1、應急通信概述
在突如其來的大型自然災害和公共突發(fā)事件面前，常規(guī)的通信手段往往無法滿足通信需求。應急通信正是為應對自然或人為緊急情況而提供的特殊通信機制，在公眾通信網(wǎng)設施遭受破壞、性能降低、話務量突增的情況下，采用非常規(guī)的、多種通信手段組合的方式來恢復通信能力。由此可見，應急通信具有時間和地點不確定性、通信需求不可預測性、業(yè)務緊急性、網(wǎng)絡構(gòu)建快速性和過程短暫性等特點。應急通信為各類緊急情況提供及時有效的通信保障，是綜合應急保障體系的重要組成部分，更是搶險救災的生命線。
應急通信與社會、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)的延伸和補充。第二，應急通信既包括應急通信技術(shù)手段，也包括應急組織管理方式，是技術(shù)和組織管理的統(tǒng)一。從任務內(nèi)容角度來看，應急通信系統(tǒng)承擔兩類任務，一是平時為公眾通信網(wǎng)提供補充服務;二是為突發(fā)事件提供通信保障。從任務的性質(zhì)來分，應急通信可以分為應急服務和應急保障。應急服務主要是指為重大活動提供通信支撐，而應急保障主要是為重大通信事故、突發(fā)事件和自然災害事件提供通信保障。
2 應急通信的發(fā)展現(xiàn)狀
在國際上，許多國家非常重視應急通信網(wǎng)絡的研究和開發(fā)工作，特別是歐美發(fā)達國家和亞洲的日本。美國從20世紀70年代開始建設應急通信網(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)先服務計劃并利用自由空間光通信(Free Space Optics, FSO)、WiMAX和Wi-Fi等技術(shù)來提高應急通信保障能力。
目前，日本已建立起較為完善的防災通信網(wǎng)絡體系，如中央防災無線網(wǎng)、防災互聯(lián)通信網(wǎng)等。中央防災無線網(wǎng)是日本防災通信網(wǎng)的骨架網(wǎng)絡，由固定通信線路、衛(wèi)星通信線路和移動通信線路構(gòu)成。防災互聯(lián)通信網(wǎng)可以在現(xiàn)場迅速連通多個防災救援機構(gòu)以交換各種現(xiàn)場救災信息，從而有效進行指揮調(diào)度和搶險救災。
此外，國際上許多標準化組織(例如ITU-R、ITU-T、ETSI和IETF等)也在積極推進應急通信標準的研究。ITU-R主要從預警和減災的角度對應急通信展開研究，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急業(yè)務、預警信息和減災服務;ITU-T從開展國際緊急呼叫以及增強網(wǎng)絡支持能力等方面進行研究，主要包括緊急通信業(yè)務(Emergency Telecommunications Service, ETS)和減災通信業(yè)務(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對應急通信的研究涵蓋通信服務需求、網(wǎng)絡架構(gòu)和協(xié)議等多個方面。
我國應急通信的發(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年正式啟動應急通信相關(guān)標準的研究工作，內(nèi)容涉及應急通信綜合體系和標準、公眾通信網(wǎng)支持應急通信的要求、緊急特種業(yè)務呼叫等。與此同時，國內(nèi)許多企業(yè)也在積極研發(fā)應急通信相關(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，當前我國的應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)絡基礎設施的潛能，通過增強網(wǎng)絡自愈和故障恢復能力來提升其應急通信保障能力;二是針對現(xiàn)有應急通信系統(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)之間實現(xiàn)互聯(lián)互通;三是針對一些部門的應急通信系統(tǒng)不支持視頻、圖像等寬帶多媒體業(yè)務的問題，引入寬帶無線接入技術(shù);四是針對各專用應急通信系統(tǒng)缺少統(tǒng)一規(guī)劃和互通標準的情況，啟動應急通信相關(guān)標準的制定工作;五是研究應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急區(qū)域的通信覆蓋要求。
