5G赋能应急通信应用的思考

5G赋能应急通信应用的思考

余丽

中国移动通信集团四川有限公司广安分公司  638000

摘要：本文立足通信运营商实际情况，针对5G数智化新时代新形势下应急通信的需求特性，首先分析了5G应急通信研究的必要性和研究的意义，开展了5G智慧社会背景下应急通信特征与需求分析，其次论述了5G赋能应急通信车、5G赋能无人机、5G VIP接入、5G消息，并提出了建立运营商自己的5G应急通信保障资源的合理化建议，以提高运营商的应急管理能力。

关键词：5G赋能应急通信车；5G赋能无人机；5G VIP接入；5G消息

1  绪论

随着5G数智化时代的到来，如何紧跟新形势下应急通信的需求特性，用大数据实现智慧应急，创新技术保障模式，丰富应急通信手段，提升应急管理能力，为抢险救灾及重大活动及时提供有效的应急通信保障，是应急通信服务当前面临的最大挑战。

1.1 5G应急通信研究的必要性

运营商为什么要建好自己的应急通信系统？

一是国家职能。央企的特殊性质以及专业优势决定了运营商必须率先履行社会责任，并且完全能够承担社会责任。5G+大环境下，智慧交通、智慧警务、智慧农业、智慧医疗、智慧教育、智慧物流等垂直行业高速信息化发展，各行业快速数字化转型，5G智慧应急通信同样需要加快步伐。

二是安全保障。近年来全国各地自然灾害、突发事件频频发生，在灾害与突发事件处理中应急通信发挥着举足轻重的作用，而5G的低时延、大带宽、大连接能力能够进一步完善防灾减灾系统。

三是提升企业形象。新冠疫情以来，5G智慧医疗、居家远程办公等蓬勃发展。随着5G网络全面投入商用，5G+将应用于防灾减灾等社会各个方面。作为伟人小平的故里，大型会展、商演活动等对应急通信保障需求较多，运营商提供5G实时视频传送服务，是树立企业良好品牌形象的有效途径。

1.2  5G应急通信应用研究的意义

习近平在主持中央政治局第十九次集体学习时指出，要强化应急管理装备技术支撑，优化整合各类科技资源，推进应急管理科技自主创新，依靠科技提高应急管理的科学化、专业化、智能化、精细化水平。要加大先进适用装备的配备力度，加强关键技术研发，提高突发事件响应和处置能力。

《国务院关于印发“十四五”国家应急体系规划的通知》（国发〔2021〕36号）文件提出，要加强空、天、地、海一体化应急通信网络建设，提高极端条件下应急通信保障能力。系统推进“智慧应急”建设，建立符合大数据发展规律的应急数据治理体系，完善监督管理、监测预警、指挥救援、灾情管理、统计分析、信息发布、灾后评估和社会动员等功能。

本文研究的目的，就是响应国家5G数智化建设，在运营商内部构建一个顺应时代的5G应急通信保障系统，并能够运用大数据开展应急保障信息的有效传送，以最优方式完成应急通信保障响应工作，提升应急保通工作的社会效益。

2  5G智慧社会背景下应急通信特征与需求分析

应急通信保障工作具有较大的紧急性及灵活性等特点，5G技术在抢险救灾中有着无可替代的巨大作用，如传递灾区以及重大活动的现场视频、定点发布重要简讯等。

2.1  强大的应急保通能力需求

一是高灵活资源调度。由于应急通信区域的不确定性和无先验信息性，当出现突发情况时要求应急通信手段完备多样，并能够根据现场应急通信需求触发的业务量，快速响应并实时调整应急通信网络保障资源。二是高水准保通能力。自然灾害情况下，如发生泥石流、地震、洪水时，现场环境复杂恶劣，原有基础通信设施、道路、山体等会遭受不同程度的损坏，这就要求受灾信息能在第一时间有效回传，为现场指挥调度抢险救灾提供关键有用的现场图片及视频等信息，供应急指挥人员分析决策。

