警用無(wú)線局域網(wǎng)應(yīng)用探索*

孫慧洋 盧煜 朱振榮 公安部第一研究所

引言

在“十三五”期間，公安無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，警用數(shù)字集群（PDT）通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全國(guó)范圍的大規(guī)模建設(shè)，移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全國(guó)部省兩級(jí)平臺(tái)建設(shè)，基本滿足了全國(guó)各級(jí)公安機(jī)關(guān)指揮調(diào)度、移動(dòng)執(zhí)法等業(yè)務(wù)需求。但是，隨著警用設(shè)備信息化、智能化水平的不斷提升，在執(zhí)法辦案現(xiàn)場(chǎng)多設(shè)備協(xié)同工作需求日益迫切；大量信息采集設(shè)備廣泛部署，采用無(wú)線手段實(shí)現(xiàn)前端信息靈活回傳；在重要區(qū)域、大型建筑物內(nèi)或人員密集區(qū)域，公網(wǎng)頻率資源不足、專網(wǎng)覆蓋不足，需要一種無(wú)線通信手段解決局部區(qū)域通信問(wèn)題。

現(xiàn)有無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展快速，應(yīng)用場(chǎng)景豐富，除基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展形成的Wi-Fi、WAPI以外，還有EUHT、星閃等技術(shù)。但上述技術(shù)還存在各方面問(wèn)題，無(wú)法滿足公共安全行業(yè)高安全性需求。

為盡快解決局部環(huán)境下近場(chǎng)無(wú)線通信相關(guān)技術(shù)問(wèn)題，從2020年開(kāi)始，在部科信局組織下，公安部第一研究所與北京市公安局、廈門(mén)市公安局、新岸線等相關(guān)單位成立聯(lián)合工作機(jī)制，大力推進(jìn)警用無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)（PWL，Police WirelessLan）各方面工作：

（1）與各業(yè)務(wù)局和地方公安機(jī)關(guān)的專家開(kāi)展研討，進(jìn)行需求調(diào)研和應(yīng)用論證，初步梳理了實(shí)戰(zhàn)工作對(duì)警用無(wú)線局域網(wǎng)在應(yīng)用模式、性能要求、設(shè)備能力等方面的要求；

（2）以EUHT技術(shù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行了技術(shù)原型測(cè)試與評(píng)估，形成警用無(wú)線局域網(wǎng)的基本技術(shù)研究思路；

（3）在北京、廈門(mén)、太原、鄭州等地基于公安視頻專網(wǎng)和移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)，結(jié)合視頻業(yè)務(wù)、移動(dòng)警務(wù)指揮調(diào)度業(yè)務(wù)、便民自助服務(wù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行了技術(shù)驗(yàn)證和測(cè)試；

（4）在北京、成都、杭州等近年組織的大型活動(dòng)中，圍繞人證核驗(yàn)、安全檢查等場(chǎng)景開(kāi)展了警用無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)實(shí)戰(zhàn)驗(yàn)證；

（5）制定了警用無(wú)線局域網(wǎng)密碼應(yīng)用方案，并通過(guò)國(guó)密局評(píng)審，獲得了有關(guān)專家的高度評(píng)價(jià)；

（6）形成了警用無(wú)線局域網(wǎng)的總體技術(shù)方案和總體技術(shù)規(guī)范等技術(shù)要求。

在上述工作的基礎(chǔ)上，形成了采用公用或?qū)Ｓ妙l率，以自主和主流無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)PHY層為基礎(chǔ)，結(jié)合公安實(shí)戰(zhàn)需求，對(duì)安全體系和空口協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的高安全性無(wú)線局域網(wǎng)通信系統(tǒng)，形成獨(dú)立的警用無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)體系。

本文從技術(shù)架構(gòu)、主要指標(biāo)、安全體系、設(shè)備特點(diǎn)、應(yīng)用模式以及典型場(chǎng)景等方面介紹警用局域網(wǎng)。

一、警用無(wú)線局域網(wǎng)主要技術(shù)研究

（一）存在的問(wèn)題

當(dāng)前，主要無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)重點(diǎn)針對(duì)射頻及空口通信協(xié)議進(jìn)行研究及規(guī)范。在面向?qū)I(yè)用戶使用場(chǎng)景時(shí)，存在以下幾個(gè)典型問(wèn)題：

1.缺乏明確的系統(tǒng)邏輯架構(gòu)要求及行業(yè)規(guī)范

當(dāng)前無(wú)線局域網(wǎng)應(yīng)用，缺乏明確的系統(tǒng)架構(gòu)、網(wǎng)元邏輯功能等要求，并且對(duì)不同設(shè)備形態(tài)所應(yīng)具有的邏輯功能沒(méi)有要求，只對(duì)空口性能制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)。造成各廠商提供的設(shè)備部分在關(guān)鍵的空口功能、管理功能上千差萬(wàn)別，無(wú)法滿足行業(yè)用戶的使用和管理需求。

2.缺乏統(tǒng)一的技術(shù)要求、功能定義以及測(cè)試方法

針對(duì)個(gè)人應(yīng)用場(chǎng)景下無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備常用功能，各廠商自行進(jìn)行了功能定義和性能參數(shù)定義，造成了設(shè)備間技術(shù)性能差異極大，嚴(yán)重影響應(yīng)用行業(yè)用戶的使用。特別是在行業(yè)用戶使用多廠商設(shè)備組網(wǎng)應(yīng)用時(shí)，無(wú)法保障網(wǎng)絡(luò)性能。同時(shí)，當(dāng)前無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)對(duì)于設(shè)備性能、功能也缺乏統(tǒng)一的測(cè)試方法，無(wú)法認(rèn)定設(shè)備質(zhì)量和性能好壞。

