5G時(shí)代公共安全關(guān)鍵通信的發(fā)展

魯志兵　曹亞鋒

【摘要】? ? 隨著當(dāng)前社會(huì)形勢(shì)的日益復(fù)雜，特別是面對(duì)反恐維穩(wěn)任務(wù)對(duì)公安機(jī)關(guān)的巨大壓力，以及人民群眾對(duì)社會(huì)安全的更高要求和期待，警務(wù)指揮效能將面臨考驗(yàn)和挑戰(zhàn)。關(guān)鍵通信是公共安全警務(wù)實(shí)戰(zhàn)中非常重要的技術(shù)手段，新的形勢(shì)下，各國(guó)在完善已有窄帶關(guān)鍵通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的同時(shí)，也都在積極規(guī)劃和建設(shè)新的寬帶關(guān)鍵通信網(wǎng)絡(luò)。國(guó)內(nèi)公安寬帶關(guān)鍵通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展從4G時(shí)代就開始論證，但是因?yàn)橥顿Y、頻譜、產(chǎn)業(yè)鏈等各種原因，并未明確最終的方案。目前，ICT已經(jīng)步入5G時(shí)代，中國(guó)民用5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)全球領(lǐng)先。因此，借鑒國(guó)外寬帶關(guān)鍵通信建網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，結(jié)合國(guó)內(nèi)5G通信的技術(shù)發(fā)展水平，來考慮國(guó)內(nèi)關(guān)鍵通信的發(fā)展大有裨益。

【關(guān)鍵詞】? ? 寬帶? ? 5G? ? 公共安全? ? 關(guān)鍵通信網(wǎng)絡(luò)

關(guān)鍵通信則是執(zhí)行公共安全關(guān)鍵任務(wù)時(shí)特定的通信保障，目前來說，主要的關(guān)鍵通信還是以關(guān)鍵語音通信為主。寬帶化是公安信息化的必然方向，在日常勤務(wù)中類似移動(dòng)警務(wù)等業(yè)務(wù)已經(jīng)通過公網(wǎng)寬帶無線網(wǎng)絡(luò)開始使用。但是針對(duì)應(yīng)急處突、重大安保等特殊情況下的寬帶數(shù)據(jù)、視頻等關(guān)鍵通信業(yè)務(wù)，公網(wǎng)可能無法有效保障網(wǎng)絡(luò)效果。全國(guó)化的寬帶關(guān)鍵通信專網(wǎng)覆蓋無疑能提供叫哈奧的網(wǎng)絡(luò)保障，但投資巨大難以落地。站在實(shí)際及實(shí)戰(zhàn)的角度思考和謀劃未來警務(wù)指揮模式和技術(shù)服務(wù)支撐是公安科技工作者義不容辭的責(zé)任和義務(wù)，在5G時(shí)代如何利用ICT的先進(jìn)技術(shù)，為關(guān)鍵通信發(fā)展助力，正是本文需要探討的內(nèi)容。

一、公共安全關(guān)鍵通信的現(xiàn)狀

（一）國(guó)內(nèi)關(guān)鍵通信現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)當(dāng)前的關(guān)鍵通信以關(guān)鍵語音通信為主，主要依托PDT技術(shù)體制。PDT是完全根據(jù)中國(guó)公共安全專網(wǎng)無線通信的需求定義及發(fā)展而來的一項(xiàng)全新數(shù)字集群窄帶技術(shù)?；赑DT制式的數(shù)字集群通信設(shè)備具備大區(qū)制、廣覆蓋、采用國(guó)產(chǎn)密碼算法加密、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、廠家系統(tǒng)互聯(lián)互通等特點(diǎn)，為用戶提供低成本、廣覆蓋的窄帶業(yè)務(wù)，主要包括語音、短信、定位、狀態(tài)消息以及基于四種基本業(yè)務(wù)的第三方應(yīng)用。

