消防救援衛(wèi)星通信“雙?！睉?yīng)用研究

摘要：衛(wèi)星通信是消防救援應(yīng)急通信的重要手段之一，能夠?qū)崿F(xiàn)救援現(xiàn)場與后方指揮中心的遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)通信。針對(duì)消防救援衛(wèi)星通信的專網(wǎng)和公網(wǎng)兩種應(yīng)用場景，分析了兩者之間在基本屬性和性能指標(biāo)方面的區(qū)別，在此基礎(chǔ)上提出消防救援衛(wèi)星通信的“雙?！睉?yīng)用的建議，通過在救援現(xiàn)場遠(yuǎn)端地球站部署專網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器和公網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器，為消防救援中的通信保障和應(yīng)用需求提供合理的解決方案。

關(guān)鍵詞：消防救援;衛(wèi)星通信;雙模;調(diào)制解調(diào)器

短波通信、超短波通信、集群通信、公網(wǎng)無線通信是幾種傳統(tǒng)的消防通信手段[1]，但是它們?nèi)菀资艿江h(huán)境、信號(hào)、通信距離和災(zāi)害等多方面因素影響。衛(wèi)星通信系統(tǒng)有著不受地域限制、覆蓋范圍廣、通信距離遠(yuǎn)、通信機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)[2]，能夠滿足語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等綜合通信需求[3]，可以實(shí)現(xiàn)救援現(xiàn)場與后方指揮中心的遠(yuǎn)距離、不間斷通信，已經(jīng)成為消防救援通信的一種重要手段。

現(xiàn)有的消防救援衛(wèi)星通信地球站大多數(shù)是“單?！钡?，即只能接入應(yīng)急管理部消防救援局（下文簡稱部消防救援局）專網(wǎng)。而公網(wǎng)接入往往能夠?yàn)榫仍F(xiàn)場與自組網(wǎng)、無人機(jī)和其他綜合視頻平臺(tái)提供靈活對(duì)接，并且可以提供應(yīng)用端的開放性。本文針對(duì)消防救援衛(wèi)星通信中的通信保障和應(yīng)用需求，從基本屬性和性能指標(biāo)兩方面分析專網(wǎng)應(yīng)用和公網(wǎng)應(yīng)用兩者的區(qū)別，并提出公網(wǎng)和專網(wǎng)“雙?！毙l(wèi)星通信站的應(yīng)用建議，為消防救援中的各種專網(wǎng)應(yīng)用和公網(wǎng)應(yīng)用提供一種解決方案。

一、消防救援專網(wǎng)應(yīng)用

通過在部消防救援局建立完整的衛(wèi)星通信系統(tǒng)主站，構(gòu)建消防救援衛(wèi)星通信專網(wǎng)。為此，主站需要具備網(wǎng)管功能，可以對(duì)通信網(wǎng)內(nèi)所有遠(yuǎn)端站進(jìn)行統(tǒng)一管理。主站通過地面線路將衛(wèi)星通信專網(wǎng)與消防指揮調(diào)度內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行連接。各形態(tài)遠(yuǎn)端站（如便攜站、車載站等）與部消防救援局中心站建立業(yè)務(wù)連接，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急現(xiàn)場與消防指揮調(diào)度內(nèi)網(wǎng)的互聯(lián)互通，各形態(tài)語音、視頻和數(shù)據(jù)終端（如視頻指揮箱）可通過衛(wèi)星鏈路接入相應(yīng)的圖像綜合管理平臺(tái)、實(shí)戰(zhàn)指揮平臺(tái)和語音綜合管理平臺(tái)，并可通過圖像綜合管理平臺(tái)、實(shí)戰(zhàn)指揮平臺(tái)等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)急現(xiàn)場與部消防救援局、總隊(duì)、支隊(duì)等各級(jí)指揮中心之間的視頻指揮。

在救援現(xiàn)場地球站配置專網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器，各消防支隊(duì)可以通過衛(wèi)星鏈路接入指揮調(diào)度網(wǎng)，保障救援現(xiàn)場和指揮中心的實(shí)時(shí)不間斷通信，整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。消防救援隊(duì)伍配備豐富的圖像采集設(shè)備，可以使得專網(wǎng)應(yīng)用具有良好的兼容性，可與視頻指揮箱、布控球、單兵圖傳以及無人機(jī)等設(shè)備組合使用，將所采集的音視頻現(xiàn)場畫面回傳至指揮調(diào)度網(wǎng)以及圖像綜合管理平臺(tái)。

