衛(wèi)星通信與無線自組網(wǎng)在應(yīng)急救援中的融合應(yīng)用

摘要：針對應(yīng)急救援過程中，公網(wǎng)因不可抗力因素導(dǎo)致無法正常通信，影響應(yīng)急救援。本文提出采用衛(wèi)星通信與無線Mesh自組網(wǎng)融合的通信方式，將現(xiàn)場信息暢通、精確、及時地傳輸給指揮中心，指揮中心根據(jù)接收到現(xiàn)場信息后，結(jié)合各類資源情況進行決策調(diào)度。本文首先分析了應(yīng)急通信對無線通信網(wǎng)絡(luò)的需求，介紹了應(yīng)急通信現(xiàn)狀，最后分析了衛(wèi)星通信和無線自組網(wǎng)在應(yīng)急通信中的融合應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信；無線自組網(wǎng)；應(yīng)急救援

一、引言

目前，我國已建成全球最大光纖網(wǎng)絡(luò)、4G和5G獨立組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通信能力全球領(lǐng)先。當(dāng)公網(wǎng)因不可抗力因素（如恐怖事件、森林火災(zāi)、洪澇、地震地質(zhì)災(zāi)害等）導(dǎo)致無法正常通信時，應(yīng)急通信就成為通信保障強有力的補充。應(yīng)急救援涉及的人員規(guī)模龐大，管理難度大，在開展救援行動時，必須做好各個環(huán)節(jié)的組織調(diào)控、信息聯(lián)通與共享，勢必要加強應(yīng)急救援通信保障

建設(shè)[1]。

通信中斷可能會影響現(xiàn)場信息傳輸，進而影響救援和決策。在突發(fā)事件中通信中斷有兩大原因，一是通信基站由于被人為破壞或自然災(zāi)害損毀，導(dǎo)致無法正常工作；二是通信基站的配套設(shè)施出現(xiàn)問題，從而使得基站淪為“孤島”，無法和其他基站正常通信。應(yīng)急通信承擔(dān)著暢通、精確、及時地傳輸現(xiàn)場信息的角色，為指揮中心決策提供科學(xué)支撐。在應(yīng)對突發(fā)事件時，應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)F(xiàn)場數(shù)據(jù)信息暢通、精確、及時地傳輸給指揮中心，指揮中心根據(jù)接收到的現(xiàn)場信息，結(jié)合各類資源的情況進行決策調(diào)度。

二、應(yīng)急通信技術(shù)現(xiàn)狀

應(yīng)急通信技術(shù)能夠在發(fā)生突發(fā)事件時高效、快速、可靠地傳輸現(xiàn)場信息，為指揮中心決策調(diào)度提供有力支撐。應(yīng)急通信是為應(yīng)對自然災(zāi)害或公共突發(fā)事件提供的特殊通信機制和手段[2]。無線應(yīng)急通信技術(shù)，不是依賴有線傳輸介質(zhì)，而是利用電磁波傳送信號，其優(yōu)點是可移動、覆蓋面廣、部署靈活、抗災(zāi)性強。其包括無線電通信、衛(wèi)星通信、移動通信、互聯(lián)網(wǎng)通信等。

（一）無線電通信

無線電通信是指通過無線電波傳送信息的技術(shù)，無需實體傳輸線纜即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和通信。無線電通信技術(shù)具有靈活性、移動性、便捷性、覆蓋范圍廣等優(yōu)點，能夠滿足各種應(yīng)急場景下的通信需求。

無線電通信在應(yīng)急響應(yīng)中具有非常重要的作用，可以提高應(yīng)急響應(yīng)效率。無線電通信技術(shù)能夠在短時間快速建立起通信網(wǎng)絡(luò)，確保應(yīng)急人員能夠及時獲取和共享現(xiàn)場的實際情況，協(xié)同工作，提高應(yīng)急響應(yīng)效率；使得指揮中心能夠遠程指揮救援工作，實時掌握現(xiàn)場情況，為決策提供依據(jù)。

在突發(fā)事件發(fā)生時，基礎(chǔ)通信中斷、電力設(shè)施損毀，后方指揮中心可以利用無線電通信技術(shù)與出事現(xiàn)場的機動指揮中心保持通信聯(lián)絡(luò)。尤其在跨區(qū)域的情況下，無線電通信技術(shù)可以發(fā)揮其中長遠距離通信的優(yōu)勢，建立起短波通信網(wǎng)絡(luò)，隨時保持聯(lián)絡(luò)。無線電通信技術(shù)可以在模擬話、等幅報、高度保密數(shù)據(jù)、數(shù)字保密話、跳頻通話、低速抗干擾數(shù)據(jù)、猝發(fā)數(shù)據(jù)的工作種類下，完成中、近距離指揮協(xié)同和信息傳輸。

