专利名称：自组织应急通信网络系统及通信方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种自组织应急通信网络系统(Self-organized Emergency Network System,以下简称 SENS);同时本发明还涉及一种SENS的通信方法。
背景技术：
目前的通信网络基于固定、基站蜂窝等形式，仅可以满足日常常态使用，但在应急抢险、灾害救护、国土防卫、公安、消防应急处置等应用领域中，常规网络临界状态的任何细小的错误均将导致大面积通信系统瘫痪；另一方面，当前无线电系统仅能提供数量有限的用户或蜂窝区域覆盖，或在吞吐量和带宽等方面有限制；因此，目前的通信网络架构不适合 战术通信、国土安全、灾害救援或消防应急处置。如2008年汶川地震中，所有常规通信网络(无论移动还是固定电话)均全部瘫痪，只有卫星通信尚能体现价值，但卫星通信也面临量少、价高、本地接入覆盖有限等缺点；同时，救援等现场往往聚集多部门不同团队人员，如消防、公安、武警、民政、医疗救护、水利、地震、气象、交通、国务院/省市地方政府部门行政单位等，不同的部委往往内部通信联系采用其自有体系，仅能保证其自属体系内的互通，但无法保障跨部门不同团队间的互联协作，阻碍了现场/后台远程指挥中心的工作效率；另一暴露出来的问题，在于如何使得地面载体(车辆、列车等)与空中的升空平台(飞机、直升机、无人机、飞艇、高空气球等)与水域的船只、舰艇救援等形成立体式的跨地域的三维架构互联互通体制，以克服救援中的地面障碍物(山坡、山峰、高层建筑等)造成的网络障碍。中国发明专利申请公开说明书CN 102445931A中公开了卫星与高速移动物体之间的通信系统及方法，适用于网络内的不同节点之间的通信，但对一定范围内的不同自组网网络内的节点之间相互通信的系统及方法并没有涉及。有鉴于此，迫切需求一种能够实现网络的统一快速部署、自动路由联接、自动撤离等功能的立体三维网络，使得现场大范围通信网络快速部署与远程指挥相结合，大幅、大面积提高我国在战术通信、国土安全、灾害救援或消防应急处置等方面的工作效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种自组织应急通信网络系统(Self-organized Emergency Network System,以下简称 SENS),以实现网络的统一‘决速部署、自动路由联接、自动撤离等功能。此外，本发明还提供SENS的通信方法，以实现网络的统一快速部署、自动路由联接、自动撤离等功能。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现一种自组织应急通信网络系统，所述系统包括Ad-hoc自组织网络，位于SENS的最底层，用于覆盖一定范围内的用户节点；
第二通信单元，作为远程指挥平台与第一通信单元间的中继通信，一方面又同时与所有第一通信单元连接，用以实现不同的Ad-hoc自组织网络之间连接互通，另一方面又与远程指挥中心相连接；所述第二卫星通信单元将第一通信单元输出的语音、视频、数据等信息同时传递给远程指挥平台，并向Ad-hoc自组织网络内的节点传递来自远程指挥中心的语音、视频、数据等信息；多个第一通信单元，设置于Ad-hoc自组织网络端，每个第一通信单元分别与每个Ad-hoc自组织网络连接；所述多个第一通信单元均以第二通信单元为中继接力通讯，向远程指挥平台输出Ad-hoc自组织网络内不同用户节点的语音、视频、数据等信息，以及接收来自远程指挥中心发送的语音、视频、数据等信息；远程指挥中心，通过第二通信单元和第一通信单元，与所有Ad-hoc自组织网络内的节点之间双向通信，即接收来自各节点的语音、视频、数据等信息，根据各节点传回的信息情况，作出分析、判断，并向各节点传送语音、视频、数据等信息。
