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【摘要】随着公安消防部队信息化建设的快速发展，以往的通信手段已经不能满足公安消防部队的作业要求。面对日益复杂的消防作业环境，迫切需要更新技术手段的通信系统来提升消防部队的作业水平。该通信系统必须拥有跨区域、高效率、大融合等特点，能够助力消防部队综合运用多种通信设备，在同一时间不同地域及时建立起语音、视频、数据、位置等信息的实时传输通道。只有切实保障消防指挥通信的实时性和准确性才能进一步提高消防作业的效率。基于这个目的，来阐述消防行业多元化一体作战的技术可能。
【关键词】集群调度；语音集群；定位业务；视频传输
1.引言
隨着现代科学化技术的发展，加强消防部队信息化建设是消防工作适应形势发展的需要，也是加快消防现代化建设的重要措施。以往消防部队主要利用无线常规网、无线集群网、无线数据网进行城市消防管区覆盖网、火场指挥网、灭火战斗网三级消防无线语音协同作战。
目前其建设网络范围和手持终端的数量无法满足部队在执行多项紧急任务时图像、语音、数据等信息的实时传输要求。充分利用当前最先进4G公共移动网络，建设无线宽带多媒体通信系统，完成图像、语音、数据等多媒体综合调度，有效解决以往350M、短波通信、卫星通信等带来的通信信号覆盖范围有限、数据传输量小、不稳定等缺点，实现跨区域协同调度。
2.消防部队通信装备现状
2.1 350M无线通信
350M无线通信采用的是警用通信的专用频段，也是消防部队最常用的一种通信方式。它采用分米级的电磁波进行通信。但由于它采用的是直射波传播，传播距离不仅受视距的限制，还要受高山和高大建筑物的影响。目前，消防部队不得不通过建设中转基站、消防站基地台，配备350M车载电台和手持电台，才能建成覆盖城市管区的350M无线通信网络。
2.2 短波通信
100-10m（1.6-30MHZ）的无线电波被称为短波。短波通信利用大气层中电离层的反射实现几公里的远程通信。短波通信的显著特点是抗毁能力强，不受灾情影响，具备较强的抗毁能力。而且，短波通信具有设备简单、建站速度快、机动性强的优点。在实际应用中通过车载台、单兵背负台几小时就能搭建好一套系统，实现各应急救援现场之间和后方指挥部之间的通信联络。
但是短波通信也存在自身的不足：一是可供使用的频段窄，通信容量小；二是信道差；三是大气和工业无线电噪声干扰严重，无线电噪声干扰在短波频段的平均强度很高，影响通信质量。因此，这些特性决定了短波通信只能作为一种辅助通信手段，比如在重特大灾害事故，特别是跨区域、长距离、大范围特大灾害造成基础通信、电力等设施损毁、中断的情况下，在现场快速建立临时指挥调度通信网络。
2.3 卫星通信
卫星通信系统是一种微波通信，它以卫星作为中继站转发微波信号，实现在多个地面之间的通信。卫星通信系统通信业务可分为固定卫星系统和移动通信系统。目前，消防部队常用的应急卫星通信手段有两种，一是商用卫星系统提供的通信终端，铱星卫星电话、海事卫星电话等；二是消防部队利用通信卫星资源组建的卫星通信网。
卫星通信覆盖广但成本高，且使用复杂。
以往的消防部队指挥作战手段普遍功能单一、设备复杂。在完成基本语音调度的任务上没有大碍，但是涉及到大数据、宽带传输等则捉襟见肘。随着移动通信技术进入到4G时代，高带宽、高清晰视频、高质量语音等多媒体指挥调度系统的出现成为可能。
3.基于4G网络的跨区域多媒体指挥调度系统
3.1 系统简介
4G宽带多媒体集群系统的出现这标志着专业通信技术已经演进到了“宽带多媒体”时代。4G宽带多媒体集群系统将提供基于宽带的“视频、语音、数据”通信业务，通过该平台的多种接入技术融合多种通信网络，将解决消防部队作业通信中设备种类众多、通信制式复杂的难题，并能满足新形势下消防跨区域指挥调度的要求。
