2.2 国土监控及国家防灾救灾系统的总体框架

国家国土监控系统是一种覆盖全国的信息系统。这种信息系统由国家国土监控业务系统和覆盖全国的电信网络两部分组成。其基本功能是：平时，主要用于监视和预测全国各地是否可能发生突发事件；发生突发事件时，用于发现和证实已经发生了突发事件；发生突发事件后，用于支持政府对国家实施指挥控制。该信息系统在国外称为国家国土监控系统。该部分的内容主要来自文献。

2.2.1 使用要求

覆盖全国的专用电信网络是支撑国家国土监控系统的基础，这种电信网络的基本功能是：平时，主要用于支持来自全国各地的大量“上行”数据业务；其次是少量的双向勤务电话业务；发生突发事件后，首先用于支持政府对突发事件发生地区和整个国家实施指挥控制的“下行”电话业务；同时，仍然支持来自突发事件发生地区和整个国家的数据、电话和电视信息传递，以便评估突发事件的影响和掌握国家动态。

国家国土监控系统对于其经常使用的电信网络要求归纳如下。

（1）基本用途：应急事件预测、发现和指挥。

（2）电信业务：固定、可搬移和移动综合业务。

（3）工作环境：覆盖全国。

（4）设计目标：保证业务质量、尽可能提高网络资源利用效率、尽可能保障电信网络安全性和信息安全。

（5）使用配置：国家专用通信系统。

2.2.2 总体轮廓

国家国土监控系统由三个子系统组成。其一是电信基础网络（固定电话、移动电话），用于支持电话业务；其二是广播电视网络，用于支持广播电视业务；其三是计算机网络，用于支持数据业务。这三个部分与国家信息基础的基本组成相对应。

在这种全国规模的信息系统的底层是一个覆盖全国的电信网络，在国务院、政府各部、各个省市政府设立电信网络节点。例如：国务院应急监控中心、国家地震监控中心、国家消防监控中心、国家水情监控中心、国家疫情监控中心、国家安全监控中心等节点，每个网络节点根据业务需要配置电话业务系统、数据业务系统、电视业务系统。基础电信网络需要配置专用网络管理系统，配置专业的管理和维护队伍；各个网络节点需要配置专用的节点和业务管理系统，配置专业的管理、维护人员和科技术人员队伍。

2.2.3 技术体制

（1）关于电信业务

根据使用要求，这种信息系统本质上是一种全国规模、多部门共同使用的综合业务数字网。需要特别讨论的问题是：是“宽带综合业务数字网”还是“窄带综合业务数字网”，即是否支持动态图像业务。出于技术考虑，这个电信网络的传输系统只能立足于无线传输系统，而卫星传输系统的传输容量不可能做到很大；出于经济考虑，不可能建设多个覆盖全国的应急指挥通信网络；出于电信网络功能考虑，电信网络不宜出现“上/下行”话务量严重失衡，因而明显降低电信网络资源利用效率。所以，不倾向支持向所有用户提供动态图像业务，而倾向采用“支持电话业务和数据业务的电信网络外加支持电视业务的专用传输系统”的总体方案。这种通信系统能够为各个用户提供电话业务和数据业务，不直接提供电视业务。但是，这种通信系统能够提供专用电路，把现场电视直接传送给中央电视台。至于现场灾难评估需要的高分辨率、高清晰度的静止图像业务，可以利用数据传输电路，采用“用时间换速率”的办法，利用低速电路和比较长的时间完成传输。这样做的结果是，可以利用传输容量比较低的传输系统（例如卫星传输系统）来支持整体电信网络。

（2）关于核心网络传输系统

国际上发生的多次重大事件说明，在发生严重事件时，现场地面设施可能遭到严重破坏。出于生存能力考虑，采用同步轨道卫星通信系统，可以实现全国覆盖，可以实现动中通，传输质量比较适中，传输容量不是很大，必须解决网络安全问题等。考虑到网络规模覆盖全国，而且传输容量适中，核心网络传输系统考虑采用同步轨道卫星系统，以降低建设成本。关于构建卫星应急通信系统的设想，请参见文献[6]、[7]。

（3）关于复用技术

考虑到多个部门共用基础电信网络，可以采用由确定复用技术构成的多个部门专用的彼此物理隔离的虚拟专用网，提供各个部门独立应用。在各个部门内部可以采用统计复用技术，以提高应用的灵活性和提高络资源利用效率。

（4）关于寻址技术

考虑到共用卫星传输的部门比较少，配合卫星传输的寻址可采用码分多址技术。考虑到一个部门内的用户比较少，用户之间的源宿关系相对固定而且话务量比较大，没有必要采用传统的交换设备，利用交叉连接技术就可以实现网络配置。这样做，可以省略复杂的信令网络，可以消除信令网络这个电信网络安全的薄弱环节。至于一个用户之中的业务寻址，可以采用常规的无连接操作寻址技术。

