利用VSAT技術為突發公共事件構建遠程通信指揮系統

李德亮 馬偉光

利用VSAT技術為突發公共事件構建遠程通信指揮系統

李德亮 馬偉光

針對近年來世界范圍內日益頻繁發生的突發公共事件，利用VSAT技術構建遠程通信指揮系統，以應對基礎通信設施遭到破壞時，能夠保持國家指揮中心與各省級消防指揮中心、救災現場通信鏈路的暢通無阻，從而實現對各省消防資源的快速準確調度，為救災贏得寶貴時間。

依據《國家突發公共事件總體應急預案》，將突發公共事件分為自然災害、事故災難、公共衛生事件、社會安全事件四類。縱觀近年來世界范圍內的突發公共事件有大規模上升趨勢，僅今年就有海地地震、中國山西王家嶺煤礦透水事故、中國青海玉樹地震以及冰島火山噴發等。突發公共事件的頻繁發生對國家的應急救援、搶險救災的通信保障能力提出了更高的要求。

依據現行的GB 50313-2000《消防通信指揮系統設計規范》，對城市消防通信指揮系統和省消防通信指揮系統進行了規范、給與了指導性意見，但是并沒有對突發公共事件的應急通信保障工作進行規范。實際上，在突發公共事件發生時，通常是要全國范圍內組織人力、物力進行應急救援，而不僅僅局限于一個省或一個城市，另外常常也會伴隨著基礎通信設施嚴重破壞、傳統的通信網絡無法使用（比如地震時），此時為突發公共事件構建遠程通信指揮系統就顯得尤為重要。指揮中心與救災現場通信鏈路的暢通無阻，為遠方指揮部準確評估災情、集中全國力量、合理調度資源、提高救援速度的提供了技術保障。

筆者通過對各類衛星通信指揮系統的檢驗實踐以及各類技術標準和資料的分析出發，總結出在基礎通信網絡受到破壞時，如何利用VSAT技術為突發公共事件構建大范圍的遠程通信指揮系統。

常態下的通信與我國消防通信現狀

日常的通信管理中，一般使用常規通信手段，包括有線網絡、無線公網（電信部門提供的2G、3G網絡）、政府部門無線專網（350M、800M專網等）。這些通信手段必須依靠地面有線網絡（光纖線路）、無線基站、機房等基礎設施，必須有可靠的電力保障，而且這些通信線路都有容量限制。

當前，消防現場指揮中心的信息主要靠350MHz專用電臺和移動電話傳輸，它沿用至今，為消防領域的作戰指揮做出了不可磨滅的貢獻，但是也不可否認，350MHz無線通信系統也有弊端，在極端情況下，基站不能正常工作，較易出現通信盲點、通信障礙乃至癱瘓，使各級指戰員在災害事故現場處理緊急情況時容易貽誤戰機，給國家和人民生命財產造成巨大的傷亡和損失。

VSAT衛星通信概述

VSAT技術的特點

VSAT(Very Small Aperture Terminal)指的是衛星地球站天線口徑很小的終端。VSAT地球站之間通過通信衛星上轉發器的中轉直接通信，傳輸延遲一般小于0.3s。在衛星覆蓋的1/3地球表面區域內，任何兩個或多個衛星地球站之間，不管距離遠近，通信效果都是相同的，不易受地理環境、天氣條件的限制，不需要其它地面設施。移動地球站機動靈活，普通天線系統對星時間小于5min。通過終端設備的轉接，一條衛星鏈路可以同時傳輸多路語音、數據和圖像信息。采用Ku波段時，頻率很高，不易受到其它電磁波的干擾。

國內外電視圖像現場直播，都采用VSAT衛星通信技術。VSAT衛星通信技術，日益成為軍隊、警方和機動通信等領域應急通信的首選技術。

VSAT衛星通信網的優點

衛星通信技術相比傳統的通信技術具有以下優點：

1) 高可靠性。衛星在離地球36500公里外運行，不受地球所發生的災害影響。而地面網絡的諸多環節中的任一環節都有可能引起通訊中斷；

2) 覆蓋范圍廣。可實現多址通信和信道的按需分配，通信靈活機動；

3) 組網簡單，速度快。最簡單的網絡只需一對衛星小站即可開通；衛星可在數分鐘內“一鍵開通”通信鏈路；

4) 通信容量大。衛星通信一般使用1-10GHz的微波波段，有很高的帶寬，可傳輸多路視頻和大容量的電話。一般小站下行可以達到40MBPS，上行可達到6-8+MBPS；

5) 可以和其他網絡有效融合。其他網絡可在衛星鏈路的基礎上快速組網；

6) 擴容容易。可無級不間斷擴容，大部分衛星通信系統甚至可以按需分配帶寬；

7) 安全性好。衛星頻段經過協調，衛星傳輸的干擾很小。而集群和其他無線手段，除移動電話外，基本使用公用頻段，安全和干擾問題隱患大；即使使用專用頻段也比較容易被截聽。

利用VSAT技術為突發公共事件構建遠程通信指揮系統

功能要求

參照國家標準《消防通信指揮系統設計規范》中對城市消防通信指揮系統和省消防通信指揮系統的規范要求，對突發公共事件遠程構建遠程通信指揮系統具體功能要求如下：

1) 利用系統資源，指揮中心能與全國各省、自治區、直轄市現有的常態下消防通信指揮系統互聯，可以對各省、自治區、直轄市的消防實力調度。

2) 在突發公共事件的事故現場不經過常態下的通信網絡，借助衛星通信技術可以將事故現場的災害情況、救助情況準確地反饋給指揮中心。

3) 指揮中心與事故現場可以進行話音通信、數據通信和圖像通信。

4) 利用系統資源，對全國各省、自治區、直轄市的消防信息進行采集、存儲、檢索、處理、顯示、傳輸、分析。

5) 利用系統資源進行消防指揮培訓。

從上述功能要求看出，通信指揮系統是災害事故現場與外界進行信息交換的樞紐，也為遠方指揮中心綜合各種信息進行決策和資源部署提供了科學依據。由于突發公共事件的災害事故現場情況復雜，往往需要在全國范圍內調集人力、物力資源，因此性能優良的通信網絡是成功進行應急救援的基本保證，而VSAT技術通過使用衛星通信技術，使得在傳統的通信網絡無法使用時，仍能有暢通的通信保障。

