多卡聚合融合通信设备 在应急行业领域应用解决方案

Posted 2021-12-04 Grass Router 小草科技

1 背景介绍

我国是灾害多发频发的国家，为防范化解重特大安全风险，健全公共安全体系，整合优化应急力量和资源，推动形成统一指挥、专常兼备、反应灵敏、上下联动、平战结合的中国特色应急管理体制，提高防灾减灾救灾能力，确保人民群众生命财产安全和社会稳定，国家成立了应急管理部、省、市、县四级应急管理部门。

1.1 行业现状

由于卫星通信本身的短板无法避免，比如链路费比较贵、带宽不足、在有遮挡和天气不好的场景下无法建立通信等问题，并且在移动场景下几乎无法使用。
近两年通过公众无线4G通信，很多场景下已经解决了视频、语音等需求。但是单一运营商无法做到100%信号全覆盖，在应急事件或者人流量大的情况下更是束手无策，在大部分场景下，单个链路的通信能力会急剧下降，依托单个链路实现大容量信息的快速传送变得极为困难。

1.2 行业需求

1、急需解决因基站信号质量及拥堵问题，所产生的低画质传输。
2、要求对传输内容的加密，提高安全性
3、需要对系统支持硬件及软件的升级
4、对硬件、软件费用的减少

2 解决方案

本方案将使用4G多卡聚合融合通信设备，通过聚合多个小容量通道形成一个大容量通道，把数据先拆包再组包，中间传输经由多个不同的链路实现，把大的数据高速、稳定、安全的传送至云端（软部署），可达到高安全、大带宽、业务不中断。

用户数据（IP报文）发送给聚合通信设备，设备收到用户报文后，将整个报文作为 一整块数据（payload）进行加密，重新加上新的 IP 头（加密隧道的 IP 头，目的地址统一为聚合服务器的 IP 地址），通过多个物理通道同时发送给聚合服务器。
聚合服务器收到报文后，除去隧道 IP 包装，并对数据部分进行解密，得到用户原始的 IP 报 文，对用户 IP 报文重新排序，恢复用户原始的 IP 流，之后根据用户 IP 中的目的地址，按照正确的顺序发送给用户最终想要到达的服务器。

2.1 应用介绍

2.1.1 车载应急指挥应用

通信应急指挥车可作为前指作战中心，亦可作为作战单元，接受指挥中心统一调度，其应用包括视频会议，现场监控视频回传、指挥调度等。这就要求通信应急指挥车在室外环境，特别是车载移动场景，有较高的上行带宽，满足高清视频传输，同时对无线网络稳定性，有较高的需求。通过使用智能聚合设备，满足了通信应急指挥车的数据传输要求。
优势：
 多个无线链路聚合，提供足够的上行带宽。
 车载移动环境下，无线传输高可靠性。
 多运营商网络融合，避免单运营商基站切换/信号劣化导致的中断风险。
拓扑如图所示：

2.1.2 应急指挥箱配合应用

该应用场景，智能聚合设备与公安系统中广泛采用的单兵应急指挥箱配合使用，由于室外作战环境较复杂，各运营商各区域、地段网络覆盖情况不一，单一运营商网络很难满足应用需求。同时，在群体事件、人员密集区域，无线信道十分紧张，智能聚合设备可由几个运营商网络的多个链路获取信道资源，最大程度保障业务畅通。
优势：
 室外无线环境高适应性。
 多网融合，避免单网导致的中断风险。
 极大提高业务带宽，提升业务稳定性。
 抢信道能力强。
拓扑如图所示：

2.1.3 前指视频汇聚应用

前指现场，需要与下端多个单兵终端、后方指挥中心进行通信，需接入多路视频，对无线网络的带宽要求较高。依靠单卡/单网设备，很难满足应用要求，尤其在室外环境下，无线网络复杂多变，更难以保障带宽。该场景下使用智能聚合系统，提升无线网络带宽，保障业务应用。
优势：
 多无线链路聚合，提升带宽，保障业务稳定传输。
拓扑如图所示：

2.2 方案优势

1. 全兼容3G(WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000)、4G(TD-LTE、FDD-LTE)制式，支持平滑升级至5G网络；
   2）同时兼容移动、联通、电信三家运营商的网络、支持多制式多SIM卡；
   3）支持扩展以太网、无线局域网WLAN等技术；
   4）链路故障切换能力：链路融合中，移动、联通、电信等运营商无线链路互相动态备份。当某一链路中断时，其它成员能够迅速接替其工作。启用备份过程，切换可快速完成，对大部分应用都不会造成影响；
   5）通过融合多种无线链路，其容量等于各无线链路容量之和；
   6）数据传输安全可靠：可靠的数据传输：数据包在多个通道中同时发送，任一通道异常数据将动态调整至其他通道，不影响整体数据传输；安全的传输方式：把原始数据包拆分后选择不同的网络接口同时发送，截获任意一路数据无法还原本来信息；传输链路加密：所有数据包传输过程中加载私有协议传送至服务器，经过服务器还原后再发送至各平台；提供用户真实地址隐藏，静态源地址，数据加密能力；
   7）使用MPTCP多路径TCP传输，聚合效率不低于90%；
   8）系统维护及管理,支持远程管理；支持web访问模式，支持SNMP协议；可以对系统的配置通过网络进行远程更改；系统故障时可远程方式诊断和修复。
   9）安全传输：认证、授权、加密

3 典型案例

3.1 案例介绍

XX应急通信车4G智能融合通信方案
本项目建设应急系统使用的4台通信车，每台增加1套4G智能链路终端，另租用“XXX”空间增加“智能融合服务平台”，对接视频监控、视频会议、环境监测等系统，将高清视频、视频会议、数据监控等回传至指挥中心，系统设计做到平战结合、公专结合。绝大部分时间利用公网通信覆盖范围广、三家运营商互补、资费低、使用方便等优势，提供良好的通信链路。针对特别偏远、特别重大的应急事件使用卫星通信，卫星通信作为4G通信补充链路，做到真正零中断。

3.1.1 建设方案

1. XX通信指挥车、XX铁矿卫星通信指挥车（奔驰）、XX有色卫星通信指挥车（SUV）、国家危险化学品应急救援XX石化队通信指挥车，每台车增加1套4G智能链路终端。
2. 租用“XXX”作为智能融合通信平台，与各视频监控、视频会议系统对接。

3.2 案例介绍

XX市XX社区融合系统应急指挥平台项目
本项目采用融合通信技术、数字音频技术等现代化的指挥中心信息化技术，在XX区应急管理局应急指挥中心建设融合通信指挥平台和融合通信系统配套硬件，采购融合通信应急保障服务，实现XX区不同类型的通信系统接入，达到各个通信网络、各种通信手 段互联互通、统一调度。

3.2.1 建设方案

平台总体架构

多卡聚合路由传输拓扑

在地震救灾、森林火灾、应急救援等场景下，应急指挥车通过安装车载多卡聚合路由，可提供应急现场无线网络覆盖，和现场指挥调度功能快速搭建前方指挥所，在提供区域通信保障的同时满足应急现场音视频采集、单兵指挥、救援任务分派等应急需求。同时也可依托卫星、4G、MESH自组网等传输链路实现与后方指挥中心的音视频互通，实现前后方联动指挥和业务协同，形成救援一线现场&现场指挥所&后方指挥中心的多级联动。