应急通信建设现状和技术分析

韩丹方之龙

应急通信建设现状和技术分析

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近年来应急通信发展迅速，但是仍面临许多技术问题。文章介绍了应急通信的基本概念、内涵和特点，以及应急通信的研究和国内外发展现状；对应急通信网络的构建和技术手段进行了系统的分析；提出了应急通信的技术热点和难点；指出了应急通信需要解决的许多技术之外的问题。

应急通信 卫星通信 集群通信 无线自组网 异构网络

近年来，我国相继发生了南方冰冻雨雪、汶川大地震、舟曲泥石流等特大自然灾害，举办了北京奥运会和上海世博会，这些突发和重大事件使应急通信再度成为人们关注的焦点。特别是2008年5月12日，四川汶川发生8级地震，汶川等多个县级重灾区内通信系统全面阻断，昔日高效、便捷的通信网络遭受毁灭性打击而陷入瘫痪。网通、电信、移动和联通四大运营商在灾区的互联网和通信链路全部中断。四川等地长途及本地话务量上升至日常10倍以上，成都联通的话务量达平时的7倍，短信是平时的两倍，加上断电造成传输中断，电话接通率是平常均值的一半，短信发送迟缓，整个灾区霎时成了“信息孤岛”。面对这些重大突发事件， 如何构建事件突发时的应急通信保障体系，如何强化日常维护和在事件突发时对应急通信设备进行及时有效的部署和开通，确保网络安全稳定成为迫切需要解决的问题。

1.突发事件中应急通信存在的问题及应对措施

应急通信体系在城市运转遭到突发灾害或事故时，承担着及时、准确、畅通地传递第一手信息的“急先锋”角色，是决策者正确指挥抢险救灾的中枢神经。应急通信只有在突发灾害来临时，真正及时、准确、畅通地传递抢险救灾信息，而不是紧急情况时的哑巴和瞎子，才能把好城市安全管理的第一道关。面对不同类型的突发事件，应急通信存在的问题不同，应对措施也不同：

1.1 在大型集会时，数以万计的人群集中在一起，某些区域的通信设施处于饱和状态，严重的过载会使通信瘫痪直至中断。应急通信网络可以通过增开中继、应急通信车、交换机的过负荷控制等技术手段扩容或减轻网络负荷，避免网络拥塞或阻断，保证用户正常使用通信业务和调度指挥。

1.2 在消防抢险救援时，建筑物被毁严重，楼体内的通信设施基本处于瘫痪状态，而现场周围的公用通信网无法完成指挥调度的功能，同时对图像视频的支持度也较低。此时只有通过便携式或移动通信基站对灾害事故现场进行信号覆盖，从而实现视频、音频以及数据的传输。

1.3 在发生交通运输事故、环境污染等事故灾难或者传染病疫情、食品安全等公共卫生事件时，通信网络首先要通过应急手段保障重要通信和指挥通信，实现上述自然灾害发生时的应急目标，满足上述需求。另外，由于环境污染、生态破坏等事件的传染性，还需要对现

场进行监测，及时向指挥中心通报监测结果。

1.4 在发生恐怖袭击、经济安全等社会安全事件时，应急通信一方面要利用应急手段保证重要通信和指挥通信；另一方面，要防止恐怖分子或其他非法分子利用通信网络进行恐怖活动或其他危害社会安全的活动，即通过通信网络跟踪和定位破坏分子、抑制部分或全部通信，防止利用通信网络进行破坏。过程中应保证应急指挥中心/联动平台与现场之间的通信畅通，及时向用户发布、调整或解除预警信息。

1.5 在发生地震、台风、泥石流等自然灾害时，通信网络可能出现两种情况：一是自然灾害引发通信网络本身出现故障造成通信中断；二是网络灾后重建，通信网络通过应急手段保障重要通信和指挥通信。此时应利用各种管理和技术手段尽快恢复通信，保证国家应急平台之间的互联互通和数据交互；疏通灾害地区通信网话务，防止网络拥塞，保证用户正常使用。

