張倩 尹軍祖
(中國人民公安大學(xué) 北京市 100038)
公安機(jī)關(guān)作為政府和社會(huì)的一個(gè)特殊職能部門,維護(hù)社會(huì)公共秩序和社會(huì)穩(wěn)定,當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)緊急事件后,要求公安機(jī)關(guān)及時(shí)出警,為了提高公安人員處理工作的高效性,通信必須分布在全市各個(gè)公安機(jī)構(gòu),通過公安衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)確快速知道事態(tài)的發(fā)展,并且能在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)搭建集數(shù)據(jù)、語音、圖像傳輸為一體的現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度平臺(tái),防止事態(tài)往更嚴(yán)重的方向發(fā)展。優(yōu)秀的公安衛(wèi)星通信網(wǎng)需要具備數(shù)字化通信能力、多媒體通信能力、安全防護(hù)能力、快速組網(wǎng)和互聯(lián)互通能力。將天地一體網(wǎng)絡(luò)與公安衛(wèi)星通信結(jié)合,可以為公安衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)支撐。
目前公安衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)一般使用的是高軌衛(wèi)星,但高軌衛(wèi)星通信具有終端體積大、可移動(dòng)性差、設(shè)備易老化,加密措施少的缺點(diǎn),并且在地形復(fù)雜的情況下,與偏遠(yuǎn)地區(qū)互聯(lián)互通較為困難,存在一些安全隱患,為解決此環(huán)境下的信息傳輸問題,需要發(fā)展以低軌衛(wèi)星為主的天地一體化下公安衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。
公安衛(wèi)星通信網(wǎng)是公安部組建,公安部科技信息化局負(fù)責(zé)運(yùn)行管理的網(wǎng)絡(luò),是采用衛(wèi)星通信技術(shù)建設(shè)的實(shí)現(xiàn)音頻、視頻和數(shù)據(jù)雙向信息傳輸?shù)氖枪矊S眯l(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò),由公安部衛(wèi)星主站、各級(jí)公安機(jī)關(guān)固定地球站及移動(dòng)站組成?,F(xiàn)有的公安衛(wèi)星通信網(wǎng)是通過地球同步靜止通信衛(wèi)星將事件現(xiàn)場(chǎng)的各類信息連接到各個(gè)地球站,將事故現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街笓]中心和實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控指揮功能。
公安衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)一般采用FDMA和DAMA技術(shù)體制,工作頻段為Ku波段;公安衛(wèi)星通信網(wǎng)的網(wǎng)管系統(tǒng)在多轉(zhuǎn)發(fā)器上按需分配頻率資源,同時(shí)對(duì)衛(wèi)星通信鏈路、設(shè)備參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制;公安衛(wèi)星通信網(wǎng)采用數(shù)據(jù)加密,不僅具備在業(yè)務(wù)信道下的語音、圖像及數(shù)據(jù)的加密,而且具備在控制信道下的網(wǎng)管系統(tǒng)的加密,從而實(shí)現(xiàn)公安衛(wèi)星通信網(wǎng)使用過程中的全流程加密。
近年來,我國已經(jīng)躋身世界第二大經(jīng)濟(jì)體,國際政治經(jīng)濟(jì)交往越來越頻繁,隨著 “一帶一路”國家戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn),2022年3月中國與所羅門群島等南太平洋國家簽訂了警務(wù)合作協(xié)議標(biāo)志著國際間警務(wù)合作也正在向“一帶一路”沿線國家和地區(qū)逐步推進(jìn),也需要保護(hù)境外中國公民的人身財(cái)產(chǎn)安全,打擊境外恐怖分子各類犯罪活動(dòng),這些反映出公安業(yè)務(wù)對(duì)發(fā)展新一代衛(wèi)星通信技術(shù)的迫切需求,而現(xiàn)有的公安通信網(wǎng)絡(luò)使用的是靜止軌道衛(wèi)星,在一些偏遠(yuǎn)或者高緯度地區(qū)并不能實(shí)現(xiàn)全面覆蓋,在全球覆蓋方面也存在缺陷,其他也存在傳輸速率不夠快,傳輸時(shí)延高等缺點(diǎn),因此基于天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的公安衛(wèi)星通信網(wǎng)可以滿足全覆蓋、傳輸速率快,時(shí)延低等公安通信需求。
