chanong Ad hoc网络技术以其灵活的组网方式，能够以较低的成本实现有针对性的高密度覆盖。 相信在不久的将来，继PDT标准和B-TrunC标准之后，有望建立一个完整的自组织网络标准定义。 ，进一步推动自组网技术在应急通信领域的综合应用。 全球专网通讯将邀请自组网行业知名专家团队和厂商代表，推出自组网技术系列报告。 请大家密切关注并参与讨论。 该系列的第一期今天出版。
王进新
男，湖南涟源人，汉族。 毕业于中南大学，获工学硕士学位。 一直从事无线宽带通信领域的技术研究、整体解决方案设计、产品设计和规划。 现任湖南基石通信科技有限公司无线宽带自组网产品总监，负责基石通信系列无线宽带自组网产品的研发及其他业务。
一、概述
随着社会的不断发展，城市变得立体化、密集化，对应急通信设备的环境适应性要求也越来越高。 传统的基于中心节点的通信架构由于缺乏灵活性，难以满足复杂场景（如地下室、隧道、矿井等）的通信需求。 近年来，无中心自组织网络技术逐渐成熟并开始进入市场。 自组织网络技术基于其“自组织、自恢复”和“无中心”的优势，成为传统中心节点通信方式的有力补充； 两者相辅相成，大大提高了应急通信系统的可靠性和环境适应性。 和实用性。
2. 什么是无中心自组织网络？
无中心自组织网络技术（也称mesh或ad hoc）是一种基于所有节点“平等独立”原则的组网技术。 节点之间不存在依赖关系，通过协商进行组网和数据传输。 与目前基于中心节点的网络相比，无中心自组织网络技术的主要优点是：
Ø 网络鲁棒性强：具有自组织、自恢复能力，网络稳定性和可靠性高；
易于部署安装：不依赖任何关键节点，网络拓扑可任意部署，一键启动即可使用；
Ø结构灵活：网络链路自动维护、路由自动计算等； 新的网络节点可以随时接纳，断网节点可以随时删除，无需配置，组网灵活性高；
Ø同频技术：节点频率相同，有效节省频谱资源；
Ø 负载均衡技术：根据网络实时负载情况，自动计算并选择合适的端到端路径，避开拥塞区域；
Ø 非视距传输：通过多跳保证非视距场景下的无缝覆盖。
无中心自组织网络产品凭借其独特的随机组网优势，逐渐成为应急通信系统的一部分，并发挥了重要作用。 从技术角度来看，无中心自组网技术可分为“窄带自组网技术”和“宽带自组网技术”两种。 下面从技术角度对两类自组织网络进行讨论和分析。
3. 窄带自组网
窄带自组网技术以语音通信系统为代表，通常以12.5kHz和25kHz的信道间隔承载数据，可以支持包括语音、传感器数据等低速数据业务（有的还支持图像传输）。 与宽带相比，窄带的硬件和软件技术实现起来都比较简单。 同等条件下，其抗干扰能力、时延、覆盖范围均优于宽带。 它是一种比宽带自组织网络技术更加稳定可靠的通信系统。
在应急通信场景中，窄带自组织网络技术也多用于语音通信系统。 该系统的特点是：
Ø 网络中所有设备工作在同一频率（包括基站和终端）；
⇒ 所有设备都可以发送自己的数据，也可以转发和接收周围设备发送的数据；
⇒ 所有设备均采用无线互连，无需有线参与。
如下图所示，左边的终端发送语音后，经过多个中继（基站或终端）不断转发，最终到达网络中的所有节点。
与基于中心节点的语音通信系统相比，窄带自组网通信系统的主要优点是：
Ø 频率资源复用，节省频谱资源，方便终端漫游；
Ø 通过多跳链路完成区域覆盖；
Ø 网络内无需有线连接，部署灵活、快速。
与宽带自组网技术不同，窄带自组网技术通常没有路由的概念，而是以广播的形式在网络内传输数据，尤其是基于语音的窄带自组网技术。 其实现原理是通过不断的接收和转发来实现网络中所有节点的信息获取。 主要技术难点是：
