本發(fā)明涉及應急救援技術領域，特別是涉及一種基于USRP的應急通訊系統(tǒng)和方法。

背景技術：

從第一代(1G)蜂窩無線通信開始，通信已經(jīng)經(jīng)歷了2G、3G變革，現(xiàn)階段4G通信技術基本成熟，5G相關標準協(xié)議的制定已經(jīng)被提上日程，與此同時，由于半導體行業(yè)相關技術的成熟，通用軟件無線電外設(USRP)應運而生，從本質(zhì)上講，它可以充當無線電通訊系統(tǒng)的數(shù)字基帶和中頻部分，所以USRP能夠在特定頻段發(fā)射特定的信號實現(xiàn)與其他移動終端的通信，在此基礎上組建應急網(wǎng)絡。

在一些特定情況下，通信運營商的信號范圍不能覆蓋或者直接陷入癱瘓狀態(tài)不能使用，尤其是發(fā)生了一些嚴重的自然災害以后，例如地震，洪水等，根據(jù)國際救援組織的統(tǒng)計，自然災害發(fā)生以后的72小時是救援被困人員的黃金時間，但是目前的被困人員搜索工作十分艱難。目前的搜索方案主要是人工地毯式搜索以及使用生命探測儀進行搜索，但是人工效率低，而儀器成本太高，不能大規(guī)模使用。因此提出一種成本低，可靠性高的有效應急通訊方案有著重大意義。

USRP體積小，功能完善，性能可靠，只需要與移動電腦連接就能夠模擬實現(xiàn)基站的主要功能，另一方面，智能移動終端設備已經(jīng)全面普及，可以達到平均每人一部的密度，因此只要能夠與可用的智能移動終端實現(xiàn)通信，就可以找到許多被困人員，同時還可以通過預置算法得到被困人員的具體位置信息，指定可行的救援方案。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于USRP的應急通訊系統(tǒng)和方法，能夠縮短搜索被困人員時間，提高救援效率。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種基于USRP的應急通訊系統(tǒng)，包括USRP應急通訊設備、便攜式終端、移動終端和指揮終端；所述USRP應急通訊設備、便攜式終端和移動終端組建一個局域網(wǎng)，并在所述局域網(wǎng)內(nèi)以廣播方式在特定頻段向局域網(wǎng)內(nèi)所有可正常使用的移動終端發(fā)送文本信息；所述移動終端根據(jù)文本信息回復，并下載救援專用腳本文件；所述腳本文件根據(jù)預先設定的算法計算并且定位所述移動終端的位置；所述移動終端自動將定位信息通過USRP應急通訊設備建立的連接發(fā)送給所述指揮終端；所述指揮終端與移動終端之間建立連接實現(xiàn)語音通信。

所述文本信息包括安撫信息、求助信息的發(fā)送方法和求助信息的發(fā)送地址。

所述USRP應急通訊設備和便攜式終端在GMS通信頻段建立通信頻道，實現(xiàn)組建局域網(wǎng)。

所述GMS通信頻段上行890MHz-915MHz，下行935MHz-960MHz。

所述局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)為星形，使用CSMA/CA協(xié)議。

本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：還提供一種基于USRP的應急通訊方法，其特征在于，使用上述的應急通訊系統(tǒng)，包括以下步驟：

(1)利用USRP應急通訊設備和便攜式終端組建一個局域網(wǎng)，并在所述局域網(wǎng)內(nèi)以廣播方式在特定頻段發(fā)送文本信息；

(2)局域網(wǎng)內(nèi)所有可正常使用的移動終端接收到所述文本信息；

(3)所述移動終端根據(jù)文本信息回復，并下載救援專用腳本文件；

(4)所述腳本文件根據(jù)預先設定的算法計算并且定位所述移動終端的位置；

(5)移動終端自動將定位信息通過USRP應急通訊設備建立的連接發(fā)送給指揮終端；

(6)指揮終端與移動終端之間建立連接，實現(xiàn)語音通信。

所述步驟(1)中USRP應急通訊設備建立MAC地址表，并向除USRP應急通訊設備之外的所有接入設備發(fā)送文本信息。

所述建立MAC地址表的方式為：USRP應急通訊設備先向周圍廣播發(fā)送指定格式的MAC幀，接收到MAC幀的終端自動向鄰近站點發(fā)送自己的MAC地址，USRP應急通訊設備接收到MAC地址以后匯總，所有的MAC地址只在地址表中出現(xiàn)一次。