以“某品牌4G宽带多媒体集群系统”为例，该系统由基于NGN的调度服务器、存储服务器、视频服务器、GPS信息服务器、调度台等功能模块构成；该系统基本业务功能为视频调度、语音调度、终端位置管理（GPS）和信息推送。
3.2 系统的组网方案
3.3.2 视频业务
系统支持视频功能。系统可将手持终端的实时监控视频通过经由4G网络传输回指挥调度中心。在调度台上，可对远程视频进行监控。
（1）视频编码：支持MPEG4、H263、H263+、H264编码技术。
（2）视频轮循：支持多路视频同步轮循和本地轮循，并可设置轮循视频路数以及间隔时间。
（3）分屏显示：支持视频和数据分屏显示，提供多种窗口布局，可手动调整或窗口自适应，能够实现焦点突出、全屏放大、多路分屏等生动的布局效果。
3.3.3 非实时视频
手持终端、车载台都可以进行本地存储视频，手持终端支持拍照录像功能，视频也可以实时上传或本地存储。
3.3.4 实时视频
3.3.5 视频会议
此业务包含即时会议、邀请会议、预约会议等多种形式，与会者可以通过临时组建会议组的方式进入会议平台，支持应用程序共享、文档共享、影音播放、文件传输、协同浏览等，为行业内部、行业与伙伴之间沟通提供多种通信手段。利用3G网络开展视频会议业务，使得与会者不受地域限制。
3.3.6 终端位置管理业务
当发起该业务时，终端接收卫星定位信号，实时上传至GPS服务器保存，调度台通过查询服务器上GPS数据，通过实时数据处理，实现终端的实时定位、移动速度测定、电子围栏等业务功能。
3.3.7 信息推送业务
指挥中心可以通过调度台给被调度用户发送文字消息，使用该功能调度员可以快速发布作业计划，且终端用户可以随时进行调阅。在强噪音干扰环境等不方便语音通信场合，文字指令调度可以作为语音的很好替代调度手段指挥中心可以通过调度台给被调度用户发送文字消息，使用该功能调度员可以快速发布作业计划，且终端用户可以随时进行调阅。在强噪音干扰环境等不方便语音通信场合，文字指令调度可以作为语音的很好替代调度手段。 `
4.相关技术论证
4.1 无线网络视频传输QoS的概念
移动通信是目前发展最快的通信系统之一，因其具有独有的灵活性和随意性而能满足人们的实际需要。IP分组网和无线网的多媒体业务将是未来的主流，传送有一定的QoS（服务质量）保证的实时视频流是多媒体应用的主要内容。移动通信系统的共同点是误码率较高，因此在无线通信系统开展视频业务要求视频编解码和传输系统能够克服信道的较高误码比、包丢失以提供QoS保证。
传统电信网络的建立是先有业务后有网络，因此有QoS保证。4G网络的建立具有不同的思路：先构造网络再开展多种业务。但是每增加一种业务，都要占用一定的网络带宽资源，因此网络必然出现拥塞。一方面，排队时延对实时业务造成质量下降；另一方面，因为排队超时的丢包导致质量下降。为了提高网络的服务质量，必须对带宽进行有效管理，QoS就是针对这种管理实施的策略。QoS本身并不增加带宽，只是对带宽进行有效的管理。
4.2 网络（平台）侧的QoS管理
（1）资源预留管理（集成业务）
根据申请QoS请求进行资源分配，根据带宽资源进行管理。RSVP提供了这一种管理机制。
（2）优先级管理（区分业务）
对网络流量进行分类，根据带宽资源管理策略的准则进行资源分配。为了保证QoS，对于要求高的业务给与更高的优先级。QoS的协议和算法不是相互排斥和竞争的，它们是相互补充的，它们的制定就是为了用于不同的网络环境。
4.3 针对终端的QoS解决策略
基于网络的解决方法虽然在技术上简单有效，但是在实际工作时有相当的困难：因为视频业务是端到端的服务，要求网络上的节点都支持QoS通常是不可能的；所以基于终端的QoS策略是一个可行的方法。IP分组网中的实时多媒体业务在网络中传输时，由于在每一个网络节点中都要进行路由选择，而且传输包要進行排队导致包传输的时延，延时超过一定时间后会采取丢包处理。这些都对处理的质量造成影响。