3.缺乏完整的安全體系，存在關(guān)鍵信息泄露等風(fēng)險(xiǎn)

當(dāng)前無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)及產(chǎn)品尚未形成完整的安全體系架構(gòu)。多數(shù)廠商通常采用國(guó)外通用的密碼技術(shù)及方案。同時(shí)，現(xiàn)有國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)的無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)也無(wú)法滿足高安全性用戶的使用需求。

針對(duì)上述問(wèn)題，開(kāi)展了警用無(wú)線局域網(wǎng)在架構(gòu)設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及安全加密技術(shù)等方面重點(diǎn)工作。

（二）基本架構(gòu)

警用無(wú)線局域網(wǎng)通信系統(tǒng)由端側(cè)和中心側(cè)兩部分構(gòu)成，如圖1所示。

1.PWL端側(cè)

由具有單獨(dú)可尋址的媒體訪問(wèn)控制（Media Access Control，MAC）地址和物理層（Physics，PHY）接口的站點(diǎn)（PWL STA，PWL Station）構(gòu)成，為各類警用設(shè)備提供無(wú)線通信能力。

2.PWL中心側(cè)

為PWL STA提供網(wǎng)絡(luò)接入、訪問(wèn)服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理和聯(lián)接控制能力。其中：

（1）PWL接入點(diǎn)（PWL AP，PWL Access Point）主要起到為PWL STA提供無(wú)線接入作用；

（2）PWL無(wú)線接入控制單元（PWLAC，PWL Access Control）主要起到為系統(tǒng)提供路由轉(zhuǎn)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)管理和訪問(wèn)服務(wù)等作用；

圖2 警用無(wú)線局域網(wǎng)網(wǎng)元功能示意圖

（3）PWL 網(wǎng)絡(luò)接入控制單元（PWL NAC，PWL Network Access Control）主要起到PWL AP、PWL STA身份認(rèn)證，控制PWL系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接入等作用。

PWL AP具有無(wú)線收發(fā)功能，以硬件設(shè)備形態(tài)工作。而PWL AC、PWL NAC是PWL中心側(cè)的功能單元，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、管理能力選擇是以軟件形式加載到PWL AP設(shè)備上工作（如圖3所示），還是以獨(dú)立設(shè)備形式與PWL AP配合使用（如圖4所示）。

根據(jù)實(shí)際使用條件的不同，用戶可以靈活的選擇不同功能的PWL AP、PWL AC、PWL NAC建設(shè)PWL網(wǎng)絡(luò)。如果沒(méi)有形成連續(xù)覆蓋、組網(wǎng)的需求，PWL AC、PWL NAC可以做為邏輯功能單元由PWL AP設(shè)備承載，確保PWL AP可以單設(shè)備獨(dú)立工作。如果有形成組網(wǎng)連續(xù)覆蓋的需求，網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)PWL AP和獨(dú)立的PWL AC、PWL NAC設(shè)備組成。每個(gè)PWL AP可以主要具備射頻收發(fā)功能，網(wǎng)絡(luò)管理由PWL AC、PWL NAC設(shè)備承擔(dān)。一方面可以有效降低建設(shè)成本，另一方面可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理和多設(shè)備協(xié)作。

由于PWL主要是在局部范圍內(nèi)組網(wǎng)，為局部環(huán)境下的設(shè)備無(wú)線化使用提供支持，因此一個(gè)PWL網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍、管理能力都是有限的。隨著PWL的廣泛使用，存在多個(gè)局部區(qū)域的PWL網(wǎng)絡(luò)通過(guò)各自的PWL AC功能單元互聯(lián)互通的情況，如圖5所示。與個(gè)人局域網(wǎng)應(yīng)用不同，在PWL網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下，除保障終端訪問(wèn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之外，還涉及到不同PWL網(wǎng)絡(luò)的端到端訪問(wèn)、終端入網(wǎng)、證書(shū)管理、用戶管理等問(wèn)題，需要進(jìn)一步深入研究。

（三）主要功能指標(biāo)

為解決無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系不完善，缺乏產(chǎn)品功能、性能等方面的技術(shù)規(guī)范以及缺少統(tǒng)一的測(cè)試方法等問(wèn)題，在《警用無(wú)線局域網(wǎng)總體技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)中，從設(shè)備功能、性能以及安全功能方面，制定了詳細(xì)的技術(shù)要求和測(cè)試方法：

1.設(shè)備功能

分為空口功能和管理功能，對(duì)警用無(wú)線局域網(wǎng)基礎(chǔ)功能進(jìn)行規(guī)范，并明確了各項(xiàng)功能的測(cè)試方法。

（1）空口功能

信道選擇與配置、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)管理、同步跟蹤、時(shí)鐘同步、掃頻入網(wǎng)、鏈路自適應(yīng)、切換、漫游、服務(wù)質(zhì)量、負(fù)載均衡、射頻調(diào)優(yōu)、抗干擾、帶寬限制、最大接入終端數(shù)量控制；

（2）管理功能

設(shè)備注冊(cè)管理、設(shè)備賬號(hào)管理、管理員身份管理、狀態(tài)告警、地址管理、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換、虛擬局域網(wǎng)管理、參數(shù)配置、遠(yuǎn)程升級(jí)、日志管理、故障診斷、系統(tǒng)熱備、運(yùn)行監(jiān)測(cè)。

