我國應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r分析

盛　安

（廣東省陽江市氣象局氣象臺，廣東　陽江　529500）

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我國應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r分析

盛安

（廣東省陽江市氣象局氣象臺，廣東陽江529500）

摘要：文本介紹了應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的組成和特點，并對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通訊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計進行闡述。對構(gòu)成應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進行分析，總結(jié)不同技術(shù)的優(yōu)缺點，對未來我國發(fā)展應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)提出技術(shù)參考依據(jù)，為解決重大自然災(zāi)害和公共安全時間的應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)建提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊；自然災(zāi)害；體系結(jié)構(gòu)設(shè)計；關(guān)鍵技術(shù)

隨著社會的發(fā)展、科技的進步，人類戰(zhàn)勝自然的能力越來越強大。但是，隨著自然環(huán)境的不斷變化，近些年頻發(fā)的自然災(zāi)害也在不斷威脅人民的生命財產(chǎn)安全［1］。地震、滑坡、泥石流、洪水、冰雪災(zāi)害、海嘯和臺風(fēng)等一系列自然災(zāi)害的突然發(fā)生，帶來了大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。尤其是很多自然災(zāi)害的發(fā)生會伴隨大量的城市基礎(chǔ)設(shè)施的損毀和破壞，造成發(fā)生自然災(zāi)害地區(qū)出現(xiàn)對外通訊中斷、電力供應(yīng)中斷、交通道路癱瘓等一系列突發(fā)情況［2］。發(fā)生災(zāi)害的地區(qū)由于電力、通信等中斷與外界的聯(lián)系，造成無法上報災(zāi)情，不能及時溝通和采取營救措施。得不到及時的供給和救援，造成無法組織有效的施救方案和行動，延誤了最佳的救援時機，造成大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失［3］。

在我國，一些小的自然災(zāi)害、突發(fā)的公共事件在每個地方都會發(fā)生，由于發(fā)生時間具有很強的突發(fā)性。還有很多重要的活動如奧運火炬接力、運動會、大型演唱會等都是常規(guī)的通訊系統(tǒng)無法滿足通訊需要的。隨著寬帶無線接入技術(shù)的不斷發(fā)展，很多部門的應(yīng)急通訊都已經(jīng)采用該技術(shù)，其中已經(jīng)成為包括公安、消防、武警等公共安全部門的主要常規(guī)通訊手段［4］。

1　網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通訊概念

在當(dāng)今社會中認為應(yīng)急通信是指，在出現(xiàn)自然或者人為的突發(fā)性緊急狀況時，或者重要的節(jié)假日、大型的重要會議等突然間通信需求量驟增等情況下，通過綜合利用各種通信資源、保障救援、緊急救助和必要的通信所采取的通信技術(shù)手段。應(yīng)急通訊是一種暫時性的行為，為應(yīng)對突發(fā)的自然災(zāi)害和公共安全事情等緊急情況而采取的一種特殊的通訊機制。

2　我國網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通訊系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

我國在沒有建立相應(yīng)的應(yīng)急通訊標準之前，很多西方國家已經(jīng)開始廣泛使用應(yīng)急通訊工具，其中包括交通應(yīng)急通訊、集群、車載、微波、視頻會議、GIS應(yīng)急通訊系統(tǒng)和衛(wèi)星通訊等。一段時間內(nèi)我國一直沒有建立自己的通信相關(guān)標準。我國于2004年開始正式使用中國通信標準化協(xié)會（CCSA）提出的應(yīng)急通信相關(guān)標準。國務(wù)院在2006年開始發(fā)布了《國家通信保障應(yīng)急預(yù)案》，為應(yīng)急通訊提供了一個很好的參照執(zhí)行依據(jù)。

我國國內(nèi)的應(yīng)急通訊發(fā)展總體上經(jīng)歷了3個主要的發(fā)展階段。第一個階段是1998年之前，這一階段我國國內(nèi)的應(yīng)急通訊還沒有有效地開展，也沒有形成自己的體系和方法。第二階段是1998-2003年，其中我國在2004年開始正式啟動了有關(guān)應(yīng)急通訊的相關(guān)標準的研究和標準制定工作。第三階段是2003-2008年。很多應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊平臺相繼建立，其中最新應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺的組成見圖1。很多通訊公司開始積極研發(fā)相關(guān)應(yīng)急通訊產(chǎn)品。

圖1 最新應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺

3　網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通訊組成

3.1應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中由應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)體系組成，其中網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中主要包括3個項目，分別為基礎(chǔ)層、分布層和中間層?；A(chǔ)層主要是在應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)中用來部署基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施設(shè)備，主要是用來保障應(yīng)急通訊中的通信業(yè)務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)有效的聯(lián)接。在基礎(chǔ)層中可以實現(xiàn)構(gòu)建監(jiān)控體系，進行監(jiān)控體系的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。分布層中主要是通過計算機設(shè)計，在該層中對應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行運算，在該層中通過采用數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)管理等先進的技術(shù)手段進行通訊數(shù)據(jù)處理。通過對來自不同部門不同地區(qū)的不同類型數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理分析，對不同的數(shù)據(jù)在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺中進行交換。

