利用VSAT技术为突发公共事件构建远程通信指挥系统

李德亮 马伟光

利用VSAT技术为突发公共事件构建远程通信指挥系统

李德亮 马伟光

针对近年来世界范围内日益频繁发生的突发公共事件，利用VSAT技术构建远程通信指挥系统，以应对基础通信设施遭到破坏时，能够保持国家指挥中心与各省级消防指挥中心、救灾现场通信链路的畅通无阻，从而实现对各省消防资源的快速准确调度，为救灾赢得宝贵时间。

依据《国家突发公共事件总体应急预案》，将突发公共事件分为自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、社会安全事件四类。纵观近年来世界范围内的突发公共事件有大规模上升趋势，仅今年就有海地地震、中国山西王家岭煤矿透水事故、中国青海玉树地震以及冰岛火山喷发等。突发公共事件的频繁发生对国家的应急救援、抢险救灾的通信保障能力提出了更高的要求。

依据现行的GB 50313-2000《消防通信指挥系统设计规范》，对城市消防通信指挥系统和省消防通信指挥系统进行了规范、给与了指导性意见，但是并没有对突发公共事件的应急通信保障工作进行规范。实际上，在突发公共事件发生时，通常是要全国范围内组织人力、物力进行应急救援，而不仅仅局限于一个省或一个城市，另外常常也会伴随着基础通信设施严重破坏、传统的通信网络无法使用（比如地震时），此时为突发公共事件构建远程通信指挥系统就显得尤为重要。指挥中心与救灾现场通信链路的畅通无阻，为远方指挥部准确评估灾情、集中全国力量、合理调度资源、提高救援速度的提供了技术保障。

笔者通过对各类卫星通信指挥系统的检验实践以及各类技术标准和资料的分析出发，总结出在基础通信网络受到破坏时，如何利用VSAT技术为突发公共事件构建大范围的远程通信指挥系统。

常态下的通信与我国消防通信现状

日常的通信管理中，一般使用常规通信手段，包括有线网络、无线公网（电信部门提供的2G、3G网络）、政府部门无线专网（350M、800M专网等）。这些通信手段必须依靠地面有线网络（光纤线路）、无线基站、机房等基础设施，必须有可靠的电力保障，而且这些通信线路都有容量限制。

当前，消防现场指挥中心的信息主要靠350MHz专用电台和移动电话传输，它沿用至今，为消防领域的作战指挥做出了不可磨灭的贡献，但是也不可否认，350MHz无线通信系统也有弊端，在极端情况下，基站不能正常工作，较易出现通信盲点、通信障碍乃至瘫痪，使各级指战员在灾害事故现场处理紧急情况时容易贻误战机，给国家和人民生命财产造成巨大的伤亡和损失。

VSAT卫星通信概述

VSAT技术的特点

VSAT(Very Small Aperture Terminal)指的是卫星地球站天线口径很小的终端。VSAT地球站之间通过通信卫星上转发器的中转直接通信，传输延迟一般小于0.3s。在卫星覆盖的1/3地球表面区域内，任何两个或多个卫星地球站之间，不管距离远近，通信效果都是相同的，不易受地理环境、天气条件的限制，不需要其它地面设施。移动地球站机动灵活，普通天线系统对星时间小于5min。通过终端设备的转接，一条卫星链路可以同时传输多路语音、数据和图像信息。采用Ku波段时，频率很高，不易受到其它电磁波的干扰。

国内外电视图像现场直播，都采用VSAT卫星通信技术。VSAT卫星通信技术，日益成为军队、警方和机动通信等领域应急通信的首选技术。

VSAT卫星通信网的优点

卫星通信技术相比传统的通信技术具有以下优点：

1) 高可靠性。卫星在离地球36500公里外运行，不受地球所发生的灾害影响。而地面网络的诸多环节中的任一环节都有可能引起通讯中断；

2) 覆盖范围广。可实现多址通信和信道的按需分配，通信灵活机动；

3) 组网简单，速度快。最简单的网络只需一对卫星小站即可开通；卫星可在数分钟内“一键开通”通信链路；

4) 通信容量大。卫星通信一般使用1-10GHz的微波波段，有很高的带宽，可传输多路视频和大容量的电话。一般小站下行可以达到40MBPS，上行可达到6-8+MBPS；

5) 可以和其他网络有效融合。其他网络可在卫星链路的基础上快速组网；

6) 扩容容易。可无级不间断扩容，大部分卫星通信系统甚至可以按需分配带宽；

7) 安全性好。卫星频段经过协调，卫星传输的干扰很小。而集群和其他无线手段，除移动电话外，基本使用公用频段，安全和干扰问题隐患大；即使使用专用频段也比较容易被截听。

利用VSAT技术为突发公共事件构建远程通信指挥系统

功能要求

参照国家标准《消防通信指挥系统设计规范》中对城市消防通信指挥系统和省消防通信指挥系统的规范要求，对突发公共事件远程构建远程通信指挥系统具体功能要求如下：

1) 利用系统资源，指挥中心能与全国各省、自治区、直辖市现有的常态下消防通信指挥系统互联，可以对各省、自治区、直辖市的消防实力调度。

2) 在突发公共事件的事故现场不经过常态下的通信网络，借助卫星通信技术可以将事故现场的灾害情况、救助情况准确地反馈给指挥中心。

3) 指挥中心与事故现场可以进行话音通信、数据通信和图像通信。

4) 利用系统资源，对全国各省、自治区、直辖市的消防信息进行采集、存储、检索、处理、显示、传输、分析。

5) 利用系统资源进行消防指挥培训。

从上述功能要求看出，通信指挥系统是灾害事故现场与外界进行信息交换的枢纽，也为远方指挥中心综合各种信息进行决策和资源部署提供了科学依据。由于突发公共事件的灾害事故现场情况复杂，往往需要在全国范围内调集人力、物力资源，因此性能优良的通信网络是成功进行应急救援的基本保证，而VSAT技术通过使用卫星通信技术，使得在传统的通信网络无法使用时，仍能有畅通的通信保障。

