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宽带无线多媒体在应急环境下应用的思考

应急安全在线    作者:卜智勇  2012-06-03  来源:指挥调度网 字体【
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  卜智勇:很高兴,各位领导、各位专家,我有这个机会给大家汇报一下关于宽带无线集群系统我们的一些考虑。我的报告从应急角度考虑这个问题,我的整个PPT也是从应急的角度多做了一些考虑,带了一些集群。今天报告分四个方向:第一,关于应急及它的一些要求;二是现有应急指挥通信的不足,三是侧重介绍一下我们做了哪些东西——无线宽带多业务应急指挥通信系统。四是发展的一些思考。首先现在做应急事件越来越多,首先我从网上搜集的一些资料,现在我们国家每年关于灾害方方面面的损失大概达到6500亿,占GDP的6%左右,所以对应急方面的需求越来越多。二是应急对通信,以前大家只是关心一些话音,现在关心的东西不一样,领导要求更高了,更多关注图象合数据方面的多媒体信息,这是一个新的要求。现在很多,特别是指挥机关,我们跟国家有关部门沟通下来,他们要求上情下达,协调指挥的力度有增加了。这是一个宏观的背景。第二,就是应急环境的特点,刚才我把它概括成几个层面:第一,环境的不确定性;第二是无线环境的复杂性;第三是基础通讯条件的不足;第四是容量需求的不均衡,这里面稍微补充一下,什么叫容量需求的不均衡,我们传统做移动通信的是下行为主,现在方方面面的,在应急环境下更多是上行为主的图象,导致系统容量需求不均衡。

  现在关于做应急或者做这样通信现有解决方案大概有几类,很多领导和专家已经讲完了,我这里稍微过一下。现有的窄带集群系统,主要是带宽能力有限,对数据业务和图像业务的支持能力不够;第二是卫星通信,但是卫星整个系统设备比较贵,这是一个主要特点,但是覆盖比较好,在边远山区都能覆盖到。现在新出来一些基于数字电视技术的单项图传,这个可能要引起大家的一些注意,比如说基于清华、交大或者DVB-P的一些点对点的,上午马总也说了一下,一个单项图传技术也在冲击这一块。这是现在已经用的一些技术。下面是一些国际上的,像WiFi、WiFi Mesh、WiMAX,有些在特殊环境也在用。关于公众宽带无线接入,我们理解,因为宽带无线接入这块如果从应急的角度,其中一个重要的指标就是要传得远,什么环境都能传,这是非常重要的指标。现在由于频率和技术体制导致我们现在的传输距离和覆盖能力还不太够,2G和3G因为公共通讯网络,就像上午马总说的,一旦出了事情网络与管理就没戏了。当然在正常状态下,基于3G的、TD的和将来LT的还能够工作的。我们国家现在还是少一个由有关部门组织力量集中冲出来的一套通讯系统,不管技术体制是怎么做的,但是应该有人来出面组织这个事情,现在是没有的。关于应急的通信指挥调度现在手段不足以满足要求,所以我们需要通过专项、通过李老师这边组织,我们搞一套能够广覆盖、高容量、方便接入、移动性强的这么一套东西,满足我们在应急领域的需求。