2.設(shè)備性能

因?yàn)镻WL技術(shù)是基于現(xiàn)有各種無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的物理層（PHY）進(jìn)行通信協(xié)議研究，所以PWL空口指標(biāo)與原有無(wú)線局域網(wǎng)空口射頻指標(biāo)基本一致。但是考慮到PWL基于現(xiàn)有芯片進(jìn)行重新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了通信協(xié)議，會(huì)對(duì)空口性能產(chǎn)生影響。因此對(duì)直接影響PWL使用的關(guān)鍵空口性能進(jìn)行了規(guī)范。

在警用無(wú)線局域網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境下，PWL STA可以為各種不同形態(tài)、性能差異大、業(yè)務(wù)差異大的警用設(shè)備提供無(wú)線傳輸功能，例如：PWLSTA可以為筆記本提供無(wú)線局域網(wǎng)通信服務(wù)，需要支持幾百M(fèi)bps傳輸速率，功耗較高，產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)較高；也可以為傳感器提供無(wú)線局域網(wǎng)通信服務(wù)，僅需要支持幾十Kbps傳輸速率，功耗要求低，產(chǎn)品價(jià)格低。因此，警用無(wú)線局域網(wǎng)不再對(duì)PWL STA設(shè)備提出其他空口性能指標(biāo)，用戶根據(jù)使用需求靈活選擇PWL STA設(shè)備，而是重點(diǎn)對(duì)PWL Ap設(shè)備空口性能提出了具體指標(biāo)要求，詳見(jiàn)表1。

其中：

（1）PWL AP整機(jī)吞吐量指標(biāo)是在40MHz帶寬、MIMO2T2R條件下采用國(guó)密算法的加密數(shù)據(jù)吞吐量，相對(duì)于當(dāng)前其他無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備相關(guān)技術(shù)指標(biāo)較為領(lǐng)先，也兼顧了設(shè)備成本、使用場(chǎng)景等其他條件；

（2）對(duì)平均傳輸時(shí)延提出了明確要求，并將空口加密影響考慮在內(nèi)，“≤10ms”的指標(biāo)符合業(yè)務(wù)需求，在部分實(shí)際測(cè)試中，基于EUHT物理層技術(shù)的PWL設(shè)備此項(xiàng)指標(biāo)可以達(dá)到“≤5ms”；

（3）考慮到視頻業(yè)務(wù)在當(dāng)前警務(wù)工作中所占比重越來(lái)越高，對(duì)設(shè)備性能要求也高，結(jié)合前期PWL技術(shù)測(cè)試和驗(yàn)證時(shí)單AP下所遇到的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，PWL AP要求單設(shè)備同時(shí)支持20路8Mbps高清視頻業(yè)務(wù)，足以滿足局部警務(wù)工作需求；

（4）在警用無(wú)線局域網(wǎng)中明確提出了空口丟包率要求，是考慮到警務(wù)業(yè)務(wù)高可靠性要求，制定了實(shí)驗(yàn)室測(cè)試條件下的空口丟包率，當(dāng)前多數(shù)現(xiàn)有的無(wú)線局域網(wǎng)都沒(méi)有明確制定該項(xiàng)指標(biāo)。

經(jīng)分析可知，蜀岡-瘦西湖風(fēng)景名勝區(qū)海外游客以中青年為主.中年人觀賞古典園林、人文景觀的消費(fèi)娛樂(lè)觀點(diǎn)和青年人觀賞自然風(fēng)光、品嘗特色美食的消費(fèi)娛樂(lè)觀點(diǎn)與景區(qū)旅游資源吻合，他們成為此地游客的主體.

（四）安全體系

無(wú)線局域網(wǎng)在高安全要求行業(yè)應(yīng)用受限，主要是由于其技術(shù)主要針對(duì)個(gè)人應(yīng)用場(chǎng)景和局部環(huán)境，缺乏安全體系設(shè)計(jì)。同時(shí)，其無(wú)線空口安全問(wèn)題一直沒(méi)有徹底解決。現(xiàn)有無(wú)線局域網(wǎng)普遍采用的安全技術(shù)以及WAPI等技術(shù)，主要是解決了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在空口的傳輸安全，但未采用國(guó)密算法。同時(shí)，在空口信令中涉及到設(shè)備證書(shū)、Mac地址、IP地址、SSID等重要信息并沒(méi)有得到有效的安全保護(hù)，大量關(guān)鍵信息以明文方式在空口中傳播。對(duì)設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)的安全要求也尚未形成完整體系。此外，現(xiàn)有安全技術(shù)的引入，對(duì)產(chǎn)品傳輸性能也造成了較為嚴(yán)重的影響。因此，在安全性要求較高的行業(yè)，上述技術(shù)并未大規(guī)模使用。

為解決無(wú)線局域網(wǎng)安全問(wèn)題，警用無(wú)線局域網(wǎng)參照等保要求，重新設(shè)計(jì)了PWL安全架構(gòu)，重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)了PWL空口安全加密技術(shù)。參考《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)基本要求》（GB/T 22239）和《信息安全技術(shù)網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)安全設(shè)計(jì)技術(shù)要求》（GB/T 25070）等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)“安全通信網(wǎng)絡(luò)”的有關(guān)要求，從通信鏈路安全、區(qū)域邊界安全、計(jì)算環(huán)境安全和管理與管控安全等四個(gè)方面著手，構(gòu)建了警用無(wú)線局域網(wǎng)的安全總體架構(gòu)，如圖6所示。

其中：

1.通信鏈路安全

包括警用無(wú)線局域網(wǎng)空口安全和警用無(wú)線局域網(wǎng)各設(shè)備之間的有線鏈路安全。

2.區(qū)域邊界安全

包括端側(cè)、中心側(cè)提供的訪問(wèn)控制、入侵防范、安全審計(jì)等邊界安全功能。端側(cè)區(qū)域邊界指站點(diǎn)與用戶設(shè)備之間、站點(diǎn)與接入點(diǎn)之間的區(qū)域邊界。中心側(cè)區(qū)域邊界包括接入點(diǎn)與站點(diǎn)之間、網(wǎng)絡(luò)接入控制單元與公安業(yè)務(wù)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)之間的區(qū)域邊界。

