李德亮 馬偉光

利用VSAT技術(shù)為突發(fā)公共事件構(gòu)建遠程通信指揮系統(tǒng)

李德亮 馬偉光

針對近年來世界范圍內(nèi)日益頻繁發(fā)生的突發(fā)公共事件，利用VSAT技術(shù)構(gòu)建遠程通信指揮系統(tǒng)，以應對基礎通信設施遭到破壞時，能夠保持國家指揮中心與各省級消防指揮中心、救災現(xiàn)場通信鏈路的暢通無阻，從而實現(xiàn)對各省消防資源的快速準確調(diào)度，為救災贏得寶貴時間。

依據(jù)《國家突發(fā)公共事件總體應急預案》，將突發(fā)公共事件分為自然災害、事故災難、公共衛(wèi)生事件、社會安全事件四類?？v觀近年來世界范圍內(nèi)的突發(fā)公共事件有大規(guī)模上升趨勢，僅今年就有海地地震、中國山西王家?guī)X煤礦透水事故、中國青海玉樹地震以及冰島火山噴發(fā)等。突發(fā)公共事件的頻繁發(fā)生對國家的應急救援、搶險救災的通信保障能力提出了更高的要求。

依據(jù)現(xiàn)行的GB 50313-2000《消防通信指揮系統(tǒng)設計規(guī)范》，對城市消防通信指揮系統(tǒng)和省消防通信指揮系統(tǒng)進行了規(guī)范、給與了指導性意見，但是并沒有對突發(fā)公共事件的應急通信保障工作進行規(guī)范。實際上，在突發(fā)公共事件發(fā)生時，通常是要全國范圍內(nèi)組織人力、物力進行應急救援，而不僅僅局限于一個省或一個城市，另外常常也會伴隨著基礎通信設施嚴重破壞、傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡無法使用（比如地震時），此時為突發(fā)公共事件構(gòu)建遠程通信指揮系統(tǒng)就顯得尤為重要。指揮中心與救災現(xiàn)場通信鏈路的暢通無阻，為遠方指揮部準確評估災情、集中全國力量、合理調(diào)度資源、提高救援速度的提供了技術(shù)保障。

筆者通過對各類衛(wèi)星通信指揮系統(tǒng)的檢驗實踐以及各類技術(shù)標準和資料的分析出發(fā)，總結(jié)出在基礎通信網(wǎng)絡受到破壞時，如何利用VSAT技術(shù)為突發(fā)公共事件構(gòu)建大范圍的遠程通信指揮系統(tǒng)。

常態(tài)下的通信與我國消防通信現(xiàn)狀

日常的通信管理中，一般使用常規(guī)通信手段，包括有線網(wǎng)絡、無線公網(wǎng)（電信部門提供的2G、3G網(wǎng)絡）、政府部門無線專網(wǎng)（350M、800M專網(wǎng)等）。這些通信手段必須依靠地面有線網(wǎng)絡（光纖線路）、無線基站、機房等基礎設施，必須有可靠的電力保障，而且這些通信線路都有容量限制。

當前，消防現(xiàn)場指揮中心的信息主要靠350MHz專用電臺和移動電話傳輸，它沿用至今，為消防領域的作戰(zhàn)指揮做出了不可磨滅的貢獻，但是也不可否認，350MHz無線通信系統(tǒng)也有弊端，在極端情況下，基站不能正常工作，較易出現(xiàn)通信盲點、通信障礙乃至癱瘓，使各級指戰(zhàn)員在災害事故現(xiàn)場處理緊急情況時容易貽誤戰(zhàn)機，給國家和人民生命財產(chǎn)造成巨大的傷亡和損失。

VSAT衛(wèi)星通信概述

VSAT技術(shù)的特點

VSAT(Very Small Aperture Terminal)指的是衛(wèi)星地球站天線口徑很小的終端。VSAT地球站之間通過通信衛(wèi)星上轉(zhuǎn)發(fā)器的中轉(zhuǎn)直接通信，傳輸延遲一般小于0.3s。在衛(wèi)星覆蓋的1/3地球表面區(qū)域內(nèi)，任何兩個或多個衛(wèi)星地球站之間，不管距離遠近，通信效果都是相同的，不易受地理環(huán)境、天氣條件的限制，不需要其它地面設施。移動地球站機動靈活，普通天線系統(tǒng)對星時間小于5min。通過終端設備的轉(zhuǎn)接，一條衛(wèi)星鏈路可以同時傳輸多路語音、數(shù)據(jù)和圖像信息。采用Ku波段時，頻率很高，不易受到其它電磁波的干擾。

國內(nèi)外電視圖像現(xiàn)場直播，都采用VSAT衛(wèi)星通信技術(shù)。VSAT衛(wèi)星通信技術(shù)，日益成為軍隊、警方和機動通信等領域應急通信的首選技術(shù)。

VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的優(yōu)點

衛(wèi)星通信技術(shù)相比傳統(tǒng)的通信技術(shù)具有以下優(yōu)點：

1) 高可靠性。衛(wèi)星在離地球36500公里外運行，不受地球所發(fā)生的災害影響。而地面網(wǎng)絡的諸多環(huán)節(jié)中的任一環(huán)節(jié)都有可能引起通訊中斷；

2) 覆蓋范圍廣?？蓪崿F(xiàn)多址通信和信道的按需分配，通信靈活機動；

3) 組網(wǎng)簡單，速度快。最簡單的網(wǎng)絡只需一對衛(wèi)星小站即可開通；衛(wèi)星可在數(shù)分鐘內(nèi)“一鍵開通”通信鏈路；

4) 通信容量大。衛(wèi)星通信一般使用1-10GHz的微波波段，有很高的帶寬，可傳輸多路視頻和大容量的電話。一般小站下行可以達到40MBPS，上行可達到6-8+MBPS；

5) 可以和其他網(wǎng)絡有效融合。其他網(wǎng)絡可在衛(wèi)星鏈路的基礎上快速組網(wǎng)；

6) 擴容容易?？蔁o級不間斷擴容，大部分衛(wèi)星通信系統(tǒng)甚至可以按需分配帶寬；

7) 安全性好。衛(wèi)星頻段經(jīng)過協(xié)調(diào)，衛(wèi)星傳輸?shù)母蓴_很小。而集群和其他無線手段，除移動電話外，基本使用公用頻段，安全和干擾問題隱患大；即使使用專用頻段也比較容易被截聽。

利用VSAT技術(shù)為突發(fā)公共事件構(gòu)建遠程通信指揮系統(tǒng)

功能要求

參照國家標準《消防通信指揮系統(tǒng)設計規(guī)范》中對城市消防通信指揮系統(tǒng)和省消防通信指揮系統(tǒng)的規(guī)范要求，對突發(fā)公共事件遠程構(gòu)建遠程通信指揮系統(tǒng)具體功能要求如下：

1) 利用系統(tǒng)資源，指揮中心能與全國各省、自治區(qū)、直轄市現(xiàn)有的常態(tài)下消防通信指揮系統(tǒng)互聯(lián)，可以對各省、自治區(qū)、直轄市的消防實力調(diào)度。

2) 在突發(fā)公共事件的事故現(xiàn)場不經(jīng)過常態(tài)下的通信網(wǎng)絡，借助衛(wèi)星通信技術(shù)可以將事故現(xiàn)場的災害情況、救助情況準確地反饋給指揮中心。

3) 指揮中心與事故現(xiàn)場可以進行話音通信、數(shù)據(jù)通信和圖像通信。

4) 利用系統(tǒng)資源，對全國各省、自治區(qū)、直轄市的消防信息進行采集、存儲、檢索、處理、顯示、傳輸、分析。

5) 利用系統(tǒng)資源進行消防指揮培訓。

從上述功能要求看出，通信指揮系統(tǒng)是災害事故現(xiàn)場與外界進行信息交換的樞紐，也為遠方指揮中心綜合各種信息進行決策和資源部署提供了科學依據(jù)。由于突發(fā)公共事件的災害事故現(xiàn)場情況復雜，往往需要在全國范圍內(nèi)調(diào)集人力、物力資源，因此性能優(yōu)良的通信網(wǎng)絡是成功進行應急救援的基本保證，而VSAT技術(shù)通過使用衛(wèi)星通信技術(shù)，使得在傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡無法使用時，仍能有暢通的通信保障。

系統(tǒng)中針對用戶的三級星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

圖1 系統(tǒng)用戶三級星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)用戶網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1) 系統(tǒng)總指揮員、全國指揮中心

該級別的用戶擁有最高權(quán)限，指揮調(diào)度員利用國家指揮中心的調(diào)度平臺實現(xiàn)資源調(diào)度，權(quán)限分配；針對用戶提出的通信要求，分配通信權(quán)限，進行分組控制和范圍可控的視音頻會議；終端用戶加入申請批準、解除在網(wǎng)，終端用戶遙斃、解斃等控制。

圖2 系統(tǒng)中邏輯結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)管理員可以實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的維護、升級、科目設置與取消等。

2) 省級消防通信指揮中心及指揮員、事故災害現(xiàn)場指揮員

該級別的人員享有控制本系統(tǒng)的權(quán)限，省級消防通信指揮中心指揮員聽從系統(tǒng)總指揮員的指揮，對本省范圍內(nèi)消防資源進行調(diào)度；實時地將本省消防資源的分配情況反饋給總指揮部。

事故災害現(xiàn)場指揮員則屬于特殊的二級人員，其人員構(gòu)成可為移動二級調(diào)度指揮員，也可為突發(fā)公共事件發(fā)生地所在省的二級調(diào)度指揮員，其職責主要是執(zhí)行國家指揮中心總指揮員下達的各項救災命令；將事故災害現(xiàn)場的情況實時地反饋給指揮部，為遠方指揮部準確評估災情、集中全國力量、合理調(diào)度資源、提高救援速度的提供保障。