  这是我们对于宽带多业务应急指挥系统或者集群系统的一个理解,首先是一张概括的骗子(PPT),从传统的窄带向宽带化发展,模式从单一模式向一体化发展,从音频、视频、数据通讯整合到一快,是一个多媒体的是一个需求。以下是我们关于具体指标的一些考虑,一是部署便捷,基站可在1-2小时内架设完毕,包括电源问题。二是覆盖范围大,能够适应不同的地形环境。我们列了几个指标,我们现在做到的几个指标,第一是在城市环境下希望达到5-10公里,我们覆盖起来这些城市,对一些突发事件能够有效覆盖。对一些开阔地域做到10-30千米,在湖海环境下达到30-150千米。系统容量,我们现在做的一些,一个基站的吞吐量达到100兆左右,终端最大吞吐量近20兆左右。高速移动,支持120km/h以上的移动接入。高数据率能进行音频、视频和数据通信。组网灵活,这点也是非常重要的,因为在应急环境或者是一些突发事件的环境,它对一些可能固网被破坏了,或者传统的环境不能够支持,所以要求系统是可配置的,能够具有一定的自组织组网。第一,基站之间要能够自组织,这个事情我们已经做到了,还有终端之间的要有一定自组的特性,这个事情我们正在做,下面我们有些技术方案,我们可以跟大家交流、分享一下。当然可切换,可组建广域覆盖的网络,可以与卫星网、公共通信网等骨干相连通,并可以混合或单独使用,保证系统的冗余与鲁棒性。关于设备形态这块,我们的理解是这样,不管是从基站也好还是终端也好,有几种形态,设备可以支持车载、机载、背负。刚才说了搭载形式可以是单兵、车载、机载,还有就是抗干扰能力,因为在一些特殊环境,复杂电子环境,一旦出了事,频率资源,虽然国家规定了,但是很多人还是用的,一定要有一定的抗干扰能力,所以要支持频谱的快速感知和接入,频率要能动,不是死的东西。安全性要支持认证和加密,支持数据安全传输,这块一旦出事,出事的地方的信息一定是保密的,真的出事了,公网一定不能工作。

  关于环境适应能力我们也做了一些考虑,比如说高低温一些特殊环境,它的环境跟我们正常使用手机传统通信移动系统生存环境可能是完全不一样的。最后是支持多种馈电方式,这个事情在一些特殊环境下是非常重要的,市电、风电、太阳能和蓄电池等等多种电源为系统供电。这是一个系统性的问题,电源往往是限制在复杂环境下工作的一个很重要的因素。这是一些考虑。

  概括起来,从应用的角度概括成这几个层面,一是现场图象采集、数据查询、GPS单兵定位、保密通信、支持多媒体数据广播,很多信息在应急环境下是一个广而告之的环境,跟我们点对点通信是不一样的,比如说哪里出事,大家一块跑,是广播的形式。同时语音调度是最基本的,我们概括成这几个层面。

  关于系统架构,我们把整个系统分成这么几个层面,第一是空间层,包括两类,主要是指卫星,包括定位的卫星和做通信的卫星两种。中间层是指基站,无人的直升机载基站,升空气球基站。地面层包括固定的基站、车载基站、车载台和手持设备。概括成几个层面,主要有三层:第一是基站层,第二是车载台,第三是手持设备,实际上就是手持设备通过车载台可以和固定的系统或者车载基站进行互联互通,这是在具体执行层,我们在做开发的层面大概就是这三个层面。

  系统架构我再补充几张片子,系统之间要能够没有基站进行组网模式,没有基站能够进行组网。没有基站情况下只有车台,车台和车台之间自己组成一个网络,这是一个需求。手持设备通过车辆能够组建一些网络,这是第一个要求。二是手持设备之间通过互联多跳的方式也能接入车台。手持设备和车台之间要求10公里。现在谈的事情已经不再是上下吞吐量多少,TDD等等,一些前期工作已经做完了。从我们团队角度,我们研发重点已经往这个角度去走了。

