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应急通信的特点及应用需求

一、应急通信的特点

       由于突发事件本身的不确定性,不同于常规通信,应急通信场景众多、环境复杂多变,具有时间突发性、地点不确定性、通信设施受损程度的随机性、地理环境的复杂性、通信容量需求的不可预测性、通信保障的业务多样化、现场应用的高度自主性等显著特点。
9.11应急通信中心

       (1)时间突发性

对自然灾害和公共事件进行预测是比较困难的,因此大多数紧急事件的发生具有时间不确定性从而造成应急通信也具有时间不确定性,使人们无法预知什么时候需要应急通信。例如,汶川“5•12”大地震和“9•11”事件的发生时间就具有明显的突发性。少数情况下,人们虽然可以预知需要应急通信的大致时间,但是却没有充分做好应急通信的时间,如重要节假日、重要赛事、重要会议和军事演习等。

       (2)地点不确定性

大多数情况下,突发事件发生的地点具有不确定性,人们无法预知地震、大型火灾和水灾、瘟疫及一些恐怖活动的发生地点。从某种意义上说,任何一个地方均有可能发生突发事件,而地点的不确定性带来的问题是区域地理特征的明显差别,如山区、沙漠、沿海、城市、岛屿等,这对于通信保障要求均有不同。应急通信设备可能通过车辆、人、牲畜等方式到自然灾害现场,因此需要对设备的体积、质量结构等参数有严格的要求;同时自然灾害所在的区域环境可能非常严酷,所以通信设备也要考虑能满足在严酷的环境下通信;另外自然灾害现场还要考虑到通信设备的供电问题。只有在少数情况下,可以确定实施应急通信的具体地点,如城市的高话务区域、2008年的北京奥林匹克运动会、2010年的上海世界博览会等。在这种情况下,政府或企业可以提前派驻和组建一些应急通信设备,如移动应急通信指挥车等应对话务高峰。

       (3)通信设施受损程度的随机性

在发生破坏性的自然灾害时,如飓风、地震,通信基础设施可能受到损坏而使网络陷入瘫痪。而另外一些突发事件虽然严重,但对通信基础设施的影响很小,如公共卫生事件。

       (4)地理环境的复杂性

应急通信面临地点不固定、地形地貌的复杂多变,如海边、山区、城区、地下等;环境复杂,有时伴有有害物质,如放射性、有毒气体等,这对应急通信设备的环境适应性和使用人员的现场安全性也提出了特别要求。

       (5)通信容量需求的不可预测性

突发事件发生期间,通信容量需求剧增,人们无法预知需要多大的容量才能满足应急通信的需求。局部出现的大量通信流量,话务会造成网络拥塞,并且通信流向往往是汇聚式的,即大量通信业务流向特定的地区,如应急事件处置中心。

       (6)通信保障的业务多样化

在日常通信中,有数据、语音、图像、视频及多媒体业务等,在突发事件发生时,应该保障哪方面的业务呢?很明显,保障业务越多设备就越复杂。而在电信基础设施破坏的情况下,构建系统时间越长,对设施突发事件的处理就越不利,在处理紧急事件时,反应时间要快,同时要全面而准确地掌握突发事件的信息,所以需要对传输网络进行合理的折中,利用现场一切可利用的传输网,建立信息孤岛与外界的通信链路,保证通信畅通,满足语音、数据和视频图像等也都实时传输。

     (7)现场应用的高度自主性

在部分灾害现场,很多通信是发生在灾害现场的封闭区内,要求应急通信系统能够自成体系,不仅能提供与外界的联系,还能保障现场通信需求。
现场应急通信

二、应急通信的应急需求

       应急通信是为各类个人紧急情况或公众紧急情况而提供的特色通信机制,不同紧急情况对应急通信有不同的需求,为了达到不同的目标,所釆取的应急通信技术手段、管理措施也不相同。当应急呼叫被接收后,分属不同部门的移动设备和人员被送往应急区域。救援人员立即寻找需要救助的人员。同时,救援人员必须为保证各种任务而建立通信链路,如满足相应职能部门数据传输需求,从医院数据库中调取受伤人员的相关医疗资料等。此外,应急区域附近不同部门救援分队之间通过通信信道建立合作机制,有利于应急行动的相互协调。因此,希望应急通信系统能够根据不同的需求和性能目标进行广泛而有效的集成应用。

1.应急通信的网络和设备需求

相对于正常网络,应急通信对网络和设备提出了更高的要求。

(1)组网灵活:

可根据应急通信的范围大小,迅速、灵活地部署设备、构建网络。

(2)快速布设:

无论是基于公网的应急通信系统,还是基于专用的应急通信系统,都应该具有能够快速布设的特点。在发生可预测的事件时,如大型集会、重要节假日景点活动等,通信量激增,基于公网的应急通信设备应该能够按需迅速布设到指定区域。在破坏性的自然灾害面前,留给国家和政府的反应时间会更短,这时应急通信系统的布设周期会显得更加关键。

