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摘要:隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷取得進(jìn)步，公路建設(shè)也在蓬勃發(fā)展建設(shè)，隨之信息化智能化也隨著產(chǎn)也發(fā)展和工作維護(hù)需要支撐通信技術(shù)水平也在隨之不斷提高，很多應(yīng)用在高速公路、城市道路通信系統(tǒng)中普遍應(yīng)用起來。在高速公路和城市道路監(jiān)控和維護(hù)工作中最為重要的組成部分就是信息系統(tǒng)。隨著公路信息化在日程和救災(zāi)應(yīng)急的不斷開展，對(duì)傳統(tǒng)的偏遠(yuǎn)公路來說是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，偏遠(yuǎn)公路距離長(zhǎng)、基礎(chǔ)條件不好，通信光纖和公網(wǎng)通信及電力配套等都是難題，所以要解決適合漫長(zhǎng)偏遠(yuǎn)公路信息化和智能化通信系統(tǒng)需要在技術(shù)上探討研究，既要投資小、快速建網(wǎng)、不間斷實(shí)用通信，來滿足現(xiàn)在任務(wù)逐漸增長(zhǎng)的需求。本文對(duì)無線通信技術(shù)進(jìn)行了分析，并根據(jù)現(xiàn)在的公路通信的情況進(jìn)行了分析和探討研究。

關(guān)鍵詞:無線異構(gòu)通信技術(shù);應(yīng)急通信技術(shù);系統(tǒng)應(yīng)用

無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，在智慧公路中得到廣泛應(yīng)用，公路智慧信息涵蓋了道路上和車輛上的各種傳感器進(jìn)行交通流量、行車速度、管制信息、道路狀況、橋梁、隧道、停車場(chǎng)、天氣等動(dòng)態(tài)信息收集、傳輸和分析，都要通過無線通信和光纖通信傳遞。當(dāng)前，高速公路和城市道路已經(jīng)有比較完備的路網(wǎng)信息采集和監(jiān)控，但在國省道的比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)，重點(diǎn)公路設(shè)施(橋、隧、邊坡等)依然因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)通信的瓶頸，無法有效的進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)發(fā)生自然災(zāi)害或人為事故時(shí)，信息很難及時(shí)傳出，讓救援無法及時(shí)施展。但如果中國的國省公路也要像高速公路一樣，沿線鋪設(shè)光釬通信骨干網(wǎng)傳輸信息，投資無疑是巨大的，為有效對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的重點(diǎn)公路基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控，為民眾出行和緊急救援提供必要的網(wǎng)絡(luò)通信的系統(tǒng)。

1無線異構(gòu)通信的含義

無線異構(gòu)通信是多種數(shù)據(jù)協(xié)議、無線窄帶、亞帶寬、寬帶融合的無線網(wǎng)中網(wǎng)專網(wǎng)通信;偏遠(yuǎn)公路基礎(chǔ)設(shè)施較為薄弱，光纖通信成本較高，無法大面積實(shí)施投資。針對(duì)偏遠(yuǎn)公路較長(zhǎng)、橋梁隧道眾多提出經(jīng)濟(jì)型無線異構(gòu)通信技術(shù)的研究。

2無線異構(gòu)通信架構(gòu)

無線異構(gòu)通信分為4部分:無線鏈狀寬帶數(shù)據(jù)通信、無線窄帶物聯(lián)數(shù)據(jù)通信、無線應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)、WiFi通信網(wǎng)。

2.1無線自組鏈狀網(wǎng)

滿足公路沿線鏈路寬帶數(shù)據(jù)的傳輸代替光纖枝干網(wǎng)絡(luò)通信的傳輸，利用5.8G較大寬帶頻譜資源，在TDD－OFDM調(diào)制方式，符合IEEE802.15.3標(biāo)準(zhǔn)，符合802.11a/b/g/n通信協(xié)議，為滿足最大傳輸帶寬采用北斗時(shí)鐘同步控制雙信道實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接力，TDD－OFDM調(diào)制方式功耗低滿足大面積光伏和風(fēng)能互補(bǔ)供電方式，可以滿足30～100Mbps寬帶數(shù)據(jù)。傳播特性及覆蓋距離5.8GHz與3.5GHz一樣受雨率影響很小，在16mm/h的雨量下，雨衰為0.06dB/km，也就是每10km雨衰為0.6dB，在做無線鏈路設(shè)計(jì)時(shí)基本可以忽略不計(jì)。對(duì)于采用OFDM技術(shù)的5.8GHz系統(tǒng)，基站與端站之間可以不要求視距。5.8GHz點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)系統(tǒng)覆蓋距離通常可以達(dá)到5～10km。覆蓋距離主要和系統(tǒng)調(diào)制方式有關(guān)，如采用QPSK方式時(shí)，覆蓋距離可達(dá)10km，采用16QAM方式時(shí)，覆蓋距離為5km。采用5.8GHz點(diǎn)對(duì)點(diǎn)系統(tǒng)使用拋物面28dBi定向天線，覆蓋最遠(yuǎn)可達(dá)到20～80km，帶寬滿足20～80Mbps，我們假設(shè)200km為1個(gè)光纖通信節(jié)點(diǎn)，以光纖節(jié)點(diǎn)為中心分邊為2邊無線鏈接接力，20MHz調(diào)制帶寬，16QAM調(diào)制，由于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，每節(jié)點(diǎn)最小總帶寬為40Mbps，滿足業(yè)務(wù)傳輸接入的能力。