需要说明的是，所述每个Ad-hoc自组织网络中两个节点之间最大的通信距离为3-5km，如节点之间的距离超过3-5km，可另行布置一个Ad-hoc自组织网络。所述第一通信单元与第二通信单元的设备之间相互对应。作为本发明的一种优选方案，所述第二通信单元为卫星回传链路，相应的第一通信单元可以为动中通卫星天线通信系统或静中通卫星天线通信系统或船用卫星天线通信系统或本地VSAT通信系统或L/S/Ku/Ka/C/X波段卫星数据传输系统或北斗卫星数据传输系统，所述第一通信单元的载体既包括静止的现场卫星通信平台又包括移动的载体如车、船、升空平台(飞机、直升机、无人机、飞艇、高空气球等)、列车等，所述远程指挥中心通过卫星回传链路与第一通信单元连接；所述方案在中国发明专利申请公开说明书CN102445931A有详细说明，可参考；需要说明的是，此种优选方案覆盖范围最大，特别适用于大范围的受灾情况的应用；进一步地，Ad-hoc自组织网络中的节点与远程指挥中心之间可实现数据、语音、视频等信息传输，此方案解决了基于卫星通信进而实现宽带数据、语音、视频等信息双向传播的问题，包括搭建临时性的类似于移动卫星视频电话的应用；作为本发明的一种优选方案，所述第二通信单元为基于OFDMA技术的机载宽带通信设备，相应的第一通信单元为基于OFDMA技术的地面宽带通信设备，所述远程指挥中心可以设置在升空平台或任意其他覆盖区域内；所述优选方案覆盖范围可达180公里以上；作为本发明的又一种优选方案，所述第二通信单元为远程微波回传模组，相应的第一通信单元为自组织应急通信网络侧节点的远程微波回传模组，所述远程指挥中心通过微波回传模组与Ad-hoc中各网络节点相互通信；所述优选方案覆盖范围达10公里以上；需要说明的是，上述三种优选方案中，组建的不同Ad-hoc网络的节点之间因其连接共同的第二通信单元，故可以相互通信；考虑到成本问题，微波通信方式和机载通信方式较卫星通信方式更常用于不同网络的节点之间通信。所述远程指挥中心可单独设置，或者设置在高速移动物体中，并可任意选择与其通信的节点。需要说明的是，本发明所述的连接方式包括但不限于无线连接。
一种上述系统通信方法，所述方法包括如下步骤步骤SI、组建Ad-hoc自组织网络；步骤S2、将全部Ad-hoc自组织网络与第一通信单元输入/输出端连接；步骤S3、将第一通信单元的输入/输出端与第二通信单元的输入/输出端连接；步骤S4、将第二通信单元的输入/输出端与远程指挥中心的输入/输出端连接；上述系统的工作流程如下每个Ad-hoc网络内的节点将其所获得的语音、视频、数据等信息通过自组网传给第一通信单元，所述第一通信单元将收到的信息传给以第二通信单元为中继通信，传给远程的指挥控制中心；相应的，远程指挥中心将指挥人员发出的语音、视频、数据等信息以第 二通信单元为中继传给第一通信单元，所述第一通信单元将收到的数据通过自组网传给Ad-hoc网络内的各个节点或部分节点。需要说明的是，所述步骤之间均为双向通/[目。进一步的，不同Ad-hoc网络内的节点之间，因其共同连接第二通信单元，可以相互通信。通信流程如下当其中一个网络内的节点与另一个网络内的节点通信时，首先将前者获得的语音、视频、数据等信息经相应的第一通信单元传递给第二通信单元；所述第二通信单元将信息经后一节点所在网络的相应第一通信单元，传给后一节点。