2.2  灵活的信息沟通能力需求

一是重要客户优先接入服务。将有限的资源按照轻重缓急合理分配，优先保证重要用户的优先高质量服务。自然灾害情况下，应急救援既有现场具体实施救援的人员，又有后方实施应急指挥或者应急保障的人员，这些人员需要优先接入通信网络，实现统一应急抢险指挥调度等工作。二是保通区域群众的通信需求。实施应急救援的区域多为交通不便、高山湖海之地，受灾群众也有灾时通信的需求，希望受灾后第一时间可以向家人通个微语、发个短信，道一声平安。同时，保通区域的现场状况还可以通过5G消息的形式下发，让群众及时了解现场状况，而不是盲目焦急等待，这也是有效提升客户体验和感知的一个有效途径。

科技的进步在不断催生新生事物的发展变化，应急通信的需求也在发展变化，5G的高速率、大连接的特点，在满足应急通信话音畅通要求的同时，能够高质量传送和处理现场视频图像等大量数据信息。

3  建立运营商自己的5G应急通信保障资源

2019年6月6日，工信部发放了四张5G商用牌照，各运营商积极推进5G网络的建设和部署，目前已构建156万个5G基站，5G产业融合应用已逐步成熟。从技术上来看，5G的三大业务eMBB、mMTC、uRLLC可以支持应急通信的绝大部分应用场景和业务。

3.1 典型现场的应急通信组网结构

在应急保通一线，无线组网应简单易操作,才能在最短时间内完成应急保通无线网络的组建开通。图1给出了典型现场的应急通信组网结构，可以看到系统由无线覆盖、无线信号传送、无线终端等几个部分组成。

应急通信组网。在大型活动或抢险救援现场，一般情况下都可以将便携式基站搭载于应急通信车或无人机的方式快速进行现场应急通信网络的构建。

无线信号传送。无线信号的传输可以通过光纤传输或卫星通信完成，通常情况下采用卫星通信方式更为方便，但在实际应用中，卫星传输车往往建在省级城市。图1给出了卫星传输和SPN传输两种方式，选择其中任意一种传输方式即可。

无线终端部分。无线终端包括手机以及其他能支持无线功能的终端设备，救援工作人员通过无线终端进行语音通话、并收集灾害现场的信息收集和图像视频。

图1  典型现场的5G应急通信组网结构（卫星&SPN两种传输方式）

3.2 5G技术赋能应急通信

5G技术的出现赋予了应急通信网络更大的灵活性和机动性，当自然灾害导致基础通信设施遭受不同程度损坏时，未被破坏的通信设施会出现因用户突然增涨而导致网络阻塞，则可以利用应急通信车和系留式无人机等设施搭建应急通信网络。一是可以通过5G网络切片技术，利用当前可用硬件资源，把这些应急通信设备接入到网络中，构建形成一张新的5G临时应急通信网络，优先保障现场救援队伍通信畅通。二是可以利用边缘计算直接下沉UPF，边缘计算中，UPF做为用户面网元完全可以根据实际情况灵活放置，UPF可以与中央控制设备PCF和会话管理设备SMF放置在一起，也可以按照组网需求下沉并单独部署到网络边缘，直接完成本地化的应急通信服务，从而大大降低与核心控制设备之间的大流量处置需求。

3.2.1  5G应急通信车

边缘计算是5G通信的重点技术之一，运营商的边缘计算表现是以基础通信设备下沉的方式呈现。整合基站、UPF、MEC功能应用于应急通信车，可以为5G应急通信提供一站式无线接入能力、数据转发能力和边缘应用服务能力，设备运维简单，外部组网便捷，应急通信网络得以快速部署，充分保证了应急通信的实时性能。此外，5G应急通信引入边缘计算技术，不仅能够快速完成现场应急信息的采集分析和预处理，还可以分流大量数据，大大节约有限的网络资源。例如在大型活动的视频转播中，视频采集设备的部分分析处理可以转嫁给边缘计算来进行处理分析，处理后的信息能够有效降低传送给核心网的流量[1]。