天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)以低軌衛(wèi)星星座作為寬帶接入網(wǎng)絡(luò),在技術(shù)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了更低時(shí)延、更低成本、更高帶寬的衛(wèi)星通信連接,在終端形態(tài)上也更能滿足小型化、低功耗的需求,天地一體化是寬帶互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)理念,以地面網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)[1]、天基網(wǎng)絡(luò)作為延伸,天基網(wǎng)絡(luò)利用高軌衛(wèi)星作為天基骨干節(jié)點(diǎn),構(gòu)建低軌衛(wèi)星星座,實(shí)現(xiàn)天基信息網(wǎng)、地面互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)之間的互聯(lián)互通[2]。天基骨干網(wǎng)由6顆高軌衛(wèi)星組成,通過KA頻段可以為地面公安網(wǎng)提供寬帶接入服務(wù),實(shí)現(xiàn)遙感、中繼、接入公安衛(wèi)星通信網(wǎng)固定地球站以及移動(dòng)地球站等一系列功能[3];天基接入網(wǎng)由120顆低軌衛(wèi)星和無人機(jī)等空中飛行器組成,低軌衛(wèi)星星座軌道構(gòu)型為12×10,天基接入網(wǎng)采用星上透明轉(zhuǎn)發(fā)模式,單波束最高速率為300Mbps,單星容量最高可達(dá)到5Gps,用戶容量單波束最多可以支持60個(gè)用戶,可以為地面提供移動(dòng)通信、導(dǎo)航增強(qiáng)等業(yè)務(wù)服務(wù),天基接入網(wǎng)與天基骨干網(wǎng)均可以滿足實(shí)現(xiàn)中國境內(nèi)和境外公安業(yè)務(wù)涉及地區(qū)如“一帶一路”等地區(qū)的全覆蓋;臨近空間網(wǎng)由高空平臺(tái)組成,高空平臺(tái)主要設(shè)置在應(yīng)急救援等區(qū)域,使得目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的通信、導(dǎo)航、遙感增強(qiáng),各個(gè)高空平臺(tái)間以及高空平臺(tái)與地面衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)之間可以通過微波或激光鏈路實(shí)現(xiàn)相互間的信息交換,空間通信網(wǎng)絡(luò)通過天基骨干網(wǎng)和地基骨干網(wǎng)雙骨干方式覆蓋中國境內(nèi)和境外公安業(yè)務(wù)涉及地區(qū),并且天基骨干網(wǎng)和天基接入網(wǎng)接入公安衛(wèi)星通信網(wǎng)固定地球站和移動(dòng)地球站[4];地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)由分布在地面的15個(gè)地基節(jié)點(diǎn)組成,通過地面光纜組網(wǎng),同時(shí)預(yù)留與地面互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)互聯(lián)的接口,接收天基網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)數(shù)據(jù),具有一體化的安全防護(hù)和運(yùn)維管控能力。
基于天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的公安衛(wèi)星通信網(wǎng),該網(wǎng)具有匯聚公安各類用戶終端,建立統(tǒng)一的安全訪問通道,滿足高并發(fā)訪問要求;具備公安部、省、市間數(shù)據(jù)的高速安全交換和訪問需求;提供跨網(wǎng)的安全接入;提升公安網(wǎng)絡(luò)感知能力,為公安大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供差異化服務(wù);融合業(yè)務(wù)專網(wǎng),強(qiáng)化公安敏感業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)訪問控制需求等顯著優(yōu)勢(shì)。圖1為天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)下的公安衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng),由天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)、地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)互聯(lián)。天基骨干網(wǎng)一般連接公安部、省、市各級(jí)節(jié)點(diǎn),提供各級(jí)節(jié)點(diǎn)的高速廣域網(wǎng)絡(luò),綜合承載語音、視頻、數(shù)據(jù)等多種公安業(yè)務(wù),滿足大帶寬、高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)需求。天基接入網(wǎng)一般是將各類終端的數(shù)據(jù)傳遞至天基骨干網(wǎng)。
