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应急通信的发展现状和技术手段分析
来源: 点击数:3742次 更新时间:2011/5/9 17:53:44

 1、应急通信概述

在突如其来的大型自然灾害和公共突发事件面前,常规的通信手段往往无法满足通信需求。应急通信正是为应对自然或人为紧急情况而提供的特殊通信机制,在公众通信网设施遭受破坏、性能降低、话务量突增的情况下,采用非常规的、多种通信手段组合的方式来恢复通信能力。由此可见,应急通信具有时间和地点不确定性、通信需求不可预测性、业务紧急性、网络构建快速性和过程短暂性等特点。应急通信为各类紧急情况提供及时有效的通信保障,是综合应急保障体系的重要组成部分,更是抢险救灾的生命线。

应急通信与社会、技术的发展息息相关,其内涵随着通信行业和技术的发展而不断变化。第一,应急通信是公众通信网的重要组成部分,可被视为公众网的延伸和补充。第二,应急通信既包括应急通信技术手段,也包括应急组织管理方式,是技术和组织管理的统一。从任务内容角度来看,应急通信系统承担两类任务,一是平时为公众通信网提供补充服务;二是为突发事件提供通信保障。从任务的性质来分,应急通信可以分为应急服务和应急保障。应急服务主要是指为重大活动提供通信支撑,而应急保障主要是为重大通信事故、突发事件和自然灾害事件提供通信保障。

2 应急通信的发展现状

在国际上,许多国家非常重视应急通信网络的研究和开发工作,特别是欧美发达国家和亚洲的日本。美国从20世纪70年代开始建设应急通信网,目的是为了满足美国政府对于紧急事件的指挥调度需求。“9·11事件”之后,美国更是投入巨资建设与互联网物理隔离的政府专网,推行通信优先服务计划并利用自由空间光通信(Free Space Optics, FSO)、WiMAX和Wi-Fi等技术来提高应急通信保障能力。

目前,日本已建立起较为完善的防灾通信网络体系,如中央防灾无线网、防灾互联通信网等。中央防灾无线网是日本防灾通信网的骨架网络,由固定通信线路、卫星通信线路和移动通信线路构成。防灾互联通信网可以在现场迅速连通多个防灾救援机构以交换各种现场救灾信息,从而有效进行指挥调度和抢险救灾。

此外,国际上许多标准化组织(例如ITU-R、ITU-T、ETSI和IETF等)也在积极推进应急通信标准的研究。ITU-R主要从预警和减灾的角度对应急通信展开研究,包括利用固定卫星、无线电广播、移动定位等向公众提供应急业务、预警信息和减灾服务;ITU-T从开展国际紧急呼叫以及增强网络支持能力等方面进行研究,主要包括紧急通信业务(Emergency Telecommunications Service, ETS)和减灾通信业务(Telecommunication for Disaster Relief, TDR)两大领域;ETSI主要关注紧急情况下组织之间以及组织和个人之间的通信需求;IETF对应急通信的研究涵盖通信服务需求、网络架构和协议等多个方面。

我国应急通信的发展大致可以分成3个阶段。第一个阶段是1998年以前,第二个阶段是1998年到2003年,第三个阶段是2003年到2008年。我国在2004年正式启动应急通信相关标准的研究工作,内容涉及应急通信综合体系和标准、公众通信网支持应急通信的要求、紧急特种业务呼叫等。与此同时,国内许多企业也在积极研发应急通信相关产品,如中兴的GT800、华为的GOTA和中科院浩瀚迅无线技术公司的MiWAVE等。

总的来说,当前我国的应急通信保障方面的研究工作可以归纳为以下几类:一是充分挖掘现有通信和网络基础设施的潜能,通过增强网络自愈和故障恢复能力来提升其应急通信保障能力;二是针对现有应急通信系统缺乏有效的统一调度和指挥的情况,考虑如何实现跨部门、跨系统的指挥调度平台,使各个专网之间以及专网与公网之间实现互联互通;三是针对一些部门的应急通信系统不支持视频、图像等宽带多媒体业务的问题,引入宽带无线接入技术;四是针对各专用应急通信系统缺少统一规划和互通标准的情况,启动应急通信相关标准的制定工作;五是研究应急通信资源的有效布局和调配问题,如优化通信基站的选址和频道分配来满足应急区域的通信覆盖要求。