3.2應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊體系設(shè)計

應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)的整體通訊體系設(shè)計中都以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過構(gòu)建符合應(yīng)急需求的通訊網(wǎng)絡(luò)。圖2給出了通用的應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)構(gòu)架，主要包括3個層析，分別是通信基礎(chǔ)設(shè)施層、信息收集及關(guān)聯(lián)中間層、分布式計算層。

圖2 應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

在應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊體系結(jié)構(gòu)中，這三種層次構(gòu)架中，通訊基礎(chǔ)設(shè)施曾是通過現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基站和不同的運營商組成的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，通過這些基礎(chǔ)設(shè)施來支持各種通信業(yè)務(wù)，包括現(xiàn)有的蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)、臨時通訊部署的Adhoc網(wǎng)絡(luò)，還包括用于監(jiān)控受災(zāi)區(qū)的傳感器網(wǎng)絡(luò)等。中間層中有用于收集和關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)的通訊基礎(chǔ)設(shè)施的聯(lián)接層。通過中能層可以實現(xiàn)信息在上下層之間的交換。最后的分布式計算層則是用來計算和進行通訊數(shù)據(jù)的挖掘和輔助決策。

4　應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊中關(guān)鍵技術(shù)

4.1微波通訊技術(shù)

我國目前采用的是L、S、C、X諸頻段進行微波通信，微波通訊具有自身特點，其中微波的頻率很高，波長較短。微波傳播是沿直線傳播的，當(dāng)遇到地形或障礙物阻擋就會被反射或者被阻斷。因此，微波通訊在傳播過程中主要的依據(jù)視距通信。一般微波在空氣傳播中，由于受到地球曲面的影響會出現(xiàn)微波信號中斷或信號衰減，所以在采用微波通訊過程中，要每隔50km的距離設(shè)置中繼站，通過中繼站將微波信號發(fā)出后再進行傳播。通過中繼站的轉(zhuǎn)播，微波通信可以達到數(shù)千公里仍能保持較高的通訊質(zhì)量，是重要的應(yīng)急通訊方式，已成為目前國內(nèi)重要的通訊手段之一，也被應(yīng)用于各種專門網(wǎng)絡(luò)通訊或內(nèi)部網(wǎng)通訊。

微波通信具有頻帶寬和容量大的特點，通過采用微波通訊可以進行各種電信業(yè)務(wù)的傳輸。通過微波可以用于電話、數(shù)據(jù)、傳真等資料的通訊，也可以進行視頻電視信號的傳輸。在應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)中，采用微波通訊的重要因素之一是微波具有較好的抗災(zāi)性能，對于經(jīng)常發(fā)生的自然災(zāi)害如水災(zāi)、火災(zāi)、颶風(fēng)、地震等，微波通訊都不會受到自然災(zāi)害的影響。因此在應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)中，微波通訊是較常用的通訊方式。

4.2無線自組網(wǎng)技術(shù)

Ad hoc Network、Self-organizing Network、Infrastruc?ture less Network與Multi-hop Network，都是無線自組網(wǎng)的英文名稱。無線自組網(wǎng)技術(shù)的在1991年5月，IEEE正式開始采用“Ad hoc網(wǎng)絡(luò)”這個專業(yè)名稱。無線自組織網(wǎng)絡(luò)是在無線分組網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的。無線自組網(wǎng)的基本工作原理如圖3所示。

圖3 無線自組網(wǎng)工作原理

無線自組網(wǎng)（Ad hoc）采用的是一種不需要基站的“對等結(jié)構(gòu)”移動通信模式。因此，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)是不需要建立基站的無線移動網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都能夠在該網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)組網(wǎng)。無線自組網(wǎng)具有自身的特點如下：①自組織與獨立組網(wǎng)；②無中心控制節(jié)點；③多跳路由；④動態(tài)拓撲；⑤無線傳輸?shù)木窒夼c節(jié)點能量的限制性。