二、消防救援公網(wǎng)應(yīng)用

在救援現(xiàn)場地球站配置公網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器，所需傳輸?shù)囊粢曨l數(shù)據(jù)將通過天線經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)接入到消防指揮調(diào)度網(wǎng)，具體接入方式與4G移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接入方式[4]類似。首先，地球站與關(guān)口站建立衛(wèi)星鏈路，通過該關(guān)口站接入互聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)，地球站與數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備相連，為該設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備中的數(shù)據(jù)先接入到互聯(lián)網(wǎng)上的現(xiàn)場圖像傳輸平臺(tái)，然后通過安全隔離設(shè)備進(jìn)入到消防指揮調(diào)度內(nèi)網(wǎng)，通過內(nèi)外的現(xiàn)場圖傳平臺(tái)中轉(zhuǎn)后接入消防各級(jí)圖像綜合管理平臺(tái)，具體接入方式如圖2所示。該應(yīng)用方式同樣可以與視頻指揮箱、布控球、單兵圖傳以及無人機(jī)等設(shè)備組合使用，將所采集的音視頻現(xiàn)場畫面回傳至指揮調(diào)度網(wǎng)以及圖像綜合管理平臺(tái)。

三、兩種應(yīng)用模式的對(duì)比

專網(wǎng)應(yīng)用和公網(wǎng)應(yīng)用兩種模式在組網(wǎng)模式、接入方式和支持應(yīng)用等方面具有不同的技術(shù)特點(diǎn)。專網(wǎng)應(yīng)用需要接入專用網(wǎng)絡(luò)，因此需要建設(shè)主站和專網(wǎng)網(wǎng)管，而公網(wǎng)應(yīng)用則無此需求，但是為了接入Internet，需要通過互聯(lián)網(wǎng)接入關(guān)口站。關(guān)于兩種模式基本特點(diǎn)的比較如表1所示。

兩種應(yīng)用模式在性能要求上也有很多的不同，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面，如表2所示。

（一）豐富性

專網(wǎng)是一個(gè)封閉式的網(wǎng)絡(luò)，其中的應(yīng)用往往是簡單或由衛(wèi)星服務(wù)供應(yīng)商定制的，當(dāng)需要使用類似于視頻會(huì)議等稍微復(fù)雜一點(diǎn)的應(yīng)用時(shí)，需要在部消防救援局端搭建視頻會(huì)議服務(wù)器，會(huì)增加部消防救援局搭建和維護(hù)這些應(yīng)用的成本。封閉性使得專網(wǎng)接入往往在應(yīng)用上捉襟見肘。

公網(wǎng)接入對(duì)比專網(wǎng)接入，最大特點(diǎn)在于應(yīng)用的開放性，使得用戶可以自由地使用Internet上各種豐富的應(yīng)用。此時(shí)部消防救援局不需要執(zhí)行搭建服務(wù)器等相關(guān)要求，減少了相應(yīng)的成本。另外，遠(yuǎn)端站用戶可以通過衛(wèi)星鏈路接入Internet，可以在無公網(wǎng)環(huán)境下繼續(xù)使用微信、釘釘?shù)瘸Ｓ棉k公和社交工具，使得應(yīng)用上具備很大的靈活性。

（二）可用性

專網(wǎng)應(yīng)用由于其系統(tǒng)容量、衛(wèi)星資源池有限等限制，用戶在使用前往往需要借助電話提前和部消防救援局網(wǎng)管中心預(yù)約資源，在有重大突發(fā)事件或集體訓(xùn)練考核任務(wù)的情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)無法接入主站，或者需要排隊(duì)使用的情況。無法從真正意義上實(shí)現(xiàn)無公網(wǎng)情況下的快速開通。

而公網(wǎng)應(yīng)用由于運(yùn)營商的系統(tǒng)規(guī)模較大，且衛(wèi)星資源池較廣，用戶在使用時(shí)無需提前預(yù)約資源，可以做到在設(shè)備完成架設(shè)及對(duì)星過程后的一鍵開通建鏈。其高可用度切實(shí)保障了該系統(tǒng)在真正遇到完全無公網(wǎng)的情況下，可無需與主站溝通，獨(dú)立快速建鏈。

