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應急通信體系的探討

2008/04/30

  摘要 隨著近年來世界各地多次緊急事件的頻發(fā),人們逐步意識到必須在平時完善通信體系,達到應急通信保障要求,才能在緊要關頭發(fā)揮它的作用。本文主要介紹了應急通信的特點、服務對象、能力需求、網(wǎng)絡組成及網(wǎng)絡要求。

1、引言

  當突發(fā)公共事件(如颶風、雨雪、洪水、地震、瘟疫、事故災難和公共安全等)及重要國事活動發(fā)生的時候,公眾通信網(wǎng)絡可能會遭受損失,或在局部出現(xiàn)過大流量,這些會造成通信網(wǎng)絡承載能力下降,進而造成應急響應能力下降。近年來,在世界各地,包括在我國,出現(xiàn)過多次各種緊急事件,如“911”,“SARS”,印度洋海嘯及倫敦地鐵爆炸等,既考驗了各國政府的應急響應能力,同時也考驗了通信網(wǎng)絡的應急通信保障能力。從這些經(jīng)驗教訓,人們也逐步意識到必須在平時完善應急通信體系,達到應急通信保障的要求,才能在緊急關頭發(fā)揮它的作用,保持政府、企業(yè)和個人之間的通信,提高各級政府處置突發(fā)公共事件的能力,減少人民生命和財產(chǎn)的損失。

2、應急通信體系

  所謂應急通信就是要協(xié)同各種通信網(wǎng)絡和技術手段,使應急人員無論在何時何地、采用何種接入方式,都可優(yōu)先利用殘存的通信資源建立呼叫/會話,在應急情況下保障通信的暢通。

2.1 應急通信的特點

  (1)需要應急通信的時間和地點具有不確定性。大多數(shù)緊急事件都是突發(fā)的,時間和地點不可預知,或者只可在有限時間內預知但是來不及做準備,例如海嘯。這就要求對于公眾通信網(wǎng)絡不能覆蓋的廣大區(qū)域,也必須有技術上的措施可以建立臨時的通信網(wǎng)絡來實現(xiàn)應急通信。

  (2)通信網(wǎng)絡本身受緊急事件破壞的程度具有不確定性。在破壞性的緊急事件發(fā)生的情況下,例如颶風、地震,公共通信網(wǎng)絡設施可能受到損壞而使網(wǎng)絡陷入癱瘓。而另外一些緊急事件雖然也很嚴重,但對于通信網(wǎng)絡沒有影響,例如瘟疫。

  (3)應急通信的容量需求也是不均衡及不可預測的。緊急事件發(fā)生期間,局部出現(xiàn)的大通信流量會造成網(wǎng)絡擁塞。同時,通信流向往往是匯聚式的,大量的通信流會指向幾個有限的地點,比如110報警中心,更加重了通信的擁塞。這個容量的需求發(fā)生是隨機的,規(guī)模很難預測。

  (4)對通信能力的需求也是不確定的。例如,在一些貧困地區(qū),可能平時只有語音通信的需求,但是在緊急事件發(fā)生期間,可能就有大容量的圖像、視頻通信的需求。

  總之,應急通信面對的情況十分復雜,不確定因素十分多,需要靈活、周密地設計和部署方案。顯然在處置突發(fā)公共事件過程中,需要各種通信手段來保障現(xiàn)場指揮的暢通,如使用有/無線公眾網(wǎng)絡、無線集群、衛(wèi)星通信、短波通信等,各級政府需要整合多種通信手段來保證數(shù)據(jù)、語音、圖像的傳輸。只有充分利用公眾通信網(wǎng)絡、專用通信網(wǎng)絡,充分利用各種社會力量(如運營商),才能達到這一目標。

2.2 應急通信的服務對象

  應急通信主要為政府決策機構、政府職能部門、企業(yè)單位和個人服務。

  (1)政府決策機構:在應急指揮中起到中樞的作用,應該能夠實時獲得全面的信息,做出決策,指揮相關部門的行動。作為應急通信必須保證決策部門與各個政府職能部門之間的通信暢通,保證通信的安全。