⇒ 同步技术：网络中的节点需要实现精确的同步，通常通过北斗或GPS。 但在一些复杂的应急通信场景，如地下室、隧道等，北斗和GPS已经无法为系统提供准确的授时，只能依靠节点自身的算法进行网内同步。
同频技术：需要进行频率校正，保证各设备发射载频的中心频率偏差在允许范围内（通常在十赫兹以上），避免因中心载频不同而产生各种噪声。
Ø 抗干扰能力：信号在传输、转发、接收过程中，会受到环境噪声、同频干扰以及设备自身硬件（如锁相环、压控晶振等）的影响.)，导致信号衰减。 这种现象在多跳链路中更为明显，其特点是随着多跳路径数量的增加，语音质量不断下降。
4. 宽带自组织网络
路由的概念是宽带自组织网络技术的一个特点，即节点可以根据目的（单播或多播）在网络内传输信息。 虽然宽带自组网在稳定性和覆盖范围上无法与窄带相比，但其对大数据流量（如实时视频业务）的支持是其存在的关键。 宽带自组织网络技术通常具有2MHz及以上的高带宽。 带宽。 而且，随着数字化、IP化、可视化需求的不断增加，宽带自组织网络技术也是应急通信不可或缺的一部分。
从目前来看，市场上的宽带自组网技术主要有基于WiFi、LTE和自研技术三种。
4.1 基于WiFi的宽带自组网技术
WiFi是一种遵循.11协议（原为802.11b）的通信技术（也是商标），通常工作在AP模式（即热点）。 然而，2006年提出的802.11s标准草案明确了网状技术。 该标准是对802.11 MAC层的补充，允许所有基于.11a/b/g/n协议的设备都具有网状技术。 网络功能，即自组织网络功能。 通过支持802.11s，通常以AP（点）模式使用的WiFi设备可以成为无中心的自组织网络设备。
标准802.11s协议规定了三种类型：MPP、MP和MAP，如下图所示。 可组成链式、网状、星形、网格等多种网络。
目前基于WiFi的自组织网络技术原理比较简单，主要由两个模块组成，即射频下变频模块和WiFi芯片模块。 如下所示：
Ø 射频下变频模块的作用是将WiFi频段（如2.4GHz）转换为专网用户所需的频段（如）；
⇒ WiFi芯片模块用于实现特定的通信链路传输和网络传输。
由于WiFi芯片成本低廉、上下游成熟、开发群体庞大，国外有很多成熟的WiFi自组网解决方案，国内WiFi自组网供应商也越来越多。
该解决方案的主要优点是：
⇒ WiFi模块方案多、价格低；
⇒ WiFi芯片成熟、体积小、功耗低；
⇒ 开发量小，.11系列协议已固化在芯片中，无需用户开发。
然而，基于WiFi的自组织网络技术也有其不可避免的缺点：
⇒.11协议是基于短距离、非移动场景（家庭消费）开发的，所以当该技术在长距离、非视距、高速移动场景传输时，效果将变得更糟；
ð.11 物理层比较简单，没有高效的编码算法，导致整机接收灵敏度较低，同等条件下传输距离有限；
⇒ WiFi芯片都是商用芯片，里面的内容大部分都是固化的，无法定制或修改。 也就是说，即使了解了一些不足，也无法进行优化。
4.2 基于LTE的宽带自组网技术
在炙手可热的LTE 5G技术中，还提到了自组织网络解决方案的支持和演进。 这就是D2D（到）技术。 该技术主要用于定义两个或多个终端之间的直接连接，无需经过基站。如下图
左图中，基站外的终端可以通过基站内的终端与基站进行通信。 该功能可以有效扩大基站的覆盖范围；
右图中，虽然两台设备都在基站内，但设备之间可以直接通信，无需依赖基站； 这种情况可以节省基站资源，提高传输效率。