（三）可控性

專網(wǎng)需要建立主站和網(wǎng)管，能夠通過主站網(wǎng)管和配備的值班員對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管控和監(jiān)視，因此它的可控性高。網(wǎng)絡(luò)中存在不同優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)應(yīng)用，例如，如高實(shí)時(shí)性的指揮命令、高分辨率的視頻圖像、長數(shù)據(jù)包分組的數(shù)據(jù)信息等。通過網(wǎng)管的調(diào)度策略，專網(wǎng)可以允許高級(jí)別用戶優(yōu)先接入網(wǎng)絡(luò)，以此保障應(yīng)急救援現(xiàn)場和指揮中心之間的指揮調(diào)度。

公網(wǎng)應(yīng)用中的運(yùn)營商主站同樣配備了先進(jìn)的衛(wèi)星通信網(wǎng)管系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備動(dòng)態(tài)資源分配機(jī)制，可以實(shí)時(shí)對(duì)各種應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整，評(píng)估整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源使用情況，采取各種措施減少網(wǎng)絡(luò)擁塞，保證用戶通信的可靠性。

（四）選擇性

專網(wǎng)系統(tǒng)在使用過程中，只能按照部消防救援局分配的鏈路進(jìn)行通信，用戶對(duì)于數(shù)據(jù)帶寬的大小、使用的時(shí)段和市場都不具備自由的選擇性。

而公網(wǎng)系統(tǒng)為用戶提供了不同帶寬大小和使用時(shí)長的套餐選擇，可以滿足用戶對(duì)于不同業(yè)務(wù)類型所導(dǎo)致的不同帶寬需求。并且，公網(wǎng)運(yùn)營商主站提供7x24運(yùn)維服務(wù)，確保了用戶在任意時(shí)刻都可以無障礙開通鏈路。

（五）安全性

專網(wǎng)建設(shè)好后，專門為不同層級(jí)的消防救援部門服務(wù)。當(dāng)需要保障其中通信的安全性時(shí)，可以在網(wǎng)絡(luò)中自由地施加雙向認(rèn)證、空口加密、端到端加密等多種安全策略。而且專網(wǎng)采用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，與外網(wǎng)是物理隔絕的，能夠提供極強(qiáng)的安全性保障。

公網(wǎng)接入的方式同樣可以進(jìn)行不同方式的加密配置，包括基于衛(wèi)星信道的加密，以及采用VPN等方式對(duì)信息進(jìn)行加密，都可以在保持公網(wǎng)開放性的基礎(chǔ)上，使得數(shù)據(jù)安全性得到保障。

四、雙模應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過上述對(duì)比可以看到，公網(wǎng)應(yīng)用模式和專網(wǎng)應(yīng)用模式具有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在消防管理局統(tǒng)一組織的活動(dòng)和任務(wù)中，專網(wǎng)應(yīng)用模式顯然更加適合;在各支隊(duì)日常訓(xùn)練和地方性任務(wù)中，公網(wǎng)應(yīng)用模式更加有效。因此，如果同一衛(wèi)星通信地球站能夠同時(shí)支持專網(wǎng)和公網(wǎng)兩種應(yīng)用模式，將給消防救援工作帶來巨大的便利。

專網(wǎng)衛(wèi)星通信裝備和公網(wǎng)衛(wèi)星通信裝備的核心差異在于衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，天線、功放、LNB等射頻部分并沒有差別。因此，在衛(wèi)星通信地球站中集成專網(wǎng)和公網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器，通過分合路器共用射頻器件，能夠構(gòu)建一個(gè)雙模系統(tǒng)，同時(shí)支持專網(wǎng)和公網(wǎng)應(yīng)用模式，滿足消防救援工作多樣化的需求。下面以一輛應(yīng)用于救援現(xiàn)場的衛(wèi)星通信車為例，對(duì)雙模應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，其他站型可以借鑒其中的思路。衛(wèi)星通信車的雙模應(yīng)用架構(gòu)如圖3所示。

在車頂安裝0.8米等效口徑的動(dòng)中通衛(wèi)星天線，并配置40WKu波段功放及LNB，車外部分為共用部分。通信車內(nèi)部機(jī)架上安裝專網(wǎng)和公網(wǎng)兩臺(tái)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，兩臺(tái)設(shè)備的射頻出入口使用射頻線纜連接至有源合分路器，再與車頂安裝的功放及LNB連接，使兩臺(tái)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器可以共用一套射頻系統(tǒng)。有源合分路器是本系統(tǒng)架構(gòu)中的重要部件，也是實(shí)現(xiàn)雙模應(yīng)用的關(guān)鍵所在，它主要由合路器和分路器兩部分組成。

