美地区应急通信技术及系统建设现状

        在突发公共事件或紧急情况下，政府与政府之间、政府与公众之间、个人用户之间以及 应急现场的指挥、调度、协调都离不开应急通信保障能力，突发事件处理和应急管理经验表 明，应急通信技术及系统已成为突发事件及紧急情况处置的核心支撑力量，其完善程度直接 影响到应急响应的效果和效率。
北美地区的应急通信技术和系统主要包括卫星通信系统、基于公用电信网的应急通信系 统、集群应急通信系统以及军事通信系统。

1. 卫星通信系统

        卫星由于其不受地理环境限制、覆盖范围广、无线连接等优势，成为紧急情况下通信保 障的重要手段。以美国和加拿大为代表的北美地区卫星通信技术非常发达，仅美国截止到 2006年年底就发射了 1815颗卫星，其中很大一批目前还在服役，这为北美地区紧急情况下 的通信保障提供了强大的技术支持。在紧急情况下，通信卫星、广播卫星、导航卫星和遥感 成像卫星等都能够发挥重要的应急通信作用。例如通信卫星可以在紧急情况下为广大用户提 供语音、数据、视频等多媒体服务；广播卫星可帮助政府开展预警信息颁布、灾情信息发 布、安抚受灾群众等工作；导航卫星可帮助地面救援队伍和受灾用户进行准确定位，提高救 援效率；遥感成像卫星可对受灾地区实时监控，获取受灾地区的图像，了解灾情。比较知名 的卫星系统有铉星通信系统、全球定位系统（GPS）、全球星通信系统、快鸟遥感成像卫星、 加拿大阿尼克卫星通信系统等。
（1）钛星通信系统
Motorola公司在1987年提出铉星通信系统的构想并于1992年成立钛星公司，于1998年 11月开始商业运营。它是最早提出并被人们所了解的低轨道卫星系统。该系统实现了全球 覆盖，并应用了卫星上数据处理和交换、多点波束天线、星际链路等先进技术，利用关口站 实现了卫星通信网和地面蜂窝移动网之间的互通，从而为用户提供了全球化通信能力。由于 钛星系统市场定位不够准确，用户拓展缓慢，2000年3月铉星公司宣布破产，2001年新的 钛星公司成立。新铉星公司调整了其市场定位，将目标瞄准地面蜂窝移动难以覆盖的野外或 偏远地区工作人群，以及政府、军队、能源、林矿等重要工业领域。同时，新钛星公司不断 扩大钛星通信系统的业务能力，将数据业务、短消息业务纳入到钛星通信系统的业务范围, 并降低了资费水平和终端售价，这些措施取得了良好的效果，铉星通信系统得以起死回生。
目前，由于侬星通信系统全球覆盖和信息保密等特点，该系统得到政府快速反应部门、 抢险救灾、指挥调度、军队、海事、航空、政府机构，以及能源、科考、林业、矿业等野外 工作用户的青睐，在应急现场、偏远地区以及登山、南极科考活动中都获得了应用。

2. GPS

        美国全球定位系统(Global Positioning System , GPS)是20世纪70年代美苏军备竞赛的 产物，自1978年第一颗GPS卫星发射以来，经过20多年的发展已经成为目前全球应用最广 的卫星定位系统。GPS主要包括空间、地面控制和用户设备3个组成部分，具有高精度、全 天候、全球覆盖、定位迅速、操作简便等特点，应用用途主要包括人员导航、车辆导航、应 急指挥调度、应急救援导航、地理信息系统、城市规划、建筑测量、工程测量、变形监测、 地壳运动监测等地面应用，船舶导航、航线测定、船只实时调度与定位、海洋救援、水文测 量、海洋勘探平台定位、海平面升降监测等海洋应用，以及飞机导航、低轨卫星定轨、低空 飞行器导航和定位、航空遥感姿态控制、导弹制导、航空救援和载人航天器防护探测等空中 应用。
GPS在全球范围内得到了大规模应用，GPS相关的技术和应用已经形成了规模庞大的产业 群体，GPS融入了国防、灾难预防与管理、应急救援、日常生活等各个领域。随着人们对高科 技产品需求的不断增加，GPS的应用前景将更加广阔，其带动的产业规模也将继续扩大。