3) 各省三級調(diào)度指揮人員、各省戰(zhàn)勤保障體系指揮中心、處置緊急情況的一線戰(zhàn)斗人員

該級的調(diào)度指揮員享有調(diào)度指揮本場所人員、物資等的權(quán)限；實時地將本場所的人員、物資等情況反饋給省指揮中心；聽從省級消防指揮中心指揮員的調(diào)度。

VSAT技術(shù)在突發(fā)公共事件遠程通信指揮系統(tǒng)中的應用

利用VSAT技術(shù)構(gòu)建的突發(fā)公共事件遠程通信指揮系統(tǒng)的主要性能應符合下列要求：

1) 系統(tǒng)的通信網(wǎng)應相對獨立、保持暢通，并應具備自檢或巡檢能力；

2) 系統(tǒng)應具備為跨區(qū)域聯(lián)合作戰(zhàn)提供輔助決策指揮的能力；

3) 系統(tǒng)應具備共享性和可擴展性。

圖2為VSAT在突發(fā)公共事件遠程通信指揮系統(tǒng)中的邏輯結(jié)構(gòu)圖。從圖2中可以看出，突發(fā)公共事件遠程通信指揮系統(tǒng)的指揮中心、應急現(xiàn)場以及各省級消防指揮中心之間是通過通信衛(wèi)星的中轉(zhuǎn)進行通信，傳輸延遲一般應小于0.3s。

該通信指揮系統(tǒng)是由主站（也稱指揮中心）、VSAT小站（應急現(xiàn)場及各省級消防指揮中心）和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成。

1) 主站。主站是VSAT通信網(wǎng)的核心，通常使用大口徑天線，直徑為3～8m(Ku頻段)或7～13m(C頻段)，主站發(fā)射功率通常為數(shù)百瓦，并配備網(wǎng)絡監(jiān)控設備對全網(wǎng)進行監(jiān)測、控制、管理與維護，還配備收發(fā)通信設備和數(shù)據(jù)接口設備。主站通常與主計算機放在一起，通過其他線路與主計算機連接。由于主站關(guān)系到整個VSAT網(wǎng)的運行，所以它通常配有備用設備。為了便于重新組合，主站一般都采用模塊結(jié)構(gòu)，設備之間以高速局域網(wǎng)進行互聯(lián)。

表1 系統(tǒng)主要構(gòu)成部件及其功能

2) 小站。VSAT小站由小口徑天線、室外單元（ODU）和室內(nèi)單元（IDU）三部分組成。室外單元主要包括功率放大器、低噪聲放大器、上/下變頻器和相應的監(jiān)測電路等，并把它們組裝在一起作為一個部件，配置在天線附近。室內(nèi)單元主要包括調(diào)制解調(diào)器和數(shù)據(jù)接口設備。室內(nèi)單元與室外單元通過銅軸電纜連接。

3) 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。它一般由采用工作與C或Ku波段的同步衛(wèi)星透明轉(zhuǎn)發(fā)器組成。在第一代VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)主要采用C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，從第二代VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)開始，以采用Ku波段為主。具體采用何種波段不僅取決于VSAT衛(wèi)星通信設備本身，還取決于是否有可用的星上資源，即是否有Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器可用，如果沒有，那么只能采用C波段。

具體來說，一個完整的VSAT通信網(wǎng)，應該包含：自動定位天線、功率放大器、低噪聲放大器、上/下變頻器、網(wǎng)絡控制終端、MODEM以及密碼器、復用器、控制系統(tǒng)等。如表1所示。

此外，局域網(wǎng)計算機上需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也要先經(jīng)過TCP/IP協(xié)議棧的處理才能被復用器所用。為了提高視頻、音頻數(shù)據(jù)的安全性、可靠性，還應能通過常規(guī)通信線路傳輸，系統(tǒng)中應該預留下豐富的轉(zhuǎn)換和控制接口。

結(jié)束語

VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)功能強大，不易受地理環(huán)境、天氣條件的限制，不需要常規(guī)的地面通信設施、機動靈活，為處置突發(fā)公共事件、嚴重自然災害應急救援提供了可靠的通信保障。隨著它在應急救援、消防領域的廣泛應用，將更有利于消防部隊的救援指揮由經(jīng)驗型向科學型轉(zhuǎn)變、單人指揮向集體討論共同決策轉(zhuǎn)變，也更有利于快速高效地調(diào)配全國的消防資源，為應急救援爭取時間，相信VSAT衛(wèi)星通系統(tǒng)在應急救援領域的廣泛應用，將對消防事業(yè)產(chǎn)生更加巨大的影響和促進作用。

作者單位：李德亮，公安部上海消防研究所；馬偉光，國家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心