摘要:随着我国社会经济不断取得进步，公路建设也在蓬勃发展建设，随之信息化智能化也随着产也发展和工作维护需要支撑通信技术水平也在随之不断提高，很多应用在高速公路、城市道路通信系统中普遍应用起来。在高速公路和城市道路监控和维护工作中最为重要的组成部分就是信息系统。随着公路信息化在日程和救灾应急的不断开展，对传统的偏远公路来说是一个巨大的挑战，偏远公路距离长、基础条件不好，通信光纤和公网通信及电力配套等都是难题，所以要解决适合漫长偏远公路信息化和智能化通信系统需要在技术上探讨研究，既要投资小、快速建网、不间断实用通信，来满足现在任务逐渐增长的需求。本文对无线通信技术进行了分析，并根据现在的公路通信的情况进行了分析和探讨研究。
关键词:无线异构通信技术;应急通信技术;系统应用
无线通信技术的不断发展与进步，在智慧公路中得到广泛应用，公路智慧信息涵盖了道路上和车辆上的各种传感器进行交通流量、行车速度、管制信息、道路状况、桥梁、隧道、停车场、天气等动态信息收集、传输和分析，都要通过无线通信和光纤通信传递。当前，高速公路和城市道路已经有比较完备的路网信息采集和监控，但在国省道的比较偏远的地区，重点公路设施(桥、隧、边坡等)依然因为网络通信的瓶颈，无法有效的进行监控，同时发生自然灾害或人为事故时，信息很难及时传出，让救援无法及时施展。但如果中国的国省公路也要像高速公路一样，沿线铺设光钎通信骨干网传输信息，投资无疑是巨大的，为有效对偏远地区的重点公路基础设施进行监控，为民众出行和紧急救援提供必要的网络通信的系统。
1无线异构通信的含义
无线异构通信是多种数据协议、无线窄带、亚带宽、宽带融合的无线网中网专网通信;偏远公路基础设施较为薄弱，光纤通信成本较高，无法大面积实施投资。针对偏远公路较长、桥梁隧道众多提出经济型无线异构通信技术的研究。
2无线异构通信架构
无线异构通信分为4部分:无线链状宽带数据通信、无线窄带物联数据通信、无线应急通信网络、WiFi通信网。
2.1无线自组链状网
满足公路沿线链路宽带数据的传输代替光纤枝干网络通信的传输，利用5.8G较大宽带频谱资源，在TDD－OFDM调制方式，符合IEEE802.15.3标准，符合802.11a/b/g/n通信协议，为满足最大传输带宽采用北斗时钟同步控制双信道实现数据接力，TDD－OFDM调制方式功耗低满足大面积光伏和风能互补供电方式，可以满足30～100Mbps宽带数据。传播特性及覆盖距离5.8GHz与3.5GHz一样受雨率影响很小，在16mm/h的雨量下，雨衰为0.06dB/km，也就是每10km雨衰为0.6dB，在做无线链路设计时基本可以忽略不计。对于采用OFDM技术的5.8GHz系统，基站与端站之间可以不要求视距。5.8GHz点对多点系统覆盖距离通常可以达到5～10km。覆盖距离主要和系统调制方式有关，如采用QPSK方式时，覆盖距离可达10km，采用16QAM方式时，覆盖距离为5km。采用5.8GHz点对点系统使用抛物面28dBi定向天线，覆盖最远可达到20～80km，带宽满足20～80Mbps，我们假设200km为1个光纤通信节点，以光纤节点为中心分边为2边无线链接接力，20MHz调制带宽，16QAM调制，由于点对点传输，每节点最小总带宽为40Mbps，满足业务传输接入的能力。
2.2窄带通信专网
偏远公路道路上和车辆上的各种传感器进行交通流量、行车速度、管制信息、道路状况、桥梁、隧道、停车场、天气等动态信息收集都要通过窄带通信传输。窄带低速率市场中的低功耗短距无线(ZigBee/WIFI)主要应用在智能家居场景;低功耗广域网(LPWA)技术是最重要的物联网连接细分应用，NB－IoT和Lora/Sigfox分别代表授权频率和免费频率的LPWA应用，但是整个LPWA缺少为企业设计的物联网接入方案。偏远公路由于基础设备薄弱，道路又长，桥梁和隧道众多，考虑节点成本，网络成本，电池寿命，数据传输速率(吞吐率)，延迟，移动性，网络覆盖范围以及部署类型等一些问题，我从技术角度上去分析NB－IoT和LoRa两种技术更适合偏远智慧公路的需求。LoRaWAN使用免费的非授权频段，并且是异步通信协议，对于电池供电和低成本是最佳的选择。LoRa和LoRaWAN协议，在处理干扰、网络重叠、可伸缩性等方面具有独特的特性，但却不能提供像蜂窝协议一样的服务质量(QoS)蜂窝网络设计的理念是最优的频段利用率，相应的就牺牲了节点成本和电池寿命。相反，LoRaWAN节点是为了低成本和长电池寿命而生，在频段利用率方面有一定的欠缺。