5G应急通信技术应用探索

中通服咨询设计研究院有限公司 闫伟才 胡剑飞

1 背景

自古以来，人们一直在探索应急通信技术应用，例如烽火狼烟便为典型应用。近年来通信技术迅猛发展，国内5G通信已广泛覆盖，在应急通信保障过程中也多次应用。在此背景下，本文探索如何将将其他与5G应急通信结合，更好的进行应急通信保障。

近几年来我国自然灾害、突发事件频发，在灾害与突发事件处理中应急通信发挥举足轻重的角色。疫情过后，各地经济复苏，大型会展、商演活动、热门旅游对应急通信需求急剧增多。目前通信需求除电话话音基础保障外，数据需求日益突出，如视频信息及传感信息等。国家应急部门非常重视应急事件处理，提出以下要求：以人为本，减少危害；居安思危，预防为主；统一领导，分级负责；依法规范，加强管理；快速反应，协同应对；依靠科技，提高素质。新时期下应急通信要求具备以下新的特点：（1）宽带化：在应急场景下，图片及视频等可以传输更为直观、准确信息。为指挥人员分析现场情况更为精确了解决现场情况。如扶贫类日益增多的活动转播对应急通信也提出高带宽要求。（2）服务质量保障：通过服务质量控制，优先保证重要用户高质量同时保障普通用户高效率。将有限的资源合理分配实现服务质量控制也是应急通信需要解决的问题之一。（3）高可靠：应急通信常常应对的是非常复杂的应用场景，如自然灾害后恶劣的自然条件及贫乏的配套资源，又如大型活动中超大容量的通信业务转发。保证信息有效传输是应急通信是基本任务。

5G即第5代移动通信，相比于以往技术速度更快，连接时延更低，较4G物联网连接数量更有数量级的提升。在公网通信中5G经过两到三年建设，已实现大面积覆盖，覆盖到县城级别以上，实现县县通5G。在应急通信技术应用中，5G的高速率、大连接特点可在连接可靠的下，在满足基本信息的同时，传输与处理更多的现场视频图像与传感信息。

2 无人机在应急通信中应用

最近几年无人机由于其灵活特点，对作业环境要求低，没有人员必须的舒适与安全要求，在生产与生活等各种场景中应用越来越广泛。5G设备在近几年发展中，已出现多款质量轻、体积小产品，与无人机结合水到渠成。目前已在多次应急通信场景中看到了无人机的身影。2021年7月面对千年一次的暴雨灾害，许多基站被洪水冲坏，通过翼龙-2H无人机在重灾区郑州巩义米河镇上空，架起了空中基站。为灾区人民雪中送炭，架起了通信的桥梁。同时为指挥中心传回大量现场信息。飞机滞空时间可以超过一天以上，不过由于路程花费时间较长，略有遗憾的是河南现场作业时间稍短只留下约5h。但此类无人机相对体积大功能更强，可装备能力更大、容量更高设备。来返程可同时时携带其他救灾必须设备与材料，如卫星电话与各类仪器，现场实物材料等。在郑州另一地运商营通过系留无人机空中应急基站恢复米河镇应急通信，也是无人机在应急通信中的典型应用。

无人机在应急通信中应用可以发挥关键作用（1）快速实现基站中继搭建，在应急场景中往往很难找到合适高度的配套资源，同时设备安装、天馈搭建对资源要求高，要求作业时间长。利用无人机快速部署、对资源要求低，可实现方圆几到数十公里内快速通信。（2）应急信息采集。利用无人轻便灵活的特点，不仅行动迅速还能方便到达很多高危、恶劣场所如辐射、坍塌区域，可为调度指挥提供更多有效信息。无人机应急通信中通过融合5G技术，根据上文分析5G先进特点，可更好完成应用通信任务，实现应急通信技术水平提高。实际应用场景中，系留类无人机是较为常见无人机中的一种，可携带小型或微型通信设备，由于较高的飞行高度，在传输中断区域实现与已有基站视距回传，同时通信信号覆盖更大范围。实现通信网络快速入网。也可利用自组织网络技术，实现区域内协同作业。此种无人机可也可实现地面供电或光纤信号传输，保证持续不间断、可靠稳定工作。