除PDT外，公安部還曾于2011年頒布了340M專用無線圖傳標(biāo)準(zhǔn)《公安專用無線視音頻傳輸系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)規(guī)范》（GA962-2011），用于指導(dǎo)地市基于該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行關(guān)鍵視頻回傳網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。由于技術(shù)體制、頻譜效率、系統(tǒng)容量、技術(shù)演進(jìn)等方面的原因，原有340MHz無線圖傳系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足公安機(jī)關(guān)日益增長(zhǎng)的實(shí)戰(zhàn)通信需求。基于該實(shí)際情況，2017年底公安部廢除了該標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的336-344MHz無線圖傳頻譜資源基本處于閑置狀態(tài)。

（二）海外關(guān)鍵通信現(xiàn)狀

歐、美地區(qū)目前采用的專業(yè)移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是TETRA和P25標(biāo)準(zhǔn)，均是提供關(guān)鍵語音通信。在關(guān)鍵通信寬帶化方面，美國(guó)、英國(guó)、韓國(guó)、法國(guó)等主要發(fā)達(dá)國(guó)家均已開始了規(guī)劃甚至建設(shè)，以美國(guó)為例，F(xiàn)irstNet網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過10多年發(fā)展基本建設(shè)完成。

1.美國(guó)FirstNet簡(jiǎn)介

FIRSTNET（First Responders Network）旨在解決警察、交警、消防、醫(yī)療等行業(yè)在應(yīng)急通信方面“各自為戰(zhàn)、劃界而治”的難題，以FirstNet建立起覆蓋范圍廣（全國(guó)性）、互操作性強(qiáng)、可靠性高、擴(kuò)展性好的應(yīng)急通信專門網(wǎng)絡(luò)。

2.最新進(jìn)展

（1）截至2021年3月，美國(guó)FirstNet網(wǎng)絡(luò)已覆蓋271萬平方英里的美國(guó)國(guó)土面積和99%的人口，超過200萬個(gè)終端接入，有15000多個(gè)組織注冊(cè)。

（2）FirstNet網(wǎng)絡(luò)前期重點(diǎn)承載關(guān)鍵數(shù)據(jù)和視頻通信，關(guān)鍵語音主要還是通過P25支撐。

（3）FirstNet建設(shè)4G LTE基站的同時(shí)部署5G ready設(shè)備，用價(jià)值65億美元的合同來升級(jí)手機(jī)信號(hào)塔的硬件設(shè)施，然后升級(jí)到國(guó)家緊急救援網(wǎng)絡(luò)，然后升級(jí)軟件來增加5G的支持;同時(shí)，自2020年1月起，逐步新增1000套便攜式應(yīng)急寬帶通信系統(tǒng)，用于緊急情況下的通信服務(wù)。

（三）總結(jié)

整體來看，主要的發(fā)達(dá)國(guó)家基于4G技術(shù)都已建設(shè)完成或者在建設(shè)國(guó)家級(jí)公共安全關(guān)鍵通信專用寬帶網(wǎng)絡(luò)（包括固定覆蓋和移動(dòng)覆蓋）。

從業(yè)務(wù)模式來看，海外多是寬窄帶共存的模式，窄帶作為關(guān)鍵語音的保障會(huì)較長(zhǎng)期存在，寬帶以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，是逐步建設(shè)的過程。

4G時(shí)代我國(guó)處于技術(shù)追趕階段，4G技術(shù)引入到公共安全等專用通信領(lǐng)域已經(jīng)較晚。5G時(shí)代我國(guó)無線通信技術(shù)已完全處于領(lǐng)跑，使得我們基于5G的技術(shù)能力來快速發(fā)展國(guó)內(nèi)公安關(guān)鍵通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的晚到超車是完全有可能的，這同時(shí)也是公共安全關(guān)鍵通信自身的發(fā)展趨勢(shì)。

二、公共安全關(guān)鍵通信的發(fā)展趨勢(shì)

（一）公共安全關(guān)鍵智能的迫切性與驅(qū)動(dòng)力

關(guān)鍵通信是公共安全從業(yè)人員保障社會(huì)穩(wěn)定、人民安居的重要工作手段，隨著社會(huì)城鎮(zhèn)化發(fā)展帶來的人口高集中度、普通百姓的信息化手段不斷豐富、自然災(zāi)害不斷加劇等等因素，傳統(tǒng)的語音通信越來越難以支撐復(fù)雜的社會(huì)形勢(shì)和多元化的治理要求，必須結(jié)合圖像、視頻、大數(shù)據(jù)等方方面面的關(guān)鍵智能，才能更好地支持當(dāng)今公共安全工作的需求，具體來說：

