专利名称：基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种应急通信方法及通信装置，特别是涉及基于无线蜂窝网和Ad-h0C 网的应急通信系统及方法。
背景技术：
我国是自然灾害多发国家，地震、洪水、过境台风等自然灾害时有发生。尤其近年 来，冰雪暴、特大地震、特大洪水、泥石流、矿难等重大灾难性事件频繁发生，给人类的生命 和财产造成了巨大损失。目前我国应对类似突发事件，应急通信技术主要有以下几种固定电话方式的应急通信固定电话具有覆盖范围广，受众群体大等优点。一般情况下，固定电话网络都是应 急通信的首选网络，原因在于其费用较低、容量较大。如我们通常所说的110、119、122等紧 急呼叫，其实就是一种传统的应急通信手段。但是其缺点在于固定电话受到线缆的限制，一 旦在紧急情况下电缆受到破坏，则通信将会终止，且修复周期长。移动蜂窝电话GSM和CDMA技术是目前应急通信车最主要的接入方式，它的优点在于传输速度 快，基础设施完备，使用成本低，数据传输可靠，误码率低。缺点是带宽较小，对于特殊应用， 如传高清晰的图像，或需要大带宽的数据传输容量，GSM和CDMA技术就显得捉襟见肘。卫星应急通信卫星通信具有通信距离远、覆盖地域广、不受地理条件限制、投资与通信距离无关 及组网灵活等特点，非常易于实现远距离通信，是现代通信的一种重要手段，在全球已获得 广泛应用。同时具有机动、灵活、实施性好的特点，当重大自然灾害发生，在地面线路受到破 坏时，卫星通信往往能发挥起独特的作用。但同时卫星通信业存在一些缺点，对技术和设备 的要求较高，卫星设备系统造价较高，卫星租用链路成本较高等，这些问题严重影响它的普 及。应急电台通信利用短波(波长在lO-lOOm，频率在3_30MHz的电磁波)进行无线电通信称为短波 通信。短波频率自适应技术的发展和应用，极大地提高了短波通信的可靠性和有效性。自 适应应急电台设备体积小，运输安装方便，操作简单，比较适合机动通信使用，缺点是频率 资源有限，受地形、地貌、天气影响较大，同时通信质量很难得到保障。目前我们还未建立一套完善的应急通信系统，救援技术发展比较缓慢，救援通信 设备还比较落后，例如在2008年5月12日四川特大地震救援行动中，卫星通信网在前期完 全处在瘫痪状态，各部门建立的卫星预警专网是一个近似于封闭的系统，因各自独立，互不 联接，使国内数以万计的卫星车成为摆设。由于卫星系统与固网、移动网基本脱节，灾区的 通信网即便可以快速修复，仍存在全程或大面积覆盖难以实现的问题，严重阻碍了救灾的 进展。如何快速有效应对这类破坏力强、破坏速度快的突发事件，成为摆在我们面前迫在眉睫的问题。因此，研制一种能够在恶劣环境下能够提供实时视频传输、语音通话、GPS定 位等功能的应急通信平台，建立图文并茂、多种通信方式相互协作、多种业务融合的宽带应 急系统，并且能够提供“平时”和“战时”两种状态，提高第一时间为应急指挥获取现场资料 效率，对推动救援工作顺利开展，完成整个救援行动具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种基于无线蜂窝网和 Ad-hoc网的应急通信系统，该系统在大型突发事件中灵活掌握突发事故实时情况并快速反 应指挥。本发明的另一个目的在于提供一种基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信方法。为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信系统，所述应急通信系统包括网络控制 终端和通信终端，所述网络控制终端和通信终端通过Ad-hoc网络进行通信，所述网络控制 终端包括通信控制管理模块、Ad-hoc网络管理模块、卫星通信模块、数据收集分析模块、电 源以及输入输出人机交互模块，所述通信控制管理模块用于控制Ad-hoc网络管理模块和 卫星通信模块，所述Ad-hoc网络管理模块支持Ad-hoc组网方式，在应急通信模式下和所有 的通信终端组建成Ad-hoc网络进行数据通信，通过Ad-hoc网络管理模块，网络控制终端接 