  这是关于手持设备之间的自组织网络,在应急环境下它也能够通起来。(图)关于基站参与组网系统无线帧结构。总体来说,我们把我们的无线资源信道,我整个系统的TDD的一套系统,TDD系统我们现在由5毫秒和10毫秒两个帧,我把有些帧拿出来,一般部分帧是用于基站之间的互联,一部分帧是用于用户之间上下行互联,不知道大家听明白了没有,我这是一个基于TDD的一个模板,基站之间怎么连呢?基站之间互联是靠CSMA的方式。我们具体在实现的方案里是无基站参与的帧结构。这张片子是我们手持设备组网的帧结构,手持设备的组网我们正在做。汇报一下关于频率的问题,这个片子也是从李老师那儿拷贝过来的,这张片子主要是说整个系统要有动态的频谱获取,在应急环境下,我们的频率其实是没有频率的,公安部给了4兆频率,上行还有4兆定没定还不知道。频率还是一个很重要的问题。整个系统要能支持频率的自动配置,包括异频组网、同频组网。我们现在做了1/3reuse(音)等等这些东西都已经做进去了,这是基站参与的异频组网的一些的示意图,包括实信怎么分配,我们调动哪些资源?调动使电片(音)、调动频率资源、调动天线资源,是2×2的系统,再调动天线资源,包括功率等等资源,统一一块儿多维的资源再分配再调度的一个过程。还考虑基于QS调度问题,不管是在某些环境下,应急也好、集群也好,QS还是一个比较重要的问题,如何能够在基站之间时延是非常重要的,我们现在做到四条传输最小时延大概四帧,基于CSMA、TDMA的四条传输最小时延为1帧,这是目前我们做到的结果。还有一个很重要的,汇报一下关于应急也好、关于集群也好,我们认为最好能传得远一些,否则传近了跟TD也好,3G也好没有什么区别。现在TD分配几个固定信道给它,一样能干这个事。现在关于距离还是希望能够做到50公里以上。如果是好的情况下能做到更高。这里面传统的一些技术是不能够支持的。基于TDD要传到很远,超远矩。里面还是有很多技巧在里面的。

  简单汇报一下,我们在几个地方试了一下,在海面上达到100公里,在南京地区实验,打到路口机场37公里,在公安机关,我们在新疆是炸到公安厅楼上,打到南山,大概是52公里左右,所以我们认为在应急环境下的远距离是非常有用的,是非常有用的一个指标。

  整个系统的自同步也是整个系统里的T技术。基站之间要互联水平要求同步,垂直的基站到车台到手持台,垂直的要进行同步,自同步也是一个关键因素。同时还有一些窄带的干扰消除,现在还没有一个固定频率给你,这时候怎么样把窄带干扰消除掉,做深下去以后大家可能会发现这些问题。

  所以我们自己提出来捷变频的技术。几个指标给大家汇报一下,供销频率200兆,滤波器频宽200兆,混频器2400兆。这是我们关于分层次组网技术。

  (图)这是我的一个帧结构,如果熟悉的人可以听的明白,5毫秒的帧,这块正常情况下,S0是没有的,无论是LTE也好,还是WiMAX也好或者其他的一些TDD系统,S0和正面的B1、B2、S0都是没有的,就是上下行的,这是正常系统。现在我们对传统的帧结构做了调整,上面加了S0,用于检测有没有其他的基站系统进来。这两点的上下行能够用于正常用户,这节是用于基站之间横向互联做传输,目前为止我们采用这种方法来做。

  这张片子是我们现在在做的一些主要功能和一些简单的研究。主要有车载基站、车载台、单兵背负台。支持频谱感知、干扰检测。支持一定的调频。怎么用呢,关于应用场景,我们列的三类:一类是车台,通过基站,然后上到卫星。一类是这个车台连到这个车台,连到这个基站,连到这个基站再传走。产品三是多基站,然后连下去,再互联。

  简单说一下,前面基本的东西我们早就做完了,我们现在集中力量在一些新的技术上面,特别是李老师跟我说,我们要做频谱感知,这块我们在做尝试,应用频率我也能拿到,只要加进去来做一些保密的考虑,调频是一些保密的考虑,已经在做了。这是全动态三维的资源调度和管理,太细了就不说了。

  提几点建议:(图)第一,关于频率这块,我们认为U段参与频率是优质资源,这是我在很多场合都讲过的片子,这是900兆频率覆盖的一张图,这是2.5、3.5,这个覆盖的半径和距离要优越很多。在用户群很小的情况下,没有人给你搞这些,所以只有搞一个广覆盖的,用户数少的人家才给你玩儿,所以能不能在U段这块做一些工作。这张片子汇报一下,我们在一些地方实测的结果,我们选择了700兆的频率(范围734-782MHz),(图) 现在真正可用的频率非常少,这是在公安系统测的,里面有窄带干扰,这是某一个扇区检测到的频谱情况,可以看得到上面是三个尖峰,这是正常的广播电视信号,三个尖峰代表什么意思?这本身是正常电视信号内容,这是对比度色差等等一些信号,这些我伴音信号,大家可能注意到,现在是这样,如何在这种环境下系统仍然工作,这就很关键了,因为你想找一个非常干净的群集是没有的。我们现在找到频率自身的办法,能够把这些东西滤掉。举个例子,这是另外一个扫频结果,正常的是8兆系统、10兆系统,在这里面工作频率工作还是比较难的。

