1.2 应急通信的特点与应用需求

1.2.1 应急通信的主要特点

应急通信的特点主要体现在如下几个方面。

（1）时间的突发性：所谓时间的突发性指两个方面的含义，一是对绝大多数突发事件，尤其是灾害性事件，发生的准确时间无法事先预计；二是突发事件及其处理具有时间上的阶段性，在某一个阶段呈现特殊性，过了这个阶段又可（在人们的努力下或自然恢复，如集会结束）恢复到常态。

（2）地点的不确定性：在大多数情况下，突发事件发生的地点具有不确定性，如9.11恐怖袭击发生在纽约，而飓风“卡特里娜”则袭击美国的路易安那、密西西比和亚拉巴马等州。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直接问题是区域地理特征的明显差别，如山区、沙漠、沿海、丘陵、城市、岛屿等，这对通信保障要求均不同。应急通信设备可能通过车辆、人和牲畜、伞降等方式到达自然灾难现场，因此需要对设备的体积、重量、结构等有严格的要求；自然灾难所在地可能是干寒的北方地区，也可能是湿热的南方地区，因此要求设备能适应各种严酷环境；另外，自然灾害现场一般只能通过车辆电源、发电机等方式给通信设备供电，这些电源电压稳定性差、供电能力弱，因此要求应急通信设备具有宽的电压适配能力和优异的省电特性。

（3）地理环境的复杂性：应急通信面临的地点不固定、地形地貌复杂多变，如海边、山区、城区、地下、高楼内等，环境复杂，有时伴随有其他有害物质，如放射性、有毒气体、浓烟等，这就为应急通信设备的环境适应性和设备使用人员的现场安全性提出了特别要求。

（4）容量需求的不确定性：在设计应急保障通信时，有个基本的问题是所设计的系统应该具有多大容量？这个问题是没有办法解决的。其一是不同的事件，所需的容量不同，比如汶川地震，所有的通信均瘫痪，而城市火灾发生时，并非所有通信均中断；二是同一类事件，程度不同，所需的通信保障容量也不一样，如地震，严重地震和轻微地震对电信基础设施的损坏不同，所需的通信保障容量也就不一样；三是地点不同，所需的应急通信保障容量和手段也不同，人口密集的城区和空旷的郊外，情况是不一样的。

（5）通信保障的业务多样化：在日常的通信中，有数据业务、语音业务、图像业务、视频流及多媒体业务等，而当突发事件发生时，应该保障哪些业务？显然，能保障的业务越多，设备越复杂，在电信基础被基本毁坏的情况下，构建系统的时间越长，反而不利于实施对突发事件的处理。在处理紧急事件的时候，一方面要反应时间足够快，另一方面又希望掌握信息全面准确，这是一个矛盾，在许多情况下，很难取舍，需要进行合理折中。为了利用现场一切可以利用的传输网，应急通信设备必须提供各种接口，适配有线链路、微波链路、卫星链路和无线链路，建立信息孤岛和外界的通信链路，保证通信畅通，满足语音、数据和视频图像等业务的实时传输。

（6）现场应用的高度自主性：在部分灾难现场，很多通信是发生在灾难现场的封闭区域内的，因此要求应急通信系统能够自成体系，不仅能提供和外界联络的通道，还能保证灾难现场的内部通信需求，为内部自救提供通信保障。

1.2.2 应急通信的应用需求

应急通信是为各类个人或公众紧急情况而提供的特殊通信机制，不同紧急情况对应急通信有不同的需求，达到不同的目标，所采取的应急通信技术手段、管理措施也不相同。当应急呼叫接收后，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受灾人员。同时，救援人员必须为保证各种任务建立通信链路，比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相关医疗资料等。此外，应急区域附近不同部门救援分队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、有效的集成应用。

1.2.2.1 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，例如

（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：不论是基于公网的应急通信系统，还是专用应急通信系统，都应该具有能够快速布设的特点。在可预测的事件，诸如大型集会、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，快速建立和恢复通信。

（4）节能型：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，满足系统长时间、稳定的工作。

（5）简单易操作：应急通信系统要求设备简单、易操作、易维护，能够快速地建立、部署、组网。操作界面友好、直观，硬件系统连接端口越少越好。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，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。

1.2.2.2 应急通信的服务需求

典型的应急通信服务需求包括：

（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。

对于视频传输，需要特定的网络以满足可接受的QoS。网络需求的吞吐量依赖于视频帧速率、分辨率以及色彩。文献[3]中，作者在战略层面对应急响应人员获取的视频信号，在可接受的情况下，对视频质量进行测试。测试结果指出：

•对于SIF（360×240）或SD（720×486）大小，推荐每秒最少10帧；

•端到端传输推荐最少1秒视频延迟；

•对于MPEG-2编码，最小编码比特率为1.5Mb/s；对于MPEG-4编码，最小编码比特率为768kb/s。

（2）音频/语音

过去十几年间，在两个同等用户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（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：

•相关数据包的丢失（当为零时，包的丢失是随机的）；

•数据包丢失率；

•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。

文献[6]针对语音质量进行了多项实验，结果显示如果数据包丢失率小于5%，数据包大小为10或40ms时，70%参与公共安全的应急响应人员认为语音质量可以接受。

根据语音服务的类型，需要不同的信道带宽。文献[7]指出提供远程会议语音传输服务，当对传输延迟容忍低时，数据传输率需要1Mb/s；对于电话语音，数据率为65kb/s，此时对数据传输延迟容忍度却非常低。

（3）按键通话

按键通话（PTT）是一种允许两用户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。PTT工作于“步谈”模式，具有许多特点和优势：

•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；

•群通话：通过注册PTT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；

•节约成本（与3G的SMS相比）：作为PTT，信息能够同时分发到多个用户。

PTT技术的前两个特点（瞬时链接，群通话），在应急情况下非常重要，应急人员能够通过PTT快速建立链接，进行正常通信。基于蜂窝的PTT（PoC）在移动通信中提供按键语音通话服务。基于半双工的VoIP技术，则提供点到点以及点到多点的通信链接。

（4）实时文本信息（RTT）

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；

•受灾人员与亲属间沟通；

•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，28kb/s的速率能够满足这种应用类型。

（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仅使用GPS技术，其精度有限。通过诸如射频识别（RFID）标签等手段，能够为受伤人员、设备以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（RFID）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。