基于智能手机和无人机的应急通信技术研究

一、无人机技术概述

无人机是在没有机组人员协助的情况下自主飞行的，通常缩写为UAV。相对于受控飞行，该信号由内置微控制器接收和处理，该微控制器将相应的信号传输到电子发动机速度调节器。在自主飞行的情况下，信号由连接到无人机的传感器接收，并由微控制器处理，然后将所需的信号指令发送到电子发动机速度调节器。虽然每架无人机都有不同的设计，但它们都遵循相似的机理模式。无人机飞行所需的基本组件是微控制器、电子速度控制器（ESC）和电动机以及其他设备例如传感器、天线和GPS和包含其他特定功能的器件。无人机的核心控制器件是一个微控制器，可处理输入信号并发送适当的信号作为输出，以维持和控制飞行。无刷直流电动机通常用于无人机的驱动器件。

2015年，约400家无人机制造商出口了890,000台消费级多旋翼无人机，占世界总产量的70％。多旋翼无人机的飞速发展归因于其技术门槛低和价格低廉，并且多旋翼无人机不需要专用平台且具有出色的控制参数和垂直起降期间的便捷操控性能。

2无线Mesh网络简述

WirelessMeshNetwork（WMN）标准下的IEEE802.11是无线节点的新兴通信网络。WMN基于Adhoc网络、Adhoc网络自组织、自动配置、多跳和强大的连接性而发展，同时可以提供比Adhoc网络更多的带宽访问节点，并优化资源分配和利用效率，被公认为最具成本效益的宽带接入解决方案。另外，无线网络被定义为半静态多跳网络，无线网络网络中的节点通常缺乏移动性，这是与Adhoc移动网络的最大区别。因此，WMN可以提供比Adhoc网络更强大、更稳定的连接性。

作为传统无线局域网的一项历史性创新，WMN将用作“热点”的无线局域网扩展到支持“热点”的WLAN，从而减少了对有线网络的需求。WMN与传统单跳网络之间最根本的区别在于，无线MESH网络中的接入点不仅可以提供用户访问功能，而且还可以传输路由信息和用户数据。多个无线访问点形成MESH拓扑，数据从一个无线访问点传输到网络中的第二个无线访问点，最后通过连接到有线网络的访问点传输到网上。无线MESH网络的客户端通常是个人计算机、智能手机、PDA和其他无线设备。MESH路由器将通信数据传递到网关以提供互联网访问。作为单个网络运行的无线节点的覆盖区域有时称为MESH云。对该MESH云的访问取决于一起工作以形成无线网络的无线节点。MESH网络通过冗余提供了可靠的网络。如果该节点不再运行，则其他节点仍可以彼此通信，也可以通过一个或多个节点通信。可以使用各种无线技术（蜂窝技术或多种类型的组合）来实现无线MESH网络。无线MESH网络支持更多的自定义配置项，可以部署在特定的地理区域以实现动态和更有效的连接，并且可以自我修复。另一方面，Mesh路由器可以根据网络中的特定需求进行移动，与网络中的其他节点相比，Mesh路由器几乎没有资源限制，因此可以用于执行更多的资源需求功能。

3.基于智能手机和无人机的应急通信技术应用

救援网络的基础是网络，首先应指定必要提供网络服务的WirelessMesh路由器和无人机设备，用户需要至少启用了一个WirelessMesh的设备才能连接到网络。灾难发生后，传统的交通工具无法到达灾区。在灾难开始时，有两种部署无线MESH路由器的方法。一种是当应急人员使用直升机将无线MESH路由器放到他们指定的位置时。合理地包装无线MESH路由器或组装一个小型降落伞，以确保无线MESH路由器掉落到地面时不会损坏，并且在着陆时会自动打开。Mesh无线路由器配备锂电池，也可以安装太阳能电池板以确保更长的电池寿命，应根据该区域的救援时间确定锂电池的存储容量；另一种方法是使用小型无人机进行固定交付。这种方法的优势在于它可以确保准确的传递并记录每个无线MESH路由器的确切位置，而无需救援人员现场侦测，可以有效的节省成本，并且效率更高。只要天气允许部署无人机几乎没有问题。

与民用无人机相比，救生无人机的抗风性、稳定性和耐用性的标准应相应提高。在部署了无线MESH路由器之后，这些无人机可以飞到预定位置与地面MESH无线路由设备建立通信。这意味着尽管事故发生后不允许救援人员和大型救援设备率先进入灾区进行救援，但使用无人机或直升机部署这些通信节点没有问题，这些无人机具有自己的定位设备，可以实现准确的投放，这些技术已经非常成熟，建立救援网络的物质和技术条件表明这是可行的。

在部署地面MESH设备和空中无人机网络的过程中，MESH地面设备一旦处于工作状态，便开始搜索周围的无线设备。通过广播请求连接的802.11MAC帧来完成此过程。如果任何其他无线设备接收到无线传输范围内的帧，则它将响应帧发送到该设备。请求帧的目标地址是广播所在地址，响应帧的目标地址是发送者的MAC地址。当两个设备配对时，它们会相互报告其RID和IP地址及地理信息，并在本地存储其RID、IP地址、MAC地址和地理信息，以与地面无线MESH网络相同的方式构建无线航空网络，与无线地面设备建立连接。在有数据发送时将路由信息本地保存到邻节点，然后根据路由协议确定下一跳地址并同时保存路由信息，每个节点定期更新邻节点的连通性。当重新发送到同一目标节点失败时，将从该节点的路由表中删除到目标节点的路由。无人机或紧急通信车辆可以通过灾区的无线设备建立到达远端的路线时，基站连接形成可以在灾区提供网络服务的无线网络。至此，救援网络的实施已经完成。

结语

为应对地震后灾区通信中断、救援人员无法及时获取灾区信息的问题，本文建议使用智能手机作为无线收发工具，在灾区建立MESH网络，并以分布式方式侦查灾情并在每个网络节点上共享信息。这是于应对突发性公共事件、保护人民的生命安全的重要应急措施。