（二）衛(wèi)星通信

1.衛(wèi)星通信系統(tǒng)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，在兩個或多個地球站之間進行的通信。衛(wèi)星通信具有全天候、通信容量大、通信穩(wěn)定的特點[4]，尤其在解決通信不發(fā)達地區(qū)、人口稀少地區(qū)及邊遠地區(qū)的通信問題等方面具有不可替代的作用[3]。衛(wèi)星通信系統(tǒng)以通信衛(wèi)星為中繼站，與其他通信系統(tǒng)相比較，有如下優(yōu)點：覆蓋區(qū)域大，通信距離遠；具有多址連接能力；通信質(zhì)量好，可靠性高；通信機動靈活。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)配備了完備的高清通信設(shè)備，集成了短波和超短波、數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)、音視頻采集、單兵圖傳等信息采集、處理、傳輸和存儲設(shè)備，完成現(xiàn)場視頻可視化集群調(diào)度，根據(jù)需要傳送至機動指揮中心、后方指揮中心，實現(xiàn)了音視頻及其他數(shù)據(jù)信息的實時動態(tài)傳輸。

2.北斗短報文

北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由我國建立的區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，該系統(tǒng)可向我國領(lǐng)土及周邊地區(qū)用戶提供定位、通信（短消息）和授時服務(wù)，在應(yīng)急通信中發(fā)揮著重要作用。

北斗衛(wèi)星在應(yīng)急場景下可以為指揮調(diào)度、搶險救災(zāi)等活動提供導(dǎo)航定位功能，提高應(yīng)急救災(zāi)響應(yīng)速度。同時，北斗衛(wèi)星的短報文也可以實現(xiàn)緊急情況下的信息溝通，例如，在汶川地震的救援中就使用了大量北斗衛(wèi)星終端設(shè)備，很多地區(qū)災(zāi)后第一次與外界通信就是通過北斗衛(wèi)星短報文實現(xiàn)的。在交通設(shè)施破壞嚴(yán)重的情況下，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位功能也為救援隊伍順利抵達救災(zāi)現(xiàn)場提供了重要幫助。

3.衛(wèi)星電話

衛(wèi)星電話是集全球海上常規(guī)通信、遇險與安全通信、特殊與戰(zhàn)備通信于一體的實用性高科技產(chǎn)物。衛(wèi)星電話具有通信穩(wěn)定、使用方便靈活等特點，可保障救災(zāi)指令及時有效地傳達[2]。例如，在河北7.19洪災(zāi)時，在通信基站被沖毀損壞的情況下，大量海事衛(wèi)星電話被緊急調(diào)集到災(zāi)區(qū)，為災(zāi)區(qū)搶險救災(zāi)和恢復(fù)重建發(fā)揮了重要作用，尤其是在災(zāi)區(qū)公用電信網(wǎng)沒有恢復(fù)的時期，海事衛(wèi)星是當(dāng)時災(zāi)區(qū)與外界溝通的重要手段之一。

（三）集群應(yīng)急通信系統(tǒng)

集群移動通信是一種高級移動調(diào)度系統(tǒng)，是指揮、調(diào)度、管理一體化的無線通信系統(tǒng)，具備安全、高效、智能化的通訊效果。主要特點是資源共享，系統(tǒng)所具有的全部可用信道都為系統(tǒng)內(nèi)全體用戶共享，操作簡單，且不受網(wǎng)絡(luò)限制。

作為專業(yè)化的指揮、調(diào)度通信設(shè)施，數(shù)字集群通信系統(tǒng)具有體積小、組網(wǎng)靈活、使用方便、成本低廉等特點，可實現(xiàn)調(diào)度、群呼、優(yōu)先呼、虛擬專用網(wǎng)、漫游等功能，在緊急情況下為政府、應(yīng)急指揮中心、救援人員的通信保障提供最強有力的支持。

三、衛(wèi)星通信和無線自組網(wǎng)在應(yīng)急通信中的融合應(yīng)用

（一）無線中心自組網(wǎng)

1.無線中心自組網(wǎng)概述

無線自組網(wǎng)技術(shù)不依賴于預(yù)設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施，具有無控制中心，快速組網(wǎng)等特點，在社會突發(fā)事件中具有廣闊的應(yīng)用前景[5]。