近年來，我國應急通信研究重點圍繞公眾通信網(wǎng)支持應急通信來展開，對于現(xiàn)有的固定和移動通信網(wǎng)，主要研究公眾到政府、政府到公眾的應急通信業(yè)務要求和網(wǎng)絡能力要求，包括定位、就近接入、電力供應、基站協(xié)同、消息源標志等，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、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)應急通信系統(tǒng)和相關(guān)平臺的發(fā)展，增強了各種應急突發(fā)情況下的通信保障能力。雖然我國的應急通信保障體系建設有了很大發(fā)展，但是依然存在技術(shù)體制落后、資金投入不足等問題，與應急通信的實際要求還有較大差距。此外，應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、可靠的應急通信保障，而是過多強調(diào)發(fā)展集群通信、短波無線通信和衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
3、應急通信網(wǎng)絡的組成和技術(shù)手段分析
3.1 應急通信網(wǎng)絡的構(gòu)成
一般地，應急通信網(wǎng)絡會使用現(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，也會用到集群、衛(wèi)星、短波等專用通信網(wǎng)絡，廣播、電視、報紙等公眾傳媒網(wǎng)絡以及傳感網(wǎng)、Ad Hoc網(wǎng)絡等現(xiàn)場監(jiān)控和救援網(wǎng)絡。專網(wǎng)在應急通信中基本用于指揮調(diào)度，而公網(wǎng)一般用于公眾報警、公眾之間的交流以及政府對公眾的通知等。也就是說，應急通信網(wǎng)絡是一種涉及多種通信技術(shù)手段的異構(gòu)網(wǎng)絡，其網(wǎng)絡構(gòu)成是多樣的和動態(tài)變化的。
因此，設計應急通信網(wǎng)絡很難有一個統(tǒng)一的、完美的體系架構(gòu)，需要根據(jù)實際需求進行全盤考慮，選擇合理的應急通信技術(shù)手段，并進行有效整合。一般情況下，首先以應急突發(fā)事件后的“殘留”設施網(wǎng)絡為基礎，然后根據(jù)需要部署其他網(wǎng)絡。
我們可以對常見的通信手段進行比較。固定有線通信網(wǎng)能夠提供高速和穩(wěn)定的通信信道，通話費用較低，適用于大數(shù)據(jù)量的實時傳輸，但是受到線纜的限制。移動通信支持動中通，靈活方便，更適合應急通信需求，但其覆蓋范圍和所能承載的業(yè)務有限。衛(wèi)星網(wǎng)絡通信距離遠，且不受地面條件的限制，能夠快速實現(xiàn)在地面?zhèn)鬏斒侄螣o法滿足的地點之間的通信。但是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡建設投入大、傳輸速率相對較低、通話費用高，僅適用于極端情況下的應急通信。數(shù)字集群系統(tǒng)可以實現(xiàn)組呼、單呼、廣播以及短消息和分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，適用于應急指揮調(diào)度。此外，隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷普及，其應急通信能力逐漸得到人們的認可，發(fā)揮著重要作用。互聯(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，具有網(wǎng)絡覆蓋范圍廣、信息傳遞量大、費用低廉的優(yōu)點，但是突發(fā)情況下容易出現(xiàn)網(wǎng)絡擁塞現(xiàn)象。無線自組網(wǎng)是移動通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡技術(shù)融合的產(chǎn)物，具有網(wǎng)絡自組織和協(xié)同合作特征，非常適合組建應急通信網(wǎng)絡來協(xié)調(diào)各類人員展開救援行動和應對突發(fā)事件。無線自組網(wǎng)的典型實例包括Ad Hoc網(wǎng)絡、無線傳感網(wǎng)和Mesh網(wǎng)絡，它們具有鮮明的技術(shù)特色和應用領(lǐng)域，在應急通信場合均能發(fā)揮重要作用。這些無線自組網(wǎng)技術(shù)的有機融合必將大大加強應急突發(fā)場合下的通信保障能力。
3.2 應急通信保障中的技術(shù)選型