2.2窄帶通信專網(wǎng)

偏遠(yuǎn)公路道路上和車輛上的各種傳感器進(jìn)行交通流量、行車速度、管制信息、道路狀況、橋梁、隧道、停車場(chǎng)、天氣等動(dòng)態(tài)信息收集都要通過窄帶通信傳輸。窄帶低速率市場(chǎng)中的低功耗短距無線(ZigBee/WIFI)主要應(yīng)用在智能家居場(chǎng)景;低功耗廣域網(wǎng)(LPWA)技術(shù)是最重要的物聯(lián)網(wǎng)連接細(xì)分應(yīng)用，NB－IoT和Lora/Sigfox分別代表授權(quán)頻率和免費(fèi)頻率的LPWA應(yīng)用，但是整個(gè)LPWA缺少為企業(yè)設(shè)計(jì)的物聯(lián)網(wǎng)接入方案。偏遠(yuǎn)公路由于基礎(chǔ)設(shè)備薄弱，道路又長(zhǎng)，橋梁和隧道眾多，考慮節(jié)點(diǎn)成本，網(wǎng)絡(luò)成本，電池壽命，數(shù)據(jù)傳輸速率(吞吐率)，延遲，移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍以及部署類型等一些問題，我從技術(shù)角度上去分析NB－IoT和LoRa兩種技術(shù)更適合偏遠(yuǎn)智慧公路的需求。LoRaWAN使用免費(fèi)的非授權(quán)頻段，并且是異步通信協(xié)議，對(duì)于電池供電和低成本是最佳的選擇。LoRa和LoRaWAN協(xié)議，在處理干擾、網(wǎng)絡(luò)重疊、可伸縮性等方面具有獨(dú)特的特性，但卻不能提供像蜂窩協(xié)議一樣的服務(wù)質(zhì)量(QoS)蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的理念是最優(yōu)的頻段利用率，相應(yīng)的就犧牲了節(jié)點(diǎn)成本和電池壽命。相反，LoRaWAN節(jié)點(diǎn)是為了低成本和長(zhǎng)電池壽命而生，在頻段利用率方面有一定的欠缺。關(guān)于電池壽命方面有兩個(gè)重要的因素需要考慮，節(jié)點(diǎn)的電流消耗(峰值電流和平均電流)以及協(xié)議內(nèi)容。LoRaWAN是一種異步的基于ALOHA的協(xié)議，也就是說節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景需求進(jìn)行或長(zhǎng)或短的睡眠，而蜂窩等同步協(xié)議的節(jié)點(diǎn)必須定期地聯(lián)網(wǎng)。例如，現(xiàn)在市面上的手機(jī)工作時(shí)每1.5s必須與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行同步。在NB－IoT中，這種同步變少但是仍然在定期進(jìn)行，這樣就額外的消耗了電池的電量。在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中調(diào)制是充分利用頻段的有效手段，但是從節(jié)點(diǎn)的角度這并不是有效的。蜂窩的調(diào)制(OFDM或者FDMA)需要一個(gè)線性的發(fā)射器來產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)，而一個(gè)線性的發(fā)射器需要的峰值電流比非線性調(diào)制多幾個(gè)數(shù)量級(jí)，越高的峰值電流會(huì)消耗電池更多的電量。但同步的通信協(xié)議在較短的下行延遲方面具有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)NB－IoT可以為需要大量數(shù)據(jù)吞吐量的應(yīng)用提供快速的數(shù)據(jù)傳輸速率。而LoRaWAN的ClassB通過定期地(編程實(shí)現(xiàn))喚醒終端以收取下行消息而縮短了下行通信的延遲。所以對(duì)于需要頻繁通信、較短的延遲或者較大數(shù)據(jù)量的應(yīng)用來說NB－IoT或許是更好的選擇，而對(duì)于需要較低的成本、較高的電池壽命和通信并不頻繁的場(chǎng)景來說LoRa更好。對(duì)于偏遠(yuǎn)公路、橋梁、隧道、物流車輛等上的傳感器并且定時(shí)的將監(jiān)測(cè)的信息上傳，方便了管理者的監(jiān)管同時(shí)更方便了用戶。通常來說這些傳感器的通信不需要特別頻繁或者保證特別好的服務(wù)質(zhì)量，所以該場(chǎng)景LoRa是比較合適的選擇。

