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基于卫星通信的应急通信系统

时间:2020年07月10日 所属分类:电子论文 点击次数:

摘要:主要详细的介绍了在紧急情况下,卫星通信在应急行动中所起到的作用。首先,简单介绍了应急通信系统;其次,具体阐述了卫星通信系统在应急通信情况下的优势。随着我国卫星通信技术的快速进步和我国经济的快速发展.卫星通信被广泛的应用。应急通信系统的

  摘要:主要详细的介绍了在紧急情况下,卫星通信在应急行动中所起到的作用。首先,简单介绍了应急通信系统;其次,具体阐述了卫星通信系统在应急通信情况下的优势。随着我国卫星通信技术的快速进步和我国经济的快速发展.卫星通信被广泛的应用。应急通信系统的服务能力越来越强,卫星通信将会更大程度提高应急通信系统服务能力。能够有力减少对社会和人民的损害,提高紧急情况的救援能力。基于卫星通信技术对应急通信系统集成了各方面的业务融合,为成立应急抢修移动指挥调度系统奠定了基础,通过应急演练,已经应用在大型工作中。随着通信技术的发展,基于卫星通信的移动应急系统和有线传输技术将成为通信网络保障的基础。

  关键词:通信抢修;卫星通信技术;应用;大数据时代;安全;应急;处理方式

卫星通信技术

  引言:大数据因为具有复杂与信息量大等特点,要想实现数据的快速传输,需要找到更好的传播通道与通信技术有效地处理大数据,借此提高存储量,实现网络层面的数据源流向变化,提高数据传输网络的质量并提升传输网络的效果。通过应用卫星通信技术可以使大数据传输的过程更加扁平化,在应急通信保障工作中,卫星通信具有相当重要的作用。当发生洪涝、地震等灾害时,如汛期持续强降雨、强对流等恶劣天气可能导致城市内涝、河流洪水,造成传输光缆损毁、基站大面积停电、局部地区通信网络中断,此时可利用卫星应急通信车初步恢复灾区移动通信,建立应急通信指挥平台,指挥抢险救灾和紧急救援工作。

  通信论文投稿刊物:《中国数据通信》(月刊)[1] 于1999年创刊,由中国科技协会主管,中国电子学会主办,《中国数据通信》杂志社编辑出版的数据通信技术专业期刊。办刊方向:以数据通信技术为主线,结合电信市场、业务和技术,报道中国数据通信技术的成果与发展趋势,交流实用技术和经验,跟踪和报道数据通信的新动态。

  正文:一、卫星应急通信系统平台的构建方法

  1.1卫星与地面固定网的融合应用

  地面固定网主要包括公众电话交换网和综合业务数字网。其中公众电话交换网就是我们日常生活中常用的电话网;综合业务数字网是一个数字电话交换网络。它除了可以用来打语音电话,还可以提供可视电话、数据通信、会议电视等业务。卫星通信系统与公众电话交换网实现互连可以为用户提

  供最基本的通话和传真业务,而与发展迅速的综合业务数字网连接,可以实现多媒体和信息共享功能。当发生重大地质灾害,地面干线网络遭到严重毁坏无法满足通信需要时,卫星通信系统就可以作为地面线路的备份连接,实现地面通信的快速恢复,确保信息畅通。通常,当某地发生突发情况通信瘫痪时,技术人员可以在第一时间携带卫星移动电话终端(如海事卫星、全球星)到达事发现场,以最快的速度建立起当地与外界的通信联系;条件允许时,可将卫星车接入被损毁的地面固定网,提供与公众电话交换网和综合业务数字网一样的通信功能;当用户两端相距较远,中间地面有线线路损坏时,卫星通信车在其间还可实现中转功能。

  1.2卫星与地面移动网的融合应用

  地面移动通信系统可分为公众移动通信系统和专用移动通信系统,前者就是人们生活中使用最普遍的通信系统,如我们手机用户最常用的GSM通信网、CDMA通信网等。后者是指专门用于应急指挥调试的数字集群通信系统。

