本发明具体涉及一种“空天地”一体化应急救援平台。
背景技术：
1、“空天地”一体化通信网络。自1898年马可尼第一次发射无线电信号起，空基、天基、地基无线电通信就开始持续地演进，但各通信系统采用不同技术体制和网络结构、系统间独立封闭，信息交互能力差，发展程度不平衡。“空天地”一体化通信网络关注的是各通信网络之间的融合，即由个轨道卫星构成的天基网络、由飞行器构成的空基网络，以及传统的地基网络，其中地基网络又包括蜂窝无线网络、卫星地面站和移动卫星终端以及底面的数据与处理中心等。
2、随着5g时代的到来，“空天地”一体化通信网络已经成为信息科学与空间科学的交叉研究前沿方向，具备大容量、多层次异构网络，承载海量、多维、协同信息，适应实时、高动态通信环境的特点，它是构建空间信息从获取、处理到应用的快速、高效的信息走廊。“空天地”一体化通信网络关注的是各网络之间的融合，即由个轨道卫星构成的天基网络、由飞行器构成的空基网络，以及传统的地基网络，其中地基网络又包括蜂窝无线网络、卫星地面站和移动卫星终端以及底面的数据与处理中心等。
3、而无线自组网技术的先驱———adhoc网络最早出现于上世纪70年代，主要用于军事通信。adhoc网络是一种特殊的无线通信网，无需依赖任何预先架设的网络设施就可以快速自动组网，并具有很强的抗毁性和灵活性，对于抢险救灾、野外考察、油田矿山、军事等特殊场合的网络通信具有非常重要的意义。adhoc网络早期主要用于军事通信领域，用以研究如何保证在多跳无线网络环境中高效和可靠地传送数据，随着研究的深入和信息技术的进步，adhoc网络的应用逐渐向民用和商业领域，广泛应用于网络体系结构、跨层设计、服务发现、网络互联和信息安全传输等。
4、现代社会事故及自然灾害频发，当紧急事件突然发生时，很多人会同时用手机求救和联系亲友,这往往会造成地面网络过载甚至完全瘫痪，因此建立一个畅通不阻塞的，同时又是可以快速设置、稳定可靠并且长效灵活的通信网络是非常必要的。移动卫星通信系统被证明可以填补公共安全网络尤其是地面网络在灾害中易受损的漏洞，于是，一个联合的空基-天基-地基网络架构被提出以解决网络拥塞问题，它不仅包含卫星和地面网络，还包含了空中平台(low altitude platform，lap)提供空间网络。联合空天地一体化系统使得网络有更高的吞吐量，更广的覆盖以及更强的鲁棒性。另一方面,日益增长的用户需求和有限的频谱资源之间的矛盾越发展示了无线资源管理技术的重要性，而应急场景下，由于其救援通信的紧急性和必要性，一个高效的资源分配方案显得更为重要。
5、基于此，根据当前应急通信的研究现状，无线资源管理在“空天地”一体化应急救援系统的系统设计中占有重要的意义。在地面网络中，协作中继技术由于传输可靠性以及覆盖广阔性近来不断被研究和运用。中继技术作为“空天地”一体化系统中重要的一环，如何联合中继协作“空天地”一体化系统得到最优中继选择和功率分配算法，以达到功率约束性好，服务质量（qualityofservice，qos）高和卫星回程容量最大化是未来发展的重要趋势。为了获得更好的系统性能，除了在地面环境下设置中继节点，还可以通过部署多lap实现基站协作的方式，然而基站协作会引发相邻小区间共道干扰。为了提高信号的传输质量，可以采用多lap协作空天地一体化系统的干扰控制及功率分配算法实现用户间数据的有效分离。
6、最终，针对复杂严峻的应急救援形式，结合交通、通信等基础措施，整合无人机等应急救援空中资源，汇聚气象、地形等各类信息，联动消防、公安、医疗等救援力量，实现一张图指挥调度，一张网信息交互，一体化应急响应的扁平化、智能化指挥调度模式。
7、国外对于空天地的研究趋势：
8、（1）美国芝加哥市“9ll”中心的应急信息系统在世界上比较具有代表性，国内很多城市的应急信息系统建设也借鉴了该市的经验。该系统集成计算机、有线通信、无线通信、it网络、cad软件、数据库等技术和产品，包括计算机网络子系统、计算机辅助调度系统(cad)、地理信息系统(gis)、数字电话交换子系统、自动车辆定位子系统(avls)、组合大屏幕视频墙子系统、语音记录子系统、无线集群通信系统、移动数传应用子系统、无线网络监控和管理子系统、电源、大容量电话会议系统、数字视频监控系统、综合布线子系统、接地系统、电磁屏蔽系统、防雷系统等。