当前，在应急通信保障区域部署应急通信车，是保障应急区域网络通信畅通的最常用手段。应急通信车是运营商在应急通信保障方面最日常和最关键的设备，它是把机动车作为载体平台，加装4G /5G基站设施并开通现场无线网络通信的方式，来实现语音通话、采集和传送保障区域的现场视频、图像和数据。此外，我们还应该根据不同的应急场景选择不同类型的应急车辆，满足各种不同的应急通信需求。比如在重大自然灾害中，如果出现网络基础设施不同程度损毁、重要道路塌方、地形地貌复杂、地理环境复杂的情况，我们应选择野外适应性更强的越野车类改装成型的应急通信车，并加装宽带卫星、短波等通信设施，确保恶劣环境下应急区域前方后方有效通联，并确保应急抢险的现场视频、音频信息等的高效回传，支撑后方指挥中心处置决策。

从前面陈述可见，5G应急通信车具备多路4K高清直播能力，选用5G+MEC车载应急通信不仅能够完成应急通信保障，还可以实现大型活动的现场高清直播。

3.2.2  5G无人机

网络切片技术是5G网络的重要特性之一，网络切片灵活多变的优势，满足了运营商多种场景下不同的业务需求，通过灵活的网络配置来保证用户体验。切片技术包括延迟、速率、连接密度、频谱效率、流量容量和网络效率等网络特性，业务隔离并可以按需定制，切片之间相互独立，单个切片在更改和添加时不需要考虑对网络其他部分的影响。5G网络切片可做到端到端动态按需部署网络能力，切片具有独立的生命周期管理，切片之间互不影响，实现自动化运维[2]。

5G设备在近几年发展中，产品质量越来越轻、体积越来越小，更加贴合无人机的承载特性。无人机架起空中基站，为保障区域的群众架起通信的桥梁，同时为指挥中心传回大量现场信息。此外无人机还可同时携带其他救灾必须设备与材料，如卫星电话与各类仪器，现场实物材料等。无人机在应急通信中的作用如下：(1)快速搭建无线通信网络。自然灾害导致地面无线网络中断，或者复杂地形条件下的没有无线网络覆盖时，发挥5G通讯技术能够灵活组网高效互通的优势，用无人机搭载5G通信终端升空构建空天一体的通信网络。(2)快速采集应急信息。无人轻便灵活行动迅速，能非常方便到达恶劣环境并快速采集现场信息，为后台的指挥调度提供实际有效信息。此外，基于5G+无人机平台还可以实现一机多用，加装摄像头还可以实现对复杂地形现场情况的多角度大范围快速侦查，实时回传拍到的高清图片、高清视频，为后台指挥人员提供直观明了的现场画面。本次俄乌战争中，无人机在环境侦察、热成像以及精准打击方面，可以说是把5G+技术运用到了极致。

3.2.3  5G消息赋能应急服务新构想

2020 年 4 月三大运营商共同发布了《5G 消息白皮书》，2021年12月 31日，中国移动宣布成功完成 5G 消息专网试点，并发布了三款创新产品：超级SIM卡、移动认证2.0和短信小程序2.0。5G 消息是一种基于GSMA RCS UP标准构建的新一代信息服务系统，引入了 MaaP 技术，实现了消息的多媒体化、轻量化、交互化，简单来说，5G消息可以说是短信的终极增强版，支持的媒体格式更多，表现形式更加丰富多彩，可以支持文本信息、图片、音频、视频、位置信息等多种形式，而且用户无需下载客户端，无需添加好友，就能收发其他手机号用户的5G消息。

短信升级版5G消息具有丰富的表现形态和强交互的特性，不仅可以延续传统短信在用户覆盖面上的优势，还可以实现针对特殊场景的差异服务，为人们日常的生产、生活起到调度的作用。在大型重要活动以及自然灾害时，我们在实施应急通信保障的过程中，还可以利用大数据优势，利用5G消息向特定用户群发送实时通知信息，为用户提供更多的提示性信息，以及展开更多互动，比如气象预警信息、抢险救灾进度信息等，还可以是某个路段实时的水位变化，距离用户最近的躲避点，哪些道路已经无法通行，哪里有受困人员需要救援等等。5G消息将为气象预警与应急救援消息带来更多延展性的服务，灾害发生后，及时通报各类灾害情况和处置情况，权威发布信息，正确引导公众舆论，成为应急处置“发声筒”。