根据网络中降级的原理，基于终端的解决策略主要有拥塞控制和差错控制。
（1）拥塞控制
因为TCP重传造成的时延对于实时业务质量的影响是不能承受的，通常采用UDP包来传输实时业务。但UDP包没有提供拥塞控制和质量保证的机制，所以需要在UDP的上层加上拥塞控制的机制。这个过程主要是通过调整视频编码的速度使其适应网络的带宽。因为网络的带宽是时变而非固定的，而且是一个未知量，所以不能直接设定一个编码速率来适应网络状态。通常采用两个方法实时调节：一是窗口法：通过逐渐增大传送的码率，当发现网络上出现包的碰撞（检测到了丢包）时，再减小发送的码率；另一是基于速率的方法：先估计网络的带宽资源，再调整编码的目标速率来适应网络的状态。基于窗口的解决方案会引入类似TCP的重传，这是不能忍受的。我们采用基于速率的三类解决方案：基于收端、基于发端和混合控制。
（2）差错控制
对于实时的视频业务而言，视频质量可以降级，但是时延必须保证，对于视频通信的这种特征引入了很多新机制。这些机制可以分为四类：FEC，重传，纠错，掩错。其中掩错只在收端完成。其它都需要收端和发端共同完成。
5.结语
综上所述，笔者在本文中基于4G移动通信技术，以“某品牌4G宽带多媒体集群系统”为例，在消防部队通信方面的应用做了一些研究探讨，在讨论中坚持以需求为先导、以应用为核心，以期实现信息系统对消防部队业务的全面覆盖，提升消防部队的信息化工作水平，提高消防部队的专业预防能力和抢险能力。我们相信，在全体消防官兵的共同努力下，创新思维，科学发展，消防部队将插上亮丽的翅膀，为和谐社会、幸福家园建设添砖加瓦。
参考文献
[1]邬正义，范瑜，徐惠钢.现代无线通信技术[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2]郭庆，王振永，故学迈.卫星通信系统[M].北京：电子工业出版社，2010.
[3]沈琪琪.短波通信[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.
[4]普天宜通消防跨区域多媒体指挥调度系统，2012.
【关键词】集群调度；语音集群；定位业务；视频传输
1.引言
隨着现代科学化技术的发展，加强消防部队信息化建设是消防工作适应形势发展的需要，也是加快消防现代化建设的重要措施。以往消防部队主要利用无线常规网、无线集群网、无线数据网进行城市消防管区覆盖网、火场指挥网、灭火战斗网三级消防无线语音协同作战。
目前其建设网络范围和手持终端的数量无法满足部队在执行多项紧急任务时图像、语音、数据等信息的实时传输要求。充分利用当前最先进4G公共移动网络，建设无线宽带多媒体通信系统，完成图像、语音、数据等多媒体综合调度，有效解决以往350M、短波通信、卫星通信等带来的通信信号覆盖范围有限、数据传输量小、不稳定等缺点，实现跨区域协同调度。
2.消防部队通信装备现状
2.1 350M无线通信
350M无线通信采用的是警用通信的专用频段，也是消防部队最常用的一种通信方式。它采用分米级的电磁波进行通信。但由于它采用的是直射波传播，传播距离不仅受视距的限制，还要受高山和高大建筑物的影响。目前，消防部队不得不通过建设中转基站、消防站基地台，配备350M车载电台和手持电台，才能建成覆盖城市管区的350M无线通信网络。
2.2 短波通信
100-10m（1.6-30MHZ）的无线电波被称为短波。短波通信利用大气层中电离层的反射实现几公里的远程通信。短波通信的显著特点是抗毁能力强，不受灾情影响，具备较强的抗毁能力。而且，短波通信具有设备简单、建站速度快、机动性强的优点。在实际应用中通过车载台、单兵背负台几小时就能搭建好一套系统，实现各应急救援现场之间和后方指挥部之间的通信联络。