  灾害和突发事件来临时,往往导致线缆和电力中断、话务堵塞、网络瘫痪等问题,给救援工作的开展增加难度。而将公众移动通信系统与卫星通信相结合,利用卫星链路中继代替易毁的线路,回传地面移动电话的通信流量,可以有效地提高应急能力和扩展系统覆盖范围,及时弥补地面通信的不足。2008年汶川地震发生后,在通信设施被严重破坏的情况下,中国联通很快在重灾区映秀镇开通了VSAT地面卫星通信站,及时有效地恢复了移动通信业务。数字集群通信系统是一种专业无线指挥调试通信系统。具有快速呼叫建立的特点,非常适合应急通信中各个部门之间的调度通信,同时它还具有故障弱化、单站运行和终端之间的直通功能,适合于在突发、恶劣的以及没有基础网络的场合下应用。在应急救灾现场,同公众移动通信一样,可利用卫星通信将数字集群通信系统接入核心网,实现数据的回传以及与公网的互通。随着技术的不断发展,集群通信系统除了可以提供语音服务之外,在数据支持能力方面也不断提高,在我国应急通信的应用中发挥越来越重要的作用。

  1.3卫星与无线接入技术的融合应用

  当发生重大突发事件和险情,大规模的应急和救援行动展开以后,移动电话、便携终端以及卫星通信车已不能满足大量公众和救援通信的要求,这就需要更大的宽带系统支持。目前,我国宽带通信业务主要是使用地面光缆传输来实现的,而以光缆传输为支撑的宽带通信系统自身抗毁能力比较薄弱,且修复难度较大,难以在突发事件中迅速发挥作用,这就需要将卫星无线传输技术和宽带无线接入技术融合应用来实现无线宽带业务。WiMAX作为一种新兴的宽带无线接入技术,它具有传输容量大、覆盖能力强、可靠性好、频谱利用率高等技术优势,传输距离能达到50kin,并能在20MHz(兆赫兹)信道带宽下,支持高达75Mbit/S的数据传输速率。可以在光缆断损时承担回路的作用,替代原有的有线连接方式,来提供无线宽带接入。借助卫星系统集成WiMAX宽带无线接入技术实现语音、数据和视频传输功能。其基本原理是:当用户无法利用原有的光缆传输方式上网时,可在卫星通信车附近建立WiMAX基站,由基站将用户发来的语音、数据、视频等宽带信息传输至卫星车,而后通过卫星链路传至互联网,满足救灾指挥中心、新闻中心、疾控中心、医院等救援部门用户指挥决策、信息交流、新闻报道等业务需求。

  二、应急通信概述

  2.1应急通信的定义

  应急通信是指在出现自然或人为的突发性紧急情况时,综合利用各种通信资源,保障救援、紧急救助和必要通信所需的通信手段和方法,实现通信的机制。应急通信并不是独立存在的一种全新的新技术,而是各种通信技术、通信手段在紧急情况下的综合运用,其核心就是紧急情况下的通信。应急通信不仅是单纯的技术问题,还涉及管理方面。应急通信由于其不确定性,对通信网络和设备提出了一些特殊要求,这些网络和设备从技术方面提供了通信技术手段的保障。但在管理方面,还需要建立完善的应急通信管理体系,针对不同场景建立快速响应机制,协调调度最合适的通信资源,提供最及时有效的通信保障。应急通信网(EmergencyCommunicationNetwork,ECN)是指为应对突发性大型自然灾害或公共事件而快速建立的临时性通信网络,为救灾组织及人员保证通信畅通,最大限度地降低灾难损失、维护社会安全和稳定。ECN主要用于遭受地震、台风等重大自然灾害以及发生突发事件或恐怖袭击事件中。

  2.2应急通信的发展趋势及前景

  近年来,恐怖袭击事件时有发生,给相关国家公共安全造成了严重威胁,然而应急通信涵盖的应用面相当广泛,除了公众安全、抢险救灾之外,还有战备通信等。在战争中,占领或摧毁敌方的通信设施是获取胜利的重要环节这一,这也就从根本上决定了我国的应急通信要使用自己的应急通信技术。尤其是无线电应急通信技术,是应急通信的主体和核心,积极吸取国外先进的技术为我所用,并根据我国应急通信的实际情况,发展我国的应急通信技术。

  2.3研究应急通信的目的及意义

  中国是一个灾难多发、频发的国家.特别是自然灾害时有发生,给国民经济和人民生命财产造成了很大的损失。汶川地震、舟曲泥石流等,这些灾难,既考验了通信部门的应急响应能力,也考验了通信网络的应急通信保障能力。从这些经验教训中。我们逐步意识到只有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.减少人民生命和财产的损失。应急通信系统是为满足各类紧急情况下的通信需求而产生的,而自然灾害、卫生事件、尤其是社会事件等突发公共安全事件发生的地点和规模都无法提前预知和准备。各类紧