由于中国LTE覆盖已经非常成熟，不少厂商看好这个市场，非常热衷于D2D技术的研究和推广。 尤其是在应急通信场景下，当公网基站瘫痪时，如果终端之间能够相互通信，利用现有智能终端的丰富功能（语音、视频、定位等），就可以快速度过原来的瘫痪局面。 。 通讯链路； 同时，考虑到终端渗透率，该方案将具有很大的实用性。
然而，目前市场上支持该解决方案的产品很少，因为该技术面临的主要问题尚未得到解决和认识，包括：
Ø D2D技术仍处于研究、制定和规划状态，尚无成熟且配套的商用版本；
Ø D2D技术对现有基站资源管理、功率控制、干扰协调等功能提出了更高的要求，涉及较多修改和优化；
Ø D2D技术还会影响终端的功耗和成本，这与终端作为消费级产品（低成本、低功耗）的理念不相容； 因此，目前还没有支持D2D的终端芯片。
4.3 基于私有协议的Ad hoc网络技术
除了WiFi和LTE技术之外，还有一些基于私有协议的自组织网络技术。 这些技术往往是厂商通过自身研发和积累完全自主设计的。 它们与市场上的其他标准不兼容且截然不同。 例如，DTC公司（原DTC公司）的自组织网络设备和该公司的广播电台都是根据其独立的技术标准设计的。 这种私有协议自组织网络技术的通常优点是：
Ø 基于FPGA或SoC的系统架构，灵活性高，可扩展和优化潜力大，具有较强的二次开发和持续在线升级能力；
Ø 物理层技术完全定制化（如定制化的OFDM技术或扩频技术），安全性高；
完全可定制，包括物理层、MAC层和路由协议，均可为用户定制。
为了满足安全性和可靠性的要求，军队的战术通信系统均采用基于私有技术的自组织网络产品。 但在民用领域，由于定制化自组织网络技术开发难度大、项目周期长，目前能够实现完全自主研发的公司寥寥无几。 湖南积石通信技术有限公司基于现有尖端军用无线通信技术，于2017年推出II型产品，包括单兵背包、手持站、指挥盒等，基于无线宽带自组织网络装备关于软件无线电技术。 该设备基于FPGA和ARM架构。 底层波形、接入方式、路由协议均可定制和切换。 拥有完全自主知识产权，所有核心技术自主可控。
对于定制化的自组织网络技术，产品性能通常可以从以下关键技术来综合说明：
Ø 物理层：规定了设备的无线传输波形，影响设备的接收灵敏度、吞吐量、干扰抑制能力等；
接入层：规定设备接入方式和资源调度方式，影响节点总数、最大传输距离、时延和误码等；
Ø 路由协议层：路由算法，影响网络资源利用率、节点切换时间、网络访问时间等。
以和三款产品为例，对比如下：
物理层
接入层
路由协议
其余
COFDM+MIMO技术，具体波形未知
基于代币的技术
IP层私有路由协议
基于软件无线电（SDR）架构系统开发，可以在统一的硬件平台下通过加载和卸载软件来实现不同的功能。
ANW2C 和 SRW 波形是美国军方专用波形。
未知
未知
COFDM波形
SC-FDE 波形
基于令牌环技术
基于TDMA技术
基于CSMA技术
IP层私有路由协议或MAC层路由协议
5. 结论
目前，越来越多的团队和厂商开始加大对自组网产品的投入，这使得自组网技术在应急通信领域处于“百家争鸣、百花齐放”的状态。 这一方面加速了我国自组网技术的发展，但另一方面，由于缺乏统一标准，不同产品之间的不兼容，影响了自组网技术在国内的充分发展和应用。在一定程度上涉及应急通信领域。 。 随着国务院新成立的“应急管理部”的成立，自组网技术团队期待并相信，在不久的将来，有可能继窄带集群标准PDT、宽带集群之后，制定自己的标准B-TrunC 标准。 只有完善的标准定义和统一的接口，融合各厂家的优势，才能进一步推动自组网技术在应急通信领域的全面应用。
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