無線寬帶自組網(wǎng)采用COFDM技術(shù)，結(jié)合Mesh多跳自組網(wǎng)協(xié)議，按照無線電架構(gòu)設(shè)計而成，利用設(shè)備純IP、扁平化、多跳、自主組裝的特性，構(gòu)建星型、網(wǎng)型、樹型、線型的無線寬帶互連鏈路，靈活組網(wǎng)、機動快捷，能夠提供穩(wěn)定可靠、高速、遠距離和抗遮擋的無線通信解決方案。尤其是在應(yīng)急救災(zāi)工作中能夠給予便捷、靈活、穩(wěn)定的通信支撐[6]，完成災(zāi)害現(xiàn)場、突發(fā)事件現(xiàn)場、重要目標(biāo)區(qū)域等地的高清音視頻實時采集和傳輸

功能。

無中心自組網(wǎng)收發(fā)設(shè)備雙向可逆，可在采集層與應(yīng)用層建立高帶寬、強保密、遠距離、多路徑的透傳無線鏈路。無中心自組網(wǎng)設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接口連接采集層設(shè)備推送的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多路高清音視頻并發(fā)、多節(jié)點路徑傳輸?shù)墓δ埽瑢⒉杉瘜訑?shù)據(jù)通過TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)接口，實時傳送至應(yīng)用層交換設(shè)備，供應(yīng)用層各類平臺調(diào)用、分析、轉(zhuǎn)發(fā)。無線自組網(wǎng)技術(shù)是由一組自主的無線節(jié)點或終端相互合作而形成的，獨立于固定的基礎(chǔ)設(shè)施，并且采用分布式管理網(wǎng)絡(luò)[7]。通過智能終端與無中心自組網(wǎng)設(shè)備的無線互連，實現(xiàn)可視多媒體集群功能，為各級指揮中心籌劃決策、指揮控制提供有力的技術(shù)支持和信息保障。

2.無中心自組網(wǎng)特點

（1）全無線組網(wǎng)，靈活機動。在任何時間、任何地點，不依靠任何有線通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，即可迅速建立通信網(wǎng)絡(luò)。

（2）多跳通信，覆蓋無盲區(qū)。無中心自組網(wǎng)設(shè)備采用新一代COFDM調(diào)制解調(diào)技術(shù)，具有較強的繞射能力，支持多跳中繼（接力）通信，適應(yīng)多種地形和應(yīng)用。尤其在復(fù)雜場景，可依靠中繼節(jié)點實現(xiàn)接力通信，將語音、視頻和數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥繕?biāo)節(jié)點，保障區(qū)域內(nèi)覆蓋無盲區(qū)。

（3）動態(tài)拓撲，互為備份。無中心自組網(wǎng)所有節(jié)點鏈路均為協(xié)議自主控制，因移動、開關(guān)機、干擾、意外打擊等原因，節(jié)點地理位置或拓撲連接關(guān)系（拓撲結(jié)構(gòu)）變化，其可自動調(diào)整重建路由，并實時響應(yīng)。通信不會受到系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)變化的限制，語音、圖像和數(shù)據(jù)通過新鏈路繼續(xù)傳輸。

（4）真正的“無中心、自組網(wǎng)”。所有節(jié)點關(guān)系對等，都可同時作為信息采集節(jié)點、中級節(jié)點或信息輸出節(jié)點。不需進行任何設(shè)備參數(shù)更改，即可實現(xiàn)指揮節(jié)點位置變更，同時用戶可根據(jù)自身需求調(diào)整節(jié)點業(yè)務(wù)設(shè)備，完成節(jié)點之間的功能轉(zhuǎn)換。

3.無線自組網(wǎng)優(yōu)點

（1）體積小、功耗低、易于攜帶和安裝。設(shè)備采用新一代COFDM無線調(diào)制解調(diào)技術(shù)，極大地減少了設(shè)備體積和功耗，便于攜帶和安裝，可保證設(shè)備長時間連續(xù)工作。

（2）IP組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)兼容。無中心自組網(wǎng)支持TCP/IP、UDP等多種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，易于與其他通信設(shè)備互聯(lián)互通。

（3）負載均衡。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)堵塞時，無中心自組網(wǎng)通過對鏈路環(huán)境及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量評估，自動選擇新的鏈路，分流業(yè)務(wù)量，降低原有鏈路負載，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膸捓寐剩ＷC網(wǎng)絡(luò)正常通信。

