衛星通信與無線自組網在應急救援中的融合應用

摘要：針對應急救援過程中，公網因不可抗力因素導致無法正常通信，影響應急救援。本文提出采用衛星通信與無線Mesh自組網融合的通信方式，將現場信息暢通、精確、及時地傳輸給指揮中心，指揮中心根據接收到現場信息后，結合各類資源情況進行決策調度。本文首先分析了應急通信對無線通信網絡的需求，介紹了應急通信現狀，最后分析了衛星通信和無線自組網在應急通信中的融合應用。

關鍵詞：衛星通信；無線自組網；應急救援

一、引言

目前，我國已建成全球最大光纖網絡、4G和5G獨立組網網絡，網絡通信能力全球領先。當公網因不可抗力因素（如恐怖事件、森林火災、洪澇、地震地質災害等）導致無法正常通信時，應急通信就成為通信保障強有力的補充。應急救援涉及的人員規模龐大，管理難度大，在開展救援行動時，必須做好各個環節的組織調控、信息聯通與共享，勢必要加強應急救援通信保障

建設[1]。

通信中斷可能會影響現場信息傳輸，進而影響救援和決策。在突發事件中通信中斷有兩大原因，一是通信基站由于被人為破壞或自然災害損毀，導致無法正常工作；二是通信基站的配套設施出現問題，從而使得基站淪為“孤島”，無法和其他基站正常通信。應急通信承擔著暢通、精確、及時地傳輸現場信息的角色，為指揮中心決策提供科學支撐。在應對突發事件時，應急通信網絡能夠將現場數據信息暢通、精確、及時地傳輸給指揮中心，指揮中心根據接收到的現場信息，結合各類資源的情況進行決策調度。

二、應急通信技術現狀

應急通信技術能夠在發生突發事件時高效、快速、可靠地傳輸現場信息，為指揮中心決策調度提供有力支撐。應急通信是為應對自然災害或公共突發事件提供的特殊通信機制和手段[2]。無線應急通信技術，不是依賴有線傳輸介質，而是利用電磁波傳送信號，其優點是可移動、覆蓋面廣、部署靈活、抗災性強。其包括無線電通信、衛星通信、移動通信、互聯網通信等。

（一）無線電通信

無線電通信是指通過無線電波傳送信息的技術，無需實體傳輸線纜即可實現數據的傳輸和通信。無線電通信技術具有靈活性、移動性、便捷性、覆蓋范圍廣等優點，能夠滿足各種應急場景下的通信需求。

無線電通信在應急響應中具有非常重要的作用，可以提高應急響應效率。無線電通信技術能夠在短時間快速建立起通信網絡，確保應急人員能夠及時獲取和共享現場的實際情況，協同工作，提高應急響應效率；使得指揮中心能夠遠程指揮救援工作，實時掌握現場情況，為決策提供依據。

在突發事件發生時，基礎通信中斷、電力設施損毀，后方指揮中心可以利用無線電通信技術與出事現場的機動指揮中心保持通信聯絡。尤其在跨區域的情況下，無線電通信技術可以發揮其中長遠距離通信的優勢，建立起短波通信網絡，隨時保持聯絡。無線電通信技術可以在模擬話、等幅報、高度保密數據、數字保密話、跳頻通話、低速抗干擾數據、猝發數據的工作種類下，完成中、近距離指揮協同和信息傳輸。

（二）衛星通信

1.衛星通信系統

衛星通信系統是指利用人造地球衛星作為中繼站轉發無線電波，在兩個或多個地球站之間進行的通信。衛星通信具有全天候、通信容量大、通信穩定的特點[4]，尤其在解決通信不發達地區、人口稀少地區及邊遠地區的通信問題等方面具有不可替代的作用[3]。衛星通信系統以通信衛星為中繼站，與其他通信系統相比較，有如下優點：覆蓋區域大，通信距離遠；具有多址連接能力；通信質量好，可靠性高；通信機動靈活。

衛星通信系統配備了完備的高清通信設備，集成了短波和超短波、數字信息傳輸系統、音視頻采集、單兵圖傳等信息采集、處理、傳輸和存儲設備，完成現場視頻可視化集群調度，根據需要傳送至機動指揮中心、后方指揮中心，實現了音視頻及其他數據信息的實時動態傳輸。