系統中針對用戶的三級星型網絡結構

圖1 系統用戶三級星型網絡結構圖

系統用戶網絡結構如圖1所示。

1) 系統總指揮員、全國指揮中心

該級別的用戶擁有最高權限，指揮調度員利用國家指揮中心的調度平臺實現資源調度，權限分配；針對用戶提出的通信要求，分配通信權限，進行分組控制和范圍可控的視音頻會議；終端用戶加入申請批準、解除在網，終端用戶遙斃、解斃等控制。

圖2 系統中邏輯結構圖

系統管理員可以實現對整個系統的維護、升級、科目設置與取消等。

2) 省級消防通信指揮中心及指揮員、事故災害現場指揮員

該級別的人員享有控制本系統的權限，省級消防通信指揮中心指揮員聽從系統總指揮員的指揮，對本省范圍內消防資源進行調度；實時地將本省消防資源的分配情況反饋給總指揮部。

事故災害現場指揮員則屬于特殊的二級人員，其人員構成可為移動二級調度指揮員，也可為突發公共事件發生地所在省的二級調度指揮員，其職責主要是執行國家指揮中心總指揮員下達的各項救災命令；將事故災害現場的情況實時地反饋給指揮部，為遠方指揮部準確評估災情、集中全國力量、合理調度資源、提高救援速度的提供保障。

3) 各省三級調度指揮人員、各省戰勤保障體系指揮中心、處置緊急情況的一線戰斗人員

該級的調度指揮員享有調度指揮本場所人員、物資等的權限；實時地將本場所的人員、物資等情況反饋給省指揮中心；聽從省級消防指揮中心指揮員的調度。

VSAT技術在突發公共事件遠程通信指揮系統中的應用

利用VSAT技術構建的突發公共事件遠程通信指揮系統的主要性能應符合下列要求：

1) 系統的通信網應相對獨立、保持暢通，并應具備自檢或巡檢能力；

2) 系統應具備為跨區域聯合作戰提供輔助決策指揮的能力；

3) 系統應具備共享性和可擴展性。

圖2為VSAT在突發公共事件遠程通信指揮系統中的邏輯結構圖。從圖2中可以看出，突發公共事件遠程通信指揮系統的指揮中心、應急現場以及各省級消防指揮中心之間是通過通信衛星的中轉進行通信，傳輸延遲一般應小于0.3s。

該通信指揮系統是由主站（也稱指揮中心）、VSAT小站（應急現場及各省級消防指揮中心）和衛星轉發器組成。

1) 主站。主站是VSAT通信網的核心，通常使用大口徑天線，直徑為3～8m(Ku頻段)或7～13m(C頻段)，主站發射功率通常為數百瓦，并配備網絡監控設備對全網進行監測、控制、管理與維護，還配備收發通信設備和數據接口設備。主站通常與主計算機放在一起，通過其他線路與主計算機連接。由于主站關系到整個VSAT網的運行，所以它通常配有備用設備。為了便于重新組合，主站一般都采用模塊結構，設備之間以高速局域網進行互聯。

表1 系統主要構成部件及其功能

2) 小站。VSAT小站由小口徑天線、室外單元（ODU）和室內單元（IDU）三部分組成。室外單元主要包括功率放大器、低噪聲放大器、上/下變頻器和相應的監測電路等，并把它們組裝在一起作為一個部件，配置在天線附近。室內單元主要包括調制解調器和數據接口設備。室內單元與室外單元通過銅軸電纜連接。

3) 衛星轉發器。它一般由采用工作與C或Ku波段的同步衛星透明轉發器組成。在第一代VSAT衛星通信網主要采用C波段轉發器，從第二代VSAT衛星通信網開始，以采用Ku波段為主。具體采用何種波段不僅取決于VSAT衛星通信設備本身，還取決于是否有可用的星上資源，即是否有Ku波段轉發器可用，如果沒有，那么只能采用C波段。

具體來說，一個完整的VSAT通信網，應該包含：自動定位天線、功率放大器、低噪聲放大器、上/下變頻器、網絡控制終端、MODEM以及密碼器、復用器、控制系統等。如表1所示。

此外，局域網計算機上需要傳輸的數據也要先經過TCP/IP協議棧的處理才能被復用器所用。為了提高視頻、音頻數據的安全性、可靠性，還應能通過常規通信線路傳輸，系統中應該預留下豐富的轉換和控制接口。

結束語

VSAT衛星通信系統功能強大，不易受地理環境、天氣條件的限制，不需要常規的地面通信設施、機動靈活，為處置突發公共事件、嚴重自然災害應急救援提供了可靠的通信保障。隨著它在應急救援、消防領域的廣泛應用，將更有利于消防部隊的救援指揮由經驗型向科學型轉變、單人指揮向集體討論共同決策轉變，也更有利于快速高效地調配全國的消防資源，為應急救援爭取時間，相信VSAT衛星通系統在應急救援領域的廣泛應用，將對消防事業產生更加巨大的影響和促進作用。

作者單位：李德亮，公安部上海消防研究所；馬偉光，國家消防裝備質量監督檢驗中心