多卡聚合融合通信設備在應急行業(yè)領域應用解決方案

多卡聚合融合通信設備在應急行業(yè)領域應用解決方案

? ? ? ?1 背景介紹

我國是災害多發(fā)頻發(fā)的國家，為防范化解重特大安全風險，健全公共安全體系，整合優(yōu)化應急力量和資源，推動形成統(tǒng)一指揮、專常兼?zhèn)洹⒎磻`敏、上下聯(lián)動、平戰(zhàn)結合的中國特色應急管理體制，提高防災減災救災能力，確保人民群眾生命財產安全和社會穩(wěn)定，國家成立了應急管理部、省、市、縣四級應急管理部門。

1.1 行業(yè)現(xiàn)狀

由于衛(wèi)星通信本身的短板無法避免，比如鏈路費比較貴、帶寬不足、在有遮擋和天氣不好的場景下無法建立通信等問題，并且在移動場景下幾乎無法使用。

近兩年通過公眾無線4G通信，很多場景下已經解決了視頻、語音等需求。但是單一運營商無法做到100%信號全覆蓋，在應急事件或者人流量大的情況下更是束手無策，在大部分場景下，單個鏈路的通信能力會急劇下降，依托單個鏈路實現(xiàn)大容量信息的快速傳送變得極為困難。

1.2 行業(yè)需求

1、急需解決因基站信號質量及擁堵問題，所產生的低畫質傳輸。

2、要求對傳輸內容的加密，提高安全性

3、需要對系統(tǒng)支持硬件及軟件的升級

4、對硬件、軟件費用的減少

2 解決方案

本方案將使用4G多卡聚合融合通信設備，通過聚合多個小容量通道形成一個大容量通道，把數(shù)據(jù)先拆包再組包，中間傳輸經由多個不同的鏈路實現(xiàn)，把大的數(shù)據(jù)高速、穩(wěn)定、安全的傳送至云端（軟部署），可達到高安全、大帶寬、業(yè)務不中斷。

多卡聚合應急行業(yè)解決方案

用戶數(shù)據(jù)（IP報文）發(fā)送給聚合通信設備，設備收到用戶報文后，將整個報文作為一整塊數(shù)據(jù)（payload）進行加密，重新加上新的 IP 頭（加密隧道的 IP 頭，目的地址統(tǒng)一為聚合服務器的 IP 地址），通過多個物理通道同時發(fā)送給聚合服務器。

聚合服務器收到報文后，除去隧道 IP 包裝，并對數(shù)據(jù)部分進行解密，得到用戶原始的 IP 報文，對用戶 IP 報文重新排序，恢復用戶原始的 IP 流，之后根據(jù)用戶 IP 中的目的地址，按照正確的順序發(fā)送給用戶最終想要到達的服務器。

2.1 應用介紹

2.1.1 車載應急指揮應用

通信應急指揮車可作為前指作戰(zhàn)中心，亦可作為作戰(zhàn)單元，接受指揮中心統(tǒng)一調度，其應用包括視頻會議，現(xiàn)場監(jiān)控視頻回傳、指揮調度等。這就要求通信應急指揮車在室外環(huán)境，特別是車載移動場景，有較高的上行帶寬，滿足高清視頻傳輸，同時對無線網(wǎng)絡穩(wěn)定性，有較高的需求。通過使用智能聚合設備，滿足了通信應急指揮車的數(shù)據(jù)傳輸要求。

優(yōu)勢：

ü 多個無線鏈路聚合，提供足夠的上行帶寬。

ü 車載移動環(huán)境下，無線傳輸高可靠性。

ü 多運營商網(wǎng)絡融合，避免單運營商基站切換/信號劣化導致的中斷風險。

拓撲如圖所示：

多卡聚合解決方案網(wǎng)絡拓撲

2.1.2 應急指揮箱配合應用

該應用場景，智能聚合設備與公安系統(tǒng)中廣泛采用的單兵應急指揮箱配合使用，由于室外作戰(zhàn)環(huán)境較復雜，各運營商各區(qū)域、地段網(wǎng)絡覆蓋情況不一，單一運營商網(wǎng)絡很難滿足應用需求。同時，在群體事件、人員密集區(qū)域，無線信道十分緊張，智能聚合設備可由幾個運營商網(wǎng)絡的多個鏈路獲取信道資源，最大程度保障業(yè)務暢通。

優(yōu)勢：

ü 室外無線環(huán)境高適應性。

ü 多網(wǎng)融合，避免單網(wǎng)導致的中斷風險。

ü 極大提高業(yè)務帶寬，提升業(yè)務穩(wěn)定性。

ü 搶信道能力強。

拓撲如圖所示：

2.1.3 前指視頻匯聚應用

前指現(xiàn)場，需要與下端多個單兵終端、后方指揮中心進行通信，需接入多路視頻，對無線網(wǎng)絡的帶寬要求較高。依靠單卡/單網(wǎng)設備，很難滿足應用要求，尤其在室外環(huán)境下，無線網(wǎng)絡復雜多變，更難以保障帶寬。該場景下使用智能聚合系統(tǒng)，提升無線網(wǎng)絡帶寬，保障業(yè)務應用。