3 5G边缘计算在应急通信中应用

边缘计算为5G通信技术重点推动发展的技术之一。MEC全称是Multi-access Edge Computing，即多接入边缘计算，主要思想是通过在移动基站上引入业务平台功能，使得业务应用可以部署在移动网络边缘。

通过引入边缘技术，实现远端算力下沉，减少传输带需求，而且由于节约信息传输路径，可极大减低时延。另外可以将终端算力上移，降低终端复杂度，提高续航，降低成本，同时依靠MEC远超终端的处理能力实现信息处理效率大幅提升。在通信技术发展中很早就提出NFV和SDN概述，直到第五代移动通信中才真正得到应用。此技术实现网元功能的分解、抽象和重构，达到5G通信网络达到控制面和转发面分离。5G通信网络逐步演进实现控制功能集中化和转发功能分布化。5G网络架构引入边缘计算作为其的一部分，通信网络可引入分布化架构，提高业务本地化处理能力，实现网络数据处理效能提高，降低终端要求，解决部分终端用户的极致需求，另外还可以满足垂直行业网络低时延、大流量、高安全性等诉求。利用边缘计算还可满足2B需求安全需要，在园区等内网处理信息，实现数据不出园区。综上所述，通过连续计算内部数据与应用本地完成处理转化，可提高边缘网络处理能力，降低核心网负荷，节约带宽需求，同时可实现安全的要求。

在5G应急通信网络中引入边缘计算技术，通过本地应急通信网络，完成现场应急信息采集分析预处理，本地应急队伍内部或与本地应急调度中心通信。在应急网络中，带宽资源紧张，数据分析处理，并进行分流，可大大节约网络资源。例如在活动视频转播中可将内部高度信息流量分流到活动现场网络。将视频采集设备的部分分析处理能力通过边缘计算进行处理分析，可降低视频采集要求，同时处理后的信息也能降低发给核心网的流量。

在2020年11月杭州举行的马拉松比赛中，运营商选用5G+MEC车载应急通信完成应急通信保障，实现了现场赛事高清直播等全新应用亮相。本次应急通信保障任务的圆满成功，证明5G+MEC车载应急通信网络可在5G应急通信保障中发挥重要作用。相比以往应急通信，通过现场终端拍摄直接传输到远方指挥中心。现场人员作业人员对上传效果并不知情，而后台不可能了解现场全方位信息所以无法与实际场景信息进行对较分析从而影响决策。经过对场景特点分析与MEC技术，本次马拉松通信应急保障中引用5G+MEC车载应急通信。目前MEC产品已趋于成熟，现场设备开通能力实现小时级开通能力，选择ULCL本地分流技术，现场边缘计算设备可对信息进行分析处理，经过处理后的信息极大缩小视频回传网络带宽需求，为应急通信场景提供更高效、更智能、更安全的5G服务。

4 卫星技术与5G应急通信结合

5G与卫星技术实现融合可实现：（1）卫星通信为5G实现传输回传（2）卫星通信采用5G通信技术实现信息传输。

应急通信场景常常环境恶劣、配套贫乏。如遇到泥石流、火灾、强地震、洪水、矿难等突发事件，导致地面网络临时中断、基础设施整体毁灭或边远地区原先通信配套设施薄弱情况下，太空中的卫星通信在此种场景脱颖而出。在该应用场景中，卫星/5G稳定的工作满足每个作业队伍与应急用户的最基本的语音与数据等业务需求。卫星在5G应急通信用途之一是作为回传网络实现5G应急网络的畅通。5G更高的峰值速率对回传网络要求较高，近年来高通量卫星发展迅速。高频段便携设备逐步普及，高频段在提供大带宽的同时可大大减小设备体积。

另外在卫星通信中也在引入5G技术，实现卫星通信5G相融合。SaT5G等项目将通过定义基于卫星的回程和讯务分流解决方案将卫星通信带入5G。在国内外已有相关试验，2021年7月，在北京和济南，国内第一次将低轨宽带卫星与5G专网进行融合试验。

结语：应急通信作为应急管理中关键的一部分发挥不可替代的作用，结合5G通信技术特点融合其他先进技术，探索其在5G应急通信中应用，实现不断发展。