（5）关于管理网络

目前存在两类网络管理技术体制：其一，公共管理信息协议（CMIP），其管理功能比较完善，目前用于电信网络；其二，简单网络管理协议（SNMP），它的管理设施比较简单，目前用于因特网。但是，在技术方面彼此逐渐融合，取长补短，考虑以前者为基础。

管理功能包括以下几个方面：

① 性能管理。性能管理提供对电信设备的性能和网络或网络单元的有效性进行评价和提出报告的功能，其中包括：性能监测功能、话务管理和网络管理功能、服务质量（QoS）观察功能。

② 故障（或维护）管理。故障管理是一组功能，它能够检测、隔离和校正电信网络的异常情况，其中包括：告警监视功能、故障定位功能、测试功能。

③ 配置管理。配置管理行使从NE收集数据和向NE提供数据的控制和识别功能，其中包括：保障功能、状态和控制功能、安装功能。

④ 安全管理。目前还没有完全定论，一般来说包括：改变通路的安全类别、改变终端的安全类别、安全拨号能力、口令或标识登记、注销、变更登记号码等。

利用专用信道，建设简明有效的管理网络；电信网络管理系统必须采取计算机系统一切有效的安全措施；不得采用远程管理终端；管理终端必须配置在机房内部；必要的话，操作员配置监督席。

（6）关于网络安全

出于电信网络安全性考虑，系统内部全面采用基于组合公钥（CPK）的标识认证技术，人与设备、设备与设备、人与人之间全面标识认证，以保障网络安全性；在电信网内部，媒体信号与控制信号分开传递；严格限制与其他电信网络互通；如果必须与其他电信网络互通，例如：临时与机动应急指挥所互通，必须采取严格的网络安全和信息安全措施。

（7）关于信息安全

信息安全采用双重加密，群密钥定期更换密钥；用户加密采取“一话一密”体制。

2.2.4 实现方案

（1）总体轮廓

根据上述技术体制讨论，实现方案可以采用类似“多业务传递平台（Multi-Service Transfer Platform，MSTP）”的技术实现方案。由于核心网络采用卫星电路作为骨干传输系统，传输容量有限，因此不需要也不可能采用SDH复用方式，这时节点设备结构就比较简明。

卫星传输系统通过码分多址设备接通网络节点；通过确定复用设备实现卫星电路的确定复用；通过数字交叉连接设备实现各网络节点内部的各业务之间的交叉连接。各个节点可以实现多种多样的业务接入，包括准同步数字体系（PDH）接口、同步传递方式（STM）接口、异步传递模式（ATM）接口和经以太网接口。

具体设计用于支持国土监控系统时，如果已经采购了多种用户终端设备，就可以配置特定对应的接口；如果重新采购配置用户终端设备，就没有必要配置种类繁多的接口。这时，网络接口配置可以简化，例如：支持数据业务的以太网接口和支持电信级语音业务的准同步数字体系接口（见图2.3）。其中，数据接口还可以进一步简化。此处，采用PDH接口支持电话业务的明显好处是可以降低网络的同步要求。华为公司研发生产的MSTP节点设备进行必要的简化和适配就可能用于国国家国土监控系统。具体框图参见2.4。经简化和适配之后，形成一种简明的第四类网络形态。这种电信网络形态能够保障服务质量，具有比较高的网络资源利用效率，并且具有比较好的网络安全性。

（2）应用配置

在未发生事件之前，国土监控系统的主要任务是支持国土监视测量，其通信网络主要用于传递数据。这时，电信网络结构配置成支持数据业务的形式，配置比较多的以太网接口，配置比较少的PDH接口，甚至可以不配置PDH接口，可以利用IP电话作为勤务电话。在发生了突发事件之后，需要支持国家高层领导电话指挥。这时电信网络结构需要重新配置，即配置足够的PDH接口，把一部分容量用于支持电信级语音业务，其余容量仍然支持数据业务。

（3）关于应用优先分级

全部信息系统资源优先保障国务院指挥应用；各个部门的信息系统资源应用，按各个部门内部规定的应用优先级规定，分级优先应用；本信息网络资源严格限制其他公用或私人应用；所有应用都自动记录存档。关于应用优先分级，尽可能采用ITU提出的建议。

