劉 松

（廣州杰賽通信規(guī)劃設計院有限公司，廣東 廣州 510310）

0 引 言

對偏遠地區(qū)的道路而言，對道路交通狀況進行實時監(jiān)測，及時傳輸?shù)缆沸畔⑿枰o線通信網(wǎng)絡。然而，在邊遠地區(qū)由于自然環(huán)境惡劣，通信覆蓋面大，基礎設施少，鋪設光纖非常困難，所需資金數(shù)額很大，作為無線網(wǎng)絡中一種特殊的網(wǎng)絡通信技術，無線異構通信技術可以從多個方面解決這些問題。因此，研究無線異構通信技術在遠程公路通信中的應用具有很強的現(xiàn)實意義[1]。

1 無線異構通信技術綜述

在信息化時代，信息技術應用廣泛，無論是旅游、購物還是社會互動，都離不開信息的交流和傳遞。21世紀初以來，無線通信技術受到了廣泛關注，同時它也變得越來越多樣化[2]。這些非線型異構通信網(wǎng)絡具有不同的特點和優(yōu)勢，可以面對不同的場景和用戶群，應用范圍非常廣泛，能夠讓用戶享受良好的通信體驗。從遠程公路通信的角度來看，要解決投資規(guī)模大、通信范圍寬、基礎設施不足以及隧道增多等問題，需要從應急通信網(wǎng)等方面加以解決。

2 無線異構網(wǎng)絡架構

2.1 無線鏈狀自組網(wǎng)

無線鏈狀自組網(wǎng)能滿足公路沿線鏈路寬帶數(shù)據(jù)的傳輸要求，符合IEEE 802.15.3標準的TDD-OFDM調制模式，符合802.11a/b/g/n通信協(xié)議和TDD-OFDM調制模式低功耗，可以利用大面積光伏和風能互補供電模式，滿足30-100Mbps的寬帶數(shù)據(jù)。

2.2 窄帶通信專網(wǎng)

偏遠道路和車輛上的各種傳感器通過窄帶通信進行動態(tài)信息采集，如交通流量、速度、控制信息、路況、橋梁、隧道、停車場、天氣等信息?？紤]到節(jié)點成本、網(wǎng)絡成本、電池壽命、數(shù)據(jù)傳輸速率等因素，以及基礎設施差、路長、橋梁和隧道多，導致道路偏遠(吞吐率)、延遲、移動性、網(wǎng)絡覆蓋和部署類型等存在的問題，以下從技術角度分析了NB-IoT和LoRa的需求[3]。

LoRaWAN是一種基于ALOHA的異步協(xié)議，節(jié)點可以根據(jù)特定應用程序的要求進行長眠或短眠。LoRaWAN使用免費的未經(jīng)授權的頻譜，是一種異步訪問協(xié)議，非常適合電池電源和低成本。LoRa和LoRaWAN協(xié)議具有干擾、網(wǎng)絡重疊和可擴展性等特性，但它們提供的服務質量與蜂窩協(xié)議不同。

蜂窩調制（OFDM或FDMA）需要線性發(fā)射器來產(chǎn)生調制信號，而線性發(fā)射器需要的峰值電流比非線性調制多幾個數(shù)量級，峰值電流越高，消耗的電量越大。因此，對于需要高通信、短延遲或大量數(shù)據(jù)的應用程序來說，NB-IoT是更好的選擇，而LoRa對于需要更低成本、更高的電池壽命和更少通信的場景來說則更好。偏遠的道路、橋梁、隧道、物流車輛等傳感器需定期上傳監(jiān)測信息，LoRa非常適合。

3 無線異構通信技術在遠程公路通信中的應用

3.1 緊急通信

無線應急通信主要用于處理遠程道路突發(fā)事件，如重大交通事故的救援等。因此，針對偏遠公路線路長的特點，可以選擇無線自組織網(wǎng)絡技術來構建動態(tài)應急通信網(wǎng)絡，為突發(fā)公共事件的通信工作提供支持。一般來說，基于無線自組織網(wǎng)絡技術的公路應急通信系統(tǒng)具有以下特點。

一是快速部署功能。無線自組織網(wǎng)絡能夠適應移動分布式節(jié)點的隨機發(fā)送和接收行為，即使在沒有相關通信基礎設施的情況下也能實現(xiàn)整個節(jié)點的多跳網(wǎng)絡。這意味著，在發(fā)生緊急情況時，可將應急通信系統(tǒng)迅速部署到特定區(qū)域內的任何地點，并支持通信工作，不僅滿足了道路應急通信系統(tǒng)靈活性和機動性的需要，而且還彌補了缺乏遠程道路基礎設施的問題。

