基于浮空平台的应急通信系统研究_范文博.pdf

电脑与电信电脑与电信基于浮空平台的应急通信系统研究1222222范文博 高 洁 黄成富 周 玉 程行军 黄晓明 张立新摘 要：在重大灾害发生时，现有公众网络基础设施遭到破坏会导致受灾区域通信中断，无法满足受灾群众自救、互救的通信需求。提出了一种基于浮空平台的应急通信系统，构建了空天地一体化的应急通信保障体系。同时对灾区内的一般民众和应急救援的融合通信需求进行了深入研究，为重大灾害场景下抢险救灾的应急通信保障提供重要参考。（1.中国联合网络通信有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000；2.中国联合网络通信有限公司广东省分公司，广东 广州 510000）关键词：浮空平台；应急通信；5G中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1008-6009（2022）11-0062-042.2 基于浮空平台的应急通信系统优势随着移动通信网络功能的全面扩展，网络融合、向空天地海一体化是未来信息通信发展的大趋势。针对海洋的广域覆盖移动通信发展需求，鹏城实验室与中国联通等联合开展海洋立体通信网络研究，探索基于飞艇、无人机和系留气球等浮空平台，构建空间移动通信网络。2019年10月至2020年9月，在湖北荆门开展空间移动网络外场试验，实现了5G空间动态组网，实测单站单小区有效信号覆盖和业务服务距离超过20.9km，最远点下行FTP速率平均重大灾害的发生往往导致基础设施损毁和公共电信网络的通信瘫痪、拥塞，而恢复正常通信需要十多小时，甚 至 几 天，如 美 国“9 1 1”恐 怖 袭 击、日 本“311”地震海啸、中国汶川地震、河南水灾等皆是如此，国内外无一例外，导致广大电信用户关键时刻无法通信。移动应急车是运营商当前应急通信保障的主要设备。当发生突发灾害时，移动应急通信车赶赴受灾现场，通过卫星、微波或光纤等搭建回传链路，开通应急基站临时恢复灾区通信。但车载应急基站覆盖小、容量低，只能保障应急指挥和必要的应急救援通信需求，而且常因交通阻断，导致移动应急通信车无法及时抵达受2灾现场。近年来，运营商也在探索利用无人机、气球、飞艇等提供应急通信解决方案，如2021年7月河南特大洪灾，国家应急管理部紧急调派“翼龙”无人机携带应急基站，从贵州起飞，往返上千公里，历时约16小时，定向 恢 复 了5 0平 方 公 里 的 移 动 公 网 通 信，建 立 覆 盖15000平方公里的音视频通信网络，为受灾区域民众提3供5小时的通信服务。这是一次为一般民众开展应急通信保障的有益尝试，空中基站累计接通用户2572个，产生流量1089.89M，单次最大接入用户648个，为灾区民众打通了应急通信保障的生命线，但也暴露出大型固定翼无人机应急调度难、成本高、效率低、保障时间短等一系列问题。1 引言应急通信是国家突发公共事件应急保障的重要组成部分，是抢险救灾、保障国家安全和人民群众生命财产的重要手段。当前应急通信保障的主要目标是保证应急指挥通信畅通，对一般民众的应急通信需求只能尽力而为。随着移动通信的飞速发展和广泛普及，如何让身处灾难中的广大民众，第一时间能利用手中的电话呼救、自救、互救，这是摆在电信运营商面前的重大课题，也是运营商的职责和担当。本文提出基于浮空平台的应急通信系统，面向5G和未来网络发展需要，充分发挥空间平台的优势，提出切实可行的应急通信解决方案，构建完整的空间移动通信应急网络，大幅提升电信运营商应急通信保障能力。在保障党政领导机关应急指挥通信畅通的同时，满足广大移动用户突发应急通信的基本需求，推进运营商应急通1信保障体系的快速发展。2 基于空间平台的应急通信优势2.1 应急通信现状作者简介：范文博，（1983），男，湖北汉川人，工程师，研究方向为核心网技术和通信产品研发。3 基于浮空平台的应急通信系统基于浮空平台的应急通信网络架构主要分为“本地网络”“传输网络”“核心网网络”“应急中心”四层架构（如图1所示）。