优选地，所述第二通信单元为卫星回传链路，相应的第一通信单元为动中通卫星天线通信系统或静中通卫星天线通信系统或船用卫星天线通信系统或本地固定VSAT通信系统或L/S/Ku/Ka/C/X波段卫星数据传输系统或北斗卫星数据传输系统，所述第一通信单元的载体既包括静止的现场卫星通信平台又包括移动的载体如车、船、升空平台、列车等；优选地，所述第二通信单元为基于OFDMA技术的机载宽带通信设备，相应的第一通信单元为基于OFDMA技术的地面/水域宽带通信设备，所述远程指挥中心可以设置在升空平台上或距离远至180公里之外的场所；优选地，作为本发明的又一种优选方案，所述第二通信单元为远程微波回传模组，相应的第一通信单元为自组织应急通信网络侧节点的远程微波回传模组，所述远程指挥中心通过微波回传模组与Ad-hoc中各网络节点相互通信；本发明的有益效果I)本发明的网络系统无需任何固定的基础设施，可以独立模式运作，无需任何的中央控制管理系统，仅需一个人即可在现场处理；2)本发明网络系统不受网络状况的限制，即便是在旷野/农村地区等偏僻地区，均可实现；3)本发明网络系统可立即部署，而不需要任何射频广播规划，在该领域的用户瞬间就可以进行服务操作，整个网络完全处于移动、全自动组网状态，使任何两个移动终端之间的点对点通信D2D (Device To Device)成为现实；4)本发明网络系统无地域限制，能够组建立体式三维通信网络，支持可高速移动载体，速度可高达100公里/小时以上，支持宽带，多跳可达15跳，频率资源可复用；5)本发明网络系统可支持多个应用程序，如中继，视频监控，VoIP，视频会议，数据应用等；6)解决信息安全与卫星电话堵塞的问题，鉴于现阶段L波段海事卫星电话使用的都是通过国外的卫星资源传输，信息安全性得不到最佳的保障，通过本系统的通信方式可以提供类似移动卫星电话解决方案，可替换海事卫星电话，而且使用的是国内卫星资源(如Ku/Ka/C波段等)，信息安全性提高。同时，突发事件应急处理过程中，同一物理地址集聚过多海事卫星电话所造成的堵塞问题，本系统的应用中不存在类似问题。
图I为本发明网络系统的组成示意图；图2为本发明网络系统优选实施例示意图；图3为本发明通信方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。 如图I所示，本发明的SENS网络系统包括Ad-hoc网络10，第一通信单元20，第二通信单元30，远程指挥中心40 ；所述Ad-hoc自组织网络10，位于SENS的最底层，用于覆盖一定范围内的用户节占.所述第一通信单元20，设置于Ad-hoc自组织网络10端，每个第一通信单元20分别与每个Ad-hoc自组织网络10连接；所述多个第一通信单元20均以第二通信单元30为中继接力通讯，向远程指挥中心40输出Ad-hoc自组织网络10内不用用户节点的语音、视频、数据等信息，以及接收来自远程指挥中心40发送的语音、视频、数据等信息；第二通信单元30，作为远程指挥中心40与第一通信单元20间的中继通信，一方面又同时与所有第一通信单元20连接，用以实现不同的Ad-hoc自组织网络10之间连接互通，另一方面又与远程指挥中心40相连接；所述第二卫星通信单元30将第一通信单元20输出的语音、视频、数据等信息同时传递给远程指挥中心401，并向Ad-hoc自组织网络10内的节点传递来自远程指挥中心40的语音、视频、数据等信息；远程指挥中心40，通过第二通信单元30和第一通信单元20，与所有Ad-hoc自组织网络10内的节点之间双向通信，即接收来自各节点的语音、视频、数据等信息，根据各节点传回的信息情况，作出分析、判断，并向各节点传送语音、视频、数据等信息。如图2所示，本发明提供了三种优选方式，结构特征如下I)所述第二通信单元为卫星回传链路，相应的第一通信单元为动中通卫星天线通信系统或静中通卫星天线通信系统或船用卫星天线通信系统或本地固定VSAT通信系统或L/S/Ku/Ka/C/X波段卫星数据传输系统或北斗卫星数据传输系统；2)所述第二通信单元为基于OFDMA技术的机载宽带通信设备，相应的第一通信单元为基于OFDMA技术的地面/水域宽带通信设备；3)所述第二通信单元为远程微波回传模组，相应的第一通信单元为自组织应急通信网络侧节点的远程微波回传模组；其中，第I)种通信方式覆盖范围最大，第2)种和第3)种通信方式覆盖范围相对较小，更常用于不同Ad-hoc网络间节点的相互通信,相应成本也较小。