应急通信体系的探讨

admin

摘要　随着近年来世界各地多次紧急事件的频发，人们逐步意识到必须在平时完善通信体系，达到应急通信保障要求，才能在紧要关头发挥它的作用。本文主要介绍了应急通信的特点、服务对象、能力需求、网络组成及网络要求。
1、引言
　　当突发公共事件（如飓风、雨雪、洪水、地震、瘟疫、事故灾难和公共安全等）及重要国事活动发生的时候，公众通信网络可能会遭受损失，或在局部出现过大流量，这些会造成通信网络承载能力下降，进而造成应急响应能力下降。近年来，在世界各地，包括在我国，出现过多次各种紧急事件，如“911”，“SARS”，印度洋海啸及伦敦地铁爆炸等，既考验了各国政府的应急响应能力，同时也考验了通信网络的应急通信保障能力。从这些经验教训，人们也逐步意识到必须在平时完善应急通信体系，达到应急通信保障的要求，才能在紧急关头发挥它的作用，保持政府、企业和个人之间的通信，提高各级政府处置突发公共事件的能力，减少人民生命和财产的损失。
2、应急通信体系
　　所谓应急通信就是要协同各种通信网络和技术手段，使应急人员无论在何时何地、采用何种接入方式，都可优先利用残存的通信资源建立呼叫／会话，在应急情况下保障通信的畅通。
　　2.1　应急通信的特点
　　（1）需要应急通信的时间和地点具有不确定性。大多数紧急事件都是突发的，时间和地点不可预知，或者只可在有限时间内预知但是来不及做准备，例如海啸。这就要求对于公众通信网络不能覆盖的广大区域，也必须有技术上的措施可以建立临时的通信网络来实现应急通信。
　　（2）通信网络本身受紧急事件破坏的程度具有不确定性。在破坏性的紧急事件发生的情况下，例如飓风、地震，公共通信网络设施可能受到损坏而使网络陷入瘫痪。而另外一些紧急事件虽然也很严重，但对于通信网络没有影响，例如瘟疫。
　　（3）应急通信的容量需求也是不均衡及不可预测的。紧急事件发生期间，局部出现的大通信流量会造成网络拥塞。同时，通信流向往往是汇聚式的，大量的通信流会指向几个有限的地点，比如110报警中心，更加重了通信的拥塞。这个容量的需求发生是随机的，规模很难预测。
　　（4）对通信能力的需求也是不确定的。例如，在一些贫困地区，可能平时只有语音通信的需求，但是在紧急事件发生期间，可能就有大容量的图像、视频通信的需求。
　　总之，应急通信面对的情况十分复杂，不确定因素十分多，需要灵活、周密地设计和部署方案。显然在处置突发公共事件过程中，需要各种通信手段来保障现场指挥的畅通，如使用有/无线公众网络、无线集群、卫星通信、短波通信等，各级政府需要整合多种通信手段来保证数据、语音、图像的传输。只有充分利用公众通信网络、专用通信网络，充分利用各种社会力量（如运营商），才能达到这一目标。
　　2.2　应急通信的服务对象
　　应急通信主要为政府决策机构、政府职能部门、企业单位和个人服务。
　　（1）政府决策机构：在应急指挥中起到中枢的作用，应该能够实时获得全面的信息，做出决策，指挥相关部门的行动。作为应急通信必须保证决策部门与各个政府职能部门之间的通信畅通，保证通信的安全。
　　（2）政府职能部门：负责执行上级的指令，或者按照应急预案执行救助行动。作为应急通信必须保障执行部门的应急指挥通信、信息搜集渠道、民众救助热线以及向民众传达信息的通道畅通。
　　（3）企业：作为与应急响应相关的重点企业，需要保证能够信息上传、能够接受上级的指令，能够保证重要数据的完整性。作为普通企业则和个人的角色类似。
　　（4）个人：能够及时进行紧急情况的上报，及时得到政府部门传达的告警、安抚及救助等信息。
　　2.3　应急通信的能力需求
