韓丹方之龍

應(yīng)急通信建設(shè)現(xiàn)狀和技術(shù)分析

韓丹1方之龍2

近年來應(yīng)急通信發(fā)展迅速，但是仍面臨許多技術(shù)問題。文章介紹了應(yīng)急通信的基本概念、內(nèi)涵和特點，以及應(yīng)急通信的研究和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀；對應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和技術(shù)手段進行了系統(tǒng)的分析；提出了應(yīng)急通信的技術(shù)熱點和難點；指出了應(yīng)急通信需要解決的許多技術(shù)之外的問題。

應(yīng)急通信 衛(wèi)星通信 集群通信 無線自組網(wǎng) 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

近年來，我國相繼發(fā)生了南方冰凍雨雪、汶川大地震、舟曲泥石流等特大自然災(zāi)害，舉辦了北京奧運會和上海世博會，這些突發(fā)和重大事件使應(yīng)急通信再度成為人們關(guān)注的焦點。特別是2008年5月12日，四川汶川發(fā)生8級地震，汶川等多個縣級重災(zāi)區(qū)內(nèi)通信系統(tǒng)全面阻斷，昔日高效、便捷的通信網(wǎng)絡(luò)遭受毀滅性打擊而陷入癱瘓。網(wǎng)通、電信、移動和聯(lián)通四大運營商在災(zāi)區(qū)的互聯(lián)網(wǎng)和通信鏈路全部中斷。四川等地長途及本地話務(wù)量上升至日常10倍以上，成都聯(lián)通的話務(wù)量達平時的7倍，短信是平時的兩倍，加上斷電造成傳輸中斷，電話接通率是平常均值的一半，短信發(fā)送遲緩，整個災(zāi)區(qū)霎時成了“信息孤島”。面對這些重大突發(fā)事件， 如何構(gòu)建事件突發(fā)時的應(yīng)急通信保障體系，如何強化日常維護和在事件突發(fā)時對應(yīng)急通信設(shè)備進行及時有效的部署和開通，確保網(wǎng)絡(luò)安全穩(wěn)定成為迫切需要解決的問題。

1.突發(fā)事件中應(yīng)急通信存在的問題及應(yīng)對措施

應(yīng)急通信體系在城市運轉(zhuǎn)遭到突發(fā)災(zāi)害或事故時，承擔著及時、準確、暢通地傳遞第一手信息的“急先鋒”角色，是決策者正確指揮搶險救災(zāi)的中樞神經(jīng)。應(yīng)急通信只有在突發(fā)災(zāi)害來臨時，真正及時、準確、暢通地傳遞搶險救災(zāi)信息，而不是緊急情況時的啞巴和瞎子，才能把好城市安全管理的第一道關(guān)。面對不同類型的突發(fā)事件，應(yīng)急通信存在的問題不同，應(yīng)對措施也不同：

1.1 在大型集會時，數(shù)以萬計的人群集中在一起，某些區(qū)域的通信設(shè)施處于飽和狀態(tài)，嚴重的過載會使通信癱瘓直至中斷。應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)可以通過增開中繼、應(yīng)急通信車、交換機的過負荷控制等技術(shù)手段擴容或減輕網(wǎng)絡(luò)負荷，避免網(wǎng)絡(luò)擁塞或阻斷，保證用戶正常使用通信業(yè)務(wù)和調(diào)度指揮。

1.2 在消防搶險救援時，建筑物被毀嚴重，樓體內(nèi)的通信設(shè)施基本處于癱瘓狀態(tài)，而現(xiàn)場周圍的公用通信網(wǎng)無法完成指揮調(diào)度的功能，同時對圖像視頻的支持度也較低。此時只有通過便攜式或移動通信基站對災(zāi)害事故現(xiàn)場進行信號覆蓋，從而實現(xiàn)視頻、音頻以及數(shù)據(jù)的傳輸。

1.3 在發(fā)生交通運輸事故、環(huán)境污染等事故災(zāi)難或者傳染病疫情、食品安全等公共衛(wèi)生事件時，通信網(wǎng)絡(luò)首先要通過應(yīng)急手段保障重要通信和指揮通信，實現(xiàn)上述自然災(zāi)害發(fā)生時的應(yīng)急目標，滿足上述需求。另外，由于環(huán)境污染、生態(tài)破壞等事件的傳染性，還需要對現(xiàn)