收各节点传输的语音、视频、温度湿度信息，再通过卫星通信模块传给指挥平台，Ad-hoc网 络管理模块还用于Ad-hoc网络管理、用户接入鉴权；所述卫星通信模块，用于与卫星进行 通信，将网络采集的数据通过卫星传输到指挥平台；所述数据收集分析模块，用于分析现场 采集的数据，根据后方指挥平台的指令管理整个Ad-hoc网络，所述通信终端具体包括通信控制模块，用于检测通信链路是否现故障，控制通信模式之间的切换；移动通信模块，用于用户接入移动蜂窝网络，进行SIM用户信息注册、语音通话， 所述移动通信模块包括相互连接的基站天线和蜂窝电话系统；移动蜂窝电话网络，用于为移动通信模块提供包括话音、数据、视频图像的通信业 务；Ad-hoc网络模块，支持Ad-hoc组网方式，用于接入Ad-hoc网络进行数据通信，将 语音、视频、温度湿度信息通过网络传输到网络控制终端；语音模块，用于实现语音数据编解码，为系统语音通信提供支持；视频信号采集模块，用于采集通信现场视频信息并对视频信息进行压缩，传输给 网络控制终端；温度湿度传感模块，用于采集温度和湿度信息，由网络控制终端通过卫星通信模 块传输给指挥平台；GPS模块，用于采集地理位置信息，还用于为通信终端的定位导航，由网络控制终 端通过卫星通信模块传输给指挥平台；附属设备；电源模块，用于为整个系统供电，采用高能量蓄电池，并携带备用电源适时更换，保证电能的供应；所述通信控制模块分别与所述移动通信模块中的蜂窝电话系统、Ad-hoc网络模 块、语音模块、视频信号采集模块、温度湿度传感模块、GPS模块、附属设备相互连接；所 述移动通信模块中的基站天线与移动蜂窝电话网络相互连接；所述Ad-hoc网络模块与 Ad-hoc网络相互通信。所述移动蜂窝电话网络包括GSM网络，基于WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA技术的 3G网络以及下一代无线移动通信网络。所述Ad-hoc网络由各通信终端和网络控制终端构成的无中心的自组织网络。所述Ad-hoc网络的通信方式包括WIFI、ZigBee、蓝牙无线通信方式。基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信方法，所述方法包括以下步骤(1)通信终端启动后，移动通信模块中的蜂窝电话系统检测蜂窝电话网络的信号 是否存在，若检测到信号存在，通信终端则进入常规通信模式，否则，通信终端进入应急通 信模式；(2)在常规通信模式下，通信控制模块通过蜂窝电话网络通过语音模块进行语音 通信，当常规通信链路出现故障时，即蜂窝电话系统检测不到蜂窝电话网络的信号，通信终 端则通过通信控制模块自动切换到应急通信模式；(3)通信终端进入应急通信模式以后，开启Ad-hoc网络模块，Ad-hoc网络模块检 测周围的Ad-hoc网络的通信节点，并加入到Ad-hoc网络进行通信，应急通信模式下，网络 控制终端的Ad-hoc网络管理模块对Ad-hoc网络进行管理，通信终端接收网络控制终端的 控制指令，开启视频信号采集模块、温度湿度采集模块、GPS模块进行数据采集，并将数据通 过Ad-hoc网络传输到网络控制终端；(4)网络控制终端通过数据收集分析模块对采集的数据进行分析，并将分析的结 果通过卫星通信模块与外界进行数据通信，所述数据通信包括语音、视频、GPS地理信息和 温度湿度信息。所述步骤(3)中的通信终端进入应急通信模式以后，通信终端跟加入到Ad-hoc网 络中的任意通信终端进行语音通信、视频电话通信以及GPS数据通信。在Ad-hoc网络中，每个通信终端同时承担路由器和主机的角色，通信终端作为路 由器运行相关的路由协议，进行路由发现，进得路由维护等操作，对接收到的信息进行转 化。网络控制终端作为Ad-hoc网络的控制节点，收集各节点采集的数据，并通过卫星通信 传送给指挥平台。因此，在应急通信场合下能够保障Ad-hoc网络在各种突发事件中与外界 保持通信。本发明与现有通信技术相比，具有如下优点和效果1、本发明采用无线蜂窝网络和无线Ad hoc网络两种通信模式，分别对应常规通信 场合和应急通信场合。