所述步驟(1)中當局域網(wǎng)組建完成后且USRP應急通訊設備建立MAC地址表后，所有的連網(wǎng)設備會被分配一個號碼用于建立語音連接。

所述步驟(4)中預先設定的算法為通過與當前距離最近的USRP應急通訊設備發(fā)送預置腳本中指定的數(shù)據(jù)包，根據(jù)接受測量到的信號強度與回復數(shù)據(jù)包之間的時延計算當前位置。

有益效果

由于采用了上述的技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果：本發(fā)明具有較高的實用性，通過便攜類型的高度集成化通用無線電外設組建網(wǎng)絡，安放節(jié)點方便，組建網(wǎng)絡快速可靠，縮短搜索被困人員時間，提高救援效率；本發(fā)明具有網(wǎng)絡適應性，可以直接在運營商頻段實現(xiàn)通信，兼容性強，覆蓋范圍廣，并且應用場景廣泛，成本可控，可多次反復利用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的部件連接圖；

圖2是本發(fā)明的連接拓撲圖；

圖3是本發(fā)明的工作流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實施方式涉及一種基于USRP的應急通訊系統(tǒng)，包括USRP應急通訊設備、便攜式終端、移動終端和指揮終端；所述USRP應急通訊設備、便攜式終端和移動終端組建一個局域網(wǎng)，并在所述局域網(wǎng)內(nèi)以廣播方式在特定頻段向局域網(wǎng)內(nèi)所有可正常使用的移動終端發(fā)送文本信息；所述移動終端根據(jù)文本信息回復，并下載救援專用腳本文件；所述腳本文件根據(jù)預先設定的算法計算并且定位所述移動終端的位置；所述移動終端自動將定位信息通過USRP應急通訊設備建立的連接發(fā)送給所述指揮終端；所述指揮終端與移動終端之間建立連接實現(xiàn)語音通信。

如圖1所示，每組設備包含一個雙單元的UPS電源，負責給USRP應急通訊設備和便攜式電腦供電，USRP應急通訊設備與便攜式電腦使用網(wǎng)線連接，另外USRP應急通訊設備的專用天線使用專用線與USRP應急通訊設備連接，增加信號收發(fā)強度；便攜式電腦使用Linux開源操作系統(tǒng)，搭建GNU Radio開源無線電開發(fā)平臺，在該平臺的基礎上控制操作USRP應急通訊設備的組建網(wǎng)絡；USRP應急通訊設備的專用天線根據(jù)實際需進行選擇。

如圖2所示，USRP設備組的安放位置，其中，中心黑色設備組表示網(wǎng)絡中心，其他灰色陰影表示其余節(jié)點設備，以4km的間隔放置，組成網(wǎng)絡。整個網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)為星形，使用CSMA/CA協(xié)議。

當通信運營商信號因故發(fā)生中斷，該信號基站覆蓋范圍內(nèi)所有手機移動終端不能收到運營商通信信號時可以使用本發(fā)明，救援小組在該區(qū)域通過USRP向智能移動終端以廣播方式發(fā)送信息，受困人員通過接收到的信息與救援小組取得聯(lián)系，加快救援計劃的實施。如圖3所示，整個網(wǎng)絡的工作流程如下：