場進行監(jiān)測，及時向指揮中心通報監(jiān)測結(jié)果。

1.4 在發(fā)生恐怖襲擊、經(jīng)濟安全等社會安全事件時，應(yīng)急通信一方面要利用應(yīng)急手段保證重要通信和指揮通信；另一方面，要防止恐怖分子或其他非法分子利用通信網(wǎng)絡(luò)進行恐怖活動或其他危害社會安全的活動，即通過通信網(wǎng)絡(luò)跟蹤和定位破壞分子、抑制部分或全部通信，防止利用通信網(wǎng)絡(luò)進行破壞。過程中應(yīng)保證應(yīng)急指揮中心/聯(lián)動平臺與現(xiàn)場之間的通信暢通，及時向用戶發(fā)布、調(diào)整或解除預(yù)警信息。

1.5 在發(fā)生地震、臺風(fēng)、泥石流等自然災(zāi)害時，通信網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)兩種情況：一是自然災(zāi)害引發(fā)通信網(wǎng)絡(luò)本身出現(xiàn)故障造成通信中斷；二是網(wǎng)絡(luò)災(zāi)后重建，通信網(wǎng)絡(luò)通過應(yīng)急手段保障重要通信和指揮通信。此時應(yīng)利用各種管理和技術(shù)手段盡快恢復(fù)通信，保證國家應(yīng)急平臺之間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)交互；疏通災(zāi)害地區(qū)通信網(wǎng)話務(wù)，防止網(wǎng)絡(luò)擁塞，保證用戶正常使用。

2.應(yīng)急通信的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

長期以來， 世界上許多國家高度重視應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的研究和開發(fā)工作， 尤其是歐美發(fā)達國家和亞洲的日本。美國從20 世紀70 年代就開始建設(shè)最低限度應(yīng)急通信網(wǎng)， 用于確保美國當局應(yīng)對緊急事件的指揮調(diào)度?！?11 事件”之后，美國投入巨資建設(shè)與因特網(wǎng)物理隔離的政府專網(wǎng)， 推行通信優(yōu)先服務(wù)計劃并利用自由空間光通信（FSO，F(xiàn)ree Space Optics）、微波接入全球互操作（WiMAX, Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess） 和無線保真（WiFi，Wireless Fidelity）等通信新技術(shù)來提高應(yīng)急通信保障能力。日本目前已建立起較為完善的防災(zāi)通信網(wǎng)絡(luò)體系，如中央防災(zāi)無線網(wǎng)、防災(zāi)互聯(lián)通信網(wǎng)等。中央防災(zāi)無線網(wǎng)是日本防災(zāi)通信網(wǎng)的骨架網(wǎng)絡(luò)，由固定通信線路、衛(wèi)星通信線路和移動通信線路構(gòu)成。防災(zāi)互聯(lián)通信網(wǎng)可以在現(xiàn)場迅速連通多個防災(zāi)救援機構(gòu)以交換各種現(xiàn)場救災(zāi)信息， 從而有效地進行指揮調(diào)度和搶險救災(zāi)。與此同時，國際上許多標準化組織都在積極從事應(yīng)急通信相關(guān)標準的研究，如ITU-R，ITU-T，ETSI（European Telecommunications Standards Institute， 歐洲電信標準化協(xié)會） 和IETF （Internet Engineering Task Force，Internet 工程任務(wù)組）等。ITU-R主要從預(yù)警和減災(zāi)的角度對應(yīng)急通信展開研究，包括利用固定衛(wèi)星、無線電廣播、移動定位等向公眾提供應(yīng)急業(yè)務(wù)、預(yù)警信息和減災(zāi)服務(wù)；ITU-T 從開展國際緊急呼叫以及增強網(wǎng)絡(luò)支持能力等方面進行研究， 主要包括緊急通信業(yè)務(wù)（ETS，Emergency Telecommunications Service） 和減災(zāi)通信業(yè)務(wù)（TDR，Telecommunication for DisasterRelief）兩大領(lǐng)域；ETSI 主要關(guān)注緊急情況下政府/組織之間以及政府/組織和個人之間的通信需求；IETF 對應(yīng)急通信的研究涵蓋通信服務(wù)需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議等多個方面。