2.北斗短報文

北斗衛星定位系統是由我國建立的區域導航定位系統，該系統可向我國領土及周邊地區用戶提供定位、通信（短消息）和授時服務，在應急通信中發揮著重要作用。

北斗衛星在應急場景下可以為指揮調度、搶險救災等活動提供導航定位功能，提高應急救災響應速度。同時，北斗衛星的短報文也可以實現緊急情況下的信息溝通，例如，在汶川地震的救援中就使用了大量北斗衛星終端設備，很多地區災后第一次與外界通信就是通過北斗衛星短報文實現的。在交通設施破壞嚴重的情況下，北斗衛星導航定位功能也為救援隊伍順利抵達救災現場提供了重要幫助。

3.衛星電話

衛星電話是集全球海上常規通信、遇險與安全通信、特殊與戰備通信于一體的實用性高科技產物。衛星電話具有通信穩定、使用方便靈活等特點，可保障救災指令及時有效地傳達[2]。例如，在河北7.19洪災時，在通信基站被沖毀損壞的情況下，大量海事衛星電話被緊急調集到災區，為災區搶險救災和恢復重建發揮了重要作用，尤其是在災區公用電信網沒有恢復的時期，海事衛星是當時災區與外界溝通的重要手段之一。

（三）集群應急通信系統

集群移動通信是一種高級移動調度系統，是指揮、調度、管理一體化的無線通信系統，具備安全、高效、智能化的通訊效果。主要特點是資源共享，系統所具有的全部可用信道都為系統內全體用戶共享，操作簡單，且不受網絡限制。

作為專業化的指揮、調度通信設施，數字集群通信系統具有體積小、組網靈活、使用方便、成本低廉等特點，可實現調度、群呼、優先呼、虛擬專用網、漫游等功能，在緊急情況下為政府、應急指揮中心、救援人員的通信保障提供最強有力的支持。

三、衛星通信和無線自組網在應急通信中的融合應用

（一）無線中心自組網

1.無線中心自組網概述

無線自組網技術不依賴于預設的基礎設施，具有無控制中心，快速組網等特點，在社會突發事件中具有廣闊的應用前景[5]。

無線寬帶自組網采用COFDM技術，結合Mesh多跳自組網協議，按照無線電架構設計而成，利用設備純IP、扁平化、多跳、自主組裝的特性，構建星型、網型、樹型、線型的無線寬帶互連鏈路，靈活組網、機動快捷，能夠提供穩定可靠、高速、遠距離和抗遮擋的無線通信解決方案。尤其是在應急救災工作中能夠給予便捷、靈活、穩定的通信支撐[6]，完成災害現場、突發事件現場、重要目標區域等地的高清音視頻實時采集和傳輸

功能。

無中心自組網收發設備雙向可逆，可在采集層與應用層建立高帶寬、強保密、遠距離、多路徑的透傳無線鏈路。無中心自組網設備通過標準網絡接口連接采集層設備推送的數據，實現多路高清音視頻并發、多節點路徑傳輸的功能，將采集層數據通過TCP/IP標準協議網絡接口，實時傳送至應用層交換設備，供應用層各類平臺調用、分析、轉發。無線自組網技術是由一組自主的無線節點或終端相互合作而形成的，獨立于固定的基礎設施，并且采用分布式管理網絡[7]。通過智能終端與無中心自組網設備的無線互連，實現可視多媒體集群功能，為各級指揮中心籌劃決策、指揮控制提供有力的技術支持和信息保障。

2.無中心自組網特點

（1）全無線組網，靈活機動。在任何時間、任何地點，不依靠任何有線通信網絡設備，即可迅速建立通信網絡。

（2）多跳通信，覆蓋無盲區。無中心自組網設備采用新一代COFDM調制解調技術，具有較強的繞射能力，支持多跳中繼（接力）通信，適應多種地形和應用。尤其在復雜場景，可依靠中繼節點實現接力通信，將語音、視頻和數據傳輸到目標節點，保障區域內覆蓋無盲區。

（3）動態拓撲，互為備份。無中心自組網所有節點鏈路均為協議自主控制，因移動、開關機、干擾、意外打擊等原因，節點地理位置或拓撲連接關系（拓撲結構）變化，其可自動調整重建路由，并實時響應。通信不會受到系統拓撲結構變化的限制，語音、圖像和數據通過新鏈路繼續傳輸。

（4）真正的“無中心、自組網”。所有節點關系對等，都可同時作為信息采集節點、中級節點或信息輸出節點。不需進行任何設備參數更改，即可實現指揮節點位置變更，同時用戶可根據自身需求調整節點業務設備，完成節點之間的功能轉換。

