卫星宽带在应急通信和灾害备份中的应用

2008年春天发生的南方雪灾和5.12汶川大地震，对我国应急通信和灾害备份通信体系提出了严峻的考验。在这两场巨大的自然灾害中，灾区的通信网络基本上伴随着基础设施(如光缆、铜缆、无线基站、交换设备、机房)的损坏以及电力供应的中断而瘫痪。不光如此，由于灾害同时带来的交通中断，导致平时准备的应急通信预案也由于器材、车辆和人员无法进入而难以实施。因此两场灾害的共同点就是，在灾害刚刚发生，外界最需要了解灾情，灾区最希望向上级报告受灾情况的关键时刻，通信无法发挥其应有的作用。之所以如此，一个重要的原因就是我国缺乏灾害备份通信系统的规划和建设。

　　1、关于应急通信与灾害备份通信的异同

　　理论上，灾害备份通信也应当从属于广义的应急通信，但在这里，为了强调灾害备份系统的重要性，我们更愿意把两者分开来阐述。

　　本文对应急通信(狭义)的定义是指：在发生重大灾害导致当地原有通信设施受损毁的情况下，通过某种临时通信手段恢复当地的通信;或在特殊情况下,根据政府指令或需要在原本就没有通信手段的地区提供临时通信手段的行为。以下所提“应急通信”均是狭义的概念。

　　对于灾害备份通信，主要是指在构建和设计通信系统时，在采用主流通信手段的同时，利用某种通信手段作为主流通信手段的备份和补充，当主流通信手段因某种灾害而中断时，能够使用备份手段继续保障最基本通信需求的行为。

　　应急通信和灾害备份通信的共同点在于它们都是在主流通信手段因灾害或其它原因阻断的情况下为受灾地区或单位提供临时通信联系的手段。不同点则在于应急通信往往是在原有通信手段中断之后，再采用其它手段恢复通信包括恢复主流通信网络。因此应急通信的性质主要属于亡羊补牢；而灾害备份通信是在灾害发生之前就为主流通信手段发生中断的可能作好准备，以保障相关地区或单位的通信在受到灾害影响时，能够不受阻断并保持最低限度的对外联系。因此灾害通信备份的性质更多的属于未雨绸缪。应急通信和灾害备份通信之间的关系应当是相辅相成，都不可或缺。

　　2、关于自然灾害造成通信网络阻断的主要原因分析

　　根据2008年春天发生的南方雪灾和5.12汶川大地震的实际情况来看，自然灾害导致通信中断的原因主要以下4点。

　　(1)灾害导致基础设施(如光缆、铜缆、无线基站、交换设备、机房)的损坏,使灾区的通信网络特别是与外界的主要通信干线被切断；

　　(2)灾害导致供电中断,导致通信设施瘫痪；

　　(3)灾害导致交通同时中断，使预先准备的应急通信设备和人员难以进入现场；

　　(4)灾害造成受灾地区人们的恐慌，使得即使当地通信网络没有受到损坏，也会由于大量的、远超过当地接入网络设计负荷的呼叫和话务量而导致网络瘫痪。使得最紧急的信息难以送出。

　　同时，根据两次灾害的实际情况来看，当灾害刚刚发生时，以上4个事件虽然程度不同，但往往同时发生，不光使得灾区原有的通信网络瘫痪，同时使得采用应急通信手段紧急恢复灾区通信也变得相当困难，其结果就是灾区在相当长的时间内无法恢复正常通信从而与外界隔绝。

　　3、关于应急通信和灾害备份通信的手段分析

　　根据上面的分析，在进行应急通信和灾害备份通信的设计或制定相关预案时，都必须慎重考虑中继、电力、交通以及超负荷业务量等4个因素的影响。

　　目前应急通信和灾害备份通信可用的手段包括有线和无线两大类，其中，有线的方法主要通过迂回路由或铺设临时电路等方法提供，无线的方法又可以细分为分为数字集群、无线蜂窝、无线LAN、WiMAX、微波、以及卫星通信等，其中卫星通信的手段又可以细分成卫星移动通信、IDR、VSAT以及 IPSTAR卫星宽带等。同时根据运输方法，卫星通信又可以分为手持、车载、便携以及固定终端等几类。