但是短波通信也存在自身的不足：一是可供使用的频段窄，通信容量小；二是信道差；三是大气和工业无线电噪声干扰严重，无线电噪声干扰在短波频段的平均强度很高，影响通信质量。因此，这些特性决定了短波通信只能作为一种辅助通信手段，比如在重特大灾害事故，特别是跨区域、长距离、大范围特大灾害造成基础通信、电力等设施损毁、中断的情况下，在现场快速建立临时指挥调度通信网络。
2.3 卫星通信
卫星通信系统是一种微波通信，它以卫星作为中继站转发微波信号，实现在多个地面之间的通信。卫星通信系统通信业务可分为固定卫星系统和移动通信系统。目前，消防部队常用的应急卫星通信手段有两种，一是商用卫星系统提供的通信终端，铱星卫星电话、海事卫星电话等；二是消防部队利用通信卫星资源组建的卫星通信网。
卫星通信覆盖广但成本高，且使用复杂。
以往的消防部队指挥作战手段普遍功能单一、设备复杂。在完成基本语音调度的任务上没有大碍，但是涉及到大数据、宽带传输等则捉襟见肘。随着移动通信技术进入到4G时代，高带宽、高清晰视频、高质量语音等多媒体指挥调度系统的出现成为可能。
3.基于4G网络的跨区域多媒体指挥调度系统
3.1 系统简介
4G宽带多媒体集群系统的出现这标志着专业通信技术已经演进到了“宽带多媒体”时代。4G宽带多媒体集群系统将提供基于宽带的“视频、语音、数据”通信业务，通过该平台的多种接入技术融合多种通信网络，将解决消防部队作业通信中设备种类众多、通信制式复杂的难题，并能满足新形势下消防跨区域指挥调度的要求。
以“某品牌4G宽带多媒体集群系统”为例，该系统由基于NGN的调度服务器、存储服务器、视频服务器、GPS信息服务器、调度台等功能模块构成；该系统基本业务功能为视频调度、语音调度、终端位置管理（GPS）和信息推送。
3.2 系统的组网方案
3.3.2 视频业务
系统支持视频功能。系统可将手持终端的实时监控视频通过经由4G网络传输回指挥调度中心。在调度台上，可对远程视频进行监控。
（1）视频编码：支持MPEG4、H263、H263+、H264编码技术。
（2）视频轮循：支持多路视频同步轮循和本地轮循，并可设置轮循视频路数以及间隔时间。
（3）分屏显示：支持视频和数据分屏显示，提供多种窗口布局，可手动调整或窗口自适应，能够实现焦点突出、全屏放大、多路分屏等生动的布局效果。
3.3.3 非实时视频
手持终端、车载台都可以进行本地存储视频，手持终端支持拍照录像功能，视频也可以实时上传或本地存储。
3.3.4 实时视频
3.3.5 视频会议
此业务包含即时会议、邀请会议、预约会议等多种形式，与会者可以通过临时组建会议组的方式进入会议平台，支持应用程序共享、文档共享、影音播放、文件传输、协同浏览等，为行业内部、行业与伙伴之间沟通提供多种通信手段。利用3G网络开展视频会议业务，使得与会者不受地域限制。
3.3.6 终端位置管理业务
当发起该业务时，终端接收卫星定位信号，实时上传至GPS服务器保存，调度台通过查询服务器上GPS数据，通过实时数据处理，实现终端的实时定位、移动速度测定、电子围栏等业务功能。
3.3.7 信息推送业务
指挥中心可以通过调度台给被调度用户发送文字消息，使用该功能调度员可以快速发布作业计划，且终端用户可以随时进行调阅。在强噪音干扰环境等不方便语音通信场合，文字指令调度可以作为语音的很好替代调度手段指挥中心可以通过调度台给被调度用户发送文字消息，使用该功能调度员可以快速发布作业计划，且终端用户可以随时进行调阅。在强噪音干扰环境等不方便语音通信场合，文字指令调度可以作为语音的很好替代调度手段。 `
4.相关技术论证
4.1 无线网络视频传输QoS的概念
