基于4G的公安消防跨區域多媒體指揮調度系統

【摘要】隨著公安消防部隊信息化建設的快速發展，以往的通信手段已經不能滿足公安消防部隊的作業要求。面對日益復雜的消防作業環境，迫切需要更新技術手段的通信系統來提升消防部隊的作業水平。該通信系統必須擁有跨區域、高效率、大融合等特點，能夠助力消防部隊綜合運用多種通信設備，在同一時間不同地域及時建立起語音、視頻、數據、位置等信息的實時傳輸通道。只有切實保障消防指揮通信的實時性和準確性才能進一步提高消防作業的效率。基于這個目的，來闡述消防行業多元化一體作戰的技術可能。

【關鍵詞】集群調度；語音集群；定位業務；視頻傳輸

1.引言

隨著現代科學化技術的發展，加強消防部隊信息化建設是消防工作適應形勢發展的需要，也是加快消防現代化建設的重要措施。以往消防部隊主要利用無線常規網、無線集群網、無線數據網進行城市消防管區覆蓋網、火場指揮網、滅火戰斗網三級消防無線語音協同作戰。

目前其建設網絡范圍和手持終端的數量無法滿足部隊在執行多項緊急任務時圖像、語音、數據等信息的實時傳輸要求。充分利用當前最先進4G公共移動網絡，建設無線寬帶多媒體通信系統，完成圖像、語音、數據等多媒體綜合調度，有效解決以往350M、短波通信、衛星通信等帶來的通信信號覆蓋范圍有限、數據傳輸量小、不穩定等缺點，實現跨區域協同調度。

2.消防部隊通信裝備現狀

2.1 350M無線通信

350M無線通信采用的是警用通信的專用頻段，也是消防部隊最常用的一種通信方式。它采用分米級的電磁波進行通信。但由于它采用的是直射波傳播，傳播距離不僅受視距的限制，還要受高山和高大建筑物的影響。目前，消防部隊不得不通過建設中轉基站、消防站基地臺，配備350M車載電臺和手持電臺，才能建成覆蓋城市管區的350M無線通信網絡。

2.2 短波通信

100-10m（1.6-30MHZ）的無線電波被稱為短波。短波通信利用大氣層中電離層的反射實現幾公里的遠程通信。短波通信的顯著特點是抗毀能力強，不受災情影響，具備較強的抗毀能力。而且，短波通信具有設備簡單、建站速度快、機動性強的優點。在實際應用中通過車載臺、單兵背負臺幾小時就能搭建好一套系統，實現各應急救援現場之間和后方指揮部之間的通信聯絡。

但是短波通信也存在自身的不足：一是可供使用的頻段窄，通信容量小；二是信道差；三是大氣和工業無線電噪聲干擾嚴重，無線電噪聲干擾在短波頻段的平均強度很高，影響通信質量。因此，這些特性決定了短波通信只能作為一種輔助通信手段，比如在重特大災害事故，特別是跨區域、長距離、大范圍特大災害造成基礎通信、電力等設施損毀、中斷的情況下，在現場快速建立臨時指揮調度通信網絡。

2.3 衛星通信

衛星通信系統是一種微波通信，它以衛星作為中繼站轉發微波信號，實現在多個地面之間的通信。衛星通信系統通信業務可分為固定衛星系統和移動通信系統。目前，消防部隊常用的應急衛星通信手段有兩種，一是商用衛星系統提供的通信終端，銥星衛星電話、海事衛星電話等；二是消防部隊利用通信衛星資源組建的衛星通信網。

衛星通信覆蓋廣但成本高，且使用復雜。

以往的消防部隊指揮作戰手段普遍功能單一、設備復雜。在完成基本語音調度的任務上沒有大礙，但是涉及到大數據、寬帶傳輸等則捉襟見肘。隨著移動通信技術進入到4G時代，高帶寬、高清晰視頻、高質量語音等多媒體指揮調度系統的出現成為可能。

3.基于4G網絡的跨區域多媒體指揮調度系統

3.1 系統簡介

4G寬帶多媒體集群系統的出現這標志著專業通信技術已經演進到了“寬帶多媒體”時代。4G寬帶多媒體集群系統將提供基于寬帶的“視頻、語音、數據”通信業務，通過該平臺的多種接入技術融合多種通信網絡，將解決消防部隊作業通信中設備種類眾多、通信制式復雜的難題，并能滿足新形勢下消防跨區域指揮調度的要求。

以“某品牌4G寬帶多媒體集群系統”為例，該系統由基于NGN的調度服務器、存儲服務器、視頻服務器、GPS信息服務器、調度臺等功能模塊構成；該系統基本業務功能為視頻調度、語音調度、終端位置管理（GPS）和信息推送。

3.2 系統的組網方案

3.3.2 視頻業務

系統支持視頻功能。系統可將手持終端的實時監控視頻通過經由4G網絡傳輸回指揮調度中心。在調度臺上，可對遠程視頻進行監控。

（1）視頻編碼：支持MPEG4、H263、H263+、H264編碼技術。

（2）視頻輪循：支持多路視頻同步輪循和本地輪循，并可設置輪循視頻路數以及間隔時間。

（3）分屏顯示：支持視頻和數據分屏顯示，提供多種窗口布局，可手動調整或窗口自適應，能夠實現焦點突出、全屏放大、多路分屏等生動的布局效果。

3.3.3 非實時視頻

手持終端、車載臺都可以進行本地存儲視頻，手持終端支持拍照錄像功能，視頻也可以實時上傳或本地存儲。

3.3.4 實時視頻

3.3.5 視頻會議

此業務包含即時會議、邀請會議、預約會議等多種形式，與會者可以通過臨時組建會議組的方式進入會議平臺，支持應用程序共享、文檔共享、影音播放、文件傳輸、協同瀏覽等，為行業內部、行業與伙伴之間溝通提供多種通信手段。利用3G網絡開展視頻會議業務，使得與會者不受地域限制。