关于电池寿命方面有两个重要的因素需要考虑，节点的电流消耗(峰值电流和平均电流)以及协议内容。LoRaWAN是一种异步的基于ALOHA的协议，也就是说节点可以根据具体应用场景需求进行或长或短的睡眠，而蜂窝等同步协议的节点必须定期地联网。例如，现在市面上的手机工作时每1.5s必须与网络进行同步。在NB－IoT中，这种同步变少但是仍然在定期进行，这样就额外的消耗了电池的电量。在蜂窝网络中调制是充分利用频段的有效手段，但是从节点的角度这并不是有效的。蜂窝的调制(OFDM或者FDMA)需要一个线性的发射器来产生调制信号，而一个线性的发射器需要的峰值电流比非线性调制多几个数量级，越高的峰值电流会消耗电池更多的电量。但同步的通信协议在较短的下行延迟方面具有优势，同时NB－IoT可以为需要大量数据吞吐量的应用提供快速的数据传输速率。而LoRaWAN的ClassB通过定期地(编程实现)唤醒终端以收取下行消息而缩短了下行通信的延迟。所以对于需要频繁通信、较短的延迟或者较大数据量的应用来说NB－IoT或许是更好的选择，而对于需要较低的成本、较高的电池寿命和通信并不频繁的场景来说LoRa更好。对于偏远公路、桥梁、隧道、物流车辆等上的传感器并且定时的将监测的信息上传，方便了管理者的监管同时更方便了用户。通常来说这些传感器的通信不需要特别频繁或者保证特别好的服务质量，所以该场景LoRa是比较合适的选择。
2.3无线应急通信
公路局对突发和公共事件的需要，在没有公网信号覆盖的偏远地区，为确保公路应急现场通信和中心指挥实时信息畅通，保证移动执法车或和抢险现场、固定监控点突发事件现场指挥图像、语音、数据能够及时传回公路应急指挥中心，以便指挥人员及时掌握事件动态，进行准确可靠处置。由于偏远公路线路长，开展灵活机动多重组网异构通信系统技术研究。无线自组网络是一项极有前途的技术，被誉为下一代无线因特网，它除了具备一般的无线网络特征外，还具有多跳、灵活快速自组织、功耗低等特性，在应急突发事件通信组网是有很大的优势。动态无中心自组网现场快速部署通信系统在应急系统主要应用特点为:(1)快速部署:在一定区域实现快速部署，所有终端(节点)全无线“多跳”组网，无需任何有线基础设施(光纤网络)，灵活机动。(2)覆盖无盲区:系统支持多终端之间“一跳”直通和“多跳”互通，在覆盖盲区通过补点，确保所有区域都有无线信号覆盖。(3)全IP组网:系统设计理念为“高端无线路由器网络”，所有终端支持IP接口和IP协议，可与现有公路系统通信设备互联互通。无线自组网应急通信业务载体主要是视频和数据为主，指挥车辆无法到达突发现场，单兵可充当了灵活快速进入现场实时掌握视频资料并接力回传现场指挥中心，在距离更远或山体较高的地方可以满足视频拍摄和数据中继的功能，也满足日常巡逻的需要。
2.4智能综合业务软件平台
应急通信现场抢险救灾往往是跨部门，多业务重叠通信模式，对于各跨部门的业务调度就存在协调难度问题，在方案设计时需要考虑通信协议和业务网关融合，符合行业或国家标准。
2.5应急通信业务内容包含:
(1)宽带视频调度业务:支持网络摄像头、单兵、车载云台、布控球等设备的视频回传、视频上墙、录像等业务;(2)GIS地图调度业务:支持多种终端类型(摄像头、单兵、车载、布控球等)的实时定位和跟踪，历史轨迹回放。(3)系统管理业务:支持设备搜索、远程设备网管等业务。(4)物联网业务:支持物联网终端管理、数据上传管理、大数据实时展示等。(5)智能业务流调派:支持任务下发管理、考勤管理、智能工作流调派，有效提升业务智能化水平。(6)组织结构:支持系统权限管理、角色管理;支持终端放号等。(7)系统平台扩展功能:支持和视频监控系统、视频会议系统的集成，实现视频综合平台业务的融合。
3结语
总而言之，随着社会水平的不断提高，对于公路通信系统有了更高的要求，无线通信技术的不断发展，要进行合理的运用，这样能够让公路维护工作更加顺利的开展。不断地对无线通信技术进行创新，让我国公路建设工作水平得到有效提高，使人们的生命财产安全得到保证，让社会经济更加稳定的发展。
参考文献:
［1］吴平，吕露．基于决策融合的异构网络选择算法．桂林电子科技大学学报，2013(5)．
［2］许菁菁，杜煜．认知无线网络中无线资源管理研究综述．北京联合大学学报(自然科学版)，2013(4)．
［3］刘隽．无线自组织网络的路由选择研究．现代导航，2012，04．
作者:卢东升 单位:内蒙古自治区公路局