（4）方案总体评价

支持国家国土监测系统的电信网络采用简明的MSTP方案的主要好处归纳如下：

① 能够比较好地支持多种业务，能够高质量地支持实时电话业务，同时也能够高效率地支持非实时数据业务。

② 能够最大限度地简化电信网络，特别是能够省略交换机和信令系统，因而改善电信网络的网络安全。

③ 能够方便地构造多个相互独立的虚拟专用网络，便于多个部门共用一个卫星传输网络，因而降低维护成本。

④ 媒体信号与控制信号分开传输，改善公用电信网络安全性。

⑤ 可以利用专用电路，建设简明有效的公共管理网络，能够进一步改善电信网络的安全性和管理的有效性。

2.2.5 国家应急通信平台的基本架构

近年来，国家、各级政府、相关行业及学术界、企业和各科研机构，对应急通信的研究正逐步走进向深入，对应急通信的未来发展亦有诸多讨论。在这里，我们对这方面的内容予以简单介绍。

《国务院关于实施国家突发公共事件总体应急预案的决定》中明确指出：要切实加强应急机构、队伍和应急救援体系、应急平台建设，整合各类应急资源，建立和健全统一指挥、功能齐全、反应灵敏、运转高效的应急机制。应急通信作为应急平台的组成部分自然也要努力实现这一要求。

目前，我国国家应急平台体系总体方案已经设计完成，国家应急平台体系技术要求已印发试行。国家应急平台体系包括国务院、省级和部门应急平台（包括专业应急指挥系统），以依托中心城市辐射覆盖到城乡基层的面向公众紧急信息接报平台和面向公众的信息发布平台。根据需要，国务院、省级（含市地）和部门应急平台可与同级军队（武警）应急平台互联，国务院和部门应急平台可与国际应急机构联接，其体系结构如图2.5所示。

建设以国务院应急平台为中心，以省级和部门应急平台为节点，上下贯通、左右衔接、互联互通、信息共享、互有侧重、互为支撑、安全畅通的国家应急平台体系。通过突发公共事件的监测监控、预测预警、信息报告、综合研判、辅助决策、指挥调度等主要功能，实现突发公共事件的相互协同、有序应对，满足国家和本地区、本部门管理工作的需要。

各级应急平台主要由基础支撑系统、综合应用系统、数据库系统、信息接报与发布系统、移动应急平台、应急指挥场所、安全保障体系以及法规与标准规范等组成，如图2.6所示。

由图2.6可知，应急通信系统是国家应急平台体系基础支撑系统的重要组成部分。应急通信系统支持突发公共事件应急处置时语音、数据、视频等传输；充分利用已建成和规划建设的公众与专用通信网络、有线与无线通信资源，实现与各级应急平台间以及特别重大突发公共事件现场间的信息传输，尤其与现场移动应急平台互联，确保应急处置时通信联络的安全、畅通。在条件具备的情况下，保障应急处置人员的通话优先权。

经过各方努力，我国的应急通信建设已取得显著成绩，在历次抢险救灾中发挥了重要作用，但离国家和民众要求还有较大差距。依据国内外发展趋势，以及我国正在从大国迈向强国发展的需要，我们应坚持自主创新，不断努力，把我国的应急通信构建成为一个功能齐全、模式多样的空天地一体化应急通信保障体系，不断提高应对突发事件的通信保障能力。天空地一体化应急保障体系组成及其各系统的业务和应用分别如图2.7和表2.1所示。

相关说明如下：

（1）固定卫星通信系统的最大特点是可构建大容量宽带通信网，可作为国家四级应急指挥系统卫星通信网，可构建动中通车载终端和静中通车载终端用VSAT卫星通信网。

（2）移动卫星通信系统的最大特点是可提供手持式用户终端和笔记本式便携用户终端进行语音/数据/视频通信。

（3）平流层飞艇通信系统在国际电联被称为HAPS（High Altitude Platform Station），是一种位于平流层的无线基站，通过位于20～50km高空的电台向地面用户提供固定和移动业务。平流层飞艇也可承载遥感设备作遥感飞艇，用于对地观测。

（4）无人机是指由自动驾仪控制的无人飞行器（UAV），它可装配制导系统、机载雷达系统、传感器、摄像机等设备，用途广泛，特别适合救险救灾中的应用。

（5）微波中继通信具有良好的抗灾性能，对水灾、风灾以及地震等自然灾害，一般都不受影响。

（6）宽带无线接入系统可在紧急或环境恶劣条件下迅速恢复或新建通信链路，可提供语音、数据、视频等传输通道，具有组网灵活、建设周期短、成本比较低、维护费用低等优点。

（7）自组织网络（Ad Hoc）是一种无需网络基础设施的网络。这种网络没有固定的路由器，网络中的节点可随意移动并能以任意方式相互通信，它适宜于在灾情突发现场，原有通信网络设施被摧毁或无法正常工作下，用来构建通信链路，提供通信服务。

（8）无线传感器网络是自组织网的一个子集，它是由部署在监测区内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。它具有多种类型的传感器，可探测包括地震、电磁、温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等周边环境中各种现象。该网络可以通过飞机等运载工具投送到监测区域，快速组网通信，提高应急救援速度。