1.自然災(zāi)害頻發(fā)要求關(guān)鍵通信網(wǎng)絡(luò)能力提升

自然災(zāi)害頻發(fā)對(duì)無線通信會(huì)造成致命性破壞，日本11年的大地震造成了1.5萬基站損毀，卡特里娜一場(chǎng)颶風(fēng)導(dǎo)致300萬用戶斷網(wǎng)，桑迪颶風(fēng)導(dǎo)致25%基站失服……在公網(wǎng)通信癱瘓的同時(shí)，公共安全關(guān)鍵通信則必須滿負(fù)荷工作，支撐搶險(xiǎn)救災(zāi)及災(zāi)后重建，在關(guān)鍵語音保障的同時(shí)，如果能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)圖片、視頻及環(huán)境數(shù)據(jù)通過關(guān)鍵通信網(wǎng)絡(luò)及時(shí)回傳救援指揮中心，進(jìn)行可視化指揮及大數(shù)據(jù)分析，無疑將極大提升災(zāi)害救援效率。

2.信息化手段犯罪為公共安全帶來新挑戰(zhàn)

ICT技術(shù)的不斷發(fā)展，為人民生活帶來便利的同時(shí)，也給犯罪分子提供了越來越便利的犯罪手段，對(duì)公共安全的社會(huì)治理提出了更高的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的關(guān)鍵語音通信顯然難以抵御越來越紛繁復(fù)雜的犯罪手段，必須以更智能的關(guān)鍵通信手段來遏制各類犯罪，比如提升關(guān)鍵通信定位能力、增加環(huán)境感知、生物識(shí)別等人工智能技術(shù)及大數(shù)據(jù)分析能力等等。5E8B409B-B4DC-4773-B0B4-2A64C00DC7A5

3.公共安全關(guān)鍵通信必須往智能化發(fā)展

自然災(zāi)害頻發(fā)、新冠在海外依然肆虐、社會(huì)治安日趨復(fù)雜，這一切對(duì)公共安全都帶來了持續(xù)的挑戰(zhàn)。在民眾通信早已步入多媒體數(shù)字時(shí)代的情況下，未來全球的社會(huì)公共安全保障必定是向工作數(shù)字化、多媒體化、智能化的方向發(fā)展。我國(guó)的治安情況雖然相對(duì)良好，但是人口眾多帶來的挑戰(zhàn)也不小，公共安全關(guān)鍵通信也必須要向日常數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)預(yù)警，事中現(xiàn)場(chǎng)感知、多媒體執(zhí)行、智能調(diào)度指揮，事后的大數(shù)據(jù)復(fù)盤、深度學(xué)習(xí)優(yōu)化這些智能化的方向演進(jìn)。

（二）公共安全關(guān)鍵通信多維度發(fā)展探索

當(dāng)前的窄帶關(guān)鍵通信主要提供關(guān)鍵語音業(yè)務(wù)，而寬帶除了語音之外，還會(huì)帶來數(shù)據(jù)、多媒體等新的因素，促使公共安全關(guān)鍵通信在多個(gè)維度豐富、發(fā)展。

1.寬帶使能指揮中心數(shù)字化與智能化

在關(guān)鍵通信中指揮中心之前主要是語音調(diào)度，寬帶的高速數(shù)據(jù)通信能力將使能指揮中心向數(shù)字化和智能化升級(jí)，隨著5G、6G的到來，未來的指揮中心有可能發(fā)展為AR 沉浸式指揮，配以邊緣AI、云計(jì)算、支持深度學(xué)習(xí)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及先進(jìn)的虛擬助手、物聯(lián)網(wǎng)等，來實(shí)現(xiàn)更實(shí)時(shí)、更便捷的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。