2、本发明所述基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信系统使用灵活方便，在发 生突发灾难时，如系统检测到移动蜂窝网络中断，便会快速组成一个临时的无线ad-hoc网 络，与其它各用户和救援人员取得联系，实时传输受灾信息、视频信息等，实现救灾人员之 间、救灾人员与受灾人群之间的通信协作，后端指挥部快速组建后台应急管理平台，通过前 端传回来的音视频信息快速获取灾难的整体情况，了解受灾程度，实时做出救援调整和物资输送，提高救援的效率，势必会为营救生命、保障人类生命安全作出巨大贡献，其社会效 益和价值不可估量。3、本发明系统还可以与其它无线通信方式(如卫星通信、蓝牙)协同工作，在应急 情况下快速建立一个完善的无线通信网络，达到无一盲区，保障救援效果最佳化。
图1是本发明所述通信终端的结构示意图；图2是本发明所述网络控制终端的结构示意图；图3是本发明所述常规通信模式示意图；图4是本发明所述应急通信模式示意图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的叙述，但本发明的实施方式不限 于此。实施例1图1是通信终端结构示意图，所述通信终端具体包括通信控制模块，用于检测通信链路是否现故障，控制通信模式之间的切换；移动通信模块，用于用户接入移动蜂窝网络，进行SIM用户信息注册、语音通话， 所述移动通信模块包括相互连接的基站天线和蜂窝电话系统；移动蜂窝电话网络，用于为移动通信模块提供包括话音、数据、视频图像的通信业 务；Ad-hoc网络模块，支持Ad-hoc组网方式，用于接入Ad-hoc网络进行数据通信，将 语音、视频、温度湿度信息通过网络传输到网络控制终端；语音模块，用于实现语音数据编解码，为系统语音通信提供支持；视频信号采集模块，用于采集通信现场视频信息并对视频信息进行压缩，传输给 网络控制终端；温度湿度传感模块，用于采集温度和湿度信息，由网络控制终端通过卫星通信模 块传输给指挥平台；GPS模块，用于采集地理位置信息，还用于为通信终端的定位导航，由网络控制终 端通过卫星通信模块传输给指挥平台；附属设备；电源模块，用于为整个系统供电，采用高能量蓄电池，并携带备用电源适时更换， 保证电能的供应；所述通信控制模块分别与所述移动通信模块中的蜂窝电话系统、Ad-hoc网络模 块、语音模块、视频信号采集模块、温度湿度传感模块、GPS模块、附属设备相互连接；所 述移动通信模块中的基站天线与移动蜂窝电话网络相互连接；所述Ad-hoc网络模块与 Ad-hoc网络相互通信。所述移动蜂窝电话网络包括GSM网络，基于WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA技术的 3G网络以及下一代无线移动通信网络。
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所述Ad-hoc网络由各通信终端和网络控制终端构成的无中心的自组织网络。所述Ad-hoc网络的通信方式包括WIFI、ZigBee、蓝牙无线通信方式。图2是网络控制终端的结构示意图，所述网络控制终端包括通信控制管理模块、 Ad-hoc网络管理模块、卫星通信模块、数据收集分析模块、电源以及用于支持网络控制终端 的数据输入输出和人机交互的设备，所述通信控制管理模块用于控制Ad-hoc网络管理模 块和卫星通信模块，所述Ad-hoc网络管理模块支持Ad-hoc组网方式，在应急通信模式下 和所有的通信终端组建成Ad-hoc网络进行数据通信，通过Ad-hoc网络管理模块，网络控 制终端接收各节点传输的语音、视频、温度湿度信息，再通过卫星通信模块传给指挥平台， Ad-hoc网络管理模块还用于Ad-hoc网络管理、用户接入鉴权；所述卫星通信模块，用于与 卫星进行通信，将网络采集的数据通过卫星传输到指挥平台；所述数据收集分析模块，用于 分析现场采集的数据，根据后方指挥平台的指令管理整个Ad-hoc网络，电源为整个网络控 制终端提供电源电压。所述通信控制管理模块分别与Ad-hoc网络管理模块、卫星通信模块、数据收集分 析模块以及用于支持网络控制终端的数据输入输出和人机交互的设备相互连接。