不同Ad-hoc网络间节点之间相互通信，如图2中Ad-hoc网络102的节点3与Ad-hoc网络101的节点I之间通信，流程如下节点3将获得的语音、视频、数据信息，经第一通信单元202传送给第二通信单元30，所述第二通信单元30将收到的信息经第一通信单元201传送给Ad-hoc网络101的节点1，即完成不同网络节点间的通信，反之亦然。进一步地，当所述第二通信单元为卫星回传链路时，上述流程就类似卫星移动电话方案。进一步地，上述三种方案也可混合使用，如图2所示，远程指挥中心与中心受灾区域即Ad-hoc网络102之间采用卫星通信方式，相应的第一通信载体单元可以为静止的现场通信平台，也可以为移动的载体如车、船、升空平台(飞机、无人机、飞艇、高空气球等)、列车等；其他受灾区域即Ad-hoc网络101或Ad-hoc网络103与Achhoc网络102之间的通信方式采用微波通信或机载通信，此种方式有利于降低成本，提高资源利用率。需要说明的是，为简化图不，Ad-hoc网络101和Ad-hoc网络103的第一通彳目单兀未示出。
以上介绍了本发明SENS网络系统，本发明在揭示上述通信系统的同时，还揭示上述SENS网络系统通信方法；如图3所示，所述方法包括如下步骤步骤SI、组建Ad-hoc自组织网络；步骤S2、将全部Ad-hoc自组织网络与第一通信单元输入/输出端连接；步骤S3、将第一通信单元的输入/输出端与第二通信单元的输入/输出端连接；步骤S4、将第二通信单元的输入/输出端与远程指挥中心的输入/输出端连接；需要说明的是，所述远程指挥中心、第一通信单元、第二通信单元与Ad-hoc网络的节点之间均为双向通信，常用的应用如中继，视频监控，VoIP，视频会议，数据应用等。优选地，所述第二通信单元为卫星回传链路，相应的第一通信单元为动中通卫星天线通信系统或静中通卫星天线通信系统或船用卫星天线通信系统或本地VSAT通信系统或L/S/Ku/Ka/C/X波段卫星数据传输系统或北斗卫星数据传输系统，所述第一通信单元的载体即包括静止的现场通信平台又包括移动的载体如车、船、升空平台(飞机、无人机、飞艇、高空气球等)、列车等优选地，所述第二通信单元为基于OFDMA技术的机载宽带通信设备，相应的第一通信单元为基于OFDMA技术的地面/水域宽带通信设备，所述远程指挥中心可以设置在升空平台(飞机、无人机、飞艇、高空气球等)上或距离可远至180公里之外的场所；优选地，作为本发明的又一种优选方案，所述第二通信单元为远程微波回传模组，相应的第一通信单元为自组织应急通信网络侧节点的远程微波回传模组，所述远程指挥中心通过微波回传模组与Ad-hoc中各网络节点相互通信；具体实施中，实施人员可根据区域范围及经济成本方面等因素综合考虑具体应用方案。
权利要求
1.一种自组织应急通信网络系统，其特征在于，所述系统包括 Ad-hoc自组织网络，位于自组织应急通信网络系统的最底层，用于覆盖一定范围内的用户节点； 多个第一通信单元，设置于Ad-hoc自组织网络端，每个第一通信单元分别与每个Ad-hoc自组织网络连接；所述多个第一通信单元向远程指挥平台传递Ad-hoc自组织网络内不用用户节点的语音、视频、数据等信息，以及接收来自远程指挥中心发送的语音、视频、数据等信息； 第二通信单元，作为远程指挥平台与第一通信单元间的中继通信，一方面又同时与所有第一通信单元连接，用以实现不同的Ad-hoc自组织网络之间连接互通，另一方面又与远程指挥中心相连接；所述第二卫星通信单元将第一通信单元输出的语音、视频、数据等信息同时传递给远程指挥平台，并向Ad-hoc自组织网络内的节点传递来自远程指挥中心的语音、视频、数据等信息； 远程指挥中心，通过第二通信单元和第一通信单元，与所有Ad-hoc自组织网络内的节点之间双向通信，即接收来自各节点的语音、视频、数据等信息，根据各节点传回的信息情况，作出分析、判断，并向各节点传送语音、视频、数据等信息。