3. 全球星通信系统

全球星(Globalstar)通信系统是由美国劳拉(Loral)公司和高通(Qualcomm)公司倡 导发起的低轨道卫星移动通信系统，1999年开始商业运营。全球星通信系统在经营过程中 也是历经坎坷，经历了建设、破产、重建、恢复过程，2004年全球星公司被Thermo投资公 司收购后，公司开始调整战略定位，通过提供新产品、发展新业务、完善系统服务能力和质 量、降低资费、发展合作伙伴等一系列措施，业务得到迅速改观和发展。
目前，由于全球星通信系统灵活的终端形式、与公用电信网的互通以及较低的使用费 用，在政府专网、军事、紧急救援、灾害应急、石油、煤气、矿业、林业、交通运输和偏远 地区得到了很好的应用。经过公司重建和业务定位的全面调整，全球星通信系统已经成功在 全球范围内发展了大量合作伙伴，分布在欧洲、亚洲、美洲等数十个国家和地区。

4. 快鸟遥感成像卫星

快鸟遥感成像卫星是美国数字地球公司(原地球观测公司，2001年变更公司名称)于 2001年10月发射的遥感成像卫星，快鸟遥感成像卫星重约953kg,最初设计运行轨道高度 为600km,后来为提高卫星图像分辨率，将卫星轨道降至450km。快鸟遥感成像卫星成功地 用于全球商用成像领域，在地图测绘、测量、城市规划、区域观测、灾害区域成像、应急指 挥信息获取、环境保护等方面得到广泛应用。

5. 加拿大阿尼克卫星系统

        20世纪60年代末，加拿大政府和一些私营电信公司联合成立了加拿大电信卫星(Tele­sat) 公司，开始研制“阿尼克”卫星通信系统，第一代“阿尼克”通信卫星共4颗，于 1972年11月至1978年由美国国家航空航天局发射，使加拿大成为世界上第一个实现国内 卫星通信的国家。2004年7月，阿尼克F2通信卫星由欧洲航天局阿丽亚娜5号火箭发射成 功，这颗由美国波音卫星系统公司制造的卫星重达6t,是迄今为止人类制造并发射的最重的 通信卫星。2005年5月，阿尼克F2卫星系统在加拿大和美国开通宽带业务，并为北美地区 传输电视图像、提供数字通信服务以及向偏远地区提供电视教学和电视医疗服务。阿尼克卫 星具有宽带大容量互联网数据传输和电视图像传输设计，使其具备了强大的多功能通信能 力，在紧急情况下，阿尼克卫星可为抢险救援、指挥调度提供通信保障，同时可以通过互联
网、广播电视等方式为灾区提供医疗、信息发布等多种通信能力。
        6、其他卫星通信系统
        在北美地区，除上述介绍的几种卫星通信系统外，还有大量的卫星系统建成或计划建 设，这些系统在灾害或突发事件情况下都可能为通信保障工作贡献力量。表2"列举了北美 地区部分重要卫星通信系统。
表2-1北美地区部分重要卫星通倩系统