我國應(yīng)急通信的發(fā)展大致可以分成3個階段，第一個階段是1998 年以前，第二個階段是1998～2003 年，第三個階段是2003～2008 年。其中有三個標志性的事件，第一是1998 年的抗洪和信息產(chǎn)業(yè)部的改革；第二是2004 年的抗擊非典，國務(wù)院主要以制定應(yīng)急預(yù)案為標準；第三是2008 年的抗震搶險救災(zāi)。另外，我國也從2004 年開始正式啟動應(yīng)急通信相關(guān)標準的研究， 內(nèi)容涉及應(yīng)急通信綜合體系和標準、公眾通信網(wǎng)支持應(yīng)急通信的要求、緊急特種業(yè)務(wù)呼叫等。與此同時，國內(nèi)許多企業(yè)也在積極研發(fā)應(yīng)急通信相關(guān)產(chǎn)品， 如中興的GT800、華為的GOTA 和中科院浩瀚迅無線技術(shù)公司的MiWAVE 等?？傊?當前我國在應(yīng)急通信保障方面的研究工作可以歸納為以下幾類：

（1）充分挖掘現(xiàn)有通信和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（包括電信網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等）的潛能，通過增強網(wǎng)絡(luò)自愈和故障恢復(fù)能力來提升其應(yīng)急通信保障能力；

（2）針對現(xiàn)有應(yīng)急通信系統(tǒng)缺乏有效的統(tǒng)一調(diào)度和指揮， 考慮如何實現(xiàn)跨部門、跨系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮調(diào)度平臺，使各個專網(wǎng)之間以及專網(wǎng)與公網(wǎng)之間實現(xiàn)有效互聯(lián)互通，中興的GT800 就屬于此類產(chǎn)品；

（3）針對一些部門的應(yīng)急通信系統(tǒng)帶寬過窄， 不足以支持視頻圖像等寬帶多媒體業(yè)務(wù)的問題，考慮采用各種寬帶無線接入技術(shù)（如WiMAX）來支持業(yè)務(wù)的高速率傳輸；

（4）針對各專用應(yīng)急通信系統(tǒng)缺少統(tǒng)一規(guī)劃和互通標準，著手啟動應(yīng)急通信相關(guān)標準的制定；

（5）研究應(yīng)急通信資源的有效布局和調(diào)配問題， 如優(yōu)化通信基站的選址和頻道分配來滿足應(yīng)急區(qū)域的通信覆蓋要求。

近年來， 我國應(yīng)急通信研究重點圍繞公眾電信網(wǎng)支持應(yīng)急通信展開工作，對于現(xiàn)有的固定和移動通信網(wǎng)，主要研

究公眾到政府/機構(gòu)、政府/機構(gòu)到公眾的應(yīng)急通信的業(yè)務(wù)要求和網(wǎng)絡(luò)能力要求，包括定位、就近接入、電力供應(yīng)、基站協(xié)同、消息源標識以及緊急特種業(yè)務(wù)呼叫的路由、緊急業(yè)務(wù)的定位等。另外也考慮在互聯(lián)網(wǎng)上如何支持緊急呼叫，包括用戶終端位置上報、用戶終端位置獲取、路由尋址等關(guān)鍵問題。上述研究工作有效地推動了國內(nèi)應(yīng)急通信系統(tǒng)和相關(guān)平臺的建設(shè)和發(fā)展，增強了各種應(yīng)急突發(fā)情況下的通信保障能力。可以發(fā)現(xiàn)，有關(guān)應(yīng)急通信保障的研究工作大多沒有充分關(guān)注和利用已在通信領(lǐng)域嶄露頭腳的無線自組網(wǎng)技術(shù)，也沒有考慮融合多種通信技術(shù)手段提供全方位、可靠的應(yīng)急通信保障，而是過多強調(diào)發(fā)展集群通信、無線短波通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。此外，不同應(yīng)急情況下不同的用戶群體對應(yīng)急通信的需求有很大不同，必須有針對性地選取適當?shù)膽?yīng)急網(wǎng)絡(luò)組織方式和通信技術(shù)手段。如集群通信系統(tǒng)，目前的專用集群通信系統(tǒng)具備資源調(diào)度和組呼功能，在應(yīng)急通信系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用。但是，集群通信系統(tǒng)依賴于固定的基站，主要提供語音和短消息服務(wù)，通信速率較低，難以勝任在應(yīng)急突發(fā)情況下快速部署網(wǎng)絡(luò)并提供可靠健壯通信服務(wù)的要求。需要指出的是，雖然我國的應(yīng)急通信保障體系建設(shè)有了很大發(fā)展，但是存在技術(shù)和體制落后、應(yīng)急物資供給和資金投入不足等問題， 與應(yīng)急通信的要求還有很大差距。