移动通信是目前发展最快的通信系统之一，因其具有独有的灵活性和随意性而能满足人们的实际需要。IP分组网和无线网的多媒体业务将是未来的主流，传送有一定的QoS（服务质量）保证的实时视频流是多媒体应用的主要内容。移动通信系统的共同点是误码率较高，因此在无线通信系统开展视频业务要求视频编解码和传输系统能够克服信道的较高误码比、包丢失以提供QoS保证。
传统电信网络的建立是先有业务后有网络，因此有QoS保证。4G网络的建立具有不同的思路：先构造网络再开展多种业务。但是每增加一种业务，都要占用一定的网络带宽资源，因此网络必然出现拥塞。一方面，排队时延对实时业务造成质量下降；另一方面，因为排队超时的丢包导致质量下降。为了提高网络的服务质量，必须对带宽进行有效管理，QoS就是针对这种管理实施的策略。QoS本身并不增加带宽，只是对带宽进行有效的管理。
4.2 网络（平台）侧的QoS管理
（1）资源预留管理（集成业务）
根据申请QoS请求进行资源分配，根据带宽资源进行管理。RSVP提供了这一种管理机制。
（2）优先级管理（区分业务）
对网络流量进行分类，根据带宽资源管理策略的准则进行资源分配。为了保证QoS，对于要求高的业务给与更高的优先级。QoS的协议和算法不是相互排斥和竞争的，它们是相互补充的，它们的制定就是为了用于不同的网络环境。
4.3 针对终端的QoS解决策略
基于网络的解决方法虽然在技术上简单有效，但是在实际工作时有相当的困难：因为视频业务是端到端的服务，要求网络上的节点都支持QoS通常是不可能的；所以基于终端的QoS策略是一个可行的方法。IP分组网中的实时多媒体业务在网络中传输时，由于在每一个网络节点中都要进行路由选择，而且传输包要進行排队导致包传输的时延，延时超过一定时间后会采取丢包处理。这些都对处理的质量造成影响。
根据网络中降级的原理，基于终端的解决策略主要有拥塞控制和差错控制。
（1）拥塞控制
因为TCP重传造成的时延对于实时业务质量的影响是不能承受的，通常采用UDP包来传输实时业务。但UDP包没有提供拥塞控制和质量保证的机制，所以需要在UDP的上层加上拥塞控制的机制。这个过程主要是通过调整视频编码的速度使其适应网络的带宽。因为网络的带宽是时变而非固定的，而且是一个未知量，所以不能直接设定一个编码速率来适应网络状态。通常采用两个方法实时调节：一是窗口法：通过逐渐增大传送的码率，当发现网络上出现包的碰撞（检测到了丢包）时，再减小发送的码率；另一是基于速率的方法：先估计网络的带宽资源，再调整编码的目标速率来适应网络的状态。基于窗口的解决方案会引入类似TCP的重传，这是不能忍受的。我们采用基于速率的三类解决方案：基于收端、基于发端和混合控制。
（2）差错控制
对于实时的视频业务而言，视频质量可以降级，但是时延必须保证，对于视频通信的这种特征引入了很多新机制。这些机制可以分为四类：FEC，重传，纠错，掩错。其中掩错只在收端完成。其它都需要收端和发端共同完成。
5.结语
综上所述，笔者在本文中基于4G移动通信技术，以“某品牌4G宽带多媒体集群系统”为例，在消防部队通信方面的应用做了一些研究探讨，在讨论中坚持以需求为先导、以应用为核心，以期实现信息系统对消防部队业务的全面覆盖，提升消防部队的信息化工作水平，提高消防部队的专业预防能力和抢险能力。我们相信，在全体消防官兵的共同努力下，创新思维，科学发展，消防部队将插上亮丽的翅膀，为和谐社会、幸福家园建设添砖加瓦。
参考文献
[1]邬正义，范瑜，徐惠钢.现代无线通信技术[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2]郭庆，王振永，故学迈.卫星通信系统[M].北京：电子工业出版社，2010.
[3]沈琪琪.短波通信[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.
[4]普天宜通消防跨区域多媒体指挥调度系统，2012.