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1.6 应急通信的国内外发展应用现状

1.6.1 国外应急通信发展动态

长期以来,世界上许多国家高度重视应急通信网络的研究和开发工作,尤其是欧美发达国家和亚洲的日本。这些发达国家的应急通信发展较早,经过了多年的建设和实践的不断检验,采用了很多先进的技术、手段和措施,目前已颇具规模。其中,日本、美国及欧洲的一些国家和地区均建立了较为完善的应急通信体系,在近年的突发事件应对中发挥了突出作用,对我国应急通信的发展具有很高的参考价值。

1.美国应急通信的发展

美国国家应急系统的概念最早是 1967 年提出的,最高指挥当局具有向整个国家范围内的民众提供及时通信和信息的能力。该系统充分利用基本信息传输媒体:AM和FM无线电、广播电视和有线电视。美国从20世纪70年代开始建设最低限度应急通信网,用于确保美国当局应对紧急事件的指挥调度。特别是2001年9·11事件和2005年卡特里娜飓风灾难之后,美国投入巨资建设与因特网物理隔离的政府专网,推行政府应急电信服务(GETS)和无线优先业务(WPS)计划,并利用自由空间光通信(FSO)、微波接入全球互操作(WiMAX)和无线保真(Wi-Fi)等通信新技术来提高应急通信保障能力。

GETS是由美国国家通信系统管理办公室(OMNCS)管理的通信服务,目的是在突发事件、危急灾害或核攻击等事件发生时保障国家安全应急通信的畅通。GETS 提供语音、传真和低速数据服务,通过简单的拨号计划或个人识别号码(PIN)卡识别策略进行认证接入,通过现有的PSTN 通路通信,提供可选路由、优先级服务和其他增强服务等,实现普通PSTN呼叫不能提供的服务,即使在通信拥塞和遭到破坏的条件下,也能基本保证呼叫的实现。“9·11”事件后,美国通信行业总结教训,对基本无线业务进行改进,使得NS/EP 用户的无线呼叫排到优先服务的队列,以完成呼叫,这就是无线优先业务(WPS)。与 GETS 一起,在紧急情况下,WPS 可以大幅度提高“端到端”的呼叫完成率。WiMAX技术覆盖半径大,可把灾区的一些临时性Wi-Fi热点(如救助中心、避难所)进行连接,并在光缆断损时承担回路的作用。此外,美国建立了全球空中指挥所系统,是美军最低限度基本应急通信网的主要组成部分。该系统主要由美国国家应急空中指挥所、遭核攻击后的指挥控制系统、受领任务并开始行动系统三大部分组成,能在美国国家指挥中心和地面通信设备遭到破坏后为美国国家指挥当局提供备份的指挥控制能力。

2.日本应急通信的发展

日本是自然灾害大国,更是地震灾害的重灾国。深受震灾之苦的日本目前已建立起覆盖全国的较为完善的防灾通信网络体系,如中央防灾无线网、防灾互连通信网等,并取得了理想的防灾减灾效果。中央防灾无线网是日本防灾通信网的骨干网络,由固定通信线路、卫星通信线路和移动通信线路构成。为解决出现地震、飓风等大规模灾害的现场通信问题,日本政府专门建成了连接消防厅与都道府县的防灾互连通信网,可以在现场迅速连通警察署、海上保安厅、国土交通厅、消防厅等多个防灾救援机构以交换各种现场救灾信息,以更有效地进行灾害的救援和指挥。例如,2003年日本本州岛发生7级地震,由于之前已经建立了完备的应急通信体系,整个处置过程非常迅速、有序。地震一发生,新干线列车、核电站、炼油厂等全部自动停止运行;地震发生后1~2分,电视画面出现地震消息及相应的视频;10分后,摄像直升机已向首相官邸传送灾区图像;1.5 时后,日本政府召开记者招待会,宣布对地震的判断……日本政府反应极为迅速,应对有效,使得灾害造成的损失较为轻微,充分显示了现代化的应急通信系统在应对突发公共事件过程中所发挥的显著作用。另外,日本信息通信研究院设计开发出了一种多路接入系统,使因基站中断所影响的通话可通过使用其他运营商的基站和相对不繁忙的线路进行传输,以保障应急通信,使重要通信能够畅通,从而减轻自然灾害的损失。值得一提的是,日本NTT公司提供了“l71”灾难应急消息和i-mode 消息板业务,可以有效降低灾害发生时的突发话务高峰。“171”灾难应急消息业务是指灾害发生后,某位受灾者拨打“171”留言,别人再拨打“171”时,只要输入那位受灾者的电话号码,就可以听到相应的留言。