(1)若通信運營商信號發(fā)生中斷，在人口密集區(qū)域內(nèi)以4千米/組的密度安放或定點投放USRP應急通訊設備；

(2)利用USRP應急通訊設備和便攜式終端組建一個局域網(wǎng)；組網(wǎng)時，USRP應急通訊設備和便攜式終端可以在GMS通信頻段建立通信頻道，該組網(wǎng)方式的組網(wǎng)時間短，實施方案簡單，目的終端為手機等智能移動設備，普及率高，保證了應急通訊方案的覆蓋范圍與可行性。組建網(wǎng)絡的頻段為900MHz頻段，具體指上行890MHz-915MHz，下行935MHz-960MHz，該頻段為GSM(2G)頻段，基本可以覆蓋所有能夠使用蜂窩網(wǎng)的移動終端設備

(3)USRP應急通訊設備在此局域網(wǎng)內(nèi)以廣播方式在特定頻段發(fā)送文本信息。所述文本信息包括安撫信息、求助信息的發(fā)送方法和求助信息的發(fā)送地址。例如，包括重要通知(通知被困者已經(jīng)開始組織救援)、如何使用當前設備與救援組織取得聯(lián)系以及請及時回復信息。

本步驟中，USRP應急通訊設備通過建立MAC地址表，并向除USRP應急通訊設備之外的所有接入設備發(fā)送文本信息，具體為：USRP應急通訊設備先向周圍廣播發(fā)送指定格式的MAC幀，接收到MAC幀的終端自動向鄰近站點發(fā)送自己的MAC地址，USRP應急通訊設備接收到MAC地址以后匯總，所有的MAC地址只在地址表中出現(xiàn)一次。其中，具體的MAC幀格式可以使用DIX Ethernet V2標準(以下簡稱以太網(wǎng)V2標準)，以太網(wǎng)V2標準的MAC幀格式使用的最多，并且比較簡單，只有5個字段組成。

也就是說，USRP應急通訊設備總共兩次向全網(wǎng)發(fā)送信息。第一次是向全網(wǎng)發(fā)送固定格式的MAC幀信息，獲取所有可用設備的MAC地址；第二次向所有在MAC地址表中的地址廣播發(fā)送信息。

(4)此時局域網(wǎng)內(nèi)所有可正常使用的手機移動終端將能夠接收到該文本信息。

(5)求助者按照文本信息中的要求回復消息，移動終端開始下載救援專用腳本文件；

(6)腳本文件根據(jù)預先設定算法，計算并且定位移動終端設備位置；其中，預先設定的算法具體為：通過與當前距離最近的USRP應急通訊設備發(fā)送預置腳本中指定的數(shù)據(jù)包，根據(jù)接受測量到的信號強度與回復數(shù)據(jù)包之間的時延計算當前位置。

(7)移動終端自動將定位信息通過USRP應急通訊設備建立的連接發(fā)送給指揮終端；

(8)指揮終端與移動終端之間建立連接，實現(xiàn)語音通信；

也就是說當求助者在收到USRP應急通訊設備發(fā)送的文本信息后，可以使用當前智能移動終端(例如手機)回復任意字符以短信形式發(fā)送到USRP應急通訊設備的號碼，移動終端開始自動下載腳本文件并運行，然后自動發(fā)送位置信息給USRP應急通訊設備，位置確定后，通過USRP應急通訊設備將指揮終端與移動終端進行連接，實現(xiàn)語音通信，使得求助者能夠與救援人員進行語音通話。

(9)救援小組通過已獲取的位置信息與被困者的語音通信制定救援方案實施營救。

不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明具有較高的實用性，通過便攜類型的高度集成化通用無線電外設組建網(wǎng)絡，安放節(jié)點方便，組建網(wǎng)絡快速可靠，縮短搜索被困人員時間，提高救援效率；本發(fā)明具有網(wǎng)絡適應性，可以直接在運營商頻段實現(xiàn)通信，兼容性強，覆蓋范圍廣，并且應用場景廣泛，成本可控，可多次反復利用。