應(yīng)急通信的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)手段分析

1、應(yīng)急通信概述

在突如其來的大型自然災(zāi)害和公共突發(fā)事件面前，常規(guī)的通信手段往往無法滿足通信需求。應(yīng)急通信正是為應(yīng)對自然或人為緊急情況而提供的特殊通信機(jī)制，在公眾通信網(wǎng)設(shè)施遭受破壞、性能降低、話務(wù)量突增的情況下，采用非常規(guī)的、多種通信手段組合的方式來恢復(fù)通信能力。由此可見，應(yīng)急通信具有時間和地點(diǎn)不確定性、通信需求不可預(yù)測性、業(yè)務(wù)緊急性、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建快速性和過程短暫性等特點(diǎn)。應(yīng)急通信為各類緊急情況提供及時有效的通信保障，是綜合應(yīng)急保障體系的重要組成部分，更是搶險(xiǎn)救災(zāi)的生命線。

應(yīng)急通信與社會、技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，其內(nèi)涵隨著通信行業(yè)和技術(shù)的發(fā)展而不斷變化。第一，應(yīng)急通信是公眾通信網(wǎng)的重要組成部分，可被視為公眾網(wǎng)的延伸和補(bǔ)充。第二，應(yīng)急通信既包括應(yīng)急通信技術(shù)手段，也包括應(yīng)急組織管理方式，是技術(shù)和組織管理的統(tǒng)一。從任務(wù)內(nèi)容角度來看，應(yīng)急通信系統(tǒng)承擔(dān)兩類任務(wù)，一是平時為公眾通信網(wǎng)提供補(bǔ)充服務(wù)；二是為突發(fā)事件提供通信保障。從任務(wù)的性質(zhì)來分，應(yīng)急通信可以分為應(yīng)急服務(wù)和應(yīng)急保障。應(yīng)急服務(wù)主要是指為重大活動提供通信支撐，而應(yīng)急保障主要是為重大通信事故、突發(fā)事件和自然災(zāi)害事件提供通信保障。

2 應(yīng)急通信的發(fā)展現(xiàn)狀

在國際上，許多國家非常重視應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的研究和開發(fā)工作，特別是歐美發(fā)達(dá)國家和亞洲的日本。美國從20世紀(jì)70年代開始建設(shè)應(yīng)急通信網(wǎng)，目的是為了滿足美國政府對于緊急事件的指揮調(diào)度需求。“9·11事件”之后，美國更是投入巨資建設(shè)與互聯(lián)網(wǎng)物理隔離的政府專網(wǎng)，推行通信優(yōu)先服務(wù)計(jì)劃并利用自由空間光通信（Free Space Optics, FSO）、WiMAX和Wi-Fi等技術(shù)來提高應(yīng)急通信保障能力。

目前，日本已建立起較為完善的防災(zāi)通信網(wǎng)絡(luò)體系，如中央防災(zāi)無線網(wǎng)、防災(zāi)互聯(lián)通信網(wǎng)等。中央防災(zāi)無線網(wǎng)是日本防災(zāi)通信網(wǎng)的骨架網(wǎng)絡(luò)，由固定通信線路、衛(wèi)星通信線路和移動通信線路構(gòu)成。防災(zāi)互聯(lián)通信網(wǎng)可以在現(xiàn)場迅速連通多個防災(zāi)救援機(jī)構(gòu)以交換各種現(xiàn)場救災(zāi)信息，從而有效進(jìn)行指揮調(diào)度和搶險(xiǎn)救災(zāi)。

此外，國際上許多標(biāo)準(zhǔn)化組織（例如ITU-R、ITU-T、ETSI和IETF等）也在積極推進(jìn)應(yīng)急通信標(biāo)準(zhǔn)的研究。ITU-R主要從預(yù)警和減災(zāi)的角度對應(yīng)急通信展開研究，包括利用固定衛(wèi)星、無線電廣播、移動定位等向公眾提供應(yīng)急業(yè)務(wù)、預(yù)警信息和減災(zāi)服務(wù)；ITU-T從開展國際緊急呼叫以及增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)支持能力等方面進(jìn)行研究，主要包括緊急通信業(yè)務(wù)（Emergency Telecommunications Service, ETS）和減災(zāi)通信業(yè)務(wù)（Telecommunication for Disaster Relief, TDR）兩大領(lǐng)域；ETSI主要關(guān)注緊急情況下組織之間以及組織和個人之間的通信需求；IETF對應(yīng)急通信的研究涵蓋通信服務(wù)需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和協(xié)議等多個方面。