3.欧盟应急通信的发展

欧盟的e-Risk系统是一个基于卫星通信的网络基础架构,为其成员国实现跨国、跨专业、跨警种和高效、及时地处理突发公共事件和自然灾害提供支持服务。该系统于 21 世纪初建成。在重大事故发生后,救援人员常碰到通信系统被破坏、信道严重堵塞等情况,导致救援人员无法与指挥中心和专家小组及时联系。基于这种情况,e-Risk 利用卫星通信和多种通信手段支持对于突发公共事件的管理。考虑到救灾和处理突发紧急事件必须分秒必争,救援单位利用“伽利略”卫星定位技术,结合地面指挥调度系统和地理信息系统,对事故现场进行精确定位,在最短的时间内到达事发现场,开展救援和处置工作。而利用多种通信手段则表现为,应急管理通信系统集成了有线语音系统、无线语音系统、宽带卫星系统、数据网络系统、视频系统等多个系统,配合应急管理和处置调度软件,使指挥中心、相关联动单位、专家小组和现场救援人员快速取得联系,并在短时间内解决问题。

英国政府在应急通信方面的突出工作在于较好解决了突发事件出现时的网络拥塞问题。当出现由突发事件引发的话务高峰时,运营商首先采用“呼叫终止”的方式来平息网络拥塞。“呼叫终止”就是提前“丢弃”一部分打往拥塞地区的电话(不影响紧急呼叫业务),以降低网络的呼入业务量。此外,移动运营商还使用“半速率编码”,通过降低质量来处理更多的呼叫,还对短信进行了延迟传送。为了给重要应急响应部门提供通信保障,英国的移动网有一个特殊的网络管理方案,即接入超载控制(ACCOLC),它对持有SIM 卡的重要人员提供“特权”接入(类似美国的WPS,但当ACCOLC启动时,网络不再受理公众呼叫)。

鉴于当前的应急通信系统往往忽略待援群体的通信需求,而仅关注救援机构这一情况。法国的无国界电信组织提出了采用人道电话系统来支持待援群体的紧急通信,并尽量让待援群体的亲戚朋友了解他们自身的状况和需求,该系统通常借助于卫星通信。加拿大的PACTEC提倡采用HF无线电、无线E-mail和卫星电话来支持偏远地区和应急地区的紧急通信。另外,芬兰和德国等国家都建立了覆盖全国的TETRA数字集群系统。

与此同时,国际上许多标准化组织都在积极从事应急通信相关标准的研究,如ITU-R、ITU-T、ETSI和IETF等。国际电报联盟International Telegraph U nion,ITU提出的“公众保护与救灾(Public Protection and Disaster Relief,PPDR)”通信目标和需求的报告,确定了PPDR无线通信的目标、应用、需求、频谱计算方法、频谱需求及互配解决办法。ITU-R主要从预警和减灾的角度对应急通信展开研究,包括利用固定卫星、无线电广播、移动定位等向公众提供应急业务、预警信息和减灾服务,并能支持语音、数据与图像通信的集成,支持快速呼叫、一按即通的广播和组呼;根据不同的应用和业务,提供相应的通信安全级别。ITU-T 从开展国际紧急呼叫以及增强网络支持能力等方面进行研究,主要包括紧急通信业务(ETS)和减灾通信业务(TDR)两大领域。ETSI主要关注紧急情况下政府/组织之间以及政府/组织和个人之间的通信需求,定义了应急通信领域的四类主要用户需求,包括普通市民到应急部门的通信(紧急呼叫)、应急部门之间的通信(公共安全通信)、应急部门到普通市民的通信(警报系统)和紧急状态下市民之间的通信。IETF 对应急通信的研究涵盖了通信服务需求、网络架构和协议等多个方面。IETF的因特网应急准备工作组致力于描述因特网用于应急通信的要求,并特别强调通过标记分组的方法来实现优先级处理机制,应用包括音视频、即时消息、E-mail、数据库和Web浏览等。

1.6.2 国内应急通信发展概况

我国是世界上自然灾害频发的国家之一,目前在应急通信建设方面远远落后于发达国家,应急通信的建设投资严重不足,应急通信设备数量较少且陈旧。近年来的经验表明,我国通信传输系统承受重大突发事件的冲击能力有限。例如,2008 年5月12 日,四川汶川县境内发生了8级地震,断裂带长达300多千米,使四川、甘肃和陕西3省的20个县损毁严重。据不完全统计,地震中有线交换局受损616个,无线基站受损1.6万多个,传输光缆损毁1万多皮长千米,造成四川重灾区7个县城及众多乡(镇)与外界通信中断。