  急情况具有如下共同特点:需要应急通信的时间一般不确定,人们无法进行事先准备,如地震、海啸、火灾、台风、泥石流等突发事件;需要应急通信的地点不确定;进行应急通信时,需要什么类型的网络不确定%

  三、卫星通信在应急通信系统中的应用

  在应急通信保障工作中,卫星通信具有相当重要的作用。当发生洪涝、地震等灾害时,如汛期持续强降雨、强对流等恶劣天气可能导致城市内涝、河流洪水,造成传输光缆损毁、基站大面积停电、局部地区通信网络中断。可利用卫星应急通信车初步恢复灾区移动通信,建立应急通信指挥平台,指挥抢险救灾和紧急救援工作。以往,卫星应急通信车主要用来承载2G基站的中继传输,但2G基站的网络利用效率低,GPRS最高速率通常只有30K左右,其低容量和低速率已难以满足人们对数据和视频通信的需求。因此,如何通过卫星传输作为3G基站的传输链路在应急状态下快速开通3G基站,从而为用户提供更好的通信服务,成为运营商亟需解决的问题。

  针对3G业务速率高、实时性强的特点,采用卫星专线进行IP分组传输,为RNC和NodeB提供中继链路。在卫星通信车CDM625A调制解调器上调通1路E1通道(速率2.048Mbit/s),采用G.703协议,以IP-PPP-E1的卫星专线方式承载RNC和NodeB的Iub接口的数据,确保了数据的可靠传输。但卫星链路的带宽较小、时延较大,尤其在雨雪天气下,信号强度波动明显,而3G基站对传输链路的质量要求较高。针对这个问题,武汉联通为不影响现网通信,利用退网空闲的RNC设备,组建起试验网,尝试调整不同参数消除卫星链路传输时延较大对3G基站的影响。对RNC的寻呼响应时长、分配信道时长、基站同步相关参数,包括节点同步、空中接口同步、公共信道帧同步和专用信道帧同步参数进行了优化设计,还对寻呼重发次数、响应时长和信令的建立时长等进行了门限值的修改。硬件方面,对天线俯仰角、方位角和极化角进行精确调整,使接收系统的(G/T)值最大,减少链路损耗。通过以上措施,应急基站车车载3G基站正常启站,在后续拨打测试和高速数据传送测试中,数据丢包率和误帧率在正常值范围,呼叫建立时延、数据上传和下载速率都能满足需求。

  四、卫星通信在应急通信中的具体应用

  近年来,在各类重大突发事件、群体性事件以及灾害事件的现场处置、救援工作中,大型活动、国际会议的安保工作中,公安机关各级领导靠前指挥,扁平化、可视化指挥模式得到广泛应用,现场应急指挥的通信保障需求有以下特征和变化:①业务类型由传统的单一语音业务保障向语音、视频和数据的多业务综合保障转变;②现场参与处置的各单位之间通信互联互通需求突出;③现场处置对实时监控图像的需求明显,对图像质量要求较高;④现场处置指挥人员与后方总指挥部之间的视频指挥通信保障需求强烈;⑤现场处置人员对公安内外网的信息查询需求极大。针对上述需求,公安机关已经陆续配置了部分通信装备用于现场指挥通信保障,旨在建设一套集成度高、通用性强、扩展灵活、规格统一、能够快速部署的现场应急指挥综合通信保障系统。

  4.1自然灾害发生时

  自然灾害的种类繁多,这些自然灾害往往会突然爆发,在不同地区、不同环境下都可能发生。卫星电话的应用可以改变这一现状,将受灾地区的信息快速发送出去,为抢险救援工作提供关键的信息,从而保障灾区人民快速获得救助。

  4.2社会安全事件发生时

  社会安全事件主要包括涉及公共安全的重大刑事案件、涉外突发事件、恐怖袭击事件、经济安全事件等。因此使用卫星应急通信车架设临时卫星通信链路则必将在通信、指挥、调度系统等各个方面起到开路先锋的作用。

  4.3突发话务高峰时

  运用通信卫星将晚会信息发送到电视和网络上,能够使人们看到清晰的画面,这也为卫星通信开辟了全新的应用领域。

  4.4卫星视频会议

  卫星会议终端的作用是将某一会议点的实时图像、语音和相关的数据信息进行采集,压缩编码,多路复用后送到传输信道。同时将接收到的图像、语音和数据信息进行分解、解码,还原成对方会场的图像、语音和数据拥有E1+IP、2E1+2E1线路备份功能。会议过程中当主用线路突然故障时,终端将在毫秒级内检测到故障状态,自动启用备份线路,保证会议顺利进行。H.235信令和AES媒体流加密、GK注册密码认证、会控密码操作等多重安全措施,保障信息安全。