　　目前，应急通信主要依靠PSTN、移动网络上的语音通信，PSTN、移动网络则为应急呼叫提供路由优先功能。拨打政府部门提供的各种紧急号码和救助热线是民众和政府交互的主要方式。现在采用短信方式发送告警信息是新的支持应急通信的技术手段。通信网络正在经历从传统电路交换技术向基于包交换技术演进的过程。无线技术也正在向3G（IP多媒体业务）网络演进，目标是可以实现在固定和移动网络上无缝地提供业务。这个演进过程会延续很长一段时间，因此演进的通信网络之间如何支持互通和互操作是支持应急通信的一个关键性问题。基于包交换的IP网络提供了一个新的环境，可以以高效、经济的方式来支持应急通信。引入新出现的一些技术及业务则可以极大地增强应急通信的功能。未来的应急通信不仅需要有电路域的语音通信，还会采用各种新业务，如VoIP、统一消息、Presence、视频会议、视频监控等。需要关注的是定位业务在应急通信中的重要意义，目前美国出于支持应急响应的目的，已经要求各大无线运营商实现最终用户的定位业务。还需要强调的是应急通信必须满足各级政府保密通信的要求。
　　（1）现在以及将来的公众电信网支持应急通信的要求
　　●增强的优先级处理。应急通信业务需能得到超越其它网络流量的优先级。
　　●网络安全。网络应能使用适当的加密和用户认证技术防止对通信流量的破坏、控制以及未经授权的访问。
　　●不可跟踪。能够保证某些用户能够在不被追踪的情况下使用应急通信（身份或位置不会被辨识出来）。
　　●可恢复性。遭到破坏后，根据优先级，业务必须能够被重新配置，修复或恢复到所需的业务级别。
　　●国际连接。应急通信业务应可通过国际运营商连接到境外。
　　●互操作。与各种运营商通信网络互联及互操作，使应急用户建立端到端具有优先级的连接。
　　●移动性。通信设施应支持可运输、可重部署，可支持全功能的移动通信（例如个人通信业务、蜂窝、卫星或高频通信）。
　　●无处不在。无论位于何处，应急通信业务都可用于支持国家安全的领导能力和政府机构内外的应急指挥能力。
　　●抗毁性。应急通信应具鲁棒性，保证支持各种情况下生存用户的需求。
　　●语音业务。提供语音业务。
　　●宽带业务。支持宽带业务用于应急通信（例如视频、图像、Web访问和多媒体）。
　　●可扩展的带宽。用户需可管理通信业务的容量，支持各种带宽的需求。
　　●经济可承受性。需利用已有网络能力来减少成本（例如使用已有的网络架构、利用商用现货和已有业务等）。
　　●可靠性。应能按需要和指标参数精确地和不间断地通信，保证用户放心使用。
　　●业务质量。端到端的QoS应符合国际标准的QoS等级和参数，在域内和网间互通情况下都能够符合用户期望。在必要情况下，可降低业务质量使用。
　　●管理。业务／网络提供商需具有OSS系统，能够维护应急通信业务。
　　●计费。对于使用应急通信业务的用户可以记账并提供账单。
　　●网络演进。NGN演进过程中，必须支持标准保证任何网元的互操作和可靠性。NGN设备必须提供应急通信的需求，例如连接、优先级业务、安全和QoS。
　　这些需求是对下一代应急通信网络的要求。另外，如果遇到重大紧急事件的情况下，国家依据相应的法律法规，可以接管公众电信网络，用于特殊情况下的通信。必须保证在最大破坏程度的假设前提下，最低的网络通信能力。
　　（2）通信事件分级
　　●Ⅰ级（特别重大）：因特别重大突发公共事件引发的，有可能造成多省（区、市）通信故障或大面积骨干网中断、通信枢纽楼遭到破坏等情况，及需要通信保障应急准备的重大情况；通信网络故障可能升级造成多省（区、市）通信故障或大面积骨干网中断的情况。
　　●Ⅱ级（重大）：因重大突发公共事件引发的，有可能造成该省（区、市）多个基础电信运营企业所属网络通信故障的情况，及需要通信保障应急准备的情况；通信网络故障可能升级造成该省（区、市）多个基础电信运营企业所属网络通信故障的情况。
　　●Ⅲ级（较大）：因较大突发公共事件引发的，有可能造成该省（区、市）某基础电信运营企业所属网络多点通信故障的情况；通信网络故障可能升级造成该省（区、市）某基础电信运营企业所属网络多点通信故障的情况。
　　●Ⅳ级（一般）：因一般突发公共事件引发的，有可能造成该省（区、市）某基础电信运营企业所属网络局部通信故障的情况。美国在“911”恐怖袭击发生后，为了保证国家指挥当局和军方有关部门的应急通信能力以在突发事件中做出快速有效的反应并顺利完成指挥控制任务，国防信息系统局推出了全国无线优先接入系统（PAS）计划，以确保全美500个重要人士在危急时刻的通信联络。作为参考，我们对不同级别的应急事件，需要分别考虑对于不同对象的应急通信需求，表1所示的是我国通信网络的最低应急能力需求。

