解决方案

预备应急通信系统方案"

发布时间:2018-08-17

一、项目背景——省内应急通信技术现状

    福建省是自然灾难易发区、多发区。今年以来,台风、泥石流等多起自然灾害给我省造成了严重损失,一些重灾区中心区域因道路中断、电力中断、通信中断,形成了信息孤岛,对抢险救灾、应急指挥带来极大影响。
    为了在各种灾害环境下保证基本通信,运营网络必须具备业务快速恢复的能力与使用自组网应急指挥的应急通信能力。

二、方案概述

    基于目前对应急通信系统的性能需求,我司生产的自组织应急通信系统可不依赖现有通信基础设施(移动通信基站、北斗/GPS卫星定位系统等)形成链状、网状或任意拓扑形式的区域无线覆盖。
    整个系统无需设置,不需预案,开机即可自动组网。同时可与2G/4G基站、搜救终端设备、定位终端等设备快速连接,不但可以实现基站间的互联互通,还可以将前方人员的定位信息、现场视频、搜救信息等数据实时传输至后端,确实有效地提供冗余可靠的通信支撑,为应急救援的管理协调和行动决策提供保障。
 

三、方案详情

l  系统架构——无线环网系统方案
系统中包含:
Ø  自组网主设备(节点)
Ø  天线
Ø  协议转换器
Ø  电池设备
Ø  手持台组成。

 
l  模块简析
Ø  自组网节点
自组网主设备实现多个设备之间的自动组网、中继功能。能够将从协议转换器接收到IP包自动路由中继到对端的自组网主设备,在基站与基站控制器之间恢复数据链路。

※  固定式自组网主设备不带有内置电池,需要由外部提供电源。移动式自组网主设备带有内置电池,能够满足在满负载情况下连续工作6小时。
※ 自组织网主设备还配套有WIFI的覆盖能力,能够为一定区域内的手持台提供WIFI的接入功能。
Ø  天线
天线用于传输自组网主设备的无线信号,主要配备有定向天线与全向天线两种型号。
    定向天线具有较好的主瓣增益,在相同射频功率的情况下可以传输更远的距离;全向天线虽然增益值稍低,但是不受传输方面的限制。一般固定式自组织网设备配备定向天线,移动式自组织网设备配备全向天线。
 
 
Ø  协议转换器
协议转换器用于将光口、电口的信号转换成以太网格式信号并封装成IP包,以及将以太网的IP包恢复成光口或者电口的信号。
※ 协议转换器与自组网主设备之间通过网线连接。

 
Ø  电池设备
电池设备用于在电力中断情况下,或者内置电池耗尽时,继续对自组网设备进行供电。

 
Ø  手持台
手持台用于现场人员与中心之间进行音视频指挥调度,具有防水防尘的特点。手持台通过WiFi与自组织网主设备接入,通过自组织网的自动中继功能与后台中心建立通信链路。

 
l  工作模式
    在因自然灾害、突发事件等原因造成事件区域有线传输链路中断,原有的环路均无法使用时,监控系统监测到链路中断后,将链路自动切换到自组网链路,使用自组织网设备进行链路传输,建立BTS(基站收发台)与BSC(基站控制器)之间的直接通信链路。
    从传输设备通过光纤或者电缆将BTS/BSC的数据传输到协议转换器,转换成自组织网的数据包并且由自组织网设备完成数据包的传输,在对端通过协议转换器再转换成光纤或者电缆信号。

    自组网设备可以安装于机房/机柜内,外置天线固定安装于基站的天线架上,自组网设备与外置天线之间通过射频线缆进行连接。也可以将自组网设备与天线一起固定于基站的天线架上,自组网设备与协议转换器之间通过网线和供电线缆进行连接。

    在事件现场的有线传输链路中断后,维修人员可以携带一个手持台和一个自组网移动台到达维修现场。
    自组网移动台会自动与BTS和BSC端的自组网固定台或者其它起中继作用的自组网移动台形成自组织网络,并通过WiFi为维修人员的手持台提供数据接入能力,形成如下通信网络:
手持台←→自组网移动台←→自组网固定台

