Kan mobilnetværk forbinde førstehjælpere i fjerntliggende områder?

De høje plateauer i Colorados Rocky Mountains, kendt for panoramaudsigter, dyreliv, gamle guldminer og sport af enhver art, tiltrækker nye pionerer:ingeniører, der arbejder på at forbedre nødkommunikationen.

First responders står over for mange kommunikationsudfordringer, herunder mangel på celletårne ​​på ubeboede steder og inkompatibelt udstyr. Offentlige sikkerhedsmyndigheder skal finde måder at dele stemme på, tekst, øjeblikkelige beskeder, video og data pålideligt, mens de reagerer på naturbrande og andre nødsituationer.

Forskere fra National Institute of Standards and Technology (NIST), i samarbejde med Department of Homeland Security (DHS) Science and Technology Directorate, monterer miniature mobilkommunikationsnetværk på pickup trucks og ubemandede luftsystemer til at måle signalstyrke og dækning i bjergområder, der mangler trådløs infrastruktur.

NIST-eksperimenterne på føderalt land nær Gips, et par timers kørsel vest for Denver, viste, at mobilnetværk stadig lader meget tilbage at ønske. Indledende eksperimenter med jordbaserede systemer indikerede dårlig dækning i områder med ujævnt terræn - bakker og dale - men luftbårne systemer gav bedre dækning.

"Resultater indtil videre fra teststedet har bekræftet nogle af vores forventninger og identificeret adskillige præstationsproblemer, som ikke var tydelige i laboratoriet, " sagde elektronikingeniør Samuel Ray fra NIST's Public Safety Communications Research Division.

"Terrænet gør det svært at give dækning, især ved de frekvenser, der kræves til cellulære systemer, "Ray tilføjede. "Reagerende bureauer kan også støde på skovområder eller bymæssige omgivelser med strukturer. Alle disse faktorer påvirker dækningen, øge behovet for at løfte kommunikationsplatformen."

NIST-forskere studerer "deployerbare systemer" for at hjælpe med at skabe ad hoc, interoperable netværk. Systemer, der kan implementeres, er ikke kun nødvendige for landdistrikter, men også til andre situationer, hvor trådløs dækning er kompromitteret, eller store begivenheder forårsager overbelastning af netværket. Nogle implementerbare systemer er tilgængelige kommercielt, men NIST arbejder på generiske teknologier, der kan bruges af alle.

NIST-eksperimenterne på Gypsum-stedet bruger Long Term Evolution (LTE) systemer, de nyeste trådløse standarder, der er bredt tilgængelige for mobiltelefoner. Nationens anslåede 5 millioner offentlige sikkerhedspersonale har traditionelt brugt walkie-talkies (landmobilradio), men mange supplerer deres muligheder med LTE-systemer, som tilbyder dataoverførselshastigheder på op til 1, 000 gange højere.

NIST har målt deployerbare systemers ydeevne i Rockies i et år nu. Gipspladsen, ejet af det amerikanske indenrigsministeriums Bureau of Land Management, blev til dels valgt, fordi det er et stort plateau omgivet af relativt fladt buskads, en realistisk ramme for en vildmarksbrand.

NISTs tidlige eksperimenter brugte jordbaserede og lastbilmonterede antennemaster, der strækker sig 2-4 meter (7-14 fod) over jorden. Dækningsområdet strakte sig til flere hundrede fod fra antennerne; imidlertid, at dækningen var meget dårlig, med signaler, der faldt helt, når de krydsede bakker eller skyttegrave, peger på behovet for at opretholde "line of sight"-kanaler.

For nylig, NIST-holdet brugte et ubemandet luftsystem med et kommercielt LTE-netværkssystem, der vejede mindre end 2,3 kg (5 pund). Platformen svævede 121 meter (400 fod) over jorden i 15 minutter ad gangen.

Dækningen strakte sig længere end før, med signaler, der strækker sig omkring en halv mil fra liften. NIST-medarbejdere studerer flere stabilitetsproblemer og leder efter måder at optimere mobilnetværksplatformene til længere flyvninger og mere effektive antenner, ifølge Max Maurice, ledende ingeniør for Gipsmålingsprojektet.

En mulig løsning er bundne heliumballoner med integrerede antenner. Sådanne systemer er allerede tilgængelige og kunne forblive i luften i længere perioder af måletid. Men højden af ​​gipspladsen, mere end 6, 000 fod over havets overflade, hvor luften bliver tyndere, reducerer ballonløfteevnen betydeligt, sagde Ray. Balloner vil også indføre nye krav til træning og drift, og til erhvervelse, opbevaring og transport af helium.

"Mange leverandører forsker i bedre design til luftkommunikationsnetværk; vanskelighederne er omkring vægt og kraft, eller en balance mellem de to, og der er mange fysiske begrænsninger, " sagde Ray. "Vi fortsætter med at diskutere muligheder med industrikontakter og se efter innovative løsninger og alternative teknologier.

"I 2020 vi forventer at introducere yderligere antennemuligheder og elastiske netværksfunktioner i felttests og at fortsætte med at forfine testlejet. Dette er et fremadskuende forskningsområde med fokus på teknologier, der er fire til fem år væk fra kommerciel tilgængelighed, og vi forventer at fortsætte med at arbejde på stedet et par gange om året."