  (2)政府職能部門:負責執(zhí)行上級的指令,或者按照應急預案執(zhí)行救助行動。作為應急通信必須保障執(zhí)行部門的應急指揮通信、信息搜集渠道、民眾救助熱線以及向民眾傳達信息的通道暢通。

  (3)企業(yè):作為與應急響應相關的重點企業(yè),需要保證能夠信息上傳、能夠接受上級的指令,能夠保證重要數(shù)據(jù)的完整性。作為普通企業(yè)則和個人的角色類似。

  (4)個人:能夠及時進行緊急情況的上報,及時得到政府部門傳達的告警、安撫及救助等信息。

2.3 應急通信的能力需求

  目前,應急通信主要依靠PSTN、移動網(wǎng)絡上的語音通信,PSTN、移動網(wǎng)絡則為應急呼叫提供路由優(yōu)先功能。撥打政府部門提供的各種緊急號碼和救助熱線是民眾和政府交互的主要方式。現(xiàn)在采用短信方式發(fā)送告警信息是新的支持應急通信的技術手段。通信網(wǎng)絡正在經(jīng)歷從傳統(tǒng)電路交換技術向基于包交換技術演進的過程。無線技術也正在向3G(IP多媒體業(yè)務)網(wǎng)絡演進,目標是可以實現(xiàn)在固定和移動網(wǎng)絡上無縫地提供業(yè)務。這個演進過程會延續(xù)很長一段時間,因此演進的通信網(wǎng)絡之間如何支持互通和互操作是支持應急通信的一個關鍵性問題。基于包交換的IP網(wǎng)絡提供了一個新的環(huán)境,可以以高效、經(jīng)濟的方式來支持應急通信。引入新出現(xiàn)的一些技術及業(yè)務則可以極大地增強應急通信的功能。未來的應急通信不僅需要有電路域的語音通信,還會采用各種新業(yè)務,如VoIP、統(tǒng)一消息、Presence、視頻會議、視頻監(jiān)控等。需要關注的是定位業(yè)務在應急通信中的重要意義,目前美國出于支持應急響應的目的,已經(jīng)要求各大無線運營商實現(xiàn)最終用戶的定位業(yè)務。還需要強調的是應急通信必須滿足各級政府保密通信的要求。

(1)現(xiàn)在以及將來的公眾電信網(wǎng)支持應急通信的要求   這些需求是對下一代應急通信網(wǎng)絡的要求。另外,如果遇到重大緊急事件的情況下,國家依據(jù)相應的法律法規(guī),可以接管公眾電信網(wǎng)絡,用于特殊情況下的通信。必須保證在最大破壞程度的假設前提下,最低的網(wǎng)絡通信能力。

(2)通信事件分級

表1 我國通信網(wǎng)絡的最低應急能力需求

2.4 應急通信體系的網(wǎng)絡組成

  作為一個國家的公眾通信網(wǎng)絡,它是由多種不同性質的互聯(lián)互通的電信網(wǎng)絡組成,它們基于不同的技術(例如電路交換、無線、IP和ATM)和架構,支持不同的協(xié)議和業(yè)務。不同的網(wǎng)絡類型包括電路交換網(wǎng)絡、衛(wèi)星網(wǎng)絡、無線網(wǎng)絡、專用集群網(wǎng)絡、IP多媒體通信網(wǎng)絡(見圖1)。目前,國內一些大城市自建的數(shù)字集群政務專網(wǎng)可以作為應急通信的指揮平臺,它和公網(wǎng)應該是互相補充的關系。廣播網(wǎng)絡也是公眾通信網(wǎng)的補充,主要用于警示、公告信息的發(fā)布。

圖1 互通的多個通信網(wǎng)絡

  這樣的網(wǎng)絡分類不是一種嚴格、標準的分類,這樣的分類主要用于說明國家的公眾通信網(wǎng)絡由多個采用不同架構、技術和協(xié)議的網(wǎng)絡類型組成,支持不同的用戶業(yè)務(語音、數(shù)據(jù)和多媒體等)。在這些網(wǎng)絡中,支持應急通信業(yè)務的優(yōu)先級機制則與網(wǎng)絡架構、技術和協(xié)議相關,其規(guī)范在不同的標準組織里面來制定。