2.無人化、遠(yuǎn)程化、規(guī)?；?/p>

監(jiān)測(cè)、預(yù)警是防范公共安全事故發(fā)生或減少公共安全事故損失的有效方式，防范的關(guān)鍵是預(yù)先感知，感知的重要手段是物聯(lián)網(wǎng)。5G提供了相比4G更大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)，并能夠伴隨數(shù)字孿生的應(yīng)用，未來可以為公共安全提供規(guī)?；瘷z測(cè)部署、無人化預(yù)警，遠(yuǎn)程化應(yīng)急處理。

3. UAVS群和對(duì)空網(wǎng)絡(luò)

對(duì)公共安全來講， 無人機(jī)是未來非常重要的作戰(zhàn)力量。 未來無人機(jī)群協(xié)作以及基于事件觸發(fā)遠(yuǎn)程控制的作戰(zhàn)模式需要5G網(wǎng)絡(luò)的支持，包括精確定位，高可靠，優(yōu)先級(jí)，上行帶寬，高速等。

4. 5G NTN （非陸地移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）

未來公共安全的另外一個(gè)重要演進(jìn)方向是衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，3GPP叫 5G NTN，? 主要是擬補(bǔ)偏遠(yuǎn)地區(qū)數(shù)字鴻溝，是公共安全關(guān)鍵通信尤其是應(yīng)急通信的重要補(bǔ)充手段。

從上述分析可以看出，公共安全關(guān)鍵通信在各種維度的未來發(fā)展上，或多或少和5G技術(shù)都有直接或間接的聯(lián)系，應(yīng)該說5G的核心競(jìng)爭(zhēng)力不僅僅是通信技術(shù)，5G連接著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能各領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用，正在從通信技術(shù)演變成通用技術(shù)。那么，在這樣的ICT背景下，5G時(shí)代的公共安全關(guān)鍵通信會(huì)呈現(xiàn)一種什么樣的解決方案呢？

三、5G時(shí)代公共安全關(guān)鍵通信解決方案

（一）關(guān)鍵通信的寬帶化進(jìn)程

從1G、2G、3G到4G，3GPP只專注公共移動(dòng)商業(yè)運(yùn)營(yíng)的要求開發(fā)移動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，公共安全LTE標(biāo)準(zhǔn)的制定是一個(gè)重要的里程碑，從此，全球公共安全專用通信的標(biāo)準(zhǔn)化從公共安全采用LTE（4G）開始完全統(tǒng)一到3GPP一個(gè)程序和平臺(tái)。

但是，由于產(chǎn)業(yè)鏈原因，有些公共安全需要的功能比如D2D、eMBMS 等，一直沒有能真正產(chǎn)品化、商用化，這些功能就推遲到5G。公共安全4G MCS的進(jìn)一步完善，在今年6月份，5G? R17版本開始考慮，目前看基本到2023年會(huì)有完整公共安全版本發(fā)布。 因此，業(yè)界普遍認(rèn)為關(guān)鍵通信行業(yè)建設(shè)專網(wǎng)5G的到來的時(shí)間窗是2-3年后。

（二）5G對(duì)關(guān)鍵通信發(fā)展的促進(jìn)

從關(guān)鍵通信的角度，從窄帶演進(jìn)到寬帶，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用方式有較大的變化，公共安全關(guān)鍵智能包括：1.通信、現(xiàn)場(chǎng)感知和指揮調(diào)度類業(yè)務(wù);2. 傳感器識(shí)別和監(jiān)測(cè)類;3. 個(gè)人可穿戴類的;4. 機(jī)器人和無人機(jī)新型作戰(zhàn)力量的遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)控制;5 以及基于精確定位的物體和人追蹤。因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求基礎(chǔ)部分比較大的變化，包括可靠性、可用性、可測(cè)量，傳輸時(shí)延、安全、網(wǎng)絡(luò)隔離等等。

5G面向行業(yè)進(jìn)行定義，從技術(shù)體制上較好的考慮了上述需求，5G的超大帶寬Embb能夠提供多路超高清的實(shí)時(shí)視頻交互，Mmtc海量物聯(lián)網(wǎng)能夠支持各類傳感和檢測(cè)節(jié)點(diǎn)的接入，同時(shí)超高可靠低時(shí)延URLLC又能夠?yàn)檫h(yuǎn)程救援、作戰(zhàn)控制提供可信的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。以說，5G 加速了包括公共安全關(guān)鍵通信在內(nèi)的行業(yè)數(shù)字化和智能化，網(wǎng)絡(luò)也從基于人的連接到連接所有。

