１．ＶｏＷＬＡＮ终端模型
根据消防救援的特点可以定制ＶｏＷＬＡＮ终端。模型框图如图５所示，硬件组成有高灵敏度平板天线、ＷｉＦｉ通信模块、视频采集模块、语音通信模块、输入输出模块以及大容量电池、温度传感器、烟雾浓度传感器、湿度传感器等。软件组成有视频数据采集编码压缩解压缩模块、语音数据编解码压缩解压缩模块、传感数据采集编码模块和辅助控制模块等。另外，还需要考虑耐热、防水盒防暴等方面的因素。
２．基于ＶｏＷＬＡＮ通信的初步试验
２．１试验过程
（１）通信硬件。台式机（ＣＰＵＩｎｔｅｌＱ８３００普通ＵＳＢ声卡，操作系统Ｗｉｎ７６４位），笔记本华硕Ｎ５５Ｓ（ＣＰＵＩｎ－ｔｅｌｉ５，内置声卡，操作系统Ｗｉｎ７３２位），普通安卓智能手机；网卡：ＵＳＢ无线网卡（拓实ＴＳ－Ｎ８９，最大功率３００ＭＷ，动态传输速率０～１５０Ｍｂｐｓ，工作频率２．４ＧＨｚ，增益１４ｄｂｉ的平板天线（１２振子阵列天线）；无线路由器：水星ＭＷ１５０Ｒ（最大辐射功率１００ＭＷ，动态传输速率０～１５０Ｍｂｐｓ，全向天线，增益３ｄｂｉ）；３６０迷你ＷｉＦｉ（插入笔记本，手机通过此接入网络）。（２）通信软件。好讯即时通（服务器端、ＰＣ客户端和安卓客户端）（３）试验。台式机安装好讯即时通服务器端软件，配置各设备的通信参数（主要是ＩＰ地址）。笔记本安装好讯客户端软件，并且作为中继器，插入３６０迷你ＷｉＦｉ，无线覆盖现场。手机安装好讯客户端安卓版。２台电脑终端分别接两个ＵＳＢ无线网卡，终端设备位于某号楼某单元４楼内。路由器位于某号楼某单元１楼内，两接收天线距路由器直线距离６１ｍ，中间有一排大树阻挡，穿４堵３６ｃｍ厚砖墙，晴天信号质量９５％，信号强度－５７ｄｂｍ，传输速率２４～４８Ｍｂｐｓ，下雨天信号质量７５％，信号强度－７１ｄｂｍ，传输速率１～１２Ｍｂｐｓ，３台终端都开启好讯视频，终端之间传递文件的同时，在线视频聊天和网络电话不受影响。同样距离，若把路由器放置在没有大树阻隔的某号楼某单元１楼内，晴天和雨天信号质量都为１００％，信号强度－４５ｄｂｍ，传输速率１５０Ｍｂｐｓ。同等条件，若在ＰＣ终端采用增益为５ｄｂｍ（一般无线网卡天线增益为３ｄｂｍ）的全向天线，则接收不到路由器的信号。
２．２结果分析
（１）保证通信链路的畅通。不论在何种环境下，无线信号的稳定覆盖比带宽和速率更重要。采用增益为１４ｄｂｉ的平板接收天线，可以保证稳定的通信链路，而全向接收天线则根本没信号。因此，在实际的消防救援中，无线网桥（中继）和接收终端采用振子阵列的平板天线，该种天线可大大提高天线增益，适合消防救援复杂的应用环境，采用机线分离，提高设备集成度。如：可以将通信接入点的路由器和网桥集成在一起，既可减轻设备重量降低功耗，又可集中供电，提高设备待机时间。而网桥的接收天线与设备分离，这样便于将轻质的天线吸附到合适的位置。尽可能减少阻挡物，使两天线之间可视。（２）足够的带宽保证语音服务质量。试验中语音通话清晰，视频流畅，没有声音断续和视频动画现象。实时语音数据和普通数据有着不一样的特性，要求网络传输能保证较高的实时性和连续性，必须有足够带宽保证。ＶｏＩＰ的服务质量一直是个有争议的话题，也是制约其普及的瓶颈。传统的电信语音话路带宽固定为６４ｋｂｐｓ，而ＶｏＩＰ则是语音和数据同等对待，都被封装成ＩＰ包在网络中传递，网络对语音作为普通数据包提供“尽力而为”的服务。这样，在网络繁忙时，语音通信必然会出现话音延时、丢包、断续，甚至根本无法还原语音信息的现象。基于网络的ＶｏＩＰ中编解码算法、延时、延时抖动、分组丢失、吞吐量、网络状况等都是影响ＶｏＩＰ通话质量的主要因素。提高服务质量，一方面可以采用ＶｏＩＰ专用语音网关、网络交换机和路由器等硬件设备，其内已经集成了ＳＩＰ、Ｈ．３２３、ＭＧＣＰ以及Ｍｅｇａｃｏ／Ｈ．２４８等ＶｏＩＰ协议，呼叫控制电路，语音数字信号处理电路等模块，在局域网中其服务质量甚至比传统语音通信更好，如思科ＶｏＩＰ统一通信解决方案，在世界各地都有成功的案例。