  每種網(wǎng)絡類型從魯棒性和信息承載能力上具有很大的差異。從圖2可以看到各種網(wǎng)絡的魯棒性和信息承載能力的分析。

圖2 各種通信網(wǎng)絡的魯棒性和信息承載能力分析

  (1)目前多數(shù)情況下,公眾都是選用電路交換網(wǎng)絡(PSTN或移動通信)撥打應急部門的緊急號碼及救助熱線的方式來使用應急通信,畢竟電路交換網(wǎng)絡承載通信容量較大。但是固定電話受到線纜的限制,并不是任何時間、任何地點都可以使用。

  (2)由于移動通信具有個人通信的特點,目前政府部門開始通過向民眾發(fā)送短消息來告警或者發(fā)布信息。移動定位技術可以極大地增加受災人員獲救的可能性。一些移動接入技術,如LMDS(本地多點分配業(yè)務)、WiMAX等,可以通過快速調動設備來恢復或增強局部地區(qū)的通信,具有不可替代的作用。一些新的技術如自組網(wǎng)技術,可以快速建立局域的通信網(wǎng)絡,而且網(wǎng)絡自組織、自愈合,容量較大,對于應急通信來說是十分需要的技術。因此,移動通信網(wǎng)絡在應急通信中將逐步占據(jù)主力位置。

  (3)衛(wèi)星通信不受一般緊急事件的影響,能夠覆蓋到大范圍沒有地面通信網(wǎng)絡覆蓋的地域,非常適合應急通信廣度的需求。缺點是衛(wèi)星通信的容量有限,使用成本高。

  (4)專用數(shù)字集群網(wǎng)作為專用網(wǎng)絡必然不如公眾通信網(wǎng)絡那樣健壯,其通信容量也不大。但是專用數(shù)字集群網(wǎng)絡作為獨立的指揮網(wǎng)絡,有很多公眾通信網(wǎng)絡不具備的優(yōu)勢,如響應速度、群組指揮等,而且不會受公眾通信的干擾。例如暴雨造成交通癱瘓,往往會伴隨局部地區(qū)的公眾通信網(wǎng)絡擁塞,專用通信網(wǎng)絡則不受影響。

  (5)廣播網(wǎng)絡是一種單向信息傳播的網(wǎng)絡,從信息承載能力上來看是比較弱的,網(wǎng)絡的魯棒性也不算好,但是作為信息發(fā)布最便捷、快速的方式,還是具有不可替代的作用。

  (6)IP多媒體網(wǎng)絡代表了電信網(wǎng)絡發(fā)展的方向,出現(xiàn)了很多新電信技術、新業(yè)務,可以用于更有效、更便捷、更完善的應急通信。不僅VoIP業(yè)務應支持應急通信,而且各種寬帶業(yè)務,像視頻廣播、視頻會議及監(jiān)控等多媒體業(yè)務也會為應急通信帶來更多方便。其它一些帶寬需求很低的業(yè)務,如即時消息、Presence和E-mail可以用來發(fā)送短小的命令及交互控制信息。尤其在僅有有限帶寬可以使用的情況下,它們可以作為應急通信的補充手段。

  (7)與固定通信、移動通信、衛(wèi)星通信相比,互聯(lián)網(wǎng)在應急通信中的作用正在逐漸變得重要。互聯(lián)網(wǎng)的通信功能已經(jīng)在發(fā)揮重大的作用,不僅支持E-mail,QQ,消息之類的文字通信,還支持視頻、圖像等多媒體信息的傳送。互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)融入國家軍事、經(jīng)濟基礎設施等多個方面和領域。在應急通信方面,互聯(lián)網(wǎng)具有很好的自愈合、路由迂回的能力,并且能夠承載大容量信息。現(xiàn)在研究的一個重點是如何在互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)緊急呼叫并解決緊急呼叫的定位問題。另外,各種互聯(lián)網(wǎng)服務還可以成為應急通信的信息發(fā)布的載體。