名称	公司	数量	高度	系统简介
XM3/4 及 Sirius FM1/2/3系列卫星	美国Sirius XM公司	5	GEO	2008年7月29日，Sirius卫星广播公司和XM卫星广播控股 公司合并成立了美国Sirius XM广播公司，新公司卫星系统具 有为订户提供300多个数字广播频道的能力，节目包括音乐、 体育、新闻、谈话、戏剧、儿童、娱乐、交通、气象和数据频道等， 另外，公司很重视车辆、家庭用户卫星广播业务，并将其作为 重点业务来开发
Odyssey	美国TRW公司	12	MEO	Odyssey卫星星座可作为现有陆地蜂窝移动通信系统的补 充和扩展，该系统的手持机采用双模工作方式，可同时在Od- yssey系统和蜂窝系统中使用，系统可以提供包括语音、传真、 数据、寻呼、报文、定位等业务
Celestri	美国 Motorola 公司	9 +63	GEO + LEO	Celestri卫星星座由9颗GEO和63颗LEO卫星组成，其中 63颗LEO卫星分布在7个轨道平面上，每个轨道平面9颗卫 星，可向全世界任何地方提供区域性广播、多频道电视广播和 高速数据传输、交互业务和多媒体应用
Astrolink	美国洛克 希德马丁公司	9	GEO	Astrolink卫星星座支持星上处理和星上交换技术，每颗卫星 都可作为通信网络的节点，支持高速率多媒体通信，数据传输 速率范围为16kbit/s -9. OMbit/s,Antrolink卫星适用于较大的 移动平台
CyberStar	美国劳拉空间 系统公司	3	GEO	CyberStar卫星系统提供多信道广播、软件发布、远程教育， 特别是高速互联网接入等业务,CyberStar系统将和Alcatel公 司的Skybridge系统携手合作，在全球范围内提供广泛的语音、 图像和数据通信服务
Spaceway	美国休 斯公司	20 + 16	GEO + MEO	Spaceway系统是静止轨道卫星和非静止轨道卫星的混合星 座,Spaceway系统和地面异步传输模式（ATM）、综合业务数字 网（ISDN）、帧中继及X. 25标准兼容，支持高速数据、互联网 接入及宽带多媒体信息服务
Teledesic	美国 Teledesic 公司	288	LEO	Teledesic卫星星座由288颗卫星组成，处于12个平面，每个 面24颗卫星.Teledesic采用全星上处理和全星上交换，系统设 计成一个“空中互联网”，它提供高质量的语音、数据和多媒体 信息服务，由于财务问题和市场预期变化,Teledesic计划一再 推迟、缩减
Ellipso	美国 Ellipso 公司	17	HEO + MEO	Ellipso是混合轨道星座系统，实现全球覆盖，在该系统中， 有10颗卫星部署在两条椭圆轨道上，其轨道近地点为632km, 远地点为7604km,另有7颗星部署在一条8050km W的赤道轨 道上，可以为全球用户提供低成本、高质量的语音和数据业务
Orbcomm	美国轨道公司	28+8 （备份）	LEO	Orbcomm（轨道通信）系统是只能实现数据（非语音）全球通 信的小卫星星座系统，该星座具有投资小、周期短、兼备通信 和定位能力强、卫星重量轻、星座运行自动化水平高等优点， 其中28颗卫星在5个轨道平面上，第1和第5轨道平面为2 颗卫星，第2至第4轨道平面各布置8颗卫星，另有8颗备份 卫星

2. 基于公用电信网的应急通信

        公用电信网是目前用户最多、影响最大也是广大公众最容易获得的通信方式，因此在突 发事件或灾害处置中，基于公用电信网的应急通信能力保障尤为重要。在公用电信网没有遭 到破坏的情况下，它是政府与政府、政府与公众以及公众与公众之间实现应急通信的最有效 手段。因此，北美各国都非常重视基于公用电信网的应急通信系统的建设，例如美国覆盖用 户最广的应急通信系统就是911电话报警系统，同时为保证紧急情况下特殊用户的通信能 力，美国政府还推出了美国政府应急电信服务(Government Emergency Telecommunications Service, GETS)、无线优先服务(Wireless Priority Service, WPS)业务等计划。

1. 911电话报警系统

        911电话报警系统是覆盖全美的紧急救助服务系统，它整合了警察、消防、医疗救助、 交通事故处理和自然灾害抢险等多方面职能，并通过911电话报警系统实现多部门的联合行 动，在需要的情况下，该系统可以同时协调警察、消防和医疗等部门，提高紧急救援的效 率。1999年，美国国会通过《无线通信与公共安全法案》，正式承认911电话报警系统的指 挥中枢地位。911电话报警系统的运行方式灵活多样，一般大型城市采用“统一接警，分类 处警”方式，而中小型城市采用“统一接处警”方式，目前，美国有2.2万多个911电话 报警系统中心。以芝加哥911指挥中心为例，该中心是美国最先进的911电话报警系统之 一，建于1995年，指挥中心集中了芝加哥市消防、公共卫生、警察和政府综合行政管理等 4个系统的专职工作人员，负责为应急指挥调度提供综合通信网络，通过指挥中心实现报警 快速应答、缩短调度时间，并实现现场信息共享等。
当前，911电话报警系统服务覆盖了 98%左右的美国国土，每年有超过2亿次的911呼 叫，并形成了一套较为完善的工作运行机制，随着通信技术的发展，911电话报警系统的技 术能力也在不断完善，美国很多地区的911电话报警系统通过与“地理信息系统”、“无线 定位”等技术结合，可提供呼叫者的姓名与位置信息，在处置各类突发事件、救助民众、 打击犯罪等方面发挥着重要作用。
另外，加拿大作为北美地区的另外一个主要发达国家，也建立了覆盖全国的911电话报 警中心，由警察机构负责管理，各地方紧急事件管理中心都与911电话报警中心相通。同 时，加拿大政府为保证紧急管理队伍的稳定和高素质，建立了公务员编制的专业应急救援队 伍，救援人员涉及消防、通信、建筑物倒塌救援、狭窄空间救援、高空救援及生化救援等多 个专业。
除911电话报警中心外，美国于2008年4月由联邦通信委员会(FCC)批准了 “手机 短信应急预警系统”计划，计划在全国建设通过手机短信进行预警的系统。这项计划规定 预警短信分为3种内容：一种是总统发布的全国警报，涉及恐怖袭击或重大自然灾害事件; 第二种是针对可能发生的威胁，包括诸如飓风和龙卷风等自然灾害或校园枪击事件；第三种 是有关绑架儿童的紧急事件，该预警系统预计在2010年前实施。