另一方面，采用软交换的办法，呼叫控制和语音处理由建立在ＶｏＩＰ语音通信协议基础上的软件来完成，通过完善通信控制服务器软件，终端处理软件等来提高语音数据包的服务等级，降低呼叫转接时间，以提高服务质量，如即时通等软件，只要网络带宽足够，通话质量就有保证。通过试验得出，语音通话需要通信速率＜６４ｋｂｐｓ，视频通话需要通信速率＜５×６４ｋｂｐｓ，按普通１５０Ｍｂｐｓ的传输速率，一条链路经过４个无线中继（用４个中继可以适用较为复杂的救援环境），速率降为９Ｍｂｐｓ，仍然可以保证２８路（２８×５×６４Ｋｂｐｓ＝９Ｍｂｐｓ）视频通话或者１４０路语音通话。由此可见，ＷＬＡＮ通信带宽有保障。（３）障碍物对信号强度的影响。自由空间中电磁信号按１／ｒ（ｒ为测试点与源的距离）衰减，因而１０００ｍ的距离衰减－３０ｄｂ，信号的衰减主要不在自由空间，而是阻挡物，４层楼和４０层楼，仅自由空间而言对信号影响几乎没有差别，室内砖墙对电磁波的衰减小，而钢筋混凝土柱子、隔层还有如试验中的大树对电磁能量的衰减较大。因此，实际救援中尽量保证两网桥（中继）之间可视。（４）ＷＬＡＮ设备便携性分析。影响ＶｏＷＬＡＮ终端便携性的两个因素是电池和天线。一方面提高终端的集成度，降低功耗，如网桥和路由器集成，可以集中供电，减少电池用量；减少ＤＳＰ芯片的使用，语音处理由主控芯片完成，充分利用大量闲置的ＣＰＵ资源，可以减小终端体积，降低终端功耗，降低开发成本。另一方面，提高电池容量，如采用可设计成任意形状的聚合物锂电池，以延长待机时间。采用机线分离的方法，将面积较大的高灵敏度平板天线与网桥或终端设备分开。平板天线可固定于战士空气呼吸器上，通过馈线与终端连接，这样既缩小了设备体积，提高便携性，又提高了无线信号强度。实测一台５寸屏的智能手机（配２０００ｍＡｈ电池）质量也不过２１０ｇ，无线网桥（配５块２０００ｍＡｈ电池）质量也不过３５０ｇ，甚至更轻。由于采用平板天线，体积可能要大一些，但可通过天线与终端相分离而减小终端体积。（５）ＶｏＷＬＡＮ安全性问题。此试验中通信设备采用ＡＥＳ６４位加密，ＷＰＡ２－ＰＳＫ验证方法连接路由器，该方法是目前普遍使用的，容易用跑包等方法破解。由于无线ＶｏＩＰ通过无线电波传送，因而很容易在传输过程中被入侵者或黑客截获，如窃听和嗅探ＶｏＩＰ呼叫、中间人攻击、拒绝服务攻击、呼叫中断和建立错误呼叫等。对无线网络安全性担心是很多企业拒绝使用８０２．１１网络的主要原因，而这种安全问题对于ＶｏＩＰ来说，风险性并不比其他通过无线网络传输数据的应用程序低。可以从多个方面提高ＶｏＷＬＡＮ的安全性，一是采用ＶＬＡＮ交换机，逻辑上将网络分成数据网和语音网，避免来自数据包的攻击；二是配备ＶｏＩＰ专用防火墙，主要是针对ＳＩＰ等ＶｏＩＰ协议攻击；三是保护好ＶｏＩＰ网关，在网关上使用授权机制和存取控制；四是对ＯＳＩ协议分层加密；五是通过对ＳＩＰ等ＶｏＩＰ协议修改以提高ＶｏＩＰ的安全性。其实主要的安全性问题来自Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，消防救援的ＶｏＷＬＡＮ是一个专网，安全性相对较高，但安全意识必须加强，采取必要的手段，在实践中不断提高网络的安全性。
３．结束语
（１）将ＷＬＡＮ和ＶｏＩＰ技术相结合应用在消防救援现场，发挥其独立灵活快速组网、近距离宽带通信、费用低廉等优势。通过扩展通信终端功能，很容易将救援现场烟雾浓度、湿度、温度等数据采集模块集成在通信终端上。该现场通信系统也容易通过３Ｇ、４Ｇ、城市ＷＬＡＮ或卫星通信系统接入互联网，以实现大区域的指挥调度。（２）从理论上和初步试验两个方面论证了基于ＶｏＷＬＡＮ技术的消防救援现场指挥通信解决方案的可行性。该技术在消防救援和复杂环境应急通信中极具发展潜力和应用价值。（３）与有线网络相比ＷＬＡＮ也有其弱点，涉及信号中继、基站覆盖、终端漫游和信道竞争等多方面的因素，而且语音通信比数据通信有更高实时性要求，如传输延时、抖动及丢包率等问题需要首先保证，这些问题能否得到完美解决有待进一步深入广泛地研究和试验。
作者：张双狮 单位：中国人民武装警察部队学院