在运营商公众网络中断时，受灾区域的移动用户可通过浮空平台挂载的空间基站接入本地应急网络，实现灾区内的语音、短信等基础应急通信业务。此外本地应急网络也可以通过卫星通道与后端的运营商公网核心网、救援服务中心、应急管理中心等平台完成信息交互，保障前后方救援指挥通信畅通。通过构筑空间的应急通信网络，为灾区内用户提供稳定、持久、高效的应急通信服务。核心网络：主要是运营商公网核心网络，在灾情突发初期，运营商公网核心网主要为应急核心网提供必要的信令交互，确保灾区内的用户能正常在本地应急核心网完成基础应急通信业务。待灾区内的无线和传输资源505Mbps，最大超过560Mbps，证明了空中5G在广域覆盖方4面的显著优势。3.1 网络架构基于前期研究成果，针对重大灾害大范围、长时间应急通信的保障需求，中国联通立项开展基于空间平台的应急通信系统研究，利用系留飞艇等浮空平台搭载应急基站，与地面应急核心网等构建空间应急通信保障网络。系留飞艇的浮空高度可达1000米，有效载荷100kg以上，可同时挂载3/4/5G等应急基站，实现1000平方公里的区域覆盖，应急通信保障时间7天以上，还开发了应急语音、短信及视频等特殊业务，解决移动用户的紧急通信的基本需求，提升电信运营商的应急通信保障能力，实现运营商应急通信保障体系的升级换代。本地网络：本地网络是在受灾区域现场临时建立的应急通信网络，主要为灾区用户提供应急通信接入和基础应急通信服务。其中浮空平台主要设备包括旋翼无人机、系留球、系留飞艇等，可挂载3/4/5G的空间基站、PDT集群基站及机载卫星站等设备，实现灾区内一般民众和救援人员的无线接入；地面平台主要设备包括锚泊车、应急通信车，可搭载3/4/5G应急核心网，PDT集群核心网，车载卫星站等设备，实现灾区内一般民众的语音和短信等基础应急通信业务，以及救援人员指挥调度5的集群语音和必要的视频类业务。传输网络：主要包括卫星传输通道和运营商光纤传输通道。在灾情突发初期，运营商光纤管道资源会因外部因素破坏导致无法使用，需要使用卫星传输通道将灾区的本地网络和后端的运营商公网及应急管理中心的网络打通。但受制于卫星通道的带宽容量和成本限制，需要优化业务流量，仅保留必要的信令和数据交互。在灾情处于恢复期时，可将业务流量切换到已经部分恢复的运营商光纤传输通道，同时将卫星传输通道作为备份传输通道。待灾情处于稳定期后，再恢复运营商光纤传输通道的正常使用。图1 基于空间平台的应急通信架构图6362DOI:10.15966/ki.dnydx.2022.11.009电脑与电信电脑与电信基于浮空平台的应急通信系统研究1222222范文博 高 洁 黄成富 周 玉 程行军 黄晓明 张立新摘 要：在重大灾害发生时，现有公众网络基础设施遭到破坏会导致受灾区域通信中断，无法满足受灾群众自救、互救的通信需求。提出了一种基于浮空平台的应急通信系统，构建了空天地一体化的应急通信保障体系。同时对灾区内的一般民众和应急救援的融合通信需求进行了深入研究，为重大灾害场景下抢险救灾的应急通信保障提供重要参考。（1.中国联合网络通信有限公司深圳分公司，广东 深圳 518000；2.中国联合网络通信有限公司广东省分公司，广东 广州 510000）关键词：浮空平台；应急通信；5G中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1008-6009（2022）11-0062-042.2 基于浮空平台的应急通信系统优势随着移动通信网络功能的全面扩展，网络融合、向空天地海一体化是未来信息通信发展的大趋势。针对海洋的广域覆盖移动通信发展需求，鹏城实验室与中国联通等联合开展海洋立体通信网络研究，探索基于飞艇、无人机和系留气球等浮空平台，构建空间移动通信网络。2019年10月至2020年9月，在湖北荆门开展空间移动网络外场试验，实现了5G空间动态组网，实测单站单小区有效信号覆盖和业务服务距离超过20.9km，最远点下行FTP速率平均重大灾害的发生往往导致基础设施损毁和公共电信网络的通信瘫痪、拥塞，而恢复正常通信需要十多小时，甚 至 几 天，如 美 国“9 1 1”恐 怖 袭 击、日 本“311”地震海啸、中国汶川地震、河南水灾等皆是如此，国内外无一例外，导致广大电信用户关键时刻无法通信。