二是在無線自組織網(wǎng)絡技術的支持下，公路應急通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)多終端之間的跳躍式直接通信和多跳式通信，通過補點消除覆蓋盲區(qū)，實現(xiàn)通信的全覆蓋[4]。雖然這一功能在傳統(tǒng)地區(qū)的公路交通中難以證明，但在惡劣環(huán)境和通信困難的情況下，遠程公路交通必不可少。

三是全IP組網(wǎng)。全IP網(wǎng)絡是指公路應急通信系統(tǒng)中的所有終端都能支持IP接口和IP協(xié)議，滿足了與其他公路通信系統(tǒng)互連的需要[5]。

無線自組織網(wǎng)絡技術還可以提供數(shù)據(jù)傳輸、視頻傳輸、遠程個人信息傳輸，這對于遠程道路應急通信系統(tǒng)也非常重要。針對突發(fā)事件和公共事件的需要，在沒有公共網(wǎng)絡信令號碼的邊遠地區(qū)，公路管理部門應當保證公路應急指揮部的通信暢通、實時信息暢通，無線自組織網(wǎng)絡應急通信服務載體主要是視頻和數(shù)據(jù)，指揮車不能到達突發(fā)現(xiàn)場，單兵可以靈活、快速地到達現(xiàn)場，實時掌握視頻信息并中繼回現(xiàn)場指揮中心，在較高的距離或山上可以滿足視頻記錄和數(shù)據(jù)中繼功能，以及日常巡邏的需要。

無線自組織網(wǎng)絡除了具有無線網(wǎng)絡的一般特性外，還具有多跳、自組織靈活以及功耗低等特點，在應急通信網(wǎng)絡中具有優(yōu)越性。

3.2 窄帶物聯(lián)通信傳輸

窄帶網(wǎng)絡分為NB-LOT技術和LoRa技術，二者在功能特性上有一定的差異。NB-LOT采用了超窄帶、流線型網(wǎng)絡協(xié)議和重復傳輸?shù)?與一般的無線通信技術相比，雖然NB-LOT在信息傳輸速度、時延和移動性方面存在一些不足,但它在物聯(lián)網(wǎng)的承載能力上有了很大的提高。LoRa是一種低功率的廣域網(wǎng)通信技術，采用跳頻技術和偽隨機碼序列，具有功耗低、通信距離長、靈敏度高、基礎設施要求低、系統(tǒng)容量大，以及終端成本低等特點。從遠程道路通信的角度來看，窄帶物聯(lián)網(wǎng)負責各種車輛和道路信息的收集與傳輸[6]。

因此，在通信網(wǎng)絡建設過程中，不僅要考慮網(wǎng)絡覆蓋范圍、帶寬、傳輸速度、傳輸距離、建設成本等基本要素，還要分析考慮這兩種技術的電池壽命、部署類型和技術特點。通過對這些條件的比較可以發(fā)現(xiàn)，在公路通信中，雖然NB-LOT技術具有更多的帶寬優(yōu)勢，但LoRa技術具有與NB-LOT技術相同或更多的優(yōu)勢，因此在遠程公路交通系統(tǒng)中更適合使用LoRa技術來收集和傳輸信息[7]。

3.3 無線鏈路數(shù)據(jù)通信

鏈狀無線數(shù)據(jù)通信技術是通過鏈狀的方式來進行通信網(wǎng)絡傳感節(jié)點的部署，這種無線通信技術是固定的，不具有移動性。同時，由于節(jié)點資源的限制，通信容量有限，處理能力較低[8]。與其他無線通信技術相比，鏈路數(shù)據(jù)通信可以組織其他節(jié)點加入網(wǎng)絡并具有路由功能。在無線鏈路通信技術的支持下，信息系統(tǒng)的通信覆蓋距離一般為5～80 km，能夠滿足公路通信的要求，因此將其應用于業(yè)務傳輸接入是可行的。

3.4 綜合業(yè)務流程

無論是應急通信還是常規(guī)的服務傳輸接入，公路通信是比較復雜的業(yè)務[9]。因此，在多種業(yè)務重疊的情況下，偏遠道路上的通信系統(tǒng)需要多部門的高效協(xié)同調節(jié)。在無線通信技術的應用中，應充分考慮行業(yè)標準、國家標準、通信協(xié)議和業(yè)務網(wǎng)關的集成，實現(xiàn)多網(wǎng)絡和多業(yè)務的集成。遠程高速公路通信系統(tǒng)需要設計一個綜合智能商務處理軟件平臺，以滿足各種通信服務的需求[10]。

4 結 論

隨著時間的推移，無線異構通信技術已經(jīng)變得非常多樣化。隨著智能公路建設的發(fā)展和公路通信系統(tǒng)要求的提高，需要對無線異構通信技術在遠程公路通信中的應用進行創(chuàng)新。持續(xù)創(chuàng)新無線通信技術，讓公路通信系統(tǒng)更加智能化，有利于我國公路建設水平提高。