2.3無線應(yīng)急通信

公路局對(duì)突發(fā)和公共事件的需要，在沒有公網(wǎng)信號(hào)覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)，為確保公路應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)通信和中心指揮實(shí)時(shí)信息暢通，保證移動(dòng)執(zhí)法車或和搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)、固定監(jiān)控點(diǎn)突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)指揮圖像、語音、數(shù)據(jù)能夠及時(shí)傳回公路應(yīng)急指揮中心，以便指揮人員及時(shí)掌握事件動(dòng)態(tài)，進(jìn)行準(zhǔn)確可靠處置。由于偏遠(yuǎn)公路線路長(zhǎng)，開展靈活機(jī)動(dòng)多重組網(wǎng)異構(gòu)通信系統(tǒng)技術(shù)研究。無線自組網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)極有前途的技術(shù)，被譽(yù)為下一代無線因特網(wǎng)，它除了具備一般的無線網(wǎng)絡(luò)特征外，還具有多跳、靈活快速自組織、功耗低等特性，在應(yīng)急突發(fā)事件通信組網(wǎng)是有很大的優(yōu)勢(shì)。動(dòng)態(tài)無中心自組網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)快速部署通信系統(tǒng)在應(yīng)急系統(tǒng)主要應(yīng)用特點(diǎn)為:(1)快速部署:在一定區(qū)域?qū)崿F(xiàn)快速部署，所有終端(節(jié)點(diǎn))全無線“多跳”組網(wǎng)，無需任何有線基礎(chǔ)設(shè)施(光纖網(wǎng)絡(luò))，靈活機(jī)動(dòng)。(2)覆蓋無盲區(qū):系統(tǒng)支持多終端之間“一跳”直通和“多跳”互通，在覆蓋盲區(qū)通過補(bǔ)點(diǎn)，確保所有區(qū)域都有無線信號(hào)覆蓋。(3)全I(xiàn)P組網(wǎng):系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念為“高端無線路由器網(wǎng)絡(luò)”，所有終端支持IP接口和IP協(xié)議，可與現(xiàn)有公路系統(tǒng)通信設(shè)備互聯(lián)互通。無線自組網(wǎng)應(yīng)急通信業(yè)務(wù)載體主要是視頻和數(shù)據(jù)為主，指揮車輛無法到達(dá)突發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，單兵可充當(dāng)了靈活快速進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)掌握視頻資料并接力回傳現(xiàn)場(chǎng)指揮中心，在距離更遠(yuǎn)或山體較高的地方可以滿足視頻拍攝和數(shù)據(jù)中繼的功能，也滿足日常巡邏的需要。

2.4智能綜合業(yè)務(wù)軟件平臺(tái)

應(yīng)急通信現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)救災(zāi)往往是跨部門，多業(yè)務(wù)重疊通信模式，對(duì)于各跨部門的業(yè)務(wù)調(diào)度就存在協(xié)調(diào)難度問題，在方案設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮通信協(xié)議和業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)融合，符合行業(yè)或國家標(biāo)準(zhǔn)。

2.5應(yīng)急通信業(yè)務(wù)內(nèi)容包含:

(1)寬帶視頻調(diào)度業(yè)務(wù):支持網(wǎng)絡(luò)攝像頭、單兵、車載云臺(tái)、布控球等設(shè)備的視頻回傳、視頻上墻、錄像等業(yè)務(wù);(2)GIS地圖調(diào)度業(yè)務(wù):支持多種終端類型(攝像頭、單兵、車載、布控球等)的實(shí)時(shí)定位和跟蹤，歷史軌跡回放。(3)系統(tǒng)管理業(yè)務(wù):支持設(shè)備搜索、遠(yuǎn)程設(shè)備網(wǎng)管等業(yè)務(wù)。(4)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù):支持物聯(lián)網(wǎng)終端管理、數(shù)據(jù)上傳管理、大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)展示等。(5)智能業(yè)務(wù)流調(diào)派:支持任務(wù)下發(fā)管理、考勤管理、智能工作流調(diào)派，有效提升業(yè)務(wù)智能化水平。(6)組織結(jié)構(gòu):支持系統(tǒng)權(quán)限管理、角色管理;支持終端放號(hào)等。(7)系統(tǒng)平臺(tái)擴(kuò)展功能:支持和視頻監(jiān)控系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)視頻綜合平臺(tái)業(yè)務(wù)的融合。

3結(jié)語

總而言之，隨著社會(huì)水平的不斷提高，對(duì)于公路通信系統(tǒng)有了更高的要求，無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，要進(jìn)行合理的運(yùn)用，這樣能夠讓公路維護(hù)工作更加順利的開展。不斷地對(duì)無線通信技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，讓我國公路建設(shè)工作水平得到有效提高，使人們的生命財(cái)產(chǎn)安全得到保證，讓社會(huì)經(jīng)濟(jì)更加穩(wěn)定的發(fā)展。

參考文獻(xiàn):

［1］吳平，呂露．基于決策融合的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)選擇算法．桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013(5)．

［2］許菁菁，杜煜．認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中無線資源管理研究綜述．北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013(4)．

［3］劉雋．無線自組織網(wǎng)絡(luò)的路由選擇研究．現(xiàn)代導(dǎo)航，2012，04．

作者:盧東升 單位:內(nèi)蒙古自治區(qū)公路局