3.3.6 終端位置管理業務

當發起該業務時，終端接收衛星定位信號，實時上傳至GPS服務器保存，調度臺通過查詢服務器上GPS數據，通過實時數據處理，實現終端的實時定位、移動速度測定、電子圍欄等業務功能。

3.3.7 信息推送業務

指揮中心可以通過調度臺給被調度用戶發送文字消息，使用該功能調度員可以快速發布作業計劃，且終端用戶可以隨時進行調閱。在強噪音干擾環境等不方便語音通信場合，文字指令調度可以作為語音的很好替代調度手段指揮中心可以通過調度臺給被調度用戶發送文字消息，使用該功能調度員可以快速發布作業計劃，且終端用戶可以隨時進行調閱。在強噪音干擾環境等不方便語音通信場合，文字指令調度可以作為語音的很好替代調度手段。

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4.相關技術論證

4.1 無線網絡視頻傳輸QoS的概念

移動通信是目前發展最快的通信系統之一，因其具有獨有的靈活性和隨意性而能滿足人們的實際需要。IP分組網和無線網的多媒體業務將是未來的主流，傳送有一定的QoS（服務質量）保證的實時視頻流是多媒體應用的主要內容。移動通信系統的共同點是誤碼率較高，因此在無線通信系統開展視頻業務要求視頻編解碼和傳輸系統能夠克服信道的較高誤碼比、包丟失以提供QoS保證。

傳統電信網絡的建立是先有業務后有網絡，因此有QoS保證。4G網絡的建立具有不同的思路：先構造網絡再開展多種業務。但是每增加一種業務，都要占用一定的網絡帶寬資源，因此網絡必然出現擁塞。一方面，排隊時延對實時業務造成質量下降；另一方面，因為排隊超時的丟包導致質量下降。為了提高網絡的服務質量，必須對帶寬進行有效管理，QoS就是針對這種管理實施的策略。QoS本身并不增加帶寬，只是對帶寬進行有效的管理。

4.2 網絡（平臺）側的QoS管理

（1）資源預留管理（集成業務）

根據申請QoS請求進行資源分配，根據帶寬資源進行管理。RSVP提供了這一種管理機制。

（2）優先級管理（區分業務）

對網絡流量進行分類，根據帶寬資源管理策略的準則進行資源分配。為了保證QoS，對于要求高的業務給與更高的優先級。QoS的協議和算法不是相互排斥和競爭的，它們是相互補充的，它們的制定就是為了用于不同的網絡環境。

4.3 針對終端的QoS解決策略

基于網絡的解決方法雖然在技術上簡單有效，但是在實際工作時有相當的困難：因為視頻業務是端到端的服務，要求網絡上的節點都支持QoS通常是不可能的；所以基于終端的QoS策略是一個可行的方法。IP分組網中的實時多媒體業務在網絡中傳輸時，由于在每一個網絡節點中都要進行路由選擇，而且傳輸包要進行排隊導致包傳輸的時延，延時超過一定時間后會采取丟包處理。這些都對處理的質量造成影響。

根據網絡中降級的原理，基于終端的解決策略主要有擁塞控制和差錯控制。

（1）擁塞控制

因為TCP重傳造成的時延對于實時業務質量的影響是不能承受的，通常采用UDP包來傳輸實時業務。但UDP包沒有提供擁塞控制和質量保證的機制，所以需要在UDP的上層加上擁塞控制的機制。這個過程主要是通過調整視頻編碼的速度使其適應網絡的帶寬。因為網絡的帶寬是時變而非固定的，而且是一個未知量，所以不能直接設定一個編碼速率來適應網絡狀態。通常采用兩個方法實時調節：一是窗口法：通過逐漸增大傳送的碼率，當發現網絡上出現包的碰撞（檢測到了丟包）時，再減小發送的碼率；另一是基于速率的方法：先估計網絡的帶寬資源，再調整編碼的目標速率來適應網絡的狀態。基于窗口的解決方案會引入類似TCP的重傳，這是不能忍受的。我們采用基于速率的三類解決方案：基于收端、基于發端和混合控制。

（2）差錯控制

對于實時的視頻業務而言，視頻質量可以降級，但是時延必須保證，對于視頻通信的這種特征引入了很多新機制。這些機制可以分為四類：FEC，重傳，糾錯，掩錯。其中掩錯只在收端完成。其它都需要收端和發端共同完成。

5.結語

綜上所述，筆者在本文中基于4G移動通信技術，以“某品牌4G寬帶多媒體集群系統”為例，在消防部隊通信方面的應用做了一些研究探討，在討論中堅持以需求為先導、以應用為核心，以期實現信息系統對消防部隊業務的全面覆蓋，提升消防部隊的信息化工作水平，提高消防部隊的專業預防能力和搶險能力。我們相信，在全體消防官兵的共同努力下，創新思維，科學發展，消防部隊將插上亮麗的翅膀，為和諧社會、幸福家園建設添磚加瓦。

參考文獻

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