9、（2）美国陆军目前主要运用是基于ad-hoc的移动自组织网络manet与单兵自组网srw。随着关键技术逐步突破，最近几年srw发展迅猛推出多种九游会国际的解决方案，但都遵循军方manet标准，且都在jtrs联合战术无线电框架里面。如trellisware公司的srw基本成熟，目前已经包含tire 1和 tier 2两个。tier 1负责连排到单兵，tier 2负责营连旅这一级别，再结合更高层的win-t网络来实现从华盛顿最高统帅到沙漠里的最底层士兵之间的数据共享。trellisware的brn网络， tsm-x战术无线电（ad-hoc/manet, 单个rf新到250个节点），以及陆军的srw窄带无线电，从战术行动中心toc开始，发起组网行动，无线电信息已虚拟多路径方式，逐步找到单兵，这在对抗无线电环境中特别有优势，不怕单个链路中断，能绕行，网络能自愈。民用的已经发展到tsm-6，用于地下隧道，采矿，船舶内，城市应急救援等。soldierlink系统，建成后sls，号称是“移动战术云通讯网络”。先试用先进的动态网络波形aknw和现代网络协议，建立一个安全的，无基站的移动ad-hoc网络manet，允许连排级别以下的共享数据。重要数据再通过win-t连接到更高层。底层和高层通过有限带宽的战术网络无线电来进行桥接转发，具有网络边界保护和网关服务。sls系统的aknw无线节点都可以作为其他网络的交换机、路由器、接入点或者网关，并通过以太网标准进行连接，实际应用中已经可以扩展1000个节点。
10、而我国的发展趋势：
11、（1）李纪先等在“地空一体化系统在应急救援中的应用”中提出针对突发受灾现场的内外信息交换、高精度地理位置信息以及现场实时指挥与调度系统以支撑事故现场快速决策。通过采用卫星通信、无人机、通信基站、高清图像采集、可视化应急指挥等先进技术，构建地空一体化应急指挥中心，能实现对受灾事故现场的安全状况进行远程调度和指挥，有效的减小现场事故的灾难初次和再次发生的概率。这样的地空一体化救援系统可涵盖受灾现场信息采集、高分辨图像数据预处理、重要物资安全运输监控、应急救援调度、可视化指 挥中心等功能一体化平台，能够实现对受灾现场的全面感知和智能调度。
12、（2）李嫒池在“云南开展空天地一体化应急救援演练”中提出以无人机与直升机、指挥机与救援机、空中指挥与地面指挥密切协同的，主动应对地震等重特大灾害应急响应、空天一体、救援指挥体系。“空”，即调用直升机用于空中搜救、投送救援人员及物资、维护通信畅通、调用无人机用于三维建模、灾情评估和系留作业，延伸指挥调度网络和救援范围，打通救援最后一公里。“天”，即整合卫星通信资源，接入消防卫星网，实现广域覆盖、随遇接入、资源集成支撑应急现场远距离通信保障和扁平化的应急指挥。“地”，即采用多维组网形态，为应急救援队伍、联动部门、社会公众和国际救援与协作提供应急通信服务。空天地一体化指挥调度体系针对多山地、地区交通、通信等基础设施相对落后的应急救援需求。
13、（4）李福昌等探索了面向应急通信的空天地一体化通信网络的发展思路与方案,并给出了建议。结合应急通信救援中的情况,分析了地面运营商部署无人机实现了对局部区域的通信恢复,卫星通信为通信受阻区域提供语音与短报文服务等。文章指出，作为空天地一体化通信网络不可或缺的一环,无人机与卫星通信成为此次救援中新型且有效的应急通信方式。同时建议为了更好地增强应对紧急突发事件能力，在构建空天地一体化通信网络中，应逐步建立统一技术体制，分阶段实现业务、体制与系统的异构网络融合。
14、但是“空天地”一体化应急救援体系平台涉及到多设备、多人员协同工作，其网络通信质量决定了救援速度。而决定网络通信的性能大致分为两个方面，通信延迟和通信的带宽。一般在传输吞吐量恒定的情况下，通信的延迟有时可达到毫秒级，所以延迟对所开发的应急救援系统性能的影响非常大。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种“空天地”一体化应急救援平台。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
3、一种“空天地”一体化应急救援平台，其包括：
4、指挥中心；
5、若干基于不同通信协议的应急救援设备；
6、及用于使得应急救援设备与指挥中心形成组网的中间转换单元，
7、所述中间转换单元具有若干接口，其内置若干通信协议，所述中间转换单元可根据应急救援设备发送的信息，选择与该应急救援设备通信协议匹配的接口，