3.計(jì)算環(huán)境安全

包括端側(cè)和中心側(cè)的用戶訪問(wèn)控制、主機(jī)入侵防范、數(shù)據(jù)完整性和保密性等計(jì)算環(huán)境安全功能，防范用戶在使用站點(diǎn)、接入點(diǎn)和無(wú)線接入控制單元時(shí)進(jìn)行訪問(wèn)、配置、使用設(shè)備等操作而產(chǎn)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到訪問(wèn)權(quán)限安全管理、識(shí)別異常行為、防止敏感數(shù)據(jù)泄露的防護(hù)目標(biāo)。

4.管理與管控安全

包括警用無(wú)線局域網(wǎng)提供的集中管理、安全管控、安全監(jiān)測(cè)等功能。

PWL通信鏈路安全由PWL STA到PWL AP之間的空口安全和PWL AP與PWL AC、PWL NAC之間的有線鏈路安全構(gòu)成，如圖7所示。

PWL空口安全主要是對(duì)接入點(diǎn)和站點(diǎn)基于警用無(wú)線局域網(wǎng)證書(shū)進(jìn)行雙向認(rèn)證，通過(guò)證書(shū)核驗(yàn)后在網(wǎng)絡(luò)接入控制單元控制下建立連接，防止仿冒或非法接入點(diǎn)、站點(diǎn)設(shè)備接入；采用國(guó)產(chǎn)商用密碼算法為MAC層協(xié)議提供完整性和機(jī)密性保護(hù)，防止惡意用戶或非法設(shè)備從空口竊取數(shù)據(jù)信息。

PWL空口安全技術(shù)，如圖8所示，基于現(xiàn)有無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)的PHY層協(xié)議，在數(shù)據(jù)鏈路層（MAC）層進(jìn)行協(xié)議開(kāi)發(fā)，形成了PWL協(xié)議。基于現(xiàn)有無(wú)線局域網(wǎng)PHY層協(xié)議，主要是考慮可以充分利用現(xiàn)有芯片基礎(chǔ)快速形成PWL產(chǎn)品。而對(duì)MAC層協(xié)議進(jìn)行重新開(kāi)發(fā)，已經(jīng)與原有無(wú)線局域網(wǎng)協(xié)議不同，形成了獨(dú)立的PWL協(xié)議。在此基礎(chǔ)上，未來(lái)PWL技術(shù)可以繼續(xù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層協(xié)議進(jìn)行重構(gòu)和優(yōu)化，從而提升PWL協(xié)議效率。

PWL有線鏈路安全主要采用國(guó)密SSL/TLSVPN技術(shù)或有線物聯(lián)專線保障傳輸安全。

PWL網(wǎng)絡(luò)分為三個(gè)安全等級(jí)，有不同的安全功能要求，分別可用于等保一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)網(wǎng)絡(luò)。

對(duì)于PWL安全體系的理解有幾個(gè)重要問(wèn)題：

（1）對(duì)于PWL安全體系涉及的范圍要有充分的理解。如圖6、圖7所示，對(duì)于整個(gè)信息系統(tǒng)安全而言，包括用戶設(shè)備和業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安全，而PWL安全僅是其中的一部分。PWL安全相關(guān)要求，都是針對(duì)PWL 端側(cè)、PWL中心側(cè)以及空口的。

（2）在PWL安全基礎(chǔ)上，用戶設(shè)備應(yīng)符合業(yè)務(wù)系統(tǒng)安全、管理要求。用戶設(shè)備到業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以建立應(yīng)用層安全方案，與PWL安全無(wú)關(guān)。

（3）用戶設(shè)備和PWL端側(cè)即PWL STA設(shè)備二者不同。用戶設(shè)備是業(yè)務(wù)終端，而PWL STA是通信設(shè)備，其具體形態(tài)可以有多種。在某些場(chǎng)景下，需要用戶設(shè)備和PWL STA設(shè)備一對(duì)一綁定，以防止非授權(quán)用戶設(shè)備和非法用戶設(shè)備通過(guò)PWL STA接入PWL網(wǎng)絡(luò)。在民用設(shè)備中，一般Wi-Fi dongle或外設(shè)對(duì)與用戶設(shè)備而言都是從設(shè)備，無(wú)法實(shí)現(xiàn)兩者之間的綁定關(guān)系。而警用PWL STA設(shè)備應(yīng)重新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，使之具備與用戶設(shè)備二者一對(duì)一綁定的能力。

（4）PWL設(shè)備間身份認(rèn)證采用的是PWL證書(shū)，與用戶設(shè)備與業(yè)務(wù)系統(tǒng)間所使用的業(yè)務(wù)系統(tǒng)證書(shū)，二者所發(fā)揮的作用不同，證書(shū)內(nèi)容不同，兩者間沒(méi)有關(guān)系。例如，具備PWL功能的移動(dòng)警務(wù)終端，在設(shè)備上應(yīng)具有兩個(gè)證書(shū)，一個(gè)是移動(dòng)警務(wù)終端開(kāi)展移動(dòng)警務(wù)業(yè)務(wù)、接入移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)的移動(dòng)警務(wù)證書(shū)，一個(gè)是PWL STA芯片或模組使用的PWL證書(shū)。兩個(gè)證書(shū)都存儲(chǔ)在同一個(gè)安全模塊或芯片中。