2. 美国政府应急电信业务计划

        美国政府应急电信服务(GETS)是由白宫直接指挥的应急电话服务，是在现有公用电 信技术基础上的加强技术和管理机制。GETS可提供清晰语音、安全语音、传真和低速数据 等服务，可在发生突发事件、灾害应急处理或爆发战争时，确保授权用户使用普通电话终端 (如固定电话、传真机、手机等)实现紧急通信。GETS只针对授权用户提供服务，通过个
人识别码进行接入认证，利用公用电信网和部分政府网络实现可选路由、优先级服务和其他 增强服务等功能，满足政府部门、应急响应部门和其他授权用户的通信需要，为国家安全和 紧急待命计划（NS/EP）提供紧急接入与优先处理能力。
图2-1展示了用户使用GETS的业务流程。图中的IXC表示转接运营商，在美国主要由AT&T公司、MCI公司和Sprint公司承担GETS的IXC
如图2-1所示，用户首先摘机，听到拨号音后，拨打“1-710-627-4387”。对于没有预 先指定IXC的用户，在“1.710-627-4387”后还要加拨CAC （Carrier Access Code,运营商 接入码）选择提供服务的IXC。呼叫被接续到IXC, IXC需要对用户进行鉴权，要求用户输 入12位个人识别码，验证合格后，指示用户输入目的地号码。用户输入目的地号码后，呼 叫被转接到目的端局，目的端局为主叫用户播放呼叫等待音，指示被叫振铃，被叫应答后， 主被叫建立媒体会话，被叫挂机，会话结束。
当用户发起一个710形式的呼叫，在起始端局或本地汇接局就把这个呼叫标注为GETS- HPC （High Priority of Completion）, 一旦呼叫被标成HPC,在网络拥塞时将提供比其他非 GETS呼叫得到更高的处理优先级：在路由串（Route Chain）中，设置HPC中继群；脱离网 管控制；设置默认选路规则等。
为保证GETS增强功能的实现，美国国家标准学会（ANSI）出台了系列标准。
1） 1993年6月制定了 ANSI TL631《No. 7 （SS7）——网络效力完成的高概率》，标准, 对初始地址信息（IAM）携带HPC标记作了明确规定。IAM中，主叫用户类别（CPC）为 8bit,从00011001开始到11111111全部保留备用。GETS呼叫则使用了了主叫用户类别保留 号11100010作为HPC标记，以区别一般呼叫的主叫类别，从而提高了呼叫优先级。
2) 1996年3月制定了 ANSI T1. 111-1996《No. 7 ( SS7 )——消息传送部分(MTP)》， 标准，对MTP消息信号业务信息八位位组(SI0)中子业务字段的2个备用比特(A和B) 作了定义，表示信令消息具有优先级：一般电话呼叫定义为“00”，GETS定义为“01”，而 “10”、“11”则保留为通用的网管及业务控制所用。
GETS的服务范围覆盖全美50个州以及哥伦比亚地区，能够利用当地主要运营商网 络和部分政府及私人的网络设备实现服务。GETS主要服务于国家安全领导、国家安全形 势和公民预警、维持法律秩序和公共健康安全、维持国家经济形势和公共福利、灾难恢 复管理等。随着GETS计划的不断完善，GETS在美国应急工作中发挥着越来越重要的作 用，在“9・11”事件中，共处理了 1.8万个GETS呼叫，在卡特里娜飓风期间共完成4 万个GETS呼叫。