3.應(yīng)急通信的技術(shù)熱點和難點

3.1 技術(shù)熱點

傳統(tǒng)的應(yīng)急通信通常以衛(wèi)星通信、集群通信、微波等技術(shù)為主。隨著寬帶、無線、異構(gòu)等新技術(shù)的出現(xiàn)，為應(yīng)急通信帶來了更快速、更方便、功能更強大的解決方案，產(chǎn)生了很多技術(shù)熱點，可以實現(xiàn)高效快捷、形式多樣的應(yīng)急通信。一個完整的應(yīng)急通信過程通常包括應(yīng)急指揮中心、公眾通信網(wǎng)/專用通信網(wǎng)、應(yīng)急現(xiàn)場3 個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，技術(shù)熱點也集中在這3 個方面，具體說明如下。

（1）公眾通信網(wǎng)包括現(xiàn)有的PSTN/ ISDN、PLMN（Public Land Mobilecommunication Network， 公眾陸地移動通信網(wǎng)）、互聯(lián)網(wǎng)以及下一代網(wǎng)絡(luò)等，是應(yīng)急通信的支撐網(wǎng)絡(luò)，用于緊急情況報警、應(yīng)急指揮中心與現(xiàn)場的通信連接等，涉及的技術(shù)熱點包括下一代網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)急通信能力的支持、互聯(lián)網(wǎng)對應(yīng)急通信的支持、優(yōu)先路由、過載控制、對用戶的定位等。

（2）對于應(yīng)急通信現(xiàn)場，首先要保障指揮通信順暢并支持動中通，通常以無線方式為主，使用集群、衛(wèi)星、WiMAX、Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)和P2P 等技術(shù)手段，快速部署通信網(wǎng)絡(luò)，提供通信保障。其次，要滿足監(jiān)測與預(yù)警的需求，尤其是出現(xiàn)重大災(zāi)害事故時，現(xiàn)場的監(jiān)測與預(yù)警顯得尤為重要，可以采用無線傳感器、圖像監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘和移動定位等關(guān)鍵技術(shù)，加強對現(xiàn)場的監(jiān)控以及各種災(zāi)害事故的實時信息智能處理。

（3）應(yīng)急指揮中心是應(yīng)急通信的指揮決策中心，必須保證不同職能部門的應(yīng)急指揮系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通和信息共享，確保指揮系統(tǒng)的高可靠性和穩(wěn)定性，并能將各種信息圖文并茂地展現(xiàn)給指揮人員。采用的技術(shù)包括容災(zāi)備份、數(shù)據(jù)復(fù)制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計評估、GIS、專家系統(tǒng)、信息加密、視頻會議和多媒體技術(shù)等。

3.2 技術(shù)難點

為了實現(xiàn)快速、靈活地組建異構(gòu)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，方便、安全和可靠地在應(yīng)急指揮中心和現(xiàn)場傳遞指揮控制信息和現(xiàn)場監(jiān)視的數(shù)據(jù)，并且支持應(yīng)急現(xiàn)場救援機構(gòu)之間的協(xié)同通信，應(yīng)急通信仍需要解決如下技術(shù)難點。

（1）快速可部署性。應(yīng)急通信對反應(yīng)時間有很高要求，因此應(yīng)急系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該可以方便快捷地規(guī)劃和部署。

（2）自配置和自管理。與傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)相比，應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)該減少人為干預(yù)和管理，應(yīng)該可以為自我識別、自我配置提供盡量好的連通性，包括分配IP 地址和分配信息。

（3）電源便捷性和功率控制。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和終端應(yīng)該能夠利用本地可用的各類電源，支持即插即用。采用各種機制來控制和節(jié)省電源，通過功率控制來控制網(wǎng)絡(luò)拓撲、提高資源使用率和數(shù)據(jù)傳輸可靠性。

（4）網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性。應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)是一種可以根據(jù)需要合理整合多種網(wǎng)絡(luò)類型和技術(shù)手段的混合式異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中包括各種通信設(shè)備和終端，如衛(wèi)星設(shè)備、通信車、便攜式電臺、電腦、PDA、微波接力設(shè)備、無線傳感器等，必須解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)和互操作問題。