二、警用無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備特點(diǎn)分析

PWL設(shè)備主要分為PWL AP設(shè)備和PWL STA設(shè)備。

PWL AP設(shè)備根據(jù)使用場(chǎng)景分為PWL FAT AP和PWL FIT AP，俗稱“胖AP”和“瘦AP”。胖AP具有PWL AC和PWL NAC功能，可以單臺(tái)設(shè)備獨(dú)立使用，為接入AP的PWL STA提供路由轉(zhuǎn)發(fā)、管理、設(shè)備認(rèn)證等功能。而瘦AP主要就是具備PWL AP的無(wú)線接入功能，不能單臺(tái)設(shè)備獨(dú)立使用，主要用于多臺(tái)瘦AP與PWL AC、PWL NAC等設(shè)備組網(wǎng)使用，有利于降低設(shè)備成本和組網(wǎng)成本。

PWL STA設(shè)備主要有三種形態(tài)，如圖9所示。

第一種：PWL STA設(shè)備與用戶設(shè)備一體化，不可拆分。例如支持PWL的手機(jī)，手機(jī)內(nèi)置的WLAN芯片經(jīng)過(guò)重新開(kāi)發(fā)成支持PWL STA功能。PWL STA設(shè)備就是指這個(gè)芯片。手機(jī)用戶設(shè)備與PWL STA設(shè)備兩者一體化。在此情況下，這個(gè)手機(jī)也可以稱為PWL終端。

第二種：PWL STA設(shè)備可以內(nèi)置到用戶設(shè)備中，但可以拆卸或更換。例如具有標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)置硬件板卡接口的PC機(jī)、攝像頭、智能網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，用戶、廠商可以根據(jù)設(shè)備接口具體情況，選擇適合硬件接口的PWL STA板卡。這種方式主要適用于自身不具備通信能力，又有設(shè)備集成度要求，希望能夠在多種環(huán)境下使用的設(shè)備。

第三種：PWL STA做為用戶設(shè)備外設(shè)，通過(guò)用戶設(shè)備外接端口相連。例如不支持PWL功能的PAD、筆記本，可以通過(guò)USB接口外接PWL STA設(shè)備，快速實(shí)現(xiàn)PWL通信功能；安檢機(jī)、人證核驗(yàn)設(shè)備，在部分場(chǎng)景下使用時(shí)可以根據(jù)需求，通過(guò)網(wǎng)口與PWL STA設(shè)備聯(lián)接。

PWL設(shè)備的靈活性相較于其他相似的通信設(shè)備更具有使用優(yōu)勢(shì)：

（1）PWL AP可以快速形成室外型、桌面型、車(chē)載型、便攜型等各種形態(tài)產(chǎn)品，做為網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)為眾多終端提供無(wú)線覆蓋服務(wù)，相較于4G、5G、MESH等基站設(shè)備，具有體積小、成本低、傳輸能力強(qiáng)、部署靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，更適合在前端局部環(huán)境下使用，詳見(jiàn)表2。

（2）PWL STA相較于4G、5G終端模組，具有功耗低、成本低、尺寸小等特點(diǎn)，具有多種類型接口，既可以做為設(shè)備的主要通信手段，也可以做輔助通信手段，使用不需要資費(fèi)，可為各種能力的設(shè)備適配使用，詳見(jiàn)表3。

隨著PWL技術(shù)發(fā)展以及逐步應(yīng)用，PWL設(shè)備將會(huì)不斷發(fā)展、演進(jìn)，設(shè)備成本將會(huì)大幅降低，與各類設(shè)備集成度將不斷提高，未來(lái)一定會(huì)形成成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，推出更加便于用戶使用的具有PWL功能的各類警用設(shè)備。

三、警務(wù)工作模式變化研究

（一）“端-云”模式問(wèn)題

當(dāng)前公安視頻圖像信息系統(tǒng)和移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)是支撐基層執(zhí)勤執(zhí)法工作的兩大主要業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

公安視頻圖像信息系統(tǒng)依托有線網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展業(yè)務(wù)，前端設(shè)備以有線、固定設(shè)備為主，缺乏支持前端設(shè)備移動(dòng)化應(yīng)用的能力。前端設(shè)備與公安視頻圖像信息系統(tǒng)間為“端-云”架構(gòu)。移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)依托公眾移動(dòng)網(wǎng)開(kāi)展業(yè)務(wù)，前端設(shè)備以移動(dòng)警務(wù)手機(jī)為主。移動(dòng)警務(wù)終端主要與系統(tǒng)側(cè)服務(wù)開(kāi)展應(yīng)用，終端與移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)間為“端-云”架構(gòu)。在兩個(gè)體系下，端到端相互訪問(wèn)、數(shù)據(jù)應(yīng)用必須通過(guò)復(fù)雜通信系統(tǒng)以“端-云”架構(gòu)支撐，是典型的“煙囪式”架構(gòu)，如圖10所示。

隨著各業(yè)務(wù)系統(tǒng)不斷發(fā)展，警用設(shè)備智能化水平不斷提升，在“煙囪式”的架構(gòu)下，海量數(shù)據(jù)依托現(xiàn)有有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)回傳匯聚后再處理、分發(fā)的模式，無(wú)法發(fā)揮前端警用設(shè)備的潛力，對(duì)公安基礎(chǔ)設(shè)施造成了極大的建設(shè)與運(yùn)維壓力。

而一線民警執(zhí)勤執(zhí)法工作中需要各類警用設(shè)備配合聯(lián)動(dòng)、前端數(shù)據(jù)快速支撐，發(fā)揮信息的時(shí)效性。在“煙囪式”的信息系統(tǒng)架構(gòu)下，現(xiàn)場(chǎng)信息需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的通信系統(tǒng)傳輸、復(fù)雜的信平臺(tái)處理后，再傳給一線民警，降低了信息價(jià)值與時(shí)效性，也沒(méi)有發(fā)揮出信息化設(shè)備的能力。