移动应急车是运营商当前应急通信保障的主要设备。当发生突发灾害时，移动应急通信车赶赴受灾现场，通过卫星、微波或光纤等搭建回传链路，开通应急基站临时恢复灾区通信。但车载应急基站覆盖小、容量低，只能保障应急指挥和必要的应急救援通信需求，而且常因交通阻断，导致移动应急通信车无法及时抵达受2灾现场。近年来，运营商也在探索利用无人机、气球、飞艇等提供应急通信解决方案，如2021年7月河南特大洪灾，国家应急管理部紧急调派“翼龙”无人机携带应急基站，从贵州起飞，往返上千公里，历时约16小时，定向 恢 复 了5 0平 方 公 里 的 移 动 公 网 通 信，建 立 覆 盖15000平方公里的音视频通信网络，为受灾区域民众提3供5小时的通信服务。这是一次为一般民众开展应急通信保障的有益尝试，空中基站累计接通用户2572个，产生流量1089.89M，单次最大接入用户648个，为灾区民众打通了应急通信保障的生命线，但也暴露出大型固定翼无人机应急调度难、成本高、效率低、保障时间短等一系列问题。1 引言应急通信是国家突发公共事件应急保障的重要组成部分，是抢险救灾、保障国家安全和人民群众生命财产的重要手段。当前应急通信保障的主要目标是保证应急指挥通信畅通，对一般民众的应急通信需求只能尽力而为。随着移动通信的飞速发展和广泛普及，如何让身处灾难中的广大民众，第一时间能利用手中的电话呼救、自救、互救，这是摆在电信运营商面前的重大课题，也是运营商的职责和担当。本文提出基于浮空平台的应急通信系统，面向5G和未来网络发展需要，充分发挥空间平台的优势，提出切实可行的应急通信解决方案，构建完整的空间移动通信应急网络，大幅提升电信运营商应急通信保障能力。在保障党政领导机关应急指挥通信畅通的同时，满足广大移动用户突发应急通信的基本需求，推进运营商应急通1信保障体系的快速发展。2 基于空间平台的应急通信优势2.1 应急通信现状作者简介：范文博，（1983），男，湖北汉川人，工程师，研究方向为核心网技术和通信产品研发。3 基于浮空平台的应急通信系统基于浮空平台的应急通信网络架构主要分为“本地网络”“传输网络”“核心网网络”“应急中心”四层架构（如图1所示）。在运营商公众网络中断时，受灾区域的移动用户可通过浮空平台挂载的空间基站接入本地应急网络，实现灾区内的语音、短信等基础应急通信业务。此外本地应急网络也可以通过卫星通道与后端的运营商公网核心网、救援服务中心、应急管理中心等平台完成信息交互，保障前后方救援指挥通信畅通。通过构筑空间的应急通信网络，为灾区内用户提供稳定、持久、高效的应急通信服务。核心网络：主要是运营商公网核心网络，在灾情突发初期，运营商公网核心网主要为应急核心网提供必要的信令交互，确保灾区内的用户能正常在本地应急核心网完成基础应急通信业务。待灾区内的无线和传输资源505Mbps，最大超过560Mbps，证明了空中5G在广域覆盖方4面的显著优势。3.1 网络架构基于前期研究成果，针对重大灾害大范围、长时间应急通信的保障需求，中国联通立项开展基于空间平台的应急通信系统研究，利用系留飞艇等浮空平台搭载应急基站，与地面应急核心网等构建空间应急通信保障网络。系留飞艇的浮空高度可达1000米，有效载荷100kg以上，可同时挂载3/4/5G等应急基站，实现1000平方公里的区域覆盖，应急通信保障时间7天以上，还开发了应急语音、短信及视频等特殊业务，解决移动用户的紧急通信的基本需求，提升电信运营商的应急通信保障能力，实现运营商应急通信保障体系的升级换代。本地网络：本地网络是在受灾区域现场临时建立的应急通信网络，主要为灾区用户提供应急通信接入和基础应急通信服务。其中浮空平台主要设备包括旋翼无人机、系留球、系留飞艇等，可挂载3/4/5G的空间基站、PDT集群基站及机载卫星站等设备，实现灾区内一般民众和救援人员的无线接