8、救援平台基于低通信延迟技术，用于降低网络通信延迟，所述低通信延迟技术基于ddn专线网络通信，使用dtu实现调制和复用，专线网络由接入，承载和核心部分三级构成，其中利用光纤作为主干传输介质，使用滞后时间-信道条件之间的间隔变化和网络调整建立一条旁通通道，利用snr余量，将其用作iot设备的专用边信道，
9、同时采用高速透传的方式，实现自动传输模式切换来提高数据传输效率，其包括以下步骤：节点设备采用第一传输模式向第一处理设备发送第一数据包，第一处理设备在接收到该第一数据包的情况下，发送第一响应信息给节点设备，若在预设时间范围内，节点设备接收到该第一响应信息，则说明第一数据包在传输过程中传输成功，并统计在第一传输模式下连续传输数据包成功的成功次数，若成功次数达到切换阈值，则将第一传输模式切换至第二传输模式。
10、所述中间转换单元的通信协议转换步骤如下：
11、s1根据应急救援设备终端协议在救援平台设置相对应的应急救援设备绑定信息；
12、s2救援平台获取绑定信息后，建立救援通信协议与待转换的通信协议之间的数据转换通道；
13、s3用户通过发送控制信息至救援平台，根据所要连接的应急救援设备所需的通信协议，将控制信息内包含的通信协议转换为需要的通信协议，所述控制信息包括设备编号信息以及控制数据，
14、s3.1救援平台根据用户发送的控制信息中包含的设备编号信息，获取与该设备编号信息匹配的应急救援设备的通信协议，并将控制信息中的通信协议转换为该应急救援设备的通信协议；
15、s3.2救援平台根据转换后的控制信息设置对应的转换通信协议，转换后的控制信息包括所述智能设备编号信息以及待选择通信协议类型信息；
16、s4完成通信协议转换。
17、救援平台划分多个缓存区域，根据就近原则将对应数据存储在离所需位置最近的缓存区域。
18、救援平台的各个网关节点均设有候选备份网关节点，候选备份网关节点以当前网关节点的邻居节点为主，且从候选备份网关节点中按照稳定性和距离因素选择当前网关节点的备份网关节点，且备份网关节点与当前网关节点之间可快速切换。
19、中间转换单元与指挥中心之间具有网络消息缓存机制。
20、所述网络消息缓存机制将数据进行分类操作，具体如下：在中间转换单元将数据进行转换后，将数据分配单兵数据、车载数据及无人机图传数据三部分，对单兵数据和车载数据进行优化传输，对无人机图传数据进行按需传输，同时可根据指挥中心的需求，选择是否并行传输。
21、救援平台还设有网络消息重发机制。
22、所述网络消息重发机制包括以下步骤：
23、s1： 对于重发队列中的任一待重发消息，设置所述任一待重发消息对应的重发时间间隔，所述重发时间间隔随着历史重发次数的增大而增大；
24、s2： 当达到所述重发时间间隔时，将所述任一待重发消息进行重发操作；
25、s3： 获取所述重发操作对应的操作状态，当所述操作状态为失败时，更新所述历史重发次数，当所述历史重发次数小于重发次数阈值且所述重发队列中待重发消息的数量小于数量阈值时，将所述任一待重发消息加入所述重发队列中；
26、s4： 重复执行所述步骤s1至s3，直至所述操作状态为成功或所述历史重发次数达到所述重发次数阈值或所述重发队列中待重发消息的数量达到所述数量阈值。
27、救援平台还具有网关自动升级功能，网关自动升级步骤如下：
28、当接收到网管设备通过一种交互方式发送的软件版本更新通知时，通过一种交互方式发送网关设备升级请求消息到所述网管设备；
29、接收所述网管设备通过一种交互方式返回的升级响应消息，所述升级响应消息中携带有软件升级包的路径信息，包括更新模块列表、模块依赖关系信息及更新的模块标识，所述模块依赖关系信息用于指示模块之间是否存在依赖关系；
30、根据所述路径信息从所述网管设备获取所述软件升级包，并进行网关设备自动升级。
31、网关自动升级还可以通过产生私钥对，利用私钥对镜像文件进行签名并追加在尾部形成升级文件；服务器在升级文件的同一目录下存放升级条件验证文件；将证书授权中心ca颁发的包含有公钥的数字证书导入网关中；网关利用一种指令，定时触发升级功能模块，从服务器下载升级条件验证文件，并判断是否符合升级条件，符合则从服务器下载相应的升级文件并验证签名，验证通过升级，反则不升级。
32、本发明的有益效果：通过构建的先进的无线自组网应急通信保障系统，实现适用于平战结合、应急救援需求的，具备无线高速智能组网、多点无线覆盖、视频采集、对讲、应急广播、应急照明、定位回传等功能一体化的应急通信保障系统，为抢险指挥决策提供优质的网络保障。