(3)小型化:

应急通信设备需要具有小型化的特点,并能够适应复杂的物理环境。在地震、洪水、雪灾等破坏性的自然灾害面前,基础设施部分或全部受损,便携式的小型化应急通信设备可以迅速运输、快速布设,可以快速建立和恢复通信。

(4)节能性:

由于通信对电力有很强的依赖性,某些应急场合电力供应不健全甚至完全没有供电,完全依靠电池供电会带来诸多问题。因此,应急通信系统通常需要自备电源,并尽可能地节省电源,保证系统长时间、稳定地工作。

(5)简单易操作

应急通信系统要求设备简单、易操作、易维护,且能够快速地建立、部署、组网;要求操作界面友好、直观,硬件系统连接端口越少越好;要求所有接口标准化、模块化,并能兼容现有的各种通信系统。

(6)具有良好的服务质量保障

应急通信系统应具有良好的传输性能、语音/视频质量等,并且网络响应迅速,可快速建立通话,能针对应急所产生的突发大话务量做出快速响应,保证语音畅通和应急短消息的及时传播。

2.应急通信的服务需求

典型的应急通信服务需求包括以下几种
应急通信视频音频现场传输

(1)视频传输。

为了应急响应行动,应急响应人员通常需要分发重要信息。这时,可能需要实时将视频传输至指挥/控制中心。典型的场景包括火灾现场视频传输到消防部门指挥中心或是附近分布的消防员;另一个场景是抗议示威集会、游行,当暴力事件发生时能将实时视频传输至警察部门。电力抢修可以把抢修的现场情况实时回传到电力调度中心。

(2)音频/语音。

过去十几年间,在两个同等用户之间已建立稳固的语音服务应用,以支持公共安全操作。陆地移动无线电(Landmobileradio,LMR)提供半双工操作,需要用户按键说话。同时,公共安全通信体系正努力实现全双工公共安全语音传输服务。影响语音质量的因素包括以下几种。
       1)相关数据包的丢失(当为零时,包的丢失是随机的)。
       2)数据包丢失率。
       3)根据使用网络的类型(如IP)数据包大小的变化。语音质量同时依赖于所使用的压缩算法。

(3)按键通话

按键通话是一种允许两个用户之间通过半双工方式进行通信的技术。通过按键,控制语音接收和发送模式的转换。按键通话工作于“步谈”模式,具有许多特点和优势。
        1)瞬时链接:通过按键,用户能够瞬时建立链接,而不需要拨号或是等待链接建立。
        2)群通话:通过注册按键通话群服务,形成用户群,一个用户说话,群中其他用户能够同时听见他的声音。
        3)节约成本(与3G的SMS相比):使用按键通话,信息能够同时分发到多个用户。
        按键通话技术的前两个特点(瞬时链接和群通话),在应急情况下非常重要,应急人员能够通过按键通话快速建立链接,进行正常通信。基于蜂窝的按键通话在移动通信中提供按键语音通话服务;基于半双工的VoIP(Voiceoverinternet  protocolIP电话)技术,则提供点到点及点到多点的通信链接。

(4)实时文本信息

应急状态下,对于警示信息分发,文本信息是一种有效、快捷的解决方案。典型的应用包括个人向警察报告可疑的人或行动;受灾人员与亲属之间进行沟通;政府部门向公众发布可能的灾害信息(如飓风、火灾、洪水)等。
        典型的文本信息可能是短消息业务(Shortmessageservice,SMS)、E-mail或瞬时信息等。实时文本信息的发布,对数据率的需求并不高,28kbit/s的速率即可满足这种应用类型。

(5)定位和状态信息。

定位和状态信息是非常重要的。在应急事件中,受灾人员的位置能够引导救援人员提供即时的医疗救助。可以通过使用多项技术,获取定位信息。例如,4G网络能够提供比3G网络更为精确的定位信息,原因在于3G网络仅使用全球定位系统(Globalpositioningsystem,GPS)技术,其精度有限。通过诸如射频识别(Radiofrequencyidentification,RFID)标签等手段,能够为受伤人员、设备及医护人员提供必要的定位信息,从而增强救援效能。同时,GPS技术为室外环境提供定位信息,而射频识别标签和基于Wi-Fi的定位系统可应用于室内环境。
        状态信息是关于在应急区域内各目标的多个类型的状态。例如,针对公共安全服务,传感器网络能够广播有关环境温度、水位等相关信息。在应急状况下,医护人员在受伤人员身上放置RFID追踪器,能够根据他们的危险程度(如生命危险、受伤严重等)进行分类。

(6)广播和多路广播

广播能够将信息传输到所有用户,而多路广播能够将信息传送至一个用户群。两个功能都能增强公共安全和救援行动。例如,银行外的可疑行动能够触发实时视频监控,并通过多路广播的形式将信号传输到附近警车。
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