表1　我国通信网络的最低应急能力需求

　　2.4　应急通信体系的网络组成
　　作为一个国家的公众通信网络，它是由多种不同性质的互联互通的电信网络组成，它们基于不同的技术（例如电路交换、无线、IP和ATM）和架构，支持不同的协议和业务。不同的网络类型包括电路交换网络、卫星网络、无线网络、专用集群网络、IP多媒体通信网络（见图1）。目前，国内一些大城市自建的数字集群政务专网可以作为应急通信的指挥平台，它和公网应该是互相补充的关系。广播网络也是公众通信网的补充，主要用于警示、公告信息的发布。

图1　互通的多个通信网络

　　这样的网络分类不是一种严格、标准的分类，这样的分类主要用于说明国家的公众通信网络由多个采用不同架构、技术和协议的网络类型组成，支持不同的用户业务（语音、数据和多媒体等）。在这些网络中，支持应急通信业务的优先级机制则与网络架构、技术和协议相关，其规范在不同的标准组织里面来制定。
　　每种网络类型从鲁棒性和信息承载能力上具有很大的差异。从图2可以看到各种网络的鲁棒性和信息承载能力的分析。

图2　各种通信网络的鲁棒性和信息承载能力分析

　　（1）目前多数情况下，公众都是选用电路交换网络（PSTN或移动通信）拨打应急部门的紧急号码及救助热线的方式来使用应急通信，毕竟电路交换网络承载通信容量较大。但是固定电话受到线缆的限制，并不是任何时间、任何地点都可以使用。
　　（2）由于移动通信具有个人通信的特点，目前政府部门开始通过向民众发送短消息来告警或者发布信息。移动定位技术可以极大地增加受灾人员获救的可能性。一些移动接入技术，如LMDS（本地多点分配业务）、WiMAX等，可以通过快速调动设备来恢复或增强局部地区的通信，具有不可替代的作用。一些新的技术如自组网技术，可以快速建立局域的通信网络，而且网络自组织、自愈合，容量较大，对于应急通信来说是十分需要的技术。因此，移动通信网络在应急通信中将逐步占据主力位置。
　　（3）卫星通信不受一般紧急事件的影响，能够覆盖到大范围没有地面通信网络覆盖的地域，非常适合应急通信广度的需求。缺点是卫星通信的容量有限，使用成本高。
　　（4）专用数字集群网作为专用网络必然不如公众通信网络那样健壮，其通信容量也不大。但是专用数字集群网络作为独立的指挥网络，有很多公众通信网络不具备的优势，如响应速度、群组指挥等，而且不会受公众通信的干扰。例如暴雨造成交通瘫痪，往往会伴随局部地区的公众通信网络拥塞，专用通信网络则不受影响。
　　（5）广播网络是一种单向信息传播的网络，从信息承载能力上来看是比较弱的，网络的鲁棒性也不算好，但是作为信息发布最便捷、快速的方式，还是具有不可替代的作用。
　　（6）IP多媒体网络代表了电信网络发展的方向，出现了很多新电信技术、新业务，可以用于更有效、更便捷、更完善的应急通信。不仅VoIP业务应支持应急通信，而且各种宽带业务，像视频广播、视频会议及监控等多媒体业务也会为应急通信带来更多方便。其它一些带宽需求很低的业务，如即时消息、Presence和E-mail可以用来发送短小的命令及交互控制信息。尤其在仅有有限带宽可以使用的情况下，它们可以作为应急通信的补充手段。
　　（7）与固定通信、移动通信、卫星通信相比，互联网在应急通信中的作用正在逐渐变得重要。互联网的通信功能已经在发挥重大的作用，不仅支持E-mail，QQ，消息之类的文字通信，还支持视频、图像等多媒体信息的传送。互联网已经融入国家军事、经济基础设施等多个方面和领域。在应急通信方面，互联网具有很好的自愈合、路由迂回的能力，并且能够承载大容量信息。现在研究的一个重点是如何在互联网上实现紧急呼叫并解决紧急呼叫的定位问题。另外，各种互联网服务还可以成为应急通信的信息发布的载体。
　　无论是固定网络、移动网络、卫星网络、IP多媒体网络，还是互联网都具有各自的特点和优势，作为应急通信考虑应当将各种网络联合起来使用，优势互补、相互协作，以便更好地完成更复杂的通信任务。作为目前应急通信网络体系，主要依靠紧急热线，政务信息依靠政务网络来传递。作为未来的应急通信网络，则必须考虑各种网络的互补协调，互联互通。作为民众，不仅可以通过呼叫中心的方式和政府联系，还可以采用即时消息，E-mail，Internet等多种方式和政府联系，而政府也可以通过移动通信技术随时获取受灾民众的汇报、位置等信息。未来的应急通信网络是一个综合的网络体系（见图3）。