圖1:天地一體化下的公安衛(wèi)星通信網(wǎng)
地面網(wǎng)絡(luò)主要由公安部門衛(wèi)星主站、省級(jí)市級(jí)公安部衛(wèi)星主站以及各個(gè)移動(dòng)站組成,表1為各個(gè)衛(wèi)星終端通信速率。
表1:地基節(jié)點(diǎn)與天基骨干網(wǎng)傳輸速率
1.3.1 公安部衛(wèi)星主站
公安部衛(wèi)星主站一般直接接入高軌衛(wèi)星即天基骨干網(wǎng),使用100w的6m長(zhǎng)左右天線,通信速率一般在622Mbps左右,省市級(jí)地面站一般使用50w的4.5m長(zhǎng)天線,通信速率在300Mbps左右,滿足寬帶接入服務(wù),實(shí)現(xiàn)與公安衛(wèi)星通信網(wǎng)內(nèi)其他地球站視頻、音頻和數(shù)據(jù)的雙向信息傳輸;具備由公安衛(wèi)星通信網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)關(guān)閉信號(hào)發(fā)射的功能;支持加密通信等功能。
1.3.2 車載衛(wèi)星終端
警用車載衛(wèi)星終端一般較小,一般用于動(dòng)中通衛(wèi)星通信車和靜中通衛(wèi)星通信車,采用“吸頂式”設(shè)計(jì),天線較短,一般為2.4m或者1m,通信速率相比于固定地球站較小,在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下提供10Mbps-150Mbps帶寬的通信能力,具備現(xiàn)場(chǎng)圖像和聲音的采集功能,實(shí)現(xiàn)與公安衛(wèi)星通信網(wǎng)內(nèi)其他地球站視頻、音頻和數(shù)據(jù)的雙向信息傳輸;具備由公安衛(wèi)星通信網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)關(guān)閉信號(hào)發(fā)射的功能;支持加密通信和在線單兵終端設(shè)備接入;具備接入公安移動(dòng)通信網(wǎng)的能力;實(shí)時(shí)提供衛(wèi)星天線的位置、俯仰、方位等數(shù)據(jù)。
1.3.3 便攜式衛(wèi)星終端
便攜式小型衛(wèi)星終端一般接入低軌衛(wèi)星即天基接入網(wǎng),口徑較小,表2為小型衛(wèi)星終端與天基接入網(wǎng)傳輸速率,采用星上透明轉(zhuǎn)發(fā)模式,用于提供話音、短消息等信息傳輸,優(yōu)勢(shì)在于輕巧靈便,可將其帶入偏僻地帶。當(dāng)警用巡邏車開至地面網(wǎng)絡(luò)缺失的地帶,可以利用手持便攜衛(wèi)星終端傳輸信息至低軌衛(wèi)星,由星間鏈路將信息傳輸至高軌衛(wèi)星,高軌衛(wèi)星負(fù)責(zé)將信息傳輸公安部門接收方。
表2:小型衛(wèi)星終端與天基接入網(wǎng)通信傳輸速率
便攜式手持衛(wèi)星終端頻帶分為L(zhǎng)頻段移動(dòng)通信業(yè)務(wù)和Ka頻段寬帶業(yè)務(wù),L頻帶移動(dòng)通信業(yè)務(wù)提供話音、短消息等信息傳輸,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)警員間的語音通話和指揮中心的遠(yuǎn)程指揮,并且支持較長(zhǎng)時(shí)間通話和超長(zhǎng)待機(jī),以應(yīng)付事故現(xiàn)場(chǎng)較為復(fù)雜的環(huán)境。Ka頻帶寬帶業(yè)務(wù)有效避免了公網(wǎng)和數(shù)字集群通信系統(tǒng)由于長(zhǎng)時(shí)間高發(fā)而導(dǎo)致通信系統(tǒng)失效,重大活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng),可以利用便攜式衛(wèi)星終端實(shí)現(xiàn)重大活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)的圖像回傳和雙向視頻會(huì)議功能,實(shí)時(shí)具備語音通話和視頻傳輸?shù)膽?yīng)急通信的能力。