無線自組網(wǎng)（Ad hoc）網(wǎng)絡(luò)是針對特殊情況下的特殊通訊目的而臨時構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)通訊模式。該應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊模式經(jīng)常用于軍隊?wèi)?zhàn)場戰(zhàn)斗通訊、抗震救災(zāi)、突發(fā)公共安全時間的應(yīng)急通訊中。在發(fā)生地震、火災(zāi)、水災(zāi)、颶風(fēng)等突然的自然災(zāi)害時，由于遭受自然災(zāi)害的破壞，災(zāi)區(qū)已有的基礎(chǔ)設(shè)施會遭到不同程度的損壞，電力中斷、網(wǎng)絡(luò)中斷、通信基站也會失去作用。這時Ad hoc網(wǎng)絡(luò)這種不依賴任何固定網(wǎng)絡(luò)設(shè)施又可以快速實現(xiàn)布設(shè)的自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就會解決災(zāi)區(qū)的通訊問題。在災(zāi)區(qū)遭受嚴重破壞的同時，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)能夠在災(zāi)區(qū)惡劣的特殊環(huán)境中提供緊急的應(yīng)急通訊服務(wù)，尤其很多偏遠地區(qū)本身通訊基站和通訊網(wǎng)絡(luò)就不發(fā)達的區(qū)域，Ad hoc網(wǎng)絡(luò)就更能體現(xiàn)出其實用價值。

4.3衛(wèi)星通訊技術(shù)

衛(wèi)星通信技術(shù)（Satellite communication technology）是一種利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波而進行的兩個或多個地球站之間的通信。衛(wèi)星通訊技術(shù)最早在20世紀90年代在我國國內(nèi)開始發(fā)展應(yīng)用，隨著衛(wèi)星移動通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，衛(wèi)星通訊逐漸被不同的行業(yè)和不部門應(yīng)用于應(yīng)急通訊中。由于衛(wèi)星通訊是利用人在衛(wèi)星通過無線電進行網(wǎng)絡(luò)通訊傳播，所以具有覆蓋面積廣、通信信息量大、信號傳輸質(zhì)量優(yōu)良、組網(wǎng)效率高以及快速實現(xiàn)全球無縫聯(lián)接等很多優(yōu)勢。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的組成見圖4。隨著衛(wèi)星通訊被應(yīng)用到不同領(lǐng)域和部門，衛(wèi)星通訊技術(shù)被認為是人類重要的通訊工具。

相比其他的通訊技術(shù)手段，采用衛(wèi)星通訊技術(shù)用于應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊具有其他通訊方式無法比擬的優(yōu)勢，其中包括：一是電波覆蓋面積大，通信距離遠；二是傳輸頻帶寬，通信容量大；三是通信穩(wěn)定性好、質(zhì)量高。雖然衛(wèi)星通訊有很多優(yōu)勢，但也存在不足之處，主要包括：一是傳輸時延大；二是回聲效應(yīng)；三是存在通信盲區(qū)；四是存在日凌中斷、星蝕和雨衰現(xiàn)象。

圖4 衛(wèi)星應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

5　結(jié)語

隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，我國國內(nèi)的應(yīng)急通訊技術(shù)也在不斷的提高，雖然目前應(yīng)急通訊技術(shù)還不夠完善，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急通訊系統(tǒng)還不能對不同通訊手段形成有效的集成。有些通訊網(wǎng)絡(luò)帶寬較窄，不支持視頻傳輸和圖像等多媒體傳輸業(yè)務(wù)。同時，國內(nèi)的通訊廠商之間存在缺少統(tǒng)一的通訊標準，相助之間不能有效對接，使得應(yīng)急通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺對不同廠商之間的設(shè)備網(wǎng)絡(luò)不能互聯(lián)互通。針對目前的發(fā)展?fàn)顩r，應(yīng)該抓緊建立適合我國國情的一套應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，并制定相應(yīng)的通訊交換標準。完善我國的應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)。同時開展新的科學(xué)研究，不斷創(chuàng)新思想，研究新技術(shù)在應(yīng)急通訊領(lǐng)域的應(yīng)用，通過技術(shù)創(chuàng)新來提高應(yīng)急通訊效率，提高應(yīng)急響應(yīng)速度，提供更加通暢的網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)境，為構(gòu)建完善、科學(xué)的應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)提供技術(shù)支持。通過應(yīng)急通訊的建立開展有效的實施救援，能夠最大程度地減少人員傷亡和人民財產(chǎn)損失。

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中圖分類號：X321

文獻標識碼：A

文章編號：1003-5168（2016）02-0029-03

收稿日期：2016-01-25

作者簡介：盛安（1980-），男，本科，工程師，研究方向：氣象和應(yīng)急信息化。

Analysis of Development Status of Emergency Network Communication System in China

Sheng An
（Meteorological Bureau of Yangjiang City Guangdong Province，Yangjiang Guangdong 529500）

Abstract:This paper introduced the composition and characteristics of emergency network communication system,and expounded the design of network emergency communication system and structure system.On the basis of analyzing the key technologies of the emergency network communication system,summarizing the advantages and disadvantages of different technologies,this paper putted forward the technical reference for our country to develop emergency network communication system in the future,in order to provide refer?ence for the construction of emergency communication network system,which is based on the time of ma?jor natural disasters and public safety.

Keywords:emergency network communication；natural disaster；system structure design；key technology