（三）2+5的混合關(guān)鍵通信方案

在美國(guó)、英國(guó)等海外公共安全寬帶專網(wǎng)發(fā)展較快的國(guó)家，寬帶并不作為語音承載的首選，主要還是語音可靠性、實(shí)戰(zhàn)易用性方面的考慮。對(duì)于我國(guó)來說，目前PDT網(wǎng)絡(luò)基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全國(guó)覆蓋和全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，是公安日常實(shí)戰(zhàn)中的語音通信網(wǎng)絡(luò)。而與此同時(shí)，寬帶專網(wǎng)短時(shí)間難以實(shí)現(xiàn)全國(guó)性覆蓋，寬帶公網(wǎng)在突發(fā)緊急情況下又難以完全避免語音擁堵問題。因此，即便是在5G時(shí)代，未來較長(zhǎng)一段時(shí)間PDT網(wǎng)絡(luò)依然要作為公共安全實(shí)戰(zhàn)中的語音保底網(wǎng)絡(luò)，并且與寬帶專網(wǎng)、公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)融合互通。為此，海能達(dá)提出了2+5+N的5G時(shí)代公共安全關(guān)鍵通信網(wǎng)絡(luò)融合組網(wǎng)方案，具體如圖2所示。

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以分為三個(gè)層級(jí)：

首先是網(wǎng)絡(luò)層，網(wǎng)絡(luò)層中主要是2+5，2表示PDT窄帶專網(wǎng)，可認(rèn)為是2G網(wǎng)絡(luò);5表示5G的公網(wǎng)和專網(wǎng)，除此之外還會(huì)配以340M地面視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)、1430M對(duì)空視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)、便攜式通信網(wǎng)絡(luò)及衛(wèi)星NTN網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同使用，這樣可以實(shí)現(xiàn)3個(gè)保障：1）基礎(chǔ)語音PDT保障;2）基礎(chǔ)覆蓋公網(wǎng)、專網(wǎng)共同保障;3）熱點(diǎn)關(guān)鍵區(qū)域5G專網(wǎng)專用保障。

網(wǎng)絡(luò)層之上是平臺(tái)層，平臺(tái)的關(guān)鍵是融合多個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，使得各網(wǎng)絡(luò)下的終端通信能夠?qū)崿F(xiàn)自由通信，將整個(gè)公共安全橫向和縱向的各種關(guān)鍵通信網(wǎng)絡(luò)融合成一張網(wǎng)絡(luò)。

平臺(tái)層之上是應(yīng)用層，N代表的既是可持續(xù)拓展的各類業(yè)務(wù)應(yīng)用。業(yè)務(wù)應(yīng)用從大類上分為關(guān)鍵通信業(yè)務(wù)和日常非實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，基于融合的平臺(tái)，關(guān)鍵通信的語音、數(shù)據(jù)、視頻及日常非實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)查詢等業(yè)務(wù)都可以無感知運(yùn)行在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之上，通過豐富的業(yè)務(wù)賦能實(shí)戰(zhàn)。

四、5G在關(guān)鍵通信未來應(yīng)用暢想

基于2+5+N的解決方案，可以在逐步建設(shè)5G專網(wǎng)的同時(shí)，提前讓公共安全關(guān)鍵通信步入5G應(yīng)用行列，豐富公共安全實(shí)戰(zhàn)人員的業(yè)務(wù)手段。而未來隨著公網(wǎng)5G切片技術(shù)的徹底成熟或者公共安全5G專網(wǎng)的全系列建設(shè)，又會(huì)將公共安全的應(yīng)用提升一個(gè)臺(tái)階，進(jìn)入到真正的關(guān)鍵智能時(shí)代。

作者單位：魯志兵 海能達(dá)通信股份有限公司

曹亞鋒 鹽城市公安局5E8B409B-B4DC-4773-B0B4-2A64C00DC7A5