2.应急通信的国内外发展现状

长期以来， 世界上许多国家高度重视应急通信网络的研究和开发工作， 尤其是欧美发达国家和亚洲的日本。美国从20 世纪70 年代就开始建设最低限度应急通信网， 用于确保美国当局应对紧急事件的指挥调度。“911 事件”之后，美国投入巨资建设与因特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（FSO，Free Space Optics）、微波接入全球互操作（WiMAX, Worldwide Interoperability for MicrowaveAccess） 和无线保真（WiFi，Wireless Fidelity）等通信新技术来提高应急通信保障能力。日本目前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， 从而有效地进行指挥调度和抢险救灾。与此同时，国际上许多标准化组织都在积极从事应急通信相关标准的研究，如ITU-R，ITU-T，ETSI（European Telecommunications Standards Institute， 欧洲电信标准化协会） 和IETF （Internet Engineering Task Force，Internet 工程任务组）等。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（ETS，Emergency Telecommunications Service） 和减灾通信业务（TDR，Telecommunication for DisasterRelief）两大领域；ETSI 主要关注紧急情况下政府/组织之间以及政府/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1998～2003 年，第三个阶段是2003～2008 年。其中有三个标志性的事件，第一是1998 年的抗洪和信息产业部的改革；第二是2004 年的抗击非典，国务院主要以制定应急预案为标准；第三是2008 年的抗震抢险救灾。另外，我国也从2004 年开始正式启动应急通信相关标准的研究， 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。总之， 当前我国在应急通信保障方面的研究工作可以归纳为以下几类：

（1）充分挖掘现有通信和网络基础设施（包括电信网、蜂窝网和互联网等）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；

（2）针对现有应急通信系统缺乏有效的统一调度和指挥， 考虑如何实现跨部门、跨系统的统一指挥调度平台，使各个专网之间以及专网与公网之间实现有效互联互通，中兴的GT800 就属于此类产品；

（3）针对一些部门的应急通信系统带宽过窄， 不足以支持视频图像等宽带多媒体业务的问题，考虑采用各种宽带无线接入技术（如WiMAX）来支持业务的高速率传输；

（4）针对各专用应急通信系统缺少统一规划和互通标准，着手启动应急通信相关标准的制定；

（5）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电信网支持应急通信展开工作，对于现有的固定和移动通信网，主要研

究公众到政府/机构、政府/机构到公众的应急通信的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、消息源标识以及紧急特种业务呼叫的路由、紧急业务的定位等。另外也考虑在互联网上如何支持紧急呼叫，包括用户终端位置上报、用户终端位置获取、路由寻址等关键问题。上述研究工作有效地推动了国内应急通信系统和相关平台的建设和发展，增强了各种应急突发情况下的通信保障能力。可以发现，有关应急通信保障的研究工作大多没有充分关注和利用已在通信领域崭露头脚的无线自组网技术，也没有考虑融合多种通信技术手段提供全方位、可靠的应急通信保障，而是过多强调发展集群通信、无线短波通信和卫星通信系统。此外，不同应急情况下不同的用户群体对应急通信的需求有很大不同，必须有针对性地选取适当的应急网络组织方式和通信技术手段。如集群通信系统，目前的专用集群通信系统具备资源调度和组呼功能，在应急通信系统中发挥了重要作用。但是，集群通信系统依赖于固定的基站，主要提供语音和短消息服务，通信速率较低，难以胜任在应急突发情况下快速部署网络并提供可靠健壮通信服务的要求。需要指出的是，虽然我国的应急通信保障体系建设有了很大发展，但是存在技术和体制落后、应急物资供给和资金投入不足等问题， 与应急通信的要求还有很大差距。

3.应急通信的技术热点和难点

3.1 技术热点

传统的应急通信通常以卫星通信、集群通信、微波等技术为主。随着宽带、无线、异构等新技术的出现，为应急通信带来了更快速、更方便、功能更强大的解决方案，产生了很多技术热点，可以实现高效快捷、形式多样的应急通信。一个完整的应急通信过程通常包括应急指挥中心、公众通信网/专用通信网、应急现场3 个关键环节，技术热点也集中在这3 个方面，具体说明如下。

（1）公众通信网包括现有的PSTN/ ISDN、PLMN（Public Land Mobilecommunication Network， 公众陆地移动通信网）、互联网以及下一代网络等，是应急通信的支撑网络，用于紧急情况报警、应急指挥中心与现场的通信连接等，涉及的技术热点包括下一代网络对应急通信能力的支持、互联网对应急通信的支持、优先路由、过载控制、对用户的定位等。