（二）“端-邊-云”模式研究

PWL主要就是解決局部環(huán)境下的設(shè)備移動(dòng)化通信問(wèn)題，與一線民警迫切需要利用各類警用設(shè)備在執(zhí)勤執(zhí)法現(xiàn)場(chǎng)協(xié)同作戰(zhàn)的場(chǎng)景非常契合，能夠?yàn)閷?shí)戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)提供有效、安全通信，如圖11所示。基于PWL，一線的民警、各類警用設(shè)備具備了相互快速訪問(wèn)的基礎(chǔ)。結(jié)合邊緣計(jì)算、人工智能技術(shù)，就可以在PWL網(wǎng)絡(luò)內(nèi)形成信息處理節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用，快速提升一線實(shí)戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)的信息化水平，將人、機(jī)、信息、基礎(chǔ)設(shè)施四個(gè)元素融合，打破了“煙囪式”的信息系統(tǒng)架構(gòu)，形成了橫縱交錯(cuò)的信息網(wǎng)絡(luò)，在平臺(tái)業(yè)務(wù)模式基礎(chǔ)之上，又形成了邊緣業(yè)務(wù)模式和端到端業(yè)務(wù)模式。目前，移動(dòng)警務(wù)正基于PWL技術(shù)發(fā)展移動(dòng)警務(wù)端邊體系，將不同形態(tài)的警用設(shè)備納入該體系下開(kāi)展應(yīng)用。

同時(shí)，隨著以鴻蒙OS、開(kāi)源OpenHamony OS為代表的國(guó)產(chǎn)化移動(dòng)終端操作系統(tǒng)的發(fā)展，逐步支持終端間能力互助、分布式協(xié)作，形成了新的應(yīng)用生態(tài)。設(shè)備間的端端應(yīng)用主要依靠無(wú)線近距離通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，例如Wi-Fi、藍(lán)牙、NFC等。在民用領(lǐng)域，通過(guò)兩個(gè)設(shè)備間“碰一碰”，基于NFC或藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間的身份認(rèn)證后，再利用Wi-Fi實(shí)現(xiàn)設(shè)備間高速數(shù)據(jù)傳輸。

上述應(yīng)用場(chǎng)景與OS技術(shù)要引入高安全性行業(yè)應(yīng)用，首要問(wèn)題就是近距離通信安全問(wèn)題。目前，結(jié)合PWL技術(shù)，已經(jīng)開(kāi)展了專用于移動(dòng)終端操作系統(tǒng)相關(guān)研究工作，初步實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間資源調(diào)用和互助，將不同設(shè)備的計(jì)算、存儲(chǔ)、顯示、攝像頭、麥克風(fēng)等統(tǒng)一調(diào)度，將前端各類警用設(shè)備資源整合，形成“超級(jí)終端”，將設(shè)備能力發(fā)揮到最大化，直接賦能一線民警。

民警在執(zhí)勤執(zhí)法過(guò)程中，依托PWL實(shí)現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)，根據(jù)業(yè)務(wù)需要快速調(diào)用設(shè)備群組的各項(xiàng)能力，如圖12所示。例如，原來(lái)需要民警舉著執(zhí)法記錄儀取證，占用雙手、干擾處置，拍攝效果不好。現(xiàn)在民警要執(zhí)法時(shí)只要做出執(zhí)法動(dòng)作，通過(guò)智能手表感知能力自動(dòng)啟動(dòng)執(zhí)法記錄儀開(kāi)始記錄，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)車(chē)載攝像頭進(jìn)行視頻采集和錄制，也可將視頻傳給執(zhí)法記錄儀。在更多設(shè)備共同使用時(shí)，民警手機(jī)收到車(chē)載智能網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的查找嫌疑車(chē)輛警情通知，同時(shí)嫌疑車(chē)牌信息自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)至現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法記錄儀、車(chē)載智能網(wǎng)關(guān)等智能終端，同步開(kāi)啟執(zhí)法記錄儀、車(chē)載攝像頭等現(xiàn)場(chǎng)視頻采集資源，對(duì)實(shí)時(shí)視頻流進(jìn)行車(chē)牌識(shí)別，發(fā)現(xiàn)嫌疑車(chē)輛后自動(dòng)向民警手機(jī)、車(chē)載中控發(fā)送告警提示，并回傳系統(tǒng)。基于上述以PWL為基礎(chǔ)組建的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)勤執(zhí)法作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，有效整合了基層各類警用設(shè)備資源和能力，實(shí)現(xiàn)了信息與業(yè)務(wù)的緊密結(jié)合。

四、與5G公網(wǎng)的比較分析

在PWL技術(shù)研究和驗(yàn)證測(cè)試過(guò)程中，經(jīng)常遇到用戶拿PWL與5G相比較，提出“有公網(wǎng)5G使用，并且有切片、UPF（User Plane Function，用戶面功能）下沉等技術(shù)，是否還需要PWL？”這樣的問(wèn)題。5G技術(shù)和PWL技術(shù)對(duì)用戶最大的感受就是傳輸速度明顯快于其他無(wú)線通信系統(tǒng)。但在支撐現(xiàn)場(chǎng)局部應(yīng)用場(chǎng)景中，5G與PWL二者相比，具有以下特點(diǎn)：