其中合路器用于發(fā)射端，它包含兩個(gè)輸入端口和一個(gè)輸出端口，兩個(gè)輸入端口分別連接專網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器和公網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，輸出端口則連接40WKu波段功放。合路器作用是將專網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器和公網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器發(fā)出的射頻信號(hào)合為一路信號(hào)，送到天線發(fā)射的射頻器件，并且對(duì)各個(gè)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行有效的隔離，盡量減少信號(hào)之間的相互干擾。端口隔離度是合路器的一個(gè)比較重要的指標(biāo)，用于描述兩路信號(hào)互不影響的能力。

分路器則用于接收端，它包含一個(gè)輸入端口和兩個(gè)輸出端口，兩個(gè)輸出端口分別連接專網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器和公網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，輸入端口接收Ku波段LNB的信號(hào)。分路器的作用是將天線接收到的射頻信號(hào)中的專網(wǎng)信號(hào)和公網(wǎng)信號(hào)分離為兩路單一的信號(hào)，分別輸出到專網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器和公網(wǎng)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器。它里面由放大器和耦合器組成，具有一定的增益，可以補(bǔ)償信號(hào)在傳輸過程中的損害，以保證每個(gè)衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器端的信號(hào)強(qiáng)度滿足要求，因此它很好地解決了雙模應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)衰減等問題。

該雙模應(yīng)用系統(tǒng)支持專網(wǎng)、公網(wǎng)單獨(dú)使用和同時(shí)使用，需要配備良好的控制軟件和設(shè)備。操作人員使用該系統(tǒng)時(shí)，可以通過控制設(shè)備的開關(guān)來切換系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并且在天線系統(tǒng)中預(yù)設(shè)了每個(gè)分系統(tǒng)所使用的衛(wèi)星信息參數(shù)，同樣可以做到天線姿態(tài)的一鍵切換。

兩套衛(wèi)星通信設(shè)備的業(yè)務(wù)接口在車內(nèi)接入了同一個(gè)交換系統(tǒng)，并與該車輛的車載業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)接，操作人員在進(jìn)行衛(wèi)通系統(tǒng)切換的時(shí)候無需進(jìn)行任何線纜插拔、接口變更等操作，兩條衛(wèi)星通路均可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建鏈功能。在該架構(gòu)的支持下，車載業(yè)務(wù)系統(tǒng)具備良好的可擴(kuò)展性，各種專網(wǎng)應(yīng)用和公網(wǎng)應(yīng)用可以靈活部署。

五、結(jié)語

消防救援現(xiàn)場通常使用衛(wèi)星通信便攜站、動(dòng)中通車載站[5]等，可以實(shí)現(xiàn)救援現(xiàn)場與后方指揮中心的遠(yuǎn)距離、不間斷和機(jī)動(dòng)的通信。在遠(yuǎn)端站使用公網(wǎng)接入的方式能夠提供各種靈活多變的應(yīng)用，滿足消防救援的不同應(yīng)用需求，提高救援工作的效率。公網(wǎng)應(yīng)用憑借其優(yōu)異的豐富性、可用性和選擇性使其成為專網(wǎng)應(yīng)用的完美補(bǔ)充。因此，在消防衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)中，可以集兩家之長，通過在救援現(xiàn)場的衛(wèi)星通信站配置專網(wǎng)和公網(wǎng)的調(diào)制解調(diào)器，形成“雙?！毙l(wèi)星通信地球站，通過公網(wǎng)接入提供快速且豐富的應(yīng)用，但需要高度管控統(tǒng)一調(diào)配的時(shí)候，又可以切換為專網(wǎng)接入，通過多種通信通道，能夠確保應(yīng)急通信的靈活機(jī)動(dòng)和穩(wěn)定可靠。因此，對(duì)于消防救援衛(wèi)星通信應(yīng)該堅(jiān)持專網(wǎng)建設(shè)，結(jié)合公網(wǎng)優(yōu)勢，讓兩者在通信保障上形成合力。

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作者簡介：

諶夏（1982.06.24—），男，碩士，武漢消防救援支隊(duì)信息通信處副處長，技術(shù)九級(jí)，研究方向?yàn)閼?yīng)急通信與信息化。