  無論是固定網(wǎng)絡、移動網(wǎng)絡、衛(wèi)星網(wǎng)絡、IP多媒體網(wǎng)絡,還是互聯(lián)網(wǎng)都具有各自的特點和優(yōu)勢,作為應急通信考慮應當將各種網(wǎng)絡聯(lián)合起來使用,優(yōu)勢互補、相互協(xié)作,以便更好地完成更復雜的通信任務。作為目前應急通信網(wǎng)絡體系,主要依靠緊急熱線,政務信息依靠政務網(wǎng)絡來傳遞。作為未來的應急通信網(wǎng)絡,則必須考慮各種網(wǎng)絡的互補協(xié)調,互聯(lián)互通。作為民眾,不僅可以通過呼叫中心的方式和政府聯(lián)系,還可以采用即時消息,E-mail,Internet等多種方式和政府聯(lián)系,而政府也可以通過移動通信技術隨時獲取受災民眾的匯報、位置等信息。未來的應急通信網(wǎng)絡是一個綜合的網(wǎng)絡體系(見圖3)。

圖3 應急通信網(wǎng)絡的演進

2.5 應急通信的網(wǎng)絡要求

  對于應急通信業(yè)務,除了需要考慮在同一類型網(wǎng)絡或同一網(wǎng)絡域之內發(fā)生的情況,還要考慮跨越網(wǎng)絡邊界發(fā)生的情況。

  (1)在同一網(wǎng)絡內需要考慮支持應急通信業(yè)務的因素有網(wǎng)絡架構(例如集中或分散的網(wǎng)元),特定的接入和網(wǎng)絡信令協(xié)議(例如ISDN,ISUP,SIP或H.323等),承載網(wǎng)絡類型(例如TDM,ATM或IP等),信令、承載網(wǎng)和管理的交互。

  (2)支持跨越網(wǎng)絡邊界的應急通信業(yè)務的考慮主要有:建立應急通信呼叫/會話的信令,支持具有優(yōu)先級的應急通信呼叫能夠在承載層連接,不同網(wǎng)絡信令協(xié)議的優(yōu)先級機制的互通(例如ISUP和SIP),不同信令傳送協(xié)議的優(yōu)先級機制的互通(例如MTP和基于IP的傳送),不同承載類型的優(yōu)先級機制的互通(例如TDM和IP),支持對于應急通信呼叫/會話請求的認證,限制普通電話的網(wǎng)絡管理功能對于應急通信呼叫則開放限制。

  圖4所示的是通用的NNI(Network-to-Network Interface)接口的參考模型,它包括信令接口和用戶媒體接口。信令接口包括呼叫控制協(xié)議和呼叫控制信令傳送協(xié)議。媒體接口包括承載和承載傳送協(xié)議。如果承載控制信令和呼叫控制信令是分離的,還應有承載控制到呼叫控制功能的接口。

  理想情況是不同類型的網(wǎng)絡之間的互通接口能夠基于標準。例如,不同類型的網(wǎng)絡之間采用PSTN的互通標準來互通,即傳統(tǒng)的No.7協(xié)議作為呼叫控制信令,采用TDM中繼作為承載層的互通。從長遠來看,不同類型的網(wǎng)絡互通應當采用NGN的SIP呼叫控制信令以及以IP作為承載層。因此,不同網(wǎng)絡中的優(yōu)先級機制也應當做相應的規(guī)范。


圖4 NNI接口

3、結束語

  建立合理的應急通信體系是關系國家安全、民計民生的大事。研究應急通信的特點、網(wǎng)絡體系,要充分利用各種通信手段來保證應急情況下的通信保障,不僅需要考慮通信網(wǎng)絡演進的趨勢性影響,還要利用各種新技術。目前,國家正在建立國家應急聯(lián)動系統(tǒng),將逐步實現(xiàn)緊急呼叫和救助熱線號碼的統(tǒng)一。從這一步出發(fā),整合政府各職能部門的資源,建立可靠的應急平臺指揮體系,建立完整的應急通信保障體系。這不僅需要高層的高瞻遠矚,也需要社會各方面力量的配合。

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