图3是常规通信模式示意图，常规通信方式下，通信终端的功能跟普通的手机功 能一样，接入移动蜂窝电话网络进行语音通信。图4是应急通信模式示意图，当常规通信链路出现故障时，即蜂窝电话系统模块 检测不到蜂窝电话网络信号，系统则自动切换到应急通信方式。基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信方法，该方法步骤包括(1)通信终端启动后，蜂窝电话系统模块检测蜂窝电话网络信号是否存在，若检测 到信号，系统进入常规通信方式，否则，系统进入应急通信方式；(2)常规通信方式下，通信终端的功能跟普通的手机功能一样，接入移动蜂窝网络 进行语音通信，当常规通信链路出现故障时(即蜂窝电话系统模块检测不到蜂窝电话网络 信号)，系统则自动切换到应急通信方式；(3)若终端在常规通信方式下启动应急通信方式，则切换到应急通信方式；若终 端关闭应急通信方式，则切换回常规通信方式；(4)通信终端进入应急通信方式以后，开启Ad-hoc网络模块，Ad-hoc网络模块检 测周围的Ad-hoc网络的通信节点，加入到Ad-hoc网络进行通信，如图4所示，应急通信方 式下，最好布置一台网络控制终端对Ad-hoc网络进行管理，通信终端接收网络控制终端的 控制指令，开启视频采集模块、温度湿度采集模块、GPS模块进行数据采集，并将数据通过 Ad-hoc网络传输到网络控制终端；(5)应急通信方式下，网络控制终端通过卫星与外界进行数据通信，包括语音、视 频、GPS地理信息和温度湿度信息；(6)通信终端进入应急通信方式后，可以跟加入到Ad-hoc网络中的任意通信终端 进行语音通信、视频电话通信及GPS数据通信。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何的限制，本发明的保护 范围也并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，对以 上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属本发明的保护范围。
权利要求
1.基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信系统，其特征在于，所述应急通信系统包括 网络控制终端和通信终端，所述网络控制终端和通信终端通过Ad-hoc网络进行通信，所述 网络控制终端包括通信控制管理模块、Ad-hoc网络管理模块、卫星通信模块、数据收集分析 模块、电源以及输入输出人机交互模块，所述通信控制管理模块用于控制Ad-hoc网络管理 模块和卫星通信模块，所述Ad-hoc网络管理模块支持Ad-hoc组网方式，在应急通信模式下 和所有的通信终端组建成Ad-hoc网络进行数据通信，通过Ad-hoc网络管理模块，网络控 制终端接收各节点传输的语音、视频、温度湿度信息，再通过卫星通信模块传给指挥平台， Ad-hoc网络管理模块还用于Ad-hoc网络管理、用户接入鉴权；所述卫星通信模块，用于与 卫星进行通信，将网络采集的数据通过卫星传输到指挥平台；所述数据收集分析模块，用于 分析现场采集的数据，根据后方指挥平台的指令管理整个Ad-hoc网络。
2.根据权利要求1所述的基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信系统，其特征在于， 所述通信终端具体包括通信控制模块，用于检测通信链路是否现故障，控制通信模式之间的切换；移动通信模块，用于用户接入移动蜂窝网络，进行SIM用户信息注册、语音通话，所述 移动通信模块包括相互连接的基站天线和蜂窝电话系统；移动蜂窝电话网络，用于为移动通信模块提供包括话音、数据、视频图像的通信业务；Ad-hoc网络模块，支持Ad-hoc组网方式，用于接入Ad-hoc网络进行数据通信，将语音、 视频、温度湿度信息通过网络传输到网络控制终端；语音模块，用于实现语音数据编解码，为系统语音通信提供支持；视频信号采集模块，用于采集通信现场视频信息并对视频信息进行压缩，传输给网络 控制终端；温度湿度传感模块，用于采集温度和湿度信息，由网络控制终端通过卫星通信模块传 输给指挥平台；GPS模块，用于采集地理位置信息，还用于为通信终端的定位导航，由网络控制终端通 过卫星通信模块传输给指挥平台；附属设备；电源模块，用于为整个系统供电，采用高能量蓄电池，并携带备用电源适时更换，保证 电能的供应；所述通信控制模块分别与所述移动通信模块中的蜂窝电话系统、Ad-hoc网络模块、语 音模块、视频信号采集模块、温度湿度传感模块、GPS模块、附属设备相互连接；所述移动通 信模块中的基站天线与移动蜂窝电话网络相互连接；所述Ad-hoc网络模块与Ad-hoc网络 相互通信。