我國應(yīng)急通信的發(fā)展大致可以分成3個階段。第一個階段是1998年以前，第二個階段是1998年到2003年，第三個階段是2003年到2008 年。我國在2004年正式啟動應(yīng)急通信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究工作，內(nèi)容涉及應(yīng)急通信綜合體系和標(biāo)準(zhǔn)、公眾通信網(wǎng)支持應(yīng)急通信的要求、緊急特種業(yè)務(wù)呼叫等。與此同時，國內(nèi)許多企業(yè)也在積極研發(fā)應(yīng)急通信相關(guān)產(chǎn)品，如中興的GT800、華為的GOTA和中科院浩瀚迅無線技術(shù)公司的MiWAVE等。

總的來說，當(dāng)前我國的應(yīng)急通信保障方面的研究工作可以歸納為以下幾類：一是充分挖掘現(xiàn)有通信和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的潛能，通過增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)自愈和故障恢復(fù)能力來提升其應(yīng)急通信保障能力；二是針對現(xiàn)有應(yīng)急通信系統(tǒng)缺乏有效的統(tǒng)一調(diào)度和指揮的情況，考慮如何實(shí)現(xiàn)跨部門、跨系統(tǒng)的指揮調(diào)度平臺，使各個專網(wǎng)之間以及專網(wǎng)與公網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通；三是針對一些部門的應(yīng)急通信系統(tǒng)不支持視頻、圖像等寬帶多媒體業(yè)務(wù)的問題，引入寬帶無線接入技術(shù)；四是針對各專用應(yīng)急通信系統(tǒng)缺少統(tǒng)一規(guī)劃和互通標(biāo)準(zhǔn)的情況，啟動應(yīng)急通信相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作；五是研究應(yīng)急通信資源的有效布局和調(diào)配問題，如優(yōu)化通信基站的選址和頻道分配來滿足應(yīng)急區(qū)域的通信覆蓋要求。

近年來，我國應(yīng)急通信研究重點(diǎn)圍繞公眾通信網(wǎng)支持應(yīng)急通信來展開，對于現(xiàn)有的固定和移動通信網(wǎng)，主要研究公眾到政府、政府到公眾的應(yīng)急通信業(yè)務(wù)要求和網(wǎng)絡(luò)能力要求，包括定位、就近接入、電力供應(yīng)、基站協(xié)同、消息源標(biāo)志等，除此之外研究在互聯(lián)網(wǎng)上支持緊急呼叫，包括用戶終端位置上報(bào)、用戶終端位置獲取、路由尋址等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這些研究工作有效推動了國內(nèi)應(yīng)急通信系統(tǒng)和相關(guān)平臺的發(fā)展，增強(qiáng)了各種應(yīng)急突發(fā)情況下的通信保障能力。雖然我國的應(yīng)急通信保障體系建設(shè)有了很大發(fā)展，但是依然存在技術(shù)體制落后、資金投入不足等問題，與應(yīng)急通信的實(shí)際要求還有較大差距。此外，應(yīng)急通信保障的研究工作大都沒有充分關(guān)注和利用無線自組網(wǎng)技術(shù)，也沒有考慮融合多種通信技術(shù)手段來提供全方位、可靠的應(yīng)急通信保障，而是過多強(qiáng)調(diào)發(fā)展集群通信、短波無線通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

3、應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的組成和技術(shù)手段分析

3.1 應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

一般地，應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)會使用現(xiàn)有的固定有線網(wǎng)、蜂窩移動網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等公眾通信網(wǎng)絡(luò)，也會用到集群、衛(wèi)星、短波等專用通信網(wǎng)絡(luò)，廣播、電視、報(bào)紙等公眾傳媒網(wǎng)絡(luò)以及傳感網(wǎng)、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)場監(jiān)控和救援網(wǎng)絡(luò)。專網(wǎng)在應(yīng)急通信中基本用于指揮調(diào)度，而公網(wǎng)一般用于公眾報(bào)警、公眾之間的交流以及政府對公眾的通知等。也就是說，應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)是一種涉及多種通信技術(shù)手段的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成是多樣的和動態(tài)變化的。

因此，設(shè)計(jì)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)很難有一個統(tǒng)一的、完美的體系架構(gòu)，需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行全盤考慮，選擇合理的應(yīng)急通信技術(shù)手段，并進(jìn)行有效整合。一般情況下，首先以應(yīng)急突發(fā)事件后的“殘留”設(shè)施網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，然后根據(jù)需要部署其他網(wǎng)絡(luò)。