3. 美国无线优先服务计划

        美国“9・11”事件发生后，通信网络话务量激增，全国范围内无线业务量增长50%〜 100% ₀在华盛顿，一个无线运营商的业务量猛增400% ,在纽约的一个交换中心，业务量 增长1000%,无线网络拥塞情况严重。在总结分析“9 • 11”事件通信保障经验后，2001 年10月，美国国家安全委员会提出了与固定网GETS相对应的无线优先服务(WPS)计划， 在无线网络拥塞时，为NS/EP人员提供优先服务。WPS与GETS 一起，在紧急情况下，可 以大幅度地提高“端到端”的呼叫完成率。WPS 分"初期操作能力” (Initial Operating Capability, IOC)和"最终操作能力”(Fi­ji" Operating Capability, FOC)两个阶段，在项目完成阶段，设计的呼叫完成率为95%。

1. 初期操作能力阶段。初期操作能力的WPS类似于PSTN里的优先拨号(Priority Ac- cess for Dialing, PAD),为预先签约的用户提供优先接入。与PAD最主要的区别在于，WPS 使用5个优先级别来区分用户类型，并且需要使用激活码(* 272)来激活优先接入功能。 一旦用户接入网络，网络中就不再有识别优先呼叫的措施。
2. 最终操作能力阶段。该阶段提供端到端的优先权处理，提供高接通率，包括发起方 和接收方，即提供完整的接入优先权、网络处理优先权、出口优先权处理机制。在此阶段为了提供更有效的无线有线接入，WPS在无线接入侧，应用了两种技术：接 入类别技术和增强的多优先级和抢占(eMLPP)技术。接入类别：每个移动台都属于一个接入类别，写入用户标识模块(Subscriber Identity Module, SIM)卡中。普通用户SIM卡中的接入类别是0~9的随机数，这个数字用于网络 管理，无线网络管理可以禁止一个或多个接入类别用户接入网络，对于WPS用户SIM卡中 的接入类别是12、13或14,具体的赋值取决于用户的优先级。eMLPP：当用户拨打* 272时，移动交换中心(Mobile Switching Centre, MSC)会认证 该用户是否为WPS用户，并根据MSC或拜访位置寄存器(Visiting Location Register, VLR) 存储的用户信息为用户指定优先级(1~5)。在呼叫的建立过程中，如果基站和移动台之间 没有可用信道，基站会根据优先级将呼叫进行排队。

表2.2列出了每个接入类别(12-14)可被赋予的排队优先级。
表2・2排队优先级与接入类别的对应关系

排队优先级	接入类别
1	12	13	14
2	12	13	14
3	12	13
4	12	13
5	12

 
另外，除GETS和WPS外，美国还通过电信优先服务(Telecommunications Service Prior­ity, TSP)、商用网络抗毁性计划和商用卫星通信互连计划等措施，实现在紧急情况下公用 电信网的恢复、临时替补等计划，并对重要用户(如政府、救援机构、重要人员)的优先 服务，包括对传输线路的优先配置与恢复、无线优先接入等措施。目前，电信行业正在研究 基于IP网的优先服务。