應急通信技術(shù)并不是獨立存在的新技術(shù)，而是多種技術(shù)在應急方面的應用集成，各類技術(shù)通過不同組合滿足不同應急通信需求。目前與應急通信相關(guān)的技術(shù)和應用包括公眾通信網(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：(1)通信基礎設施(如光纜、銅纜、無線基站、交換設備、機房)的損壞，使事發(fā)地區(qū)的通信網(wǎng)絡特別是與外界的主要通信干線被切斷;(2)供電中斷，進而導致通信設施癱瘓;(3)交通中斷，應急通信設備和人員難以進入現(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?shù)赝ㄐ啪W(wǎng)絡沒有受到損壞，也會由于出現(xiàn)遠超過當?shù)赝ㄐ啪W(wǎng)絡設計負荷的呼叫和話務量而導致網(wǎng)絡癱瘓，使得緊急的信息難以有效傳遞。
從應急突發(fā)事件的實際情況來看，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)絡癱瘓，還使采用應急通信手段緊急恢復通信變得非常困難。其結(jié)果往往是事發(fā)地區(qū)在相當長的時間內(nèi)無法恢復正常通信。因此，在進行應急通信和災害備份通信的設計或制定相關(guān)預案時，必須慎重考慮中繼、電力、交通以及超負荷業(yè)務量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、水災等自然災害的破壞。因此在災害情況下，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)進行多跳中繼。
在電力方面，當災害導致大規(guī)模停電發(fā)生時，根據(jù)國內(nèi)外的實際經(jīng)驗來看，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，對電力供應的要求較低。
在解決交通阻斷對通信的影響方面，一旦災害發(fā)生，無論多么輕便靈活的應急通信手段(如衛(wèi)星手持終端)也都需要在交通恢復后才可以運進災區(qū)，為了避免通信的恢復依賴交通恢復的尷尬局面，只有在災難發(fā)生前未雨綢繆，建立災害備份通信系統(tǒng)，才可以在災后確保通信不致中斷。
關(guān)于災后恐慌引起的網(wǎng)絡阻塞對關(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)星災害備份通信系統(tǒng)。這是因為當衛(wèi)星通信作為接入網(wǎng)時，電話或數(shù)據(jù)上星后直接到達設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?shù)鼐W(wǎng)絡阻塞。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，在用于應急通信時應根據(jù)其特點區(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急通信中使用。移動通信主要依賴于固定光纖網(wǎng)絡系統(tǒng)，在重大突發(fā)公共事件中極易癱瘓，在應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行視距傳播，在一些地形比較復雜的地域很難奏效。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。超短波通信在應急通信中應用較多，這是因為超短波通信的環(huán)境適應性強，信道資源豐富，并且超短波通信使用比較方便，其臺站設備便于攜帶與架設。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
當前，我國應急通信保障系統(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)絡帶寬較窄，不足以支持視頻、圖像等寬帶多媒體業(yè)務，并且各專業(yè)部門應急通信系統(tǒng)缺少統(tǒng)一規(guī)劃和互通標準，應急指揮平臺很難互聯(lián)。我國應該結(jié)合國情加快發(fā)展應急通信系統(tǒng)，制定相應的應急通信標準，進一步規(guī)范我國應急通信系統(tǒng)的建設。與此同時，應為各類新技術(shù)提供試驗、應用基地，促進新技術(shù)在應急通信領(lǐng)域的應用和產(chǎn)業(yè)化，提高應急響應能力，為構(gòu)建完善、科學先進的應急通信體系提供技術(shù)保障。
需要指出的是，應急通信保障不僅僅是技術(shù)層面的問題，而且是一項涉及管理、網(wǎng)絡和技術(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、標準、組織、人員等問題。
