器的流量状况、握手协议、网络进入点和输出点之间路由器的数目以及其终端到目的地不同的路径等。

3.2 抗干扰问题

MESH对讲具有自组网功能，能在成百上千个终端之间组网，需要具有大容量的传输能力，其占用无线带宽相对于普通无线语音对讲来讲会有相当大的区别。一般普通无线语音对讲系统占用射频带宽在12.5KHz或25KHz，而MESH对讲系统占用的射频带宽在 20MHz。一般情况下，现场解决干扰问题主要通过改变设备工作频率。