  五、系统工作的关键技术

  5.1应急通信服务系统由于其具体应用功能的需求,需要具备一定的特殊性质,即能够在突发事件发生之前,时刻满足对自身相关情况实时监控,实时热备,可随时启动。同时,还应具备满足紧急突发事件或灾后救援工作中所有现场工作具有大量不确定因素需要灵活调整的通信需求。所以,在通信系统的具体应用过程中,所采用的通信技术,应针对具体的处理工作性质进行分析设计,而从整体上说,所采用的关键技术应具有应用时提高宽带利用率、平日降低工作功率和损耗、有效节省昂贵的卫星资源等基本特征。典型的卫星应急通信系统主要包括上下行射频设备、天线、以及调制解调器等,而在系统的工作过程中,最为关键的应用技术主要有调制解调与编码技术以及带宽动态分配技术等。

  5.2带宽动态分配技术

  带宽动态分配技术是一种能够最大限度减少卫星资源利用的方法。在卫星应急通信系统中,应急指挥中心站与远端站之间的网管通道,通常存在带内与带外两种形式,带内信道主要是指相关网管信息的具体业务传输信道;而带外信道则主要是指独立于业务传输信道以外的网管信息通信传输信道。带宽动态分配技术则通常采用独立的网管信道方式,这是由于在带内传输过程中,网管信息可以在远端站与中心站之间,实现与卫星的一跳可达。另外,与传统的静态分配带宽相比,动态分配技术运行的频率要求相对较小,可以有效节省约60%左右的带宽。本方案地面站将使用带宽动态分配技术,在后台网关系统中为本项目配置相应带宽分配设置,保障在系统在多点通信时的通信质量。

  5.3与地面网络充分融合

  本技术方案中,通过建立陆地广电网络专线建立指挥中心与卫星地面站的固网专线连接,作为卫星通信组网的链路备份。便携卫星设备通过卫星与地面站建立连接后,可以选择直接与其他其他便携站建立连接,也可以通过地面广电网

  络专线与指挥中心内网直接路由连接(与卫星通信相比,地面广电网络的应用可以有效规避误码率高、传输带宽受限以及传输时延长等不良的工作状况。)

  总结

  综合上文所述袁卫星通信技术在应急通信当中是一项特别重要的通信手段袁它在灾害发生时袁可以及时有效地实现信息的实时传递袁有效地确保了人民群众的生命财产安全遥随着社会的发展和信息技术的进步卫星通信具有开通时间短、传输距离远、通信容量大、网络部署快、组网方式灵活等优点,在应急通信中发挥着重要作用。卫星通信仍处于快速发展中,以卫星通信为依托的卫星应急通信.将在应急通信领域获得更加广泛的应用。灾情发生后,应急通信系统作为陆地常规通信的补充和延伸,具有较高的机动性、灵活性,能够快速部署,快速组网。辅以相应的卫星通信资源、陆地通信资源,后端支持保障系统,及专业的前端支持保障团队,能够迅速恢复前方关键位置的通信能力。同时,配置应急视频通信箱、单兵无线图传系统,可以使前方同时具有了双向传输语音、数据、高质量清晰图像的能力,在最短时间内将受灾现场的情况传送至市级或自治区防汛指挥中心,使各级防汛指挥部门第一时间掌握汛情信息,为防汛科学决策提供依据,及时有效地进行防灾救灾指挥,对提高抢险救灾能力具有极其重要的作用。

  参考文献:

  [1]胡万莹,朱吉胜.基于卫星通信的应急通信系统.科技视界,2012,8:127—128

  [2】(加)丹尼斯·罗迪著,郑宝玉等译.卫星通信.机械工业出版社.2011

  [3]董天齐,李向东,郑学谊等.海上靶场试验通信技术与保障.国防工业出版社.200771

  【4]胡万莹,朱吉胜.基于卫星通信的应急通信系统田.科技视界,2012,08:127~128+72.

  [5】相生奇.基于卫星重叠通信的应急救援通信系统研究[D].西安电子科技大学.2014.

  作者:葛建云