3.根据权利要求2所述的基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信系统，其特征在于， 所述移动蜂窝电话网络包括GSM网络，基于WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA技术的3G网络以 及下一代无线移动通信网络。
4.根据权利要求1或2所述的基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信系统，其特征在 于，所述Ad-hoc网络是各通信终端和网络控制终端构成的无中心的自组织网络。
5.根据权利要求4所述的基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信系统，其特征在于， 所述Ad-hoc网络的通信方式包括WIFI、ZigBee、蓝牙无线通信方式。
6.基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信系统的通信方法，其特征在于，所述方法包 括以下步骤(1)通信终端启动后，移动通信模块中的蜂窝电话系统检测蜂窝电话网络的信号是否 存在，若检测到信号存在，通信终端则进入常规通信模式，否则，通信终端进入应急通信模 式；(2)在常规通信模式下，通信控制模块通过蜂窝电话网络通过语音模块进行语音通信， 当常规通信链路出现故障时，即蜂窝电话系统检测不到蜂窝电话网络的信号，通信终端则 通过通信控制模块自动切换到应急通信模式；(3)通信终端进入应急通信模式以后，开启Ad-hoc网络模块，Ad-hoc网络模块检测周 围的Ad-hoc网络的通信节点，并加入到Ad-hoc网络进行通信，应急通信模式下，网络控制 终端的Ad-hoc网络管理模块对Ad-hoc网络进行管理，通信终端接收网络控制终端的控制 指令，开启视频信号采集模块、温度湿度采集模块、GPS模块进行数据采集，并将数据通过 Ad-hoc网络传输到网络控制终端；(4)网络控制终端通过数据收集分析模块对采集的数据进行分析，并将分析的结果通 过卫星通信模块与外界进行数据通信，所述数据通信包括语音、视频、GPS地理信息和温度 湿度信息。
7.根据权利要求6所述的基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信方法，其特征在于， 所述步骤(3)中的通信终端进入应急通信模式以后，通信终端跟加入到Ad-hoc网络中的任 意通信终端进行语音通信、视频电话通信以及GPS数据通信。
全文摘要
本发明提供一种基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信系统，所述应急通信系统包括网络控制终端和通信终端，所述网络控制终端和通信终端通过Ad-hoc网络进行通信。本发明还提供一种基于无线蜂窝网和Ad-hoc网的应急通信方法，该方法包括常规通信模式和应急通信模式，常规通信模式下通过移动蜂窝电话网络进行数据交换；应急通信模式下通过Ad-hoc网络进行数据交换。本发明使用灵活方便，并且能够保障Ad-hoc网络在各种突发事件中与外界保持通信，快速建立一个完善的无线通信网络，达到无一盲区，保障救援效果最佳化。
文档编号H04W24/04GK102075893SQ20111000539
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者任凯强, 谢波, 郑力明 申请人:暨南大学