3. 集群应急通信系统

集群通信系统作为专用网络，其网络覆盖范围要小于卫星通信网和公用电信网，但集群 通信系统具有组网灵活、响应速度快、群组通话方便等特点和优势，非常适用于紧急情况下 的应急指挥调度、抢险救灾等工作。
在北美地区，应用最广泛的集群通信标准是集成数字增强型网络(integrated Digital En­hanced Network, iDEN),它是美国Motorola公司的产品。iDEN在初期由于成本过高影响到 用户发展和网络建设，Motorola公司通过降低交换机价格、不断升级软件版本增强其业务提 供能力以及准确的市场定位和业务特种差异化，iDEN系统在美国得以迅速发展，其中美国 Nextel公司在数字集群应用上最具代表性，Nextel公司通过即按即说(PTT)、数字蜂窝、文 本消息和数据等业务组合获得了大量用户，其所运营的iDEN是目前最大、发展最完善的 iDEN。2003年第3季度，Nextel公司实现了 iDEN全美覆盖，获得了企业用户、政府、警 察、指挥调度、应急救援等部门和机构的青睐。目前，iDEN在全球范围内得到了广泛应用， 覆盖的区域遍及亚洲的日本、韩国、菲律宾、新加坡、以色列和关岛地区以及南北美洲的美 国、加拿大、墨西哥、哥伦比亚、巴西、阿根廷和秘鲁等国家，全球iDEN用户已近 3000 万。
在北美地区，除iDEN系统外，还有美国APCO25和加拿大数字综合移动无线电系统 (DIMRS)等数字集群标准，这些标准在特定领域都具有一定的市场。

4. 军事通信系统

从目前世界各国军事通信系统建设情况看，美国的军事通信系统配置最完整、技术最先 进，涵盖了空间、陆地、海上多个空间维度，使用了高、中、低不同的频率范围，形成了能 够满足陆、海、空不同兵种通信需要的先进专用通信系统。这些军事通信系统在紧急情况或 战备情况下，可以支撑军队作出快速应急反应，并为相关政府部门提供应急通信支持。
为满足军方日常管理和协调调动需要，美军建立了 “国防通信系统”，系统由“自动电 话网”、“自动数字网”、“自动保密电话网”组成，主要用于保障美国总统同国防部长、参 谋长联席会议、情报机关、战略部队的通信联络，保障国防部长与各联合司令部和特种司令 部的通信联络。此外，还为固定基地、陆、海、空军机动部队提供中枢通信网络。
为了加强水下潜艇，特别是核潜艇的指挥控制能力，美国海军从20世纪60年代中期开 始，建设TACAMO （音译：塔卡木）机载甚低频对潜通信系统。该系统经过不断改进，逐 渐发展成为美国军方对潜指挥调度的核心抗毁通信系统。该系统具有机动灵活、不易受到打 击的特点，可以在战争发生时作为应急通信手段以确保军队指挥部门与潜艇部队的通信和联 络，从而保证战略潜艇部队的战斗力和威慑力。
另外，在卫星通信方面，美国军方建设了覆盖广、能力强大的卫星通信系统，如MU- OS、UFO, MILSTAR. AEHF、DSCS、GBS、AWS等，表2-3为其中几种典型军事卫星的基

本情况介绍：	表2-3几种典型军事卫星的基本情况介绍
名称	系统简介
特高频后续星 通信系统（UFO）	特高频后续星（UFO）通信系统由10颗卫星组成，其中9颗工作星、1颗备份星；运行于地球同步静 止轨道；UFO用于战略、战术通信，为舰舰、舰岸和舰与飞机之间提供语音、数据链路，是美军现役的最 重要窄带通信系统之一
军事星 (MILSTAR)	军事星（MILSTAR）通信系统是20世纪80年代初开始建设的对地静止军用卫星通信系统，该系统 为静止轨道4星全球军用通信系统，安装了抗核辐射设备，主要为美国的陆、海、空三军，特种部队，战 略导弹部队等军事部门服务；军事星卫星通信终端包括供陆军使用的车载式通信终端SMART-T.供特 种部队或紧急情况下使用的抗干扰背负式终端、机载和舰载终端等
美国国防卫星 通信系统（DSCS）	美国国防卫星通信系统（DSCS）于1962年开始筹建，共发展了 3代，分别为DSCS- I、DSCS-H、 dscs- m ；该系统主要用于传送指挥信息、情报数据、高优先级的战略预警信息和特种信息等，目前使 用的是DSCS-ffl；DSCSIII由14颗卫星组成，其中12颗工作星、2颗备份星，能保证除两极外的全球所 有地区24h不间断通信
全球广播系统 （GBS）卫星系统	全球广播业务（GBS）是美国军方借鉴商用直播卫星的成功经验而提出的高速宽带卫星传输系统， 帮助作战人员直接获取战场动态多媒体信息；该系统使用Ka和Ku频率波段，最高数据传输速率为 96Mbit/s；该系统通过与地面军事通信系统相连，可向分布在全球的美军用户提供高速多媒体广播 信息