系统中针对用户的三级星型网络结构

图1 系统用户三级星型网络结构图

系统用户网络结构如图1所示。

1) 系统总指挥员、全国指挥中心

该级别的用户拥有最高权限，指挥调度员利用国家指挥中心的调度平台实现资源调度，权限分配；针对用户提出的通信要求，分配通信权限，进行分组控制和范围可控的视音频会议；终端用户加入申请批准、解除在网，终端用户遥毙、解毙等控制。

图2 系统中逻辑结构图

系统管理员可以实现对整个系统的维护、升级、科目设置与取消等。

2) 省级消防通信指挥中心及指挥员、事故灾害现场指挥员

该级别的人员享有控制本系统的权限，省级消防通信指挥中心指挥员听从系统总指挥员的指挥，对本省范围内消防资源进行调度；实时地将本省消防资源的分配情况反馈给总指挥部。

事故灾害现场指挥员则属于特殊的二级人员，其人员构成可为移动二级调度指挥员，也可为突发公共事件发生地所在省的二级调度指挥员，其职责主要是执行国家指挥中心总指挥员下达的各项救灾命令；将事故灾害现场的情况实时地反馈给指挥部，为远方指挥部准确评估灾情、集中全国力量、合理调度资源、提高救援速度的提供保障。

3) 各省三级调度指挥人员、各省战勤保障体系指挥中心、处置紧急情况的一线战斗人员

该级的调度指挥员享有调度指挥本场所人员、物资等的权限；实时地将本场所的人员、物资等情况反馈给省指挥中心；听从省级消防指挥中心指挥员的调度。

VSAT技术在突发公共事件远程通信指挥系统中的应用

利用VSAT技术构建的突发公共事件远程通信指挥系统的主要性能应符合下列要求：

1) 系统的通信网应相对独立、保持畅通，并应具备自检或巡检能力；

2) 系统应具备为跨区域联合作战提供辅助决策指挥的能力；

3) 系统应具备共享性和可扩展性。

图2为VSAT在突发公共事件远程通信指挥系统中的逻辑结构图。从图2中可以看出，突发公共事件远程通信指挥系统的指挥中心、应急现场以及各省级消防指挥中心之间是通过通信卫星的中转进行通信，传输延迟一般应小于0.3s。

该通信指挥系统是由主站（也称指挥中心）、VSAT小站（应急现场及各省级消防指挥中心）和卫星转发器组成。

1) 主站。主站是VSAT通信网的核心，通常使用大口径天线，直径为3～8m(Ku频段)或7～13m(C频段)，主站发射功率通常为数百瓦，并配备网络监控设备对全网进行监测、控制、管理与维护，还配备收发通信设备和数据接口设备。主站通常与主计算机放在一起，通过其他线路与主计算机连接。由于主站关系到整个VSAT网的运行，所以它通常配有备用设备。为了便于重新组合，主站一般都采用模块结构，设备之间以高速局域网进行互联。

表1 系统主要构成部件及其功能

2) 小站。VSAT小站由小口径天线、室外单元（ODU）和室内单元（IDU）三部分组成。室外单元主要包括功率放大器、低噪声放大器、上/下变频器和相应的监测电路等，并把它们组装在一起作为一个部件，配置在天线附近。室内单元主要包括调制解调器和数据接口设备。室内单元与室外单元通过铜轴电缆连接。

3) 卫星转发器。它一般由采用工作与C或Ku波段的同步卫星透明转发器组成。在第一代VSAT卫星通信网主要采用C波段转发器，从第二代VSAT卫星通信网开始，以采用Ku波段为主。具体采用何种波段不仅取决于VSAT卫星通信设备本身，还取决于是否有可用的星上资源，即是否有Ku波段转发器可用，如果没有，那么只能采用C波段。

具体来说，一个完整的VSAT通信网，应该包含：自动定位天线、功率放大器、低噪声放大器、上/下变频器、网络控制终端、MODEM以及密码器、复用器、控制系统等。如表1所示。

此外，局域网计算机上需要传输的数据也要先经过TCP/IP协议栈的处理才能被复用器所用。为了提高视频、音频数据的安全性、可靠性，还应能通过常规通信线路传输，系统中应该预留下丰富的转换和控制接口。

结束语

VSAT卫星通信系统功能强大，不易受地理环境、天气条件的限制，不需要常规的地面通信设施、机动灵活，为处置突发公共事件、严重自然灾害应急救援提供了可靠的通信保障。随着它在应急救援、消防领域的广泛应用，将更有利于消防部队的救援指挥由经验型向科学型转变、单人指挥向集体讨论共同决策转变，也更有利于快速高效地调配全国的消防资源，为应急救援争取时间，相信VSAT卫星通系统在应急救援领域的广泛应用，将对消防事业产生更加巨大的影响和促进作用。

作者单位：李德亮，公安部上海消防研究所；马伟光，国家消防装备质量监督检验中心