2.如权利要求I所述的自组织应急通信网络系统，其特征在于，所述第二通信单元为卫星回传链路，相应的第一通信单元为动中通卫星天线通信系统或静中通卫星天线通信系统或船用卫星天线通信系统或本地VSAT通信系统或L/S/Ku/Ka/C/X波段卫星数据传输系统或北斗卫星数据传输系统。
3.如权利要求I所述的自组织应急通信网络系统，其特征在于，所述第二通信单元为基于OFDMA技术的机载宽带通信设备，相应的第一通信单元为基于OFDMA技术的地面宽带通信设备。
4.如权利要求I所述的自组织应急通信网络系统，其特征在于，所述第二通信单元为远程微波回传模组，相应的第一通信单元为自组织应急通信网络侧节点的远程微波回传模组。
5.如权利要求I所述的自组织应急通信网络系统，其特征在于，远程指挥中心单独设置，或者设置在高速移动物体中，并任意选择与其通信的自组织应急通信网络系统内的任意节点。
6.如权利要求I至5所述的自组织应急通信网络系统，其特征在于，本发明所述的连接方式包括但不限于无线连接。
7.—种自组织应急通信网络系统的通信方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤 步骤SI、组建Ad-hoc自组织网络； 步骤S2、将全部Ad-hoc自组织网络与第一通信单元输入/输出端连接； 步骤S3、将第一通信单元的输入/输出端与第二通信单元的输入/输出端连接； 步骤S4、将第二通信单元的输入/输出端与远程指挥中心的输入/输出端连接。
8.如权利要求7所述的自组织应急通信网络系统的通信方法，其特征在于，所述第二通信单元为卫星回传链路，相应的第一通信单元为动中通卫星天线通信系统或静中通卫星天线通信系统或船用卫星天线通信系统或本地VSAT通信系统或L/S/Ku/Ka/C/X波段卫星数据传输系统或北斗卫星数据传输系统。
9.如权利要求6所述的自组织应急通信网络系统的通信方法，其特征在于，所述第二通信单元为基于OFDMA技术的机载宽带通信设备，相应的第一通信单元为基于OFDMA技术的地面宽带通信设备。
10.如权利要求7所述的自组织应急通信网络系统的通信方法，其特征在于，所述第二通信单元为远程微波回传模组，相应的第一通信单元为自组织应急通信网络侧节点的远程微波回传模组。
全文摘要
本发明涉及通信领域，具体涉及一种自组织应急通信网络系统。所述系统包括Ad-hoc自组织网络，第一通信单元，第二通信单元及远程指挥中心；所述Ad-hoc自组织网络一端与第一通信单元连接，第一通信单元的另一端与第二通信单元连接，第二通信单元与远程指挥中心连接。本发明还涉及所述系统的通信方法。所述方法包括步骤如下组建Ad-hoc自组织网络；将全部Ad-hoc自组织网络与第一通信单元输入/输出端连接；将第一通信单元的输入/输出端与第二通信单元的输入/输出端连接；将第二通信单元的输入/输出端与远程指挥中心的输入/输出端连接。本发明主要用于战术通信、国土安全、灾害救援或消防应急处置等方面。
文档编号H04W4/22GK102802140SQ20121030154
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月22日 优先权日2012年8月22日
发明者顾春林 申请人:上海德芯信息科技有限公司