（4）高度安全性。無中心自組網(wǎng)采用以下加密機制保證數(shù)據(jù)傳輸安全：一是設(shè)備序列號認證。無中心自組網(wǎng)利用MAC地址結(jié)合獨特算法生成唯一的設(shè)備序列號，在與其他設(shè)備通信時，將對方設(shè)備的序列號與MAC地址進行算法認證，認證符合算法規(guī)則則對方設(shè)備為合法設(shè)備，可以正常傳輸數(shù)據(jù)，否則為非法設(shè)備，拒絕與對方設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸。二是網(wǎng)絡(luò)分組。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可設(shè)置網(wǎng)絡(luò)ID號，只有相同網(wǎng)絡(luò)ID設(shè)備之間才可以進行數(shù)據(jù)傳輸。三是AES加密。通過AES加密來保證數(shù)據(jù)的安全，即使數(shù)據(jù)外泄，也無法進行解密。四是硬件加密。無中心自組網(wǎng)設(shè)備提供保密機或加密模塊接口，實現(xiàn)保密要求。

（二）無中心自組網(wǎng)和衛(wèi)星通信融合應(yīng)用方案

目前應(yīng)用衛(wèi)星通信系統(tǒng)均為標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)接口，無中心自組網(wǎng)無線通信系統(tǒng)具備IP扁平化的核心制式，遵從TCP/IP扁平化網(wǎng)絡(luò)交換協(xié)議，故傳輸核心無中心自組網(wǎng)設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)接口可與衛(wèi)星收發(fā)設(shè)備互聯(lián)互通，在滿足與機動指揮中心現(xiàn)有設(shè)備互聯(lián)互通的前提下，系統(tǒng)內(nèi)采集各類數(shù)據(jù)均可通過網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備利用IP出口傳輸，完成應(yīng)急救災(zāi)現(xiàn)場的高清音視頻、各類數(shù)據(jù)的實時回傳與逆向交互，真正實現(xiàn)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)無縫對接，實現(xiàn)現(xiàn)場與機動指揮中心、遠方固定指揮中心之間的互聯(lián)互通。

在應(yīng)急災(zāi)害現(xiàn)場或重大公共安全事件中，在現(xiàn)場開設(shè)機動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，根據(jù)實地地形通過“多跳”或“網(wǎng)型”“星型”“線型”的組網(wǎng)模式架設(shè)自組網(wǎng)通信通道，依托無中心自組網(wǎng)前端高清音視頻采集設(shè)備和傳輸設(shè)備，將應(yīng)急處置事件現(xiàn)場的高清音視頻數(shù)據(jù)實時回傳至機動指揮中心，通過無中心自組網(wǎng)的多點對多點寬帶自組網(wǎng)特性，即時機動組成動態(tài)寬帶無線網(wǎng)絡(luò)鏈路，并匯聚所有現(xiàn)場信息實時并發(fā)回傳至機動指揮中心，形成機動與機動聯(lián)合組網(wǎng)，利用組織網(wǎng)純IP扁平化網(wǎng)口，連接機動指揮中心高清矩陣切換至大屏。同時，以機動指揮中心為匯聚點，將采集到的數(shù)據(jù)信息通過衛(wèi)星系統(tǒng)傳送給固定指揮中心，保證指揮中心能夠第一時間掌握現(xiàn)場實時情況，為各級指揮中心指揮決策及指令下達提供判斷依據(jù)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)和無中心自組網(wǎng)系統(tǒng)均具有水平、垂直傳送，雙向可逆，前端專業(yè)隊伍可以利用自組網(wǎng)多媒體手持終端，與指揮中心進行音視頻集群互通，自組網(wǎng)各個節(jié)點和指揮中心可以開音視頻會議，實現(xiàn)協(xié)同指揮、分級管理、資源共享、集中調(diào)度的功能。

四、結(jié)束語

通信網(wǎng)絡(luò)是連接指揮中心和各救援隊伍的橋梁，必須具備高效、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸能力，以確保信息的實時性和準(zhǔn)確性。通過充分融合衛(wèi)星通信和無中心自組網(wǎng)通信技術(shù)手段，在公共通信中斷情況下快速搭建應(yīng)急通信系統(tǒng)，利用無線自組網(wǎng)設(shè)備純IP、扁平化、多跳、自主組網(wǎng)的特性，構(gòu)建星型、網(wǎng)型、樹型的無線寬帶互連鏈路，應(yīng)急救援能實現(xiàn)現(xiàn)場與應(yīng)急指揮中心各類數(shù)據(jù)實時傳輸。同時利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)覆蓋區(qū)域大、通信距離遠、通信穩(wěn)定等特點，構(gòu)建“適應(yīng)環(huán)境、高效快捷、上下聯(lián)動”的應(yīng)急通信系統(tǒng)，保障信息暢通、指揮高效、救援有力，在應(yīng)急救援時提供可靠的通信鏈路。

作者單位：劉志曉 邯鄲市人防指揮信息保障中心

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