　　以上几种手段的比较。

　　(1)在长途中继方面，地面光缆和铜缆优势是容量大，性价比高，但易遭地震、水灾等自然灾害的破坏。因此在灾害情况下，采用微波和卫星通信作为中继电路备份是比较好的选择；

　　(2)在电力方面，当灾害导致大规模停电发生时，根据国内外的实际经验来看，除了精心设计的集群系统(如美国911事件中的NEXTEL)有可能采用备份方法为基站供电以外，其他无线系统由于规模导致的成本问题，很难为所有的无线基站、微波中继塔提供备份供电；而卫星通信由于自成体系，对电力的要求最低。只需要事先为相关卫星终端配备一台小型便携发电机或太阳能电池，就可以在灾难发生时为相关地区或单位提供基本的对外联络；

　　(3)在解决交通阻断对通信的影响方面，一旦灾害发生，无论多么轻便灵活的应急通信手段(包括卫星手机)也都需要在交通恢复后(包括采用非常规的运输手段，如这次地震灾害中动用的直升机)才可以运进灾区，为了避免通信的恢复依赖交通恢复的尴尬局面，只有在灾难发生前未雨绸缪，建立灾害备份通信系统 ，才可以在灾后确保通信不致中断；

       (4)关于灾后恐慌引起的网络阻塞对关键通信的影响，目前为止只有两种办法，一是建立政府部门或企业专门的应急指挥通信系统，不和民用网络有任何关联，目前多采用数字集群系统；另外就是建立政府或企业的卫星灾害备份通信系统，这是因为当卫星通信作为接入网时，由于和当地的接入网(无论有线还是无线)没有任何关联，电话或数据上星后直接到达设在异地或本地与长话局相连的卫星通信关口站，因此可以避免灾后恐慌引起的当地网络阻塞。

　　综上所述，卫星通信是应急通信和灾害备份通信最适用的手段。在平时，单纯拿卫星通信与地面电信业务相比，卫星通信无论是在容量还是性价比上都是处于劣势，但当灾害发生，光缆被地震、洪水毁坏，地面无线通信因基站损毁、停电或负荷过重而停止工作的时候，当受灾地区急需报告灾情、外部急需了解灾区情况的时候，卫星应急通信系统，特别是经过预先设计、事先配备的卫星灾害备份通信系统将能够确保关键信息的上情下达，从而拯救更多的生命和财产。

　　4、IPSTAR卫星宽带通信系统在灾备通信和应急通信中的应用

　　4.1、IPSTAR宽带卫星通信系统组成

　　中国卫星通信集团公司引进的IPSTAR系统是我国第一个投入实际运营的宽带卫星通信系统，IPSTAR卫星于2005年8月发射，随后投入使用，使我国进入宽带卫星通信的新时代，可在中国大陆提供12Gbit/s的传输能力。该IPSTAR系统完全基于IP进行设计，是一个全IP的卫星通信网络。中国卫通运营的IPSTAR系统由建设在北京、上海、广州的3个IPSTAR关口站系统和遍布在全国各地的IPSTAR端站组成。

　　IPSTAR关口站系统是系统的核心交换节点，为IPSTAR端站提供互联网接入、VoIP电话交换和各种内容提供服务。3个关口站之间建立光缆或其它通信介质连接，进行统一协调的运行管理，从而实现全国范围的通信交换能力。

　　IPSTAR关口站与国内主要互联网骨干网连接，使得IPSTAR用户绕开了地面网络的多重路由器连接，每个IPSTAR用户与骨干网的距离大大缩短，可以充分保证互联网数据传输的质量。IPSTAR关口站配置了先进的VoIP平台，可为所有IPSTAR用户提供基于SIP的IP语音服务，同时通过IPSTAR关口站与公共电话网络的互联互通接口，可实现与普通固定电话和移动电话之间的相互通信。