3.2.4  5G应急通信等级接入VIP服务

5G核心网具备用户等级接入功能，合理利用该功能能够大大提高紧急情况下有限网络资源的高效应用，提升政府职能部门的应急抢险效率，承担运营商社会责任。

在应急通信保障场景下，运营商在保障基本通信网络畅通的情况下，需要重点保障的对象是应急指挥人员和抢险救灾专业人员。(1)指挥部人员涉及到全程全网指挥调度，按重要程度优先级应匹配为最高级。（2）抢险救灾专业人员应设置为第二接入等级，应比普通公众用户具有优先接入权，并需要确保接入成功率和较高的通话质量。(3)最大限度保障现场应急通信网络畅通，确保普通用户具备基本的联网通信能力。

4运营商5G应急通信应用思考

应急通信保障的工作量已经在运营商的日常工作中占据了相当重要的地位，不仅给运营商带来了良好的口碑，在应急通信体系建设过程中，也实实在在地提升了运营商的通信网络建设和网络质量。随着通信网络的规建维优更进一步贴合实际，应急通信保障作为以人民为中心的通信服务的补充，更应该积极体现善尽社会责任的一面，全力打造良好口碑。

建议一：自然灾害情况下，5G无人机的功用更为突出。建议运营商考虑按片区配备5G无人机，在发生重大自然灾害特别是通信中断的情况下，经过5G智慧改装的应急通信无人机不仅能够最大限度提供网络信号覆盖，还可以现场实时进行灾情侦察及影像资料回传，供应急抢险指挥中心分析抉择；同时，无人机架起的空中基站，还可以为灾区居民及时报告灾情、报送平安提供移动信号。

建议二：各类大型活动中，5G应急通信车更能够发挥出信息畅通保障的作用。建议运营商考虑分片区配置5G应急通信车，或者划拨指定成本费用，由地市公司自行购买设备并进行5G功能改装。运营商选用5G+MEC车载应急通信，不仅可以完成应急通信保障，还可以实现大型活动现场高清直播。此外，还可以选择ULCL本地分流技术，现场边缘计算设备可对信息进行分析处理，经过处理后的信息极大缩小视频回传网络带宽需求，为应急通信场景提供更高效、更智能、更安全的5G服务。

建议三：无线网络拥塞情况下，重要客户优先接入通信网络是提高社会效益的有效途径。建议运营商开放5G电话等级接入VIP服务，在重大活动以及抢险救灾现场，将指挥中心人员和抢险救灾人员电话开通VIP等级优先接入功能，以便在无线网络资源紧张的情况下，首先确保重要人员重要电话的畅通。

建议四：在各类应急通信保障中，给特定人群发送5G消息(5G消息商用在即）。利用大数据提取优势抓取特定用户群号码清单，建立获取相关客户信息的流程和制度，以5G消息的形式向点发送特定用户群关心事情的周边信息。自然灾害中，我们可以以5G消息的形式实时告知特定人群，当前抢险救灾的实况，并给予心理安慰；各类重大活动中，可以以5G消息的形式实时发布活动开展情况的全方位动态，供用户了解现场情况并选择自己下一步行动计划。

5 结语

越来越多的大型活动以及抢险救灾，对于5G应急通信保障的需求更加迫切，因此，需要进一步开展5G应急通信新技术研究，创新服务保障新模式，提高新时代5G应急通信保障能力，特别是提升大型重要活动以及灾害发生后应急通信服务保障能力，从而确保人民生命和财产安全，维护社会稳定。

参考文献

[1]王秋红，朱雪田《5G网络切片在公网应急保障中的应用研究》 ，电子技术应用2020年02期.

[2]侯佳，芒戈，朱雪田《面向应急通信的一体化5G边缘融合技术研究》，电子技术应用2020年02期.