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

李德亮 馬偉光

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

李德亮 馬偉光

針對(duì)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(yuǎn)程通信指揮系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)基礎(chǔ)通信設(shè)施遭到破壞時(shí)，能夠保持國(guó)家指揮中心與各省級(jí)消防指揮中心、救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)通信鏈路的暢通無阻，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各省消防資源的快速準(zhǔn)確調(diào)度，為救災(zāi)贏得寶貴時(shí)間。

依據(jù)《國(guó)家突發(fā)公共事件總體應(yīng)急預(yù)案》，將突發(fā)公共事件分為自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件、社會(huì)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(shì)，僅今年就有海地地震、中國(guó)山西王家?guī)X煤礦透水事故、中國(guó)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(duì)國(guó)家的應(yīng)急救援、搶險(xiǎn)救災(zāi)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(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)城市消防通信指揮系統(tǒng)和省消防通信指揮系統(tǒng)進(jìn)行了規(guī)范、給與了指導(dǎo)性意見，但是并沒有對(duì)突發(fā)公共事件的應(yīng)急通信保障工作進(jìn)行規(guī)范。實(shí)際上，在突發(fā)公共事件發(fā)生時(shí)，通常是要全國(guó)范圍內(nèi)組織人力、物力進(jìn)行應(yīng)急救援，而不僅僅局限于一個(gè)省或一個(gè)城市，另外常常也會(huì)伴隨著基礎(chǔ)通信設(shè)施嚴(yán)重破壞、傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)無法使用（比如地震時(shí)），此時(shí)為突發(fā)公共事件構(gòu)建遠(yuǎn)程通信指揮系統(tǒng)就顯得尤為重要。指揮中心與救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)通信鏈路的暢通無阻，為遠(yuǎn)方指揮部準(zhǔn)確評(píng)估災(zāi)情、集中全國(guó)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(duì)各類衛(wèi)星通信指揮系統(tǒng)的檢驗(yàn)實(shí)踐以及各類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和資料的分析出發(fā)，總結(jié)出在基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)受到破壞時(shí)，如何利用VSAT技術(shù)為突發(fā)公共事件構(gòu)建大范圍的遠(yuǎn)程通信指揮系統(tǒng)。

常態(tài)下的通信與我國(guó)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(luò)、無線公網(wǎng)（電信部門提供的2G、3G網(wǎng)絡(luò)）、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(luò)（光纖線路）、無線基站、機(jī)房等基礎(chǔ)設(shè)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(dāng)前，消防現(xiàn)場(chǎng)指揮中心的信息主要靠350MHz專用電臺(tái)和移動(dòng)電話傳輸，它沿用至今，為消防領(lǐng)域的作戰(zhàn)指揮做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，但是也不可否認(rèn)，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(diǎn)、通信障礙乃至癱瘓，使各級(jí)指戰(zhàn)員在災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)處理緊急情況時(shí)容易貽誤戰(zhàn)機(jī)，給國(guó)家和人民生命財(cái)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(diǎn)

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(gè)或多個(gè)衛(wèi)星地球站之間，不管距離遠(yuǎn)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(shè)施。移動(dòng)地球站機(jī)動(dòng)靈活，普通天線系統(tǒng)對(duì)星時(shí)間小于5min。通過終端設(shè)備的轉(zhuǎn)接，一條衛(wèi)星鏈路可以同時(shí)傳輸多路語音、數(shù)據(jù)和圖像信息。采用Ku波段時(shí)，頻率很高，不易受到其它電磁波的干擾。

國(guó)內(nèi)外電視圖像現(xiàn)場(chǎng)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(duì)、警方和機(jī)動(dòng)通信等領(lǐng)域應(yīng)急通信的首選技術(shù)。

VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)

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(diǎn)：

1) 高可靠性。衛(wèi)星在離地球36500公里外運(yùn)行，不受地球所發(fā)生的災(zāi)害影響。而地面網(wǎng)絡(luò)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。可實(shí)現(xiàn)多址通信和信道的按需分配，通信靈活機(jī)動(dòng)；

3) 組網(wǎng)簡(jiǎn)單，速度快。最簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)只需一對(duì)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(dá)到40MBPS，上行可達(dá)到6-8+MBPS；

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

6) 擴(kuò)容容易?？蔁o級(jí)不間斷擴(kuò)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(dòng)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(yuǎn)程通信指揮系統(tǒng)

功能要求

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《消防通信指揮系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)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(duì)突發(fā)公共事件遠(yuǎn)程構(gòu)建遠(yuǎn)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(guó)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(duì)各省、自治區(qū)、直轄市的消防實(shí)力調(diào)度。