  所以我们理解像集群这样的业务,另外一个建议,还是以公安系统为主,公安也在信息化这块投入资源也不是非常多,能不能搞成公网模式,比如说政府主导建一张网,可以给公安用一些,给消防等等都用一些。关于公网我们在呼吁一个概念,公网这个模式一家是玩儿不起的。

  其他建议,概括成几个层面:一是系统与应用结合,向下延伸,如传感器。传统的,你去做集群,我不是说集群没有用户,集群在更多的场合,就是一个公安人员手持一个无线电,他要宽带干吗?属于纯粹是话音,不需要搞那么宽的带宽。所以需要宽带的地方一定是要传视频的,除了手持搞一个camero(音) 之外一定在车上有一些摄像设备。如果手持做一个终端出来,终端上面弄一个网卡,列车员持一个这玩儿发一个文件是不可能的。宽带的用途到底用在哪里,大家可以再想一下。

  另外,我们应该考虑向下延伸,你想做一套系统,现在两头都在挤你,上面是LTE在挤你,下面传感器在挤你,什么叫网络,接上传感器就叫网。我认为传感器今后大家一定要引起重视。比如说手机接上麦克风就是一个传感网,接上一个camero(音)也是传感网,所以它一定会往上攻的,大家不注意的话,它下面一定会往上攻。带宽也在增加了,什么都在增加了,我只要接上传感器我就是传感网,所以传感网一定是往上走,然后往下走,不管是TD也好还是LT也好,一定会往下延伸,从长远的角度一定会往下延伸。为什么我说这个概念呢?我对LTE持有一定的不同理解,现在LTE100兆够了吗?在这种情况下你针对行业,如果是传视频是不够用的。我的结论不够用的。光LTE也不能解决问题,个人理解对LTE的前景也是一个Quesion mark(音)摆在这儿,这一LTE也好,现在的TDD也好一定会抢宽带无线接入的事。我的第一个建议,是不是可以跟具体应用结合在一块,往下延伸。第二,关于广大机制的引入,也给大家提一些想法,因为集群也好,集群就是一呼百应,一个人说所有人听见,本质就是广播特性,所以我觉得我们广播机制是不是也可以引进进来,广播机制引入进来,做宽带一定是传视频,没有视频就不叫宽带。视频无外乎两类,第一类是我在前面获取信息传到后面去,分享给所有人。我抓到的犯罪场景,我分享给领导、分享给同事,这样分享下去,如果有广播性质在里面,效率一定会提高。相同的信息。我们还是不要忽略集群本质,集群本质就是一个广播。

  第三,前面几位领导和专家都提了,标准和产业链的问题,我觉得现在的课题都是一个行业、一个行业,当然这也没错,是不是可以有效的组织一下,我们搞一个标准,我们大家做成一个东西,把产业链组织起来。现在搞得很累,我们也是呼吁大家整成一套系统,大家来分分工,我们也不要做那么全,我每天也很累,我不断研究搞新的东西出来,如果有些企业,像普天、其他企业产业化能力更强,我来做研发,你来提要求,我来给你做完。李老师还是工信部一些领导再组织一下,这块还是差一口气,本来是很好完整产业链的东西,按行业分、应用分没有串联起来。

  第四,统一规划,还有一些统一建设问题。为什么提统一建设呢,因为我们国家有关部委也在组织类似的事情,不管应急也好,从中央到地级市都在组织应急体制的建立。像我们这样的东西是不是可以集体去跟中央汇报,或者通过某种形式跟他们统一的组织建设,有个分工大家都有饭吃。这是几点建议。当然频率是个最基本的东西,我相信所有人都会说,所以我这里没说频率的事情。现在要搞个频率也比较难,我们抓紧时间把频率感知这个事做了。


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