改革开放后,我国应急通信的发展大致可分成 3 个阶段,第一个阶段是 1998 年以前,第二个阶段是1999年到2003年,第三个阶段是2004年至今。其中有3个标志性的事件:第一个标志性事件是1998年的抗洪和信息产业部的改革;第二个标志性事件是2003年的抗击非典,国务院开始着手制定应急预案并开始配备较为先进的应急通信设备;第三个标志性事件是 2008 年的抗震抢险,从中央到各级政府纷纷下大力气、投入巨资进行应急通信的建设,我国应急通信进入了一个快速发展阶段。在1995 年以前,中国只有“战备”这一名词,随着1998年水灾的发生和2003年非典的出现,才逐步确立了“应急”理念。经历了2008 年年初的雪冻灾害和5·12地震灾害,人们认识到通信、交通、电力中断是制约抗灾救援工作的“三大要素”。另外,我国也从2003年开始正式启动应急通信相关标准的研究,内容涉及应急通信综合体系和标准、公众通信网支持应急通信的要求、紧急特种业务呼叫等。2003年下半年,国务院有关部门开始制定《国家突发公共事件总体应急预案》(简称《预案》)和《我国突发公共事件的应急预案体系框架》,明确提出“坚持预防与应急相结合,常态与非常态相结合,做好应对突发公共事件的各项准备工作”等相关要求。2006 年,国务院编制并发布了《国家通信保障应急预案》和《“十一五”期间国家突发公共事件应急体系建设规划》。2007 年,国务院发布《国家应急平台体系建设技术要求》。与此同时,国内许多企业也在积极研发应急通信相关产品,如华为的 GT800、中兴的 GOTA、中科院瀚迅无线技术公司的MiWAVE、北京信威通信公司研发的McWiLL和国内自主研制的北斗卫星导航系统等。GT800数字集群系统不仅可满足现阶段窄带应急通信应用需求,具备一对一、一对多快速接入功能,还可提供脱网/直接方式工作,可靠安全,同时还提供中高速数据传输功能,满足未来应急通信应用需求。目前,我国拥有的具体应急通信方式有:固定和移动电话、Ku 频段卫星通信车、C频段单边带通信车、一点多址微波通信车、用户无线环路设备、海事卫星,北斗卫星、24路特高频通信车、程控交换车、900M移动电话通信车、自适应短波电台和互联网等。

在相当长的时间内,我国一直没有开展关于应急通信相关标准的研究工作。直到 2004年,我国开始正式在中国通信标准化协会(CCSA)的领导下启动了应急通信相关标准的研究,内容涉及应急通信综合体系和标准体系、公众通信网支持应急通信的要求、紧急特种业务呼叫等。国务院于2006发布《国家通信保障应急预案》,进一步明确了重大通信保障或通信恢复工作的响应程序、组织指挥体系、职责和有关措施,以及时、有效地实施应急救援,最大限度地减少损失,维护人民群众生命财产安全和社会稳定。

《国家通信保障应急预案》明确了国家通信保障应急组织机构及职责,即信息产业部设立国家通信保障应急领导小组,负责领导、组织和协调全国的通信保障和通信恢复应急工作。国家通信保障应急领导小组下设国家通信保障应急工作办公室,负责日常联络和事务处理工作。各级电信主管部门应加强对各基础电信运营企业网络安全防护工作和应急处置准备工作的监督检查,保障通信网络的安全畅通。各级电信主管部门通信保障应急管理机构及基础电信运营企业都要建立相应的预警监测机制,加强通信保障预警信息的监测和收集工作。

当前,我国应急通信保障系统不够完善,缺乏能够跨部门、跨系统的统一调度指挥网络平台,各个专网之间以及专网与公众网之间无法有效地实现互连互通。许多部门的应急通信系统技术手段单一,有些通信系统带宽过窄,不足以支持视频图像等宽带多媒体业务,并且各专业部门应急通信系统缺少统一规划和互通标准,致使应急指挥平台很难互连,部门联动效率低下。为了提高蜂窝移动网络的容量,希望基站越多越好;但是基站越多,网络就越复杂,基站之间的干扰也更严重。因此,组建一个大规模的移动网络在技术上往往是困难和复杂的。

目前我国城市应急联动系统大抵可分为下述几种典型模式:①南宁模式(统一接警、统一处警、资源共享、联合行动);②北京模式(统一接警、分布处警);③上海模式(分布接警、分布处警、大警协同、资源共享);④成都模式(统一接警、分布处警、大警协同、资源共享);⑤潍坊模式(物理分散、逻辑集中、平战结合、应急响应、天地一体、安全可靠、高效快捷、共赢合作、联动运行)。各种模式均根据当地实际情况而构建,各有利弊,可作为积极推进应用的起点,之后应加速探索创新与累积经验,为进一步协同、融合及全国标准化奠定基础。