我們可以對常見的通信手段進(jìn)行比較。固定有線通信網(wǎng)能夠提供高速和穩(wěn)定的通信信道，通話費(fèi)用較低，適用于大數(shù)據(jù)量的實(shí)時傳輸，但是受到線纜的限制。移動通信支持動中通，靈活方便，更適合應(yīng)急通信需求，但其覆蓋范圍和所能承載的業(yè)務(wù)有限。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信距離遠(yuǎn)，且不受地面條件的限制，能夠快速實(shí)現(xiàn)在地面?zhèn)鬏斒侄螣o法滿足的地點(diǎn)之間的通信。但是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投入大、傳輸速率相對較低、通話費(fèi)用高，僅適用于極端情況下的應(yīng)急通信。數(shù)字集群系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)組呼、單呼、廣播以及短消息和分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，適用于應(yīng)急指揮調(diào)度。此外，隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷普及，其應(yīng)急通信能力逐漸得到人們的認(rèn)可，發(fā)揮著重要作用?；ヂ?lián)網(wǎng)可以提供包括E-mail、即時通信、文件傳輸、流媒體在內(nèi)的多種通信服務(wù)，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、信息傳遞量大、費(fèi)用低廉的優(yōu)點(diǎn)，但是突發(fā)情況下容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象。無線自組網(wǎng)是移動通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融合的產(chǎn)物，具有網(wǎng)絡(luò)自組織和協(xié)同合作特征，非常適合組建應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)來協(xié)調(diào)各類人員展開救援行動和應(yīng)對突發(fā)事件。無線自組網(wǎng)的典型實(shí)例包括Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)、無線傳感網(wǎng)和Mesh網(wǎng)絡(luò)，它們具有鮮明的技術(shù)特色和應(yīng)用領(lǐng)域，在應(yīng)急通信場合均能發(fā)揮重要作用。這些無線自組網(wǎng)技術(shù)的有機(jī)融合必將大大加強(qiáng)應(yīng)急突發(fā)場合下的通信保障能力。

3.2 應(yīng)急通信保障中的技術(shù)選型

應(yīng)急通信技術(shù)并不是獨(dú)立存在的新技術(shù)，而是多種技術(shù)在應(yīng)急方面的應(yīng)用集成，各類技術(shù)通過不同組合滿足不同應(yīng)急通信需求。目前與應(yīng)急通信相關(guān)的技術(shù)和應(yīng)用包括公眾通信網(wǎng)、數(shù)字集群、無線傳感器、Ad Hoc自組織、短波、超短波、微波、視頻會議和視頻監(jiān)控、安全和加密、定位、衛(wèi)星通信、地理信息系統(tǒng)等多個技術(shù)領(lǐng)域。選擇什么樣的技術(shù)手段與緊急突發(fā)事件的性質(zhì)緊密相關(guān)，并且要考慮通信中斷的原因。

通常情況下，通信中斷（或阻塞）的原因主要有以下幾點(diǎn)：（1）通信基礎(chǔ)設(shè)施(如光纜、銅纜、無線基站、交換設(shè)備、機(jī)房)的損壞，使事發(fā)地區(qū)的通信網(wǎng)絡(luò)特別是與外界的主要通信干線被切斷；（2）供電中斷，進(jìn)而導(dǎo)致通信設(shè)施癱瘓；（3）交通中斷，應(yīng)急通信設(shè)備和人員難以進(jìn)入現(xiàn)場；（4）事發(fā)地區(qū)人們的恐慌和其他地區(qū)人們的關(guān)注，即使當(dāng)?shù)赝ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)沒有受到損壞，也會由于出現(xiàn)遠(yuǎn)超過當(dāng)?shù)赝ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)負(fù)荷的呼叫和話務(wù)量而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓，使得緊急的信息難以有效傳遞。

從應(yīng)急突發(fā)事件的實(shí)際情況來看，以上4種情況雖然破壞程度不同，但往往同時發(fā)生，從而不僅使事發(fā)地區(qū)原有的通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓，還使采用應(yīng)急通信手段緊急恢復(fù)通信變得非常困難。其結(jié)果往往是事發(fā)地區(qū)在相當(dāng)長的時間內(nèi)無法恢復(fù)正常通信。因此，在進(jìn)行應(yīng)急通信和災(zāi)害備份通信的設(shè)計(jì)或制定相關(guān)預(yù)案時，必須慎重考慮中繼、電力、交通以及超負(fù)荷業(yè)務(wù)量4個因素的影響。

在長途中繼方面，地面光纜和銅纜優(yōu)勢是容量大、性價比高，但易遭地震、水災(zāi)等自然災(zāi)害的破壞。因此在災(zāi)害情況下，采用微波和衛(wèi)星通信作為中繼電路備份是比較好的選擇，也可以考慮利用無線自組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行多跳中繼。