（5）可靠性和頑存性。應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)必須足夠健壯、系統(tǒng)必須高度可靠、提供冗余、保障最低限度通信。

（6）安全性。應(yīng)急突發(fā)環(huán)境多樣，可能處于敏感的地理環(huán)境和政治氛圍中，傳遞的信息要視情提供特定的安全保護，

并考慮采用基于角色的訪問控制和基于策略的網(wǎng)絡(luò)管理方式。

（7）可擴展性。應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？纱罂尚?，大到遍及全球的傳染病疫情的應(yīng)急監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，小到處置交通事故的應(yīng)急現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，因此網(wǎng)絡(luò)必須具有良好的可擴展性和可裁減性，這也對底層的路由、地址分配、資源管理等機制提出了較高要求。

（8）跟蹤定位。在應(yīng)急通信中，各種人員的位置信息至關(guān)重要。可以 考 慮 根 據(jù)RFID （Radio Frequency Identification，射頻識別）、GPS、信號到達強度、信號到達角度等多種方式來確定各類人員的位置，并提供基于用戶位置和狀態(tài)的服務(wù)，也就是所謂的情景感知服務(wù)。

（9）服務(wù)質(zhì)量。應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)針對不同的用戶和業(yè)務(wù)特性提供有差別的服務(wù)質(zhì)量保障，在確保重要指揮控制信息可靠、及時傳遞的同時盡量保障其他用戶和業(yè)務(wù)的通信需求。

當前，我國應(yīng)急通信保障系統(tǒng)不夠完善，許多系統(tǒng)缺少多種通信手段的集成。有些通信網(wǎng)絡(luò)帶寬較窄，不足以支持視頻圖像等寬帶多媒體業(yè)務(wù)，并且各專業(yè)部門應(yīng)急通信系統(tǒng)缺少統(tǒng)一規(guī)劃和互通標準，應(yīng)急指揮平臺很難互聯(lián)，部門聯(lián)動效率低下。近年來，我國重大突發(fā)公共事件時有發(fā)生，給公共安全造成嚴重威脅， 大力發(fā)展我國的應(yīng)急通信系統(tǒng)勢在必行。歐美等發(fā)達國家正在加強應(yīng)急通信系統(tǒng)的研究開發(fā)工作，多個國際標準機構(gòu)研究應(yīng)急通信技術(shù)，制定應(yīng)急通信標準。我國應(yīng)該吸取這些先進技術(shù)，并結(jié)合我國應(yīng)急通信的具體情況，發(fā)展我國應(yīng)急通信系統(tǒng)，制定相應(yīng)的應(yīng)急通信標準，進一步規(guī)范我國應(yīng)急通信系統(tǒng)的建設(shè)。與此同時，應(yīng)為各類新技術(shù)提供試驗、應(yīng)用基地，促進新技術(shù)在應(yīng)急通信領(lǐng)域的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化，提高應(yīng)急響應(yīng)能力，為構(gòu)建完善、科學(xué)先進的應(yīng)急通信體系提供技術(shù)保障。需要指出的是，應(yīng)急通信保障不僅僅是技術(shù)層面的問題，而是一項涉及管理、網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)等多個層面的系統(tǒng)工程，需要解決大量技術(shù)之外的政策頒布、標準制定、組織協(xié)調(diào)、人員培訓(xùn)等問題，包括：如何借鑒國外的經(jīng)驗，結(jié)合我國特點，通過政府來主導(dǎo)，制定一個適合常態(tài)社會且適合突發(fā)災(zāi)害環(huán)境的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)標準。如何建立由政府主導(dǎo)、企業(yè)配合，跨越不同運營商、部門和軍隊，天地結(jié)合、公眾網(wǎng)與專用網(wǎng)結(jié)合、模式多樣、發(fā)達完善、快速響應(yīng)與聯(lián)動的統(tǒng)一防災(zāi)通信網(wǎng)絡(luò)體系；如何引導(dǎo)公眾合理使用公眾通信網(wǎng)絡(luò)，積極疏通突發(fā)的巨大話務(wù)量，減輕通信設(shè)備的阻塞，保證重要通信的暢通，這些問題都有待深入研究和探討。

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作者單位：
1 杭州市公安消防局
2浙江省公安消防總隊