天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)突出“網(wǎng)絡(luò)一體、安全一體、管控一體”理念,在信息安全傳輸方面,天地一體化信息需要滿足公安移動(dòng)警務(wù)的安全性要求,提供安全可靠的認(rèn)證、訪問及隔離技術(shù),滿足新一代天地一體化公安衛(wèi)星通信移動(dòng)警務(wù)寬帶業(yè)務(wù)使用的安全性需求;提供專用的衛(wèi)星終端,使用國產(chǎn)聲碼器并配置安全加密模塊,滿足未來公安衛(wèi)星通信的移動(dòng)警務(wù)衛(wèi)星終端能安全訪問警務(wù)信息和端到端的語音、圖像、數(shù)據(jù)的保密安全。
圖2為公安衛(wèi)星通信安全接入系統(tǒng)的總體架構(gòu),安全接入終端是經(jīng)過安全加固的由公安定制的安全終端,安全性直接關(guān)系到數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?乃至公安專網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的安全;安全通信通道為各種移動(dòng)終端提供安全的無線通信網(wǎng)絡(luò),防止人為惡意竊聽、篡改和破壞信息內(nèi)容;安全接入平臺(tái)包括安全接入網(wǎng)關(guān)、身份認(rèn)證系統(tǒng)、虛擬化服務(wù)器等。實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信設(shè)備安全接入,將移動(dòng)終端的各種業(yè)務(wù)請(qǐng)求傳遞到公安專網(wǎng)的業(yè)務(wù)訪問層,訪問專網(wǎng)的應(yīng)用系統(tǒng),提供身份驗(yàn)證、安全審計(jì)等網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù),確保公安專網(wǎng)應(yīng)用的安全; 業(yè)務(wù)訪問層依托各類公安專網(wǎng)的應(yīng)用系統(tǒng),共同完成各種移動(dòng)終端業(yè)務(wù)請(qǐng)求的處理[5]。
圖2:安全接入系統(tǒng)總體架構(gòu)
在信息傳輸過程中,必須保證信息的安全性、保證數(shù)據(jù)機(jī)密性,保護(hù)公安部門傳輸信息在合法條件下才能讀取,信息在傳輸出去時(shí)具有復(fù)雜加密屬性,保證保護(hù)信息只可在合法條件和授權(quán)情況下才能讀取,確保非法用戶無法竊取到有效信息;保證數(shù)據(jù)的完整性,保護(hù)信息在未得到授權(quán)的情況下進(jìn)行修改和破壞,檢測(cè)信息收到未授權(quán)的非法人員修改或者刪除信息的安全威脅;確保身份認(rèn)證,為防止第三方利用任何假冒信息認(rèn)證通信雙方的任何一方身份,需要保證通信雙方身份的可信性,雙方在建立通信前先鑒權(quán)確認(rèn)身份,確保通信雙方的安全性;防重防攻擊,防止受到信息重放的威脅,有效的防重放攻擊方法是在傳輸?shù)男畔⒅屑尤胂l(fā)送流水號(hào)或時(shí)間戳等具有時(shí)效性的安全機(jī)制。
天地一體化下公安信息網(wǎng)絡(luò)的安全保障措施可以利用自建地基節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全保障。自建地基節(jié)點(diǎn)可以避開受制于服務(wù)方的現(xiàn)象,使得數(shù)據(jù)控制在公安手中,與公安信息網(wǎng)進(jìn)行對(duì)接時(shí),可以直接利用天地一體化信息網(wǎng)的空中網(wǎng)絡(luò)部分,發(fā)揮其樞紐功能,將現(xiàn)有地面站和便攜站組成安全自主可控的信息交互系統(tǒng)。
犯罪分子會(huì)選擇在隱蔽性強(qiáng)的偏遠(yuǎn)山區(qū)非法種植罌粟類植物,公安機(jī)關(guān)很難精確偵查到地點(diǎn),可以利用無人機(jī)飛入上空,衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)立體化的空中獲取地面的情報(bào)獲取,無人機(jī)通過裝載衛(wèi)星通信設(shè)備與衛(wèi)星相連,建立高速數(shù)據(jù)連接的衛(wèi)星通信指揮系統(tǒng),實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)并傳遞種植毒品、販毒的消息,利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行后期全覆蓋檢查,可以有效的遏制種植毒品空間,及時(shí)查處種植毒品的行為。
在偵查重大案件時(shí),需要嚴(yán)格保密,并且公安網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)之間是嚴(yán)格隔離的,帶來了諸多不便,而衛(wèi)星信號(hào)具有分布廣,傳輸快等優(yōu)勢(shì),利用衛(wèi)星組網(wǎng)的應(yīng)急通信功能,傳輸相關(guān)文件、傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)以及發(fā)布指令等行動(dòng),天地一體公化信息網(wǎng)絡(luò)可以給未來的移動(dòng)警務(wù)應(yīng)用平臺(tái),使得公安機(jī)關(guān)可以安全訪問信息和數(shù)據(jù)上的嚴(yán)格保密,防止信息數(shù)據(jù)被惡意竊聽或者篡改。