優(yōu)勢：

ü 多無線鏈路聚合，提升帶寬，保障業(yè)務穩(wěn)定傳輸。

拓撲如圖所示：

2.2 方案優(yōu)勢

1) 全兼容3G(WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000)、4G(TD-LTE、FDD-LTE)制式，支持平滑升級至5G網(wǎng)絡；

2）同時兼容移動、聯(lián)通、電信三家運營商的網(wǎng)絡、支持多制式多SIM卡；

3）支持擴展以太網(wǎng)、無線局域網(wǎng)WLAN等技術； 4）鏈路故障切換能力：鏈路融合中，移動、聯(lián)通、電信等運營商無線鏈路互相動態(tài)備份。當某一鏈路中斷時，其它成員能夠迅速接替其工作。啟用備份過程，切換可快速完成，對大部分應用都不會造成影響；

5）通過融合多種無線鏈路，其容量等于各無線鏈路容量之和；

6）數(shù)據(jù)傳輸安全可靠：可靠的數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)包在多個通道中同時發(fā)送，任一通道異常數(shù)據(jù)將動態(tài)調整至其他通道，不影響整體數(shù)據(jù)傳輸；安全的傳輸方式：把原始數(shù)據(jù)包拆分后選擇不同的網(wǎng)絡接口同時發(fā)送，截獲任意一路數(shù)據(jù)無法還原本來信息；傳輸鏈路加密：所有數(shù)據(jù)包傳輸過程中加載私有協(xié)議傳送至服務器，經過服務器還原后再發(fā)送至各平臺；提供用戶真實地址隱藏，靜態(tài)源地址，數(shù)據(jù)加密能力；

7）使用MPTCP多路徑TCP傳輸，聚合效率不低于90%；

8）系統(tǒng)維護及管理,支持遠程管理；支持web訪問模式，支持SNMP協(xié)議；可以對系統(tǒng)的配置通過網(wǎng)絡進行遠程更改；系統(tǒng)故障時可遠程方式診斷和修復。 9）安全傳輸：認證、授權、加密

3 典型案例

3.1 案例介紹

湖北應急通信車4G智能融合通信方案

本項目建設應急系統(tǒng)使用的4臺通信車，每臺增加1套4G智能鏈路終端，另租用“楚天云”空間增加“智能融合服務平臺”，對接視頻監(jiān)控、視頻會議、環(huán)境監(jiān)測等系統(tǒng)，將高清視頻、視頻會議、數(shù)據(jù)監(jiān)控等回傳至指揮中心，系統(tǒng)設計做到平戰(zhàn)結合、公專結合。絕大部分時間利用公網(wǎng)通信覆蓋范圍廣、三家運營商互補、資費低、使用方便等優(yōu)勢，提供良好的通信鏈路。針對特別偏遠、特別重大的應急事件使用衛(wèi)星通信，衛(wèi)星通信作為4G通信補充鏈路，做到真正零中斷。

3.1.1 建設方案

1) 安能通信指揮車、大冶鐵礦衛(wèi)星通信指揮車（奔馳）、大冶有色衛(wèi)星通信指揮車（SUV）、國家危險化學品應急救援武漢石化隊通信指揮車，每臺車增加1套4G智能鏈路終端。

2) 租用“楚天云”作為智能融合通信平臺，與各視頻監(jiān)控、視頻會議系統(tǒng)對接。

3.2 案例介紹

福州市XX社區(qū)融合系統(tǒng)應急指揮平臺項目

本項目采用融合通信技術、數(shù)字音頻技術等現(xiàn)代化的指揮中心信息化技術，在馬尾區(qū)應急管理局應急指揮中心建設融合通信指揮平臺和融合通信系統(tǒng)配套硬件，采購融合通信應急保障服務，實現(xiàn)馬尾區(qū)不同類型的通信系統(tǒng)接入，達到各個通信網(wǎng)絡、各種通信手段互聯(lián)互通、統(tǒng)一調度。

3.2.1 建設方案

平臺總體架構

小草科技多卡聚合平臺整體架構

多卡聚合路由傳輸拓撲

在地震救災、森林火災、應急救援等場景下，應急指揮車通過安裝車載多卡聚合路由，可提供應急現(xiàn)場無線網(wǎng)絡覆蓋，和現(xiàn)場指揮調度功能快速搭建前方指揮所，在提供區(qū)域通信保障的同時滿足應急現(xiàn)場音視頻采集、單兵指揮、救援任務分派等應急需求。同時也可依托衛(wèi)星、4G、MESH自組網(wǎng)等傳輸鏈路實現(xiàn)與后方指揮中心的音視頻互通，實現(xiàn)前后方聯(lián)動指揮和業(yè)務協(xié)同，形成救援一線現(xiàn)場&現(xiàn)場指揮所&后方指揮中心的多級聯(lián)動。

硬件解決方案：

Banana Pi 1路5G+5路4G多卡聚合網(wǎng)關設計