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

3) 指揮中心與事故現(xiàn)場(chǎng)可以進(jìn)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(duì)全國(guó)各省、自治區(qū)、直轄市的消防信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、檢索、處理、顯示、傳輸、分析。

5) 利用系統(tǒng)資源進(jìn)行消防指揮培訓(xùn)。

從上述功能要求看出，通信指揮系統(tǒng)是災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)與外界進(jìn)行信息交換的樞紐，也為遠(yuǎn)方指揮中心綜合各種信息進(jìn)行決策和資源部署提供了科學(xué)依據(jù)。由于突發(fā)公共事件的災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)情況復(fù)雜，往往需要在全國(guó)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(luò)是成功進(jìn)行應(yīng)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(luò)無法使用時(shí)，仍能有暢通的通信保障。

系統(tǒng)中針對(duì)用戶的三級(jí)星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖1 系統(tǒng)用戶三級(jí)星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)用戶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1) 系統(tǒng)總指揮員、全國(guó)指揮中心

該級(jí)別的用戶擁有最高權(quán)限，指揮調(diào)度員利用國(guó)家指揮中心的調(diào)度平臺(tái)實(shí)現(xiàn)資源調(diào)度，權(quán)限分配；針對(duì)用戶提出的通信要求，分配通信權(quán)限，進(jìn)行分組控制和范圍可控的視音頻會(huì)議；終端用戶加入申請(qǐng)批準(zhǔn)、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(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)、升級(jí)、科目設(shè)置與取消等。

2) 省級(jí)消防通信指揮中心及指揮員、事故災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)指揮員

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

事故災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)指揮員則屬于特殊的二級(jí)人員，其人員構(gòu)成可為移動(dòng)二級(jí)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(jí)調(diào)度指揮員，其職責(zé)主要是執(zhí)行國(guó)家指揮中心總指揮員下達(dá)的各項(xiàng)救災(zāi)命令；將事故災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的情況實(shí)時(shí)地反饋給指揮部，為遠(yuǎn)方指揮部準(zhǔn)確評(píng)估災(zāi)情、集中全國(guó)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(jí)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(jí)的調(diào)度指揮員享有調(diào)度指揮本場(chǎng)所人員、物資等的權(quán)限；實(shí)時(shí)地將本場(chǎng)所的人員、物資等情況反饋給省指揮中心；聽從省級(jí)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(yuǎn)程通信指揮系統(tǒng)中的應(yīng)用

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

1) 系統(tǒng)的通信網(wǎng)應(yīng)相對(duì)獨(dú)立、保持暢通，并應(yīng)具備自檢或巡檢能力；

2) 系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)具備共享性和可擴(kuò)展性。

圖2為VSAT在突發(fā)公共事件遠(yuǎn)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(yuǎn)程通信指揮系統(tǒng)的指揮中心、應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)以及各省級(jí)消防指揮中心之間是通過通信衛(wèi)星的中轉(zhuǎn)進(jìn)行通信，傳輸延遲一般應(yīng)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(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)及各省級(jí)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(luò)監(jiān)控設(shè)備對(duì)全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、管理與維護(hù)，還配備收發(fā)通信設(shè)備和數(shù)據(jù)接口設(shè)備。主站通常與主計(jì)算機(jī)放在一起，通過其他線路與主計(jì)算機(jī)連接。由于主站關(guān)系到整個(gè)VSAT網(wǎng)的運(yùn)行，所以它通常配有備用設(shè)備。為了便于重新組合，主站一般都采用模塊結(jié)構(gòu)，設(shè)備之間以高速局域網(wǎng)進(jìn)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(yīng)的監(jiān)測(cè)電路等，并把它們組裝在一起作為一個(gè)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(shè)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(shè)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(gè)完整的VSAT通信網(wǎng)，應(yīng)該包含：自動(dòng)定位天線、功率放大器、低噪聲放大器、上/下變頻器、網(wǎng)絡(luò)控制終端、MODEM以及密碼器、復(fù)用器、控制系統(tǒng)等。如表1所示。

此外，局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)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(fù)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(yīng)能通過常規(guī)通信線路傳輸，系統(tǒng)中應(yīng)該預(yù)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(qiáng)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(shè)施、機(jī)動(dòng)靈活，為處置突發(fā)公共事件、嚴(yán)重自然災(zāi)害應(yīng)急救援提供了可靠的通信保障。隨著它在應(yīng)急救援、消防領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將更有利于消防部隊(duì)的救援指揮由經(jīng)驗(yàn)型向科學(xué)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(guó)的消防資源，為應(yīng)急救援爭(zhēng)取時(shí)間，相信VSAT衛(wèi)星通系統(tǒng)在應(yīng)急救援領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將對(duì)消防事業(yè)產(chǎn)生更加巨大的影響和促進(jìn)作用。

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