由于森林位置普遍在偏遠(yuǎn)地區(qū),通訊設(shè)備不全,一旦發(fā)生火災(zāi),消防和公安可能不能迅速出動(dòng),會(huì)導(dǎo)致森林火災(zāi)的救援不夠及時(shí),失去最佳救火時(shí)機(jī),造成無法挽回的結(jié)果,利用人工智能實(shí)時(shí)拍攝現(xiàn)場(chǎng)狀況,發(fā)現(xiàn)火災(zāi)后及時(shí)報(bào)警,并且利用衛(wèi)星通信技術(shù),將現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的信息以及照片發(fā)送給公安部門,公安部門可以根據(jù)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控,組織消防和公安人員攜帶便攜式衛(wèi)星終端前往現(xiàn)場(chǎng),進(jìn)行視頻監(jiān)控、遙感、定位導(dǎo)航等信息的傳輸。
圖3為基于天地一體化的公安應(yīng)急通信系統(tǒng),在組網(wǎng)方面構(gòu)建了集低軌衛(wèi)星、無人機(jī)、高軌衛(wèi)星、地面異構(gòu)融合通信系統(tǒng)于一體的空、天、地協(xié)同公安衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò);在弱覆蓋、低穿透等通信中斷區(qū)域,通過車載、背負(fù)、機(jī)載衛(wèi)星終端實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)覆蓋,以無人機(jī)中繼保證自組網(wǎng)連通性,實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)回傳。
圖3:基于天地一體化的公安應(yīng)急通信系統(tǒng)
事故發(fā)生時(shí),應(yīng)急通信車達(dá)到事故現(xiàn)場(chǎng)附近,利用衛(wèi)星、集群、無線等組成應(yīng)急通信指揮網(wǎng)絡(luò),其中后方指揮中心和前方指揮車之間通過衛(wèi)星鏈路建立指揮系統(tǒng),其不同類型衛(wèi)星終端可對(duì)接高軌衛(wèi)星或低軌衛(wèi)星;事故現(xiàn)場(chǎng)可由無人機(jī)搭載基站組建現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)急處置人員可通過PDT接受指令,單兵智能終端進(jìn)行數(shù)據(jù)、視頻等寬帶信號(hào)的傳輸。天地一體化下的公安應(yīng)急通信系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的公安應(yīng)急通信系統(tǒng)能更好地實(shí)現(xiàn)各平臺(tái)間的數(shù)據(jù)和信息共享,提高通信的容量和時(shí)效性,增強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性和抗衰斷性。
隨著國際警務(wù)工作合作的開展,境外打擊手段應(yīng)不斷加強(qiáng),確保通信網(wǎng)絡(luò)暢通是公安對(duì)重大事件反應(yīng)能力的標(biāo)志,體現(xiàn)了公安在高科技領(lǐng)域的綜合實(shí)力,中國警員協(xié)助處理國外旅行中國公民和華人安全相關(guān)問題,設(shè)立專門面向華人的報(bào)警熱線,并走訪當(dāng)?shù)厝A人華僑聚集區(qū)和中資企業(yè),了解有關(guān)安全情況及需求,有效保護(hù)了中國在境外游客和華僑的安全。
隨著國內(nèi)衛(wèi)星通信的飛速發(fā)展,天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是目前衛(wèi)星通信發(fā)展的一個(gè)發(fā)展機(jī)遇,抓住發(fā)展機(jī)遇對(duì)公安衛(wèi)星通信的發(fā)展至關(guān)重,可以極大地提升公安信息化應(yīng)用水平,為保障國家安全發(fā)揮重要作用。公安行業(yè)可以以目前傳統(tǒng)的公安衛(wèi)星通信為基礎(chǔ),融合天地一體化信息網(wǎng)絡(luò),推動(dòng)我國衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。天地一體信息下的公安通信的應(yīng)用前景十分廣泛,所以目前的首要任務(wù)是要探索更多情形下的天地一體化公安衛(wèi)星通信的應(yīng)用模式,推動(dòng)中國衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展,為突發(fā)公共事件提供更加有力的技術(shù)支持。