图3　应急通信网络的演进

　　2.5　应急通信的网络要求
　　对于应急通信业务，除了需要考虑在同一类型网络或同一网络域之内发生的情况，还要考虑跨越网络边界发生的情况。
　　（1）在同一网络内需要考虑支持应急通信业务的因素有网络架构（例如集中或分散的网元），特定的接入和网络信令协议（例如ISDN，ISUP，SIP或H.323等），承载网络类型（例如TDM，ATM或IP等），信令、承载网和管理的交互。
　　（2）支持跨越网络边界的应急通信业务的考虑主要有：建立应急通信呼叫／会话的信令，支持具有优先级的应急通信呼叫能够在承载层连接，不同网络信令协议的优先级机制的互通（例如ISUP和SIP），不同信令传送协议的优先级机制的互通（例如MTP和基于IP的传送），不同承载类型的优先级机制的互通（例如TDM和IP），支持对于应急通信呼叫/会话请求的认证，限制普通电话的网络管理功能对于应急通信呼叫则开放限制。
　　图4所示的是通用的NNI（Network-to-Network Interface）接口的参考模型，它包括信令接口和用户媒体接口。信令接口包括呼叫控制协议和呼叫控制信令传送协议。媒体接口包括承载和承载传送协议。如果承载控制信令和呼叫控制信令是分离的，还应有承载控制到呼叫控制功能的接口。
　　理想情况是不同类型的网络之间的互通接口能够基于标准。例如，不同类型的网络之间采用PSTN的互通标准来互通，即传统的No.7协议作为呼叫控制信令，采用TDM中继作为承载层的互通。从长远来看，不同类型的网络互通应当采用NGN的SIP呼叫控制信令以及以IP作为承载层。因此，不同网络中的优先级机制也应当做相应的规范。

图4　NNI接口

3、结束语
　　建立合理的应急通信体系是关系国家安全、民计民生的大事。研究应急通信的特点、网络体系，要充分利用各种通信手段来保证应急情况下的通信保障，不仅需要考虑通信网络演进的趋势性影响，还要利用各种新技术。目前，国家正在建立国家应急联动系统，将逐步实现紧急呼叫和救助热线号码的统一。从这一步出发，整合政府各职能部门的资源，建立可靠的应急平台指挥体系，建立完整的应急通信保障体系。这不仅需要高层的高瞻远瞩，也需要社会各方面力量的配合。