1.覆蓋范圍相近

PWL可采用無(wú)線局域網(wǎng)各頻段，與5G頻段相近，頻率穿透性不強(qiáng)、繞射能力弱，基本在視距無(wú)遮擋范圍內(nèi)覆蓋。在城市環(huán)境下，5G基站覆蓋范圍在250m～400m之間。PWL AP在同樣傳播環(huán)境下，覆蓋范圍與其相近，基本可以滿足對(duì)局部現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行覆蓋。

2.傳輸能力不同

5G網(wǎng)絡(luò)主要服務(wù)對(duì)象為公眾用戶，以下行應(yīng)用為主，平均下行速率可達(dá)300Mbps以上、上行速率在70Mbps左右。在小區(qū)邊緣，下行傳輸速率在100Mbps、上行傳輸速率2Mbps或5Mbps，時(shí)延20ms。PWL通過(guò)實(shí)際測(cè)試以及技術(shù)指標(biāo)要求，通常情況下在40MHz帶寬、MIMO2T2R條件下，上行要支持20路8Mbps視頻，小區(qū)邊緣上行傳輸速率也可達(dá)到十幾Mbps，傳輸能力要大于一般配置的5G基站。此外，PWL AP可以根據(jù)用戶需求調(diào)整上下行頻率比例。

3.5G接入優(yōu)先、切片等技術(shù)存在使用局限性

公眾移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)先接入功能，在原有4G網(wǎng)絡(luò)中也支持，主要為不同屬性、等級(jí)的用戶在同等條件下提供優(yōu)先接入服務(wù)。但并不能解決在突發(fā)事件時(shí)，公網(wǎng)癱瘓或關(guān)閉/封控公網(wǎng)等問(wèn)題。而5G切片技術(shù)，需要擠占頻率資源，對(duì)公眾用戶使用會(huì)造成巨大影響，特別是公安應(yīng)用場(chǎng)景下，進(jìn)行上行頻率資源切片，將會(huì)嚴(yán)重影響公網(wǎng)服務(wù)能力。同時(shí)，切片技術(shù)的使用需要運(yùn)營(yíng)商提前進(jìn)行規(guī)劃、配置，使用費(fèi)用昂貴。針對(duì)公安用戶普遍移動(dòng)執(zhí)勤執(zhí)法現(xiàn)場(chǎng)存在隨機(jī)性的特點(diǎn)，切片技術(shù)在一些特殊固定點(diǎn)位使用存在可行性，但無(wú)法在實(shí)戰(zhàn)中廣泛使用，PWL技術(shù)和產(chǎn)品的一大優(yōu)勢(shì)就是可以由用戶根據(jù)實(shí)戰(zhàn)需求靈活部署和使用，可用頻率資源都為公安用戶服務(wù)，長(zhǎng)期使用成本低于5G切片服務(wù)，也符合公安用戶警務(wù)工作模式。

4.UPF下沉以及公網(wǎng)MEC（Mobile Edge Computing，移動(dòng)邊緣計(jì)算）模式對(duì)基層一線實(shí)戰(zhàn)支撐能力有限

5G公網(wǎng)可以將UPF下沉至用戶側(cè)，提升用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)并就近基于基站或園區(qū)開(kāi)展MEC應(yīng)用。但5G公網(wǎng)UPF下沉部署，主要還是下沉至地市級(jí)平臺(tái)側(cè)，其技術(shù)特點(diǎn)不明顯，對(duì)基層一線用戶實(shí)戰(zhàn)效能直接提升作用不明顯。此外，對(duì)于公安用戶而言，UPF下沉后還需要關(guān)注其數(shù)據(jù)、應(yīng)用安全性。對(duì)于一線實(shí)戰(zhàn)執(zhí)法執(zhí)勤民警，基于PWL以及邊緣網(wǎng)關(guān)設(shè)備開(kāi)展前端數(shù)據(jù)實(shí)施處理，部署有特色的邊緣業(yè)務(wù)，真正將計(jì)算能力、服務(wù)能力下沉至實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景，直接為民警賦能。

綜上，在相同傳播環(huán)境下，5G基站與PWL AP覆蓋范圍相近；PWL可以根據(jù)用戶需求增強(qiáng)上行能力，數(shù)據(jù)安全性可控，部署靈活；5G上行受運(yùn)營(yíng)條件限制，采用切片、UPF等技術(shù)的成本較高，實(shí)戰(zhàn)價(jià)值及數(shù)據(jù)安全有待驗(yàn)證；PWL上行傳輸能力總體滿足用戶需求，5G公網(wǎng)上行能力不可控。因此，與原有公眾移動(dòng)網(wǎng)相比，5G公網(wǎng)是“服務(wù)型”公網(wǎng)，與現(xiàn)有專網(wǎng)相比PWL是“靈巧型”專網(wǎng)。二者本質(zhì)差別還是在于公網(wǎng)和專網(wǎng)的差別。

五、典型驗(yàn)證場(chǎng)景

PWL技術(shù)在研究過(guò)程中，結(jié)合部分場(chǎng)景進(jìn)行了驗(yàn)證測(cè)試，獲得了良好的使用效果，解決了當(dāng)前基層警務(wù)工作中的實(shí)際問(wèn)題。

（一）臨時(shí)組網(wǎng)

在部分突發(fā)性任務(wù)中，由于現(xiàn)場(chǎng)缺乏安全可靠、靈活部署的無(wú)線通信手段，通常采用租用運(yùn)營(yíng)商的光纖資源組建有線網(wǎng)絡(luò)，支撐現(xiàn)場(chǎng)通信、安檢、人證核驗(yàn)、車(chē)輛檢查、機(jī)器人巡邏等業(yè)務(wù)的開(kāi)展。但由于現(xiàn)場(chǎng)部署的各類設(shè)備基本為臨時(shí)搭建，往往需要在臨時(shí)性活動(dòng)開(kāi)始前才能完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝部署、通信施工，時(shí)間緊、任務(wù)重、壓力大是工作常態(tài)。此外鏈路租用費(fèi)用高、光纖易損壞、不便于現(xiàn)場(chǎng)靈活增加便攜式設(shè)備。