当前国内的应急通信系统主要依托于现有的通信基础设施(公众通信网络和公众传媒网络)并适时部署应急通信车以及利用专用卫星网络、短波网络和集群通信网络。由于集群通信具有快速呼叫建立的特点,并支持组呼、广播呼叫以及各种补充业务,目前在应急通信中应用得较多,但是覆盖范围和通信容量较小。卫星通信健壮性强、覆盖范围广、灵活机动,但是通信容量有限,使用成本高。因此,现阶段包括集群通信系统在内的通信组织方式不能满足为较大地理范围的受灾地区提供快速、灵活、可靠的通信服务保障的要求。此外,与发达国家相比,我国的应急通信技术手段也相对滞后。

总而言之,国内应急通信保障方面的研究工作可以归纳为以下几类:一是充分挖掘现有通信和网络基础设施(包括电信网、蜂窝网和互联网等)的潜能,通过增强网络自愈和故障恢复能力来提升其应急通信保障能力;二是针对现有应急通信系统缺乏有效的统一调度和指挥,考虑如何实现跨部门、跨系统的统一指挥调度平台,使各个专网之间以及专网与公网之间实现有效互连互通,中兴的GT800就属于此类产品;三是针对一些部门的应急通信系统带宽过窄,不足以支持视频图像等宽带多媒体业务的问题,考虑采用各种宽带无线接入技术(如WiMAX)来支持业务的高速率传输;四是针对各专用应急通信系统缺少统一规划和互通标准,着手启动应急通信相关标准的制定;五是研究应急通信资源的有效布局和调配问题,如优化通信基站的选址和频道分配来满足应急区域的通信覆盖要求。

近年来,我国应急通信研究重点围绕公众电信网支持应急通信展开工作,对于现有的固定和移动通信网,主要研究公众到政府/机构、政府/机构到公众的应急通信的应急通信业务要求和网络能力要求,包括定位、就近接入、电力供应、基站协同、消息源标识以及紧急特种业务呼叫的路由、紧急业务的定位等;另外也考虑在互联网上如何支持紧急呼叫,包括用户终端位置上报、用户终端位置获取、路由寻址等关键问题。上述研究工作有效地推动了国内应急通信系统和相关平台的建设和发展,增强了各种应急突发情况下的通信保障能力。不难发现,有关应急通信保障的研究工作大都没有充分关注和利用已在通信领域崭露头角的无线自组网技术,也没有考虑融合多种通信技术手段提供全方位、可靠的应急通信保障,而是过多强调发展集群通信、无线短波通信和卫星通信系统。

1.6.3 应急通信发展趋势

近年来,在自然灾害频发、技术发展和政府推动下,应急通信技术的发展趋势如下:

(1)新型的宽带卫星通信系统取代旧的窄带系统,为应急通信提供覆盖更广、带宽更宽、技术体制更新、可扩展能力更强的卫星通信系统,构成有线传输的有力备份。

(2)公众通信网的应急支撑能力进一步提高。在公网建设中,通过多路由、双节点(节点也称结点)、建设标准(选址、加固等)提高等来增强公网在突发事件中的生存能力;改造公网,实行应急呼叫优先服务,在网络拥塞时优先保障重要信息的传输。

(3)应急通信机动装备向便携化、小型化、本土化方向发展。近年来,微波终端、卫星天线越来越小,卫星通信终端的体积甚至已接近手机大小,带来了极大的便利;而装备本土化,不仅是市场的需要,更是国家安全的需要。

(4)新技术广泛应用于应急通信。利用 3G 通信技术,实现现场移动通信信号的快速覆盖;利用空间通信技术,实现搭载基站,如热气球、氦气球等;广泛利用云计算、包括WSN技术在内的无线自组织网络技术等:这些将促进应急通信保障发展到一个新的更高的阶段。

(5)标准化工作不断推进。国际上各大标准组织,如ITU、IETF、ETSI和3GPP等,均开展了应急通信相关技术与标准的研究。2009年5月,中国通信标准化协会已经成立了相关任务组,多家机构、企业、高校加入该项工作。通过标准化工作,能够将应急通信资源进行整合,推动整个应急通信产业的良性、健康发展。 oGYB6B6vNqlEakikEg8JkUY1VCXN+JhzKy9sfQJsyVbOKmHJ86zd1BNKmyy9Ao0J

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