　　4.2、IPSTAR宽带卫星通信系统在灾备通信和应急通信中的应用

　　在卫星通信手段中，每一种通信手段都有着自己的特点，例如卫星移动通信具有灵活，轻便，易携带的特点，适用于应急通信的场合，但只适合于个人通信。IDR通信容量大，适用于为无线蜂窝或地面接入网络提供通信干线，但由于它的价格、体积、重量和耗电，缺乏灵活和机动性，不易全面推广。VSAT往往是以专网的形式出现，系统容量有限，除了用于公共电信服务的网络，一般和主流电信网络隔离，有些VSAT通信主站设在本省，受灾时也容易受灾害波及。而 IPSTAR卫星宽带业务的特点是容量大，最多可以容纳几十万用户，其设计本身就是提供公共电信服务，由于其基于IP的特性，一个终端在灾区内可以同时提供话音、数据和视频传输的综合电信服务，同时重量和体积适宜于运输和携带。

　　IPSTAR卫星宽带业务的主要应用形式如下。

　　1、卫星宽带电话

　　中国卫通通过整合相关通信资源，利用先进的软交换技术可提供基于IPSTAR宽带卫星系统的宽带电话。

　　IPSTAR卫星宽带用于应急通信和灾害备份通信时，有以下特点：

　　IPSTAR每终端既可以同时提供2-8路电话,也可以作为中继电路同时提供最高达64路的中继线路.

　　IPSTAR作为主叫可以通过中国卫通的NGN网络接入PSTN,PLMN等公众通信网络.

　　IPSTAR可以提供被叫号码被PSTN和PLMN直接呼叫。

　　2、互联网接入

　　IPSTAR宽带卫星通信系统基于IP技术，使用一个卫星端站就可将多台电脑连入互联网，如下图所示

　　3、视频传输

　　IPSTAR宽带卫星系统可提供高达2Mbps的上传能力，通过配置摄像装置和编解码设备，可将受灾地区的现场情况实施传到指挥部，以进行救灾的组织。

　　(1)卫星单跳，通过互联网回传

　　(2)卫星单跳，通过地面专线

　　(3)卫星双跳

　　4.数据传输

　　类似于视频传输，IPSTAR宽带卫星通信系统还可以传输各种监控数据，如水文监测数据，地震监测数据等。同样，传输方式也有卫星单跳传输和卫星双跳传输两种。

　　(1)卫星单跳，通过专线的数据传输

　　(2)卫星双跳数据传输

　　(一)IPSTAR宽带卫星通信系统在地震救灾中的应用事例

　　1.映秀镇的通信统合应用

　　中国卫通通过便携式IPSTAR 卫星宽带终端在映秀镇与某集团军救灾指挥部间建立了卫星宽带应急通信系统，第一个将映秀镇的救助画面实时传回到四川省抗震救灾指挥中心，为救灾指挥部及时准确地指挥灾区救援、卫生防疫及灾后重建工作提供了通信保障；同时也为在灾区采访的各新闻媒体提供了新闻、图片的卫星上网回传手段；为几千名救灾人员和受灾群众提供了免费卫星IP电话服务。

　　2.为媒体和电视台等提供视频回传

　　在四川救灾工作中，为央视网络提供灾区网络直播；为上海东方卫视、成都电视台等媒体提供视频直播、视频回传和信息传送通道。

　　中国卫通技术人员随央视国际网络和新闻频道记者赶赴德阳绵竹县尊道小学和尊道沈阳医院，通过卫星双向视频语音系统，进行“我在现场”网上直播。

　　3.唐家山堰塞湖视频监测

　　在唐家山堰塞湖抢险过程中，为唐家山堰塞湖指挥部架设10个无人值守卫星宽带水情监控点，将所有水域水文灾情视频图像传到绵阳避险疏散指挥部和国务院，为抢险救灾工作快速决策和指挥提供了科学准确的判断依据。

　　通过宽带卫星传送的唐家山堰塞湖水情视频监控情况

　　总之，在经历了年初的南方雪灾和五月的四川汶川大地震后，痛定思痛，我国的应急通信系统特别是灾害备份通信系统的建设应当或已经引起了各级政府部门和相关单位的重视。鉴于经受了四川抗震救灾工作考验的IPSTAR卫星宽带系统的综合优势，它必将在我国今后应急通信和灾害备份通信系统的建设中发挥出它独特的作用。