在臨時(shí)性任務(wù)中，采用PWL為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和業(yè)務(wù)提供局部無(wú)線覆蓋，如圖13所示。在各設(shè)備或點(diǎn)位部署一個(gè)PWL STA設(shè)備，為設(shè)備提供無(wú)線接入服務(wù)。

在就近的公安有線網(wǎng)絡(luò)端口部署PWL AP設(shè)備，各個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過(guò)PWL回傳至公安網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過(guò)測(cè)試前端臨時(shí)點(diǎn)位的10路高清攝像頭圖像及其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都可以通過(guò)一個(gè)PWL STA回傳。PWL STA和PWL Ap之間無(wú)遮擋物條件下相距300m～400m左右，可以保障傳輸效果。

（二）現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)無(wú)線化回傳

在部分活動(dòng)中需要將現(xiàn)場(chǎng)采集、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一方面匯聚到現(xiàn)場(chǎng)指揮部，另一方面回傳至指揮中心。但需要解決以下問(wèn)題：（1）現(xiàn)場(chǎng)大量分散部署的采集設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備全部采用有線方式匯聚，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作難度大、代價(jià)高；（2）大量設(shè)備各自分別采用無(wú)線鏈路回傳系統(tǒng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)匯聚，并且對(duì)局部公網(wǎng)造成較大傳輸壓力。

為解決上述兩個(gè)問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)部署PWL網(wǎng)絡(luò)，分散的采集設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備適配PWL STA，將各自數(shù)據(jù)通過(guò)PWL回傳至現(xiàn)場(chǎng)指揮部，在現(xiàn)場(chǎng)指揮部部署無(wú)線智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備與PWL AP對(duì)接，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)同步回傳至指揮中心，供后臺(tái)根據(jù)需求隨時(shí)調(diào)用各路數(shù)據(jù)、視頻，如圖14所示。該方案既解決了現(xiàn)場(chǎng)信息匯聚問(wèn)題，又解決了數(shù)據(jù)回傳問(wèn)題，并且可以快速低成本部署。

（三）視頻網(wǎng)絡(luò)無(wú)線延伸

視頻監(jiān)控依托有線網(wǎng)絡(luò)完成了規(guī)模化建設(shè)。但近年來(lái)隨著城鎮(zhèn)快速發(fā)展，需要對(duì)現(xiàn)有視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)位進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整和補(bǔ)充新建。各級(jí)單位普遍遇到了當(dāng)前有線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本高、協(xié)調(diào)難度大、施工要求高等實(shí)際困難，極大影響了工作開(kāi)展和任務(wù)完成。在PWL技術(shù)驗(yàn)證過(guò)程中，嘗試采用無(wú)線手段解決上述問(wèn)題，收獲了良好效果。

某地需要在高架橋上重新部署交通管理視頻監(jiān)控，但現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)智能延伸到橋下輔路設(shè)備箱，從高架橋到輔路設(shè)備箱之間有線鏈路鋪設(shè)涉及到對(duì)主干道交通影響、市政管線調(diào)整、工程實(shí)施協(xié)調(diào)、建設(shè)經(jīng)費(fèi)落實(shí)等難題。這些難題長(zhǎng)期以來(lái)得不到解決。采用PWL無(wú)線局域網(wǎng)方案，在高架橋上部署PWL STA設(shè)備與視頻監(jiān)控設(shè)備聯(lián)接，在輔路設(shè)備箱部署PWL AP設(shè)備聯(lián)接有線網(wǎng)絡(luò)，二者通過(guò)PWL方式建立無(wú)線傳輸鏈路，規(guī)避各方面難題，綜合成本低，實(shí)施方便，快速見(jiàn)效。

以上典型案例，只是PWL技術(shù)在驗(yàn)證過(guò)程中一部分測(cè)試場(chǎng)景。目前，PWL技術(shù)還計(jì)劃在警車(chē)、警務(wù)工作站、交通卡口、沿海等場(chǎng)景進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試。未來(lái)，PWL技術(shù)和產(chǎn)品將進(jìn)入規(guī)模化試點(diǎn)應(yīng)用階段，進(jìn)一步與基層警務(wù)工作緊密結(jié)合，勢(shì)必涌現(xiàn)出更多各具特色的應(yīng)用場(chǎng)景。

六、結(jié)語(yǔ)

多年以來(lái)，無(wú)線局域網(wǎng)安全技術(shù)和行業(yè)應(yīng)用未獲得突破性進(jìn)展，嚴(yán)重制約了基層一線實(shí)戰(zhàn)單位和民警在執(zhí)勤執(zhí)法工作中對(duì)各類信息化設(shè)備的深度使用、新型業(yè)務(wù)模式的創(chuàng)新和大數(shù)據(jù)在“最后一公里”的落地。PWL技術(shù)在無(wú)線局域網(wǎng)安全架構(gòu)、空口安全等方面取得了創(chuàng)新，將加速推動(dòng)通信、大數(shù)據(jù)、人工智能、國(guó)產(chǎn)移動(dòng)操作系統(tǒng)等新技術(shù)的應(yīng)用和融合。隨著PWL在標(biāo)準(zhǔn)制定、應(yīng)用示范、產(chǎn)品研制等各方面工作的有序開(kāi)展，未來(lái)必將在以公共安全行業(yè)為代表的各高安全性行業(yè)迎來(lái)快速發(fā)展。