在電力方面，當(dāng)災(zāi)害導(dǎo)致大規(guī)模停電發(fā)生時，根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來看，很難為所有的無線基站、微波中繼塔提供備份供電；而衛(wèi)星通信由于自成體系，對電力的要求最低，只需事先為相關(guān)衛(wèi)星終端配備一臺小型便攜發(fā)電機(jī)即可。無線自組網(wǎng)可以由多部電臺臨時構(gòu)成，對電力供應(yīng)的要求較低。

在解決交通阻斷對通信的影響方面，一旦災(zāi)害發(fā)生，無論多么輕便靈活的應(yīng)急通信手段（如衛(wèi)星手持終端）也都需要在交通恢復(fù)后才可以運(yùn)進(jìn)災(zāi)區(qū)，為了避免通信的恢復(fù)依賴交通恢復(fù)的尷尬局面，只有在災(zāi)難發(fā)生前未雨綢繆，建立災(zāi)害備份通信系統(tǒng)，才可以在災(zāi)后確保通信不致中斷。

關(guān)于災(zāi)后恐慌引起的網(wǎng)絡(luò)阻塞對關(guān)鍵通信的影響，目前通常采用兩種辦法，一是建立政府部門或企業(yè)專門的應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)，目前多采用數(shù)字集群系統(tǒng)。二是建立政府或企業(yè)的衛(wèi)星災(zāi)害備份通信系統(tǒng)。這是因?yàn)楫?dāng)衛(wèi)星通信作為接入網(wǎng)時，電話或數(shù)據(jù)上星后直接到達(dá)設(shè)在異地或本地與長話局相連的衛(wèi)星通信關(guān)口站，因此可以避開當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)阻塞。無線自組網(wǎng)同樣能夠發(fā)揮傳遞關(guān)鍵通信的作用，且組網(wǎng)快、穩(wěn)定性高。

針對現(xiàn)有的無線通信技術(shù)手段，在用于應(yīng)急通信時應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)區(qū)別對待。短波通信由于其傳播特性存在盲區(qū)，且信道質(zhì)量易受電離層變化影響，因此一般不在近距離應(yīng)急通信中使用。移動通信主要依賴于固定光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在重大突發(fā)公共事件中極易癱瘓，在應(yīng)急通信中只能作為一種備用手段。微波接力通信由于只能進(jìn)行視距傳播，在一些地形比較復(fù)雜的地域很難奏效。衛(wèi)星通信由于不受地形、氣候等條件的限制，在應(yīng)急通信中比較常用，但是衛(wèi)星通信的信道容量有限，加上通信成本比較高，因此不能用于大范圍的緊急救援行動。超短波通信在應(yīng)急通信中應(yīng)用較多，這是因?yàn)槌滩ㄍㄐ诺沫h(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，信道資源豐富，并且超短波通信使用比較方便，其臺站設(shè)備便于攜帶與架設(shè)。在超短波通信中，集群通信是一種使用非常廣泛的手段，這是由于集群通信除了有普通無線電通信的語音功能外，還具備群組呼叫、優(yōu)先分級、快速接續(xù)等功能，適用于指揮調(diào)度通信。

4、結(jié)束語

當(dāng)前，我國應(yīng)急通信保障系統(tǒng)不夠完善，系統(tǒng)缺乏對通信手段的有效集成。有些通信網(wǎng)絡(luò)帶寬較窄，不足以支持視頻、圖像等寬帶多媒體業(yè)務(wù)，并且各專業(yè)部門應(yīng)急通信系統(tǒng)缺少統(tǒng)一規(guī)劃和互通標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)急指揮平臺很難互聯(lián)。我國應(yīng)該結(jié)合國情加快發(fā)展應(yīng)急通信系統(tǒng)，制定相應(yīng)的應(yīng)急通信標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步規(guī)范我國應(yīng)急通信系統(tǒng)的建設(shè)。與此同時，應(yīng)為各類新技術(shù)提供試驗(yàn)、應(yīng)用基地，促進(jìn)新技術(shù)在應(yīng)急通信領(lǐng)域的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化，提高應(yīng)急響應(yīng)能力，為構(gòu)建完善、科學(xué)先進(jìn)的應(yīng)急通信體系提供技術(shù)保障。

需要指出的是，應(yīng)急通信保障不僅僅是技術(shù)層面的問題，而且是一項(xiàng)涉及管理、網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)等多個層面的系統(tǒng)工程，需要解決大量技術(shù)之外的政策、標(biāo)準(zhǔn)、組織、人員等問題。