（2）对于应急通信现场，首先要保障指挥通信顺畅并支持动中通，通常以无线方式为主，使用集群、卫星、WiMAX、Ad Hoc 网络和P2P 等技术手段，快速部署通信网络，提供通信保障。其次，要满足监测与预警的需求，尤其是出现重大灾害事故时，现场的监测与预警显得尤为重要，可以采用无线传感器、图像监控、数据处理、数据挖掘和移动定位等关键技术，加强对现场的监控以及各种灾害事故的实时信息智能处理。

（3）应急指挥中心是应急通信的指挥决策中心，必须保证不同职能部门的应急指挥系统之间的互联互通和信息共享，确保指挥系统的高可靠性和稳定性，并能将各种信息图文并茂地展现给指挥人员。采用的技术包括容灾备份、数据复制、数据统计评估、GIS、专家系统、信息加密、视频会议和多媒体技术等。

3.2 技术难点

为了实现快速、灵活地组建异构应急通信网络，方便、安全和可靠地在应急指挥中心和现场传递指挥控制信息和现场监视的数据，并且支持应急现场救援机构之间的协同通信，应急通信仍需要解决如下技术难点。

（1）快速可部署性。应急通信对反应时间有很高要求，因此应急系统和网络应该可以方便快捷地规划和部署。

（2）自配置和自管理。与传统通信网络相比，应急网络系统应该减少人为干预和管理，应该可以为自我识别、自我配置提供尽量好的连通性，包括分配IP 地址和分配信息。

（3）电源便捷性和功率控制。网络设备和终端应该能够利用本地可用的各类电源，支持即插即用。采用各种机制来控制和节省电源，通过功率控制来控制网络拓扑、提高资源使用率和数据传输可靠性。

（4）网络的异构性。应急网络是一种可以根据需要合理整合多种网络类型和技术手段的混合式异构网络，网络中包括各种通信设备和终端，如卫星设备、通信车、便携式电台、电脑、PDA、微波接力设备、无线传感器等，必须解决异构网络的互联和互操作问题。

（5）可靠性和顽存性。应急通信网络必须足够健壮、系统必须高度可靠、提供冗余、保障最低限度通信。

（6）安全性。应急突发环境多样，可能处于敏感的地理环境和政治氛围中，传递的信息要视情提供特定的安全保护，

并考虑采用基于角色的访问控制和基于策略的网络管理方式。

（7）可扩展性。应急通信网络规模可大可小，大到遍及全球的传染病疫情的应急监控网络，小到处置交通事故的应急现场网络，因此网络必须具有良好的可扩展性和可裁减性，这也对底层的路由、地址分配、资源管理等机制提出了较高要求。

（8）跟踪定位。在应急通信中，各种人员的位置信息至关重要。可以 考 虑 根 据RFID （Radio Frequency Identification，射频识别）、GPS、信号到达强度、信号到达角度等多种方式来确定各类人员的位置，并提供基于用户位置和状态的服务，也就是所谓的情景感知服务。

（9）服务质量。应急通信系统应针对不同的用户和业务特性提供有差别的服务质量保障，在确保重要指挥控制信息可靠、及时传递的同时尽量保障其他用户和业务的通信需求。

当前，我国应急通信保障系统不够完善，许多系统缺少多种通信手段的集成。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，部门联动效率低下。近年来，我国重大突发公共事件时有发生，给公共安全造成严重威胁， 大力发展我国的应急通信系统势在必行。欧美等发达国家正在加强应急通信系统的研究开发工作，多个国际标准机构研究应急通信技术，制定应急通信标准。我国应该吸取这些先进技术，并结合我国应急通信的具体情况，发展我国应急通信系统，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颁布、标准制定、组织协调、人员培训等问题，包括：如何借鉴国外的经验，结合我国特点，通过政府来主导，制定一个适合常态社会且适合突发灾害环境的应急通信网络标准。如何建立由政府主导、企业配合，跨越不同运营商、部门和军队，天地结合、公众网与专用网结合、模式多样、发达完善、快速响应与联动的统一防灾通信网络体系；如何引导公众合理使用公众通信网络，积极疏通突发的巨大话务量，减轻通信设备的阻塞，保证重要通信的畅通，这些问题都有待深入研究和探讨。

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作者单位：
1 杭州市公安消防局
2浙江省公安消防总队