3.無線自組網優點

（1）體積小、功耗低、易于攜帶和安裝。設備采用新一代COFDM無線調制解調技術，極大地減少了設備體積和功耗，便于攜帶和安裝，可保證設備長時間連續工作。

（2）IP組網、網絡兼容。無中心自組網支持TCP/IP、UDP等多種標準網絡通信協議，易于與其他通信設備互聯互通。

（3）負載均衡。當網絡出現堵塞時，無中心自組網通過對鏈路環境及業務數據量評估，自動選擇新的鏈路，分流業務量，降低原有鏈路負載，提高網絡傳輸的帶寬利用率，保證網絡正常通信。

（4）高度安全性。無中心自組網采用以下加密機制保證數據傳輸安全：一是設備序列號認證。無中心自組網利用MAC地址結合獨特算法生成唯一的設備序列號，在與其他設備通信時，將對方設備的序列號與MAC地址進行算法認證，認證符合算法規則則對方設備為合法設備，可以正常傳輸數據，否則為非法設備，拒絕與對方設備進行數據傳輸。二是網絡分組。網絡設備可設置網絡ID號，只有相同網絡ID設備之間才可以進行數據傳輸。三是AES加密。通過AES加密來保證數據的安全，即使數據外泄，也無法進行解密。四是硬件加密。無中心自組網設備提供保密機或加密模塊接口，實現保密要求。

（二）無中心自組網和衛星通信融合應用方案

目前應用衛星通信系統均為標準TCP/IP協議網絡接口，無中心自組網無線通信系統具備IP扁平化的核心制式，遵從TCP/IP扁平化網絡交換協議，故傳輸核心無中心自組網設備提供標準的網絡接口可與衛星收發設備互聯互通，在滿足與機動指揮中心現有設備互聯互通的前提下，系統內采集各類數據均可通過網絡交換設備利用IP出口傳輸，完成應急救災現場的高清音視頻、各類數據的實時回傳與逆向交互，真正實現與衛星通信系統無縫對接，實現現場與機動指揮中心、遠方固定指揮中心之間的互聯互通。

在應急災害現場或重大公共安全事件中，在現場開設機動衛星通信系統，根據實地地形通過“多跳”或“網型”“星型”“線型”的組網模式架設自組網通信通道，依托無中心自組網前端高清音視頻采集設備和傳輸設備，將應急處置事件現場的高清音視頻數據實時回傳至機動指揮中心，通過無中心自組網的多點對多點寬帶自組網特性，即時機動組成動態寬帶無線網絡鏈路，并匯聚所有現場信息實時并發回傳至機動指揮中心，形成機動與機動聯合組網，利用組織網純IP扁平化網口，連接機動指揮中心高清矩陣切換至大屏。同時，以機動指揮中心為匯聚點，將采集到的數據信息通過衛星系統傳送給固定指揮中心，保證指揮中心能夠第一時間掌握現場實時情況，為各級指揮中心指揮決策及指令下達提供判斷依據。衛星通信系統和無中心自組網系統均具有水平、垂直傳送，雙向可逆，前端專業隊伍可以利用自組網多媒體手持終端，與指揮中心進行音視頻集群互通，自組網各個節點和指揮中心可以開音視頻會議，實現協同指揮、分級管理、資源共享、集中調度的功能。

四、結束語

通信網絡是連接指揮中心和各救援隊伍的橋梁，必須具備高效、穩定的數據傳輸能力，以確保信息的實時性和準確性。通過充分融合衛星通信和無中心自組網通信技術手段，在公共通信中斷情況下快速搭建應急通信系統，利用無線自組網設備純IP、扁平化、多跳、自主組網的特性，構建星型、網型、樹型的無線寬帶互連鏈路，應急救援能實現現場與應急指揮中心各類數據實時傳輸。同時利用衛星通信系統覆蓋區域大、通信距離遠、通信穩定等特點，構建“適應環境、高效快捷、上下聯動”的應急通信系統，保障信息暢通、指揮高效、救援有力，在應急救援時提供可靠的通信鏈路。

作者單位：劉志曉 邯鄲市人防指揮信息保障中心

參考文獻

[1]杜永鋒，徐雙全.淺析應急通信技術現狀及發展趨勢[J].現代電信科技，2021，（06）：45.

[2]王海濤.基于無線自組網的應急通信技術[M].北京：電子工業出版社，2015.

[3]雒明世，馮建利.衛星通信[M].北京：清華大學出版社，2020.

[4]劉占新.衛星通信在應急通信中的應用[J].中國新通信，2013，15（17）：71.

[5]趙淼，鄭珊珊.應急通信保障中無線自組網技術的應用[J].電子技術與軟件工程，2019，（03）：18.

[6]林磊.無線自組網技術在應急通信網絡中的應用[J].黑龍江科學，2019，10（14）：92-93.

[7]朱則曼.無線自組網技術在通信基站應急搶修中的應用[J].移動信息，2021，（01）：11.