    此时,可实现后方指挥人员与前方维修人员的指挥调度。
    手持台提供了音频与视频的功能,可以方便地与后方指挥人员进行音视频的通信,将现场信息第一时间传回指挥中心,提高指挥调度的效率。
    如果BTS与BSC之间的通信距离较近可单跳直达时,可以采用定向天线,以达到更好的传输可靠性。如果BTS与BSC之间通信距离较远,需要多跳中继时,BTS和BSC端的固定式自组网设备天线可以选用定向天线或者全向天线,中继的移动式自组织网设备选用全向天线。
 
l  工作参数
工作频段
150MHz-2.5GHz(可定制)
空中带宽
3MHz-20MHz可配置
发射功率
2W (可定制)
接收灵敏度
-97dBm
最大移动速度
不小于80km/h
多址方式
TDMA/DAMA/S-ALOHA(时分多址/按需分配动态复用申请信道随机占用/随机接入)
网络同步方式
互同步方式(无外部授时,互同步精度高于200ns)
入网时间
小于1s
多跳传输能力
不小于5跳
系统容量
纯业务数据速率最大30Mbps自适应调整
接口
以太网接口(RJ45)/ WiFi / E1接口/光口
 
l  方案优势
    系统具有机动灵活、快速反应的特点,可实现语音、数据的实时、同步通信传输,尤其能在室内外,城市环境、山地环境等恶劣环境中组网。其性能特点如下:
1 大范围可选频段及灵活可配置的信道带宽
    设备可支持150MHz-2.5GHz的频段,可根据业务需求选配定制。同时设备支持在40MHz范围频段内动态可配置,以支持多套系统同时错频使用的。系统的带宽动态可配置,支持3MHz-20MHz模式,以灵活匹配可用的频率资源实现业务容量的最大化传输。
2 低接收门限及抗多径性能
    设备采用COFDM调制解调方式,纠错编码使用Turbo编码,接收灵敏度低达-97dBm。接收机采用MMSE信道均衡技术并辅以特殊的交织器,实现复杂环境下的可靠接收。同时OFDM的循环前缀的点数可配置,以满足各种复杂环境下的物理层性能。
3 自适应业务速率
    设备可根据信道状况自动匹配最佳的业务传输速率,以实现在保证丢包性能的条件下,达到最大的数据传输速率。
4 不依赖于基础设施的通信能力
    设备多址协议基于TDMA,时隙互同步是保障信道复用的核心和前提。设备的MAC层使用了具有自主知识产权的高精度时隙互同步机制,能在无GPS、北斗的外部授时条件下实现网络同步,同步精度高达200ns。该特性保障了应急救灾下的系统可用性。
5 部署灵活
    设备体积小重量轻,易于携带和安装。在相同的施工条件下,能够容易做到抗风、防水、防尘。设备带有内置电池,可支持满负荷工作长达6个小时,并可外接各种电源(220VAC或者12-48VDC),方便各种应急环境下的快速展开和使用。设备通知支持天线外置,并可根据场景不同选配高低增益的全向或者定向天线。
6 接口丰富
    设备提供E1接口、光纤接口、千兆以太网以及WIFI接口,可实现与基站、基站控制器直接连接。同时WIFI接口可以对外提供802.11无线覆盖,以实现各种便携设备的接入,提供其至后端整个网络的互联互通。
7 强大的网络管理能力
    设备提供统一的配置界面,通过该界面可以实时监控整个网络每个设备的工作状态、业务流量。配置界面提供丰富的配置选项,方便使用者依照信道环境、业务模式对设备 配置和优化。同时配置界面提供精简配置的功能,以方便使用。除此之外,设备还提供异常告警能力。
 
l  应用案例
Ø  新疆大剧院
应用成果:通过自组网应急通信系统,实现了新疆大剧院内外的语音、图像的互联互通,实现了对新疆大剧院内的实时监控。
应用难点:针对无法获取大剧院负一层图像和数字对讲机信号覆盖盲区的实际问题,通过采用中兴研制的自组织无线应急系统,获得能够采集地下负一层图像和对讲机信号覆盖,方便语音和图像传输到地面指挥车

Ø  厦门消防
应用成果:通过自组网应急通信系统,实现了厦门会展中心内外的语音、图像的互联互通,保障了在应急条件下的通信连通。
应用难点:厦门会展中心占地47万平方米,总建筑面积34万平方米,包括一期、二期、三期展馆及一座拥有210间客房的四星级会展商务酒店,其地下设有1000车位的停车场,建筑构造复杂。一旦发生火灾、基础设施损坏,地下负一楼及地下停车场将会产生信息孤单,常规通信无法进行。



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