近年来,我国应急通信研究重点围绕公众通信网支持应急通信来展开,对于现有的固定和移动通信网,主要研究公众到政府、政府到公众的应急通信业务要求和网络能力要求,包括定位、就近接入、电力供应、基站协同、消息源标志等,除此之外研究在互联网上支持紧急呼叫,包括用户终端位置上报、用户终端位置获取、路由寻址等关键环节。这些研究工作有效推动了国内应急通信系统和相关平台的发展,增强了各种应急突发情况下的通信保障能力。虽然我国的应急通信保障体系建设有了很大发展,但是依然存在技术体制落后、资金投入不足等问题,与应急通信的实际要求还有较大差距。此外,应急通信保障的研究工作大都没有充分关注和利用无线自组网技术,也没有考虑融合多种通信技术手段来提供全方位、可靠的应急通信保障,而是过多强调发展集群通信、短波无线通信和卫星通信系统。

3、应急通信网络的组成和技术手段分析

3.1 应急通信网络的构成

一般地,应急通信网络会使用现有的固定有线网、蜂窝移动网、互联网等公众通信网络,也会用到集群、卫星、短波等专用通信网络,广播、电视、报纸等公众传媒网络以及传感网、Ad Hoc网络等现场监控和救援网络。专网在应急通信中基本用于指挥调度,而公网一般用于公众报警、公众之间的交流以及政府对公众的通知等。也就是说,应急通信网络是一种涉及多种通信技术手段的异构网络,其网络构成是多样的和动态变化的。

因此,设计应急通信网络很难有一个统一的、完美的体系架构,需要根据实际需求进行全盘考虑,选择合理的应急通信技术手段,并进行有效整合。一般情况下,首先以应急突发事件后的“残留”设施网络为基础,然后根据需要部署其他网络。

我们可以对常见的通信手段进行比较。固定有线通信网能够提供高速和稳定的通信信道,通话费用较低,适用于大数据量的实时传输,但是受到线缆的限制。移动通信支持动中通,灵活方便,更适合应急通信需求,但其覆盖范围和所能承载的业务有限。卫星网络通信距离远,且不受地面条件的限制,能够快速实现在地面传输手段无法满足的地点之间的通信。但是卫星通信网络建设投入大、传输速率相对较低、通话费用高,仅适用于极端情况下的应急通信。数字集群系统可以实现组呼、单呼、广播以及短消息和分组数据传输业务,适用于应急指挥调度。此外,随着互联网的不断普及,其应急通信能力逐渐得到人们的认可,发挥着重要作用。互联网可以提供包括E-mail、即时通信、文件传输、流媒体在内的多种通信服务,具有网络覆盖范围广、信息传递量大、费用低廉的优点,但是突发情况下容易出现网络拥塞现象。无线自组网是移动通信技术和计算机网络技术融合的产物,具有网络自组织和协同合作特征,非常适合组建应急通信网络来协调各类人员展开救援行动和应对突发事件。无线自组网的典型实例包括Ad Hoc网络、无线传感网和Mesh网络,它们具有鲜明的技术特色和应用领域,在应急通信场合均能发挥重要作用。这些无线自组网技术的有机融合必将大大加强应急突发场合下的通信保障能力。

3.2 应急通信保障中的技术选型

应急通信技术并不是独立存在的新技术,而是多种技术在应急方面的应用集成,各类技术通过不同组合满足不同应急通信需求。目前与应急通信相关的技术和应用包括公众通信网、数字集群、无线传感器、Ad Hoc自组织、短波、超短波、微波、视频会议和视频监控、安全和加密、定位、卫星通信、地理信息系统等多个技术领域。选择什么样的技术手段与紧急突发事件的性质紧密相关,并且要考虑通信中断的原因。

通常情况下,通信中断(或阻塞)的原因主要有以下几点:(1)通信基础设施(如光缆、铜缆、无线基站、交换设备、机房)的损坏,使事发地区的通信网络特别是与外界的主要通信干线被切断;(2)供电中断,进而导致通信设施瘫痪;(3)交通中断,应急通信设备和人员难以进入现场;(4)事发地区人们的恐慌和其他地区人们的关注,即使当地通信网络没有受到损坏,也会由于出现远超过当地通信网络设计负荷的呼叫和话务量而导致网络瘫痪,使得紧急的信息难以有效传递。

从应急突发事件的实际情况来看,以上4种情况虽然破坏程度不同,但往往同时发生,从而不仅使事发地区原有的通信网络瘫痪,还使采用应急通信手段紧急恢复通信变得非常困难。其结果往往是事发地区在相当长的时间内无法恢复正常通信。因此,在进行应急通信和灾害备份通信的设计或制定相关预案时,必须慎重考虑中继、电力、交通以及超负荷业务量4个因素的影响。

在长途中继方面,地面光缆和铜缆优势是容量大、性价比高,但易遭地震、水灾等自然灾害的破坏。因此在灾害情况下,采用微波和卫星通信作为中继电路备份是比较好的选择,也可以考虑利用无线自组网技术进行多跳中继。

在电力方面,当灾害导致大规模停电发生时,根据国内外的实际经验来看,很难为所有的无线基站、微波中继塔提供备份供电;而卫星通信由于自成体系,对电力的要求最低,只需事先为相关卫星终端配备一台小型便携发电机即可。无线自组网可以由多部电台临时构成,对电力供应的要求较低。

在解决交通阻断对通信的影响方面,一旦灾害发生,无论多么轻便灵活的应急通信手段(如卫星手持终端)也都需要在交通恢复后才可以运进灾区,为了避免通信的恢复依赖交通恢复的尴尬局面,只有在灾难发生前未雨绸缪,建立灾害备份通信系统,才可以在灾后确保通信不致中断。

关于灾后恐慌引起的网络阻塞对关键通信的影响,目前通常采用两种办法,一是建立政府部门或企业专门的应急指挥通信系统,目前多采用数字集群系统。二是建立政府或企业的卫星灾害备份通信系统。这是因为当卫星通信作为接入网时,电话或数据上星后直接到达设在异地或本地与长话局相连的卫星通信关口站,因此可以避开当地网络阻塞。无线自组网同样能够发挥传递关键通信的作用,且组网快、稳定性高。

针对现有的无线通信技术手段,在用于应急通信时应根据其特点区别对待。短波通信由于其传播特性存在盲区,且信道质量易受电离层变化影响,因此一般不在近距离应急通信中使用。移动通信主要依赖于固定光纤网络系统,在重大突发公共事件中极易瘫痪,在应急通信中只能作为一种备用手段。微波接力通信由于只能进行视距传播,在一些地形比较复杂的地域很难奏效。卫星通信由于不受地形、气候等条件的限制,在应急通信中比较常用,但是卫星通信的信道容量有限,加上通信成本比较高,因此不能用于大范围的紧急救援行动。超短波通信在应急通信中应用较多,这是因为超短波通信的环境适应性强,信道资源丰富,并且超短波通信使用比较方便,其台站设备便于携带与架设。在超短波通信中,集群通信是一种使用非常广泛的手段,这是由于集群通信除了有普通无线电通信的语音功能外,还具备群组呼叫、优先分级、快速接续等功能,适用于指挥调度通信。

4、结束语

当前,我国应急通信保障系统不够完善,系统缺乏对通信手段的有效集成。有些通信网络带宽较窄,不足以支持视频、图像等宽带多媒体业务,并且各专业部门应急通信系统缺少统一规划和互通标准,应急指挥平台很难互联。我国应该结合国情加快发展应急通信系统,制定相应的应急通信标准,进一步规范我国应急通信系统的建设。与此同时,应为各类新技术提供试验、应用基地,促进新技术在应急通信领域的应用和产业化,提高应急响应能力,为构建完善、科学先进的应急通信体系提供技术保障。

需要指出的是,应急通信保障不仅仅是技术层面的问题,而且是一项涉及管理、网络和技术等多个层面的系统工程,需要解决大量技术之外的政策、标准、组织、人员等问题。

 

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