張 煜

（海西州消防救援支隊，青海 德令哈 817000）

0 引 言

5G 通信技術(shù)在消防通信體系中具有巨大的應(yīng)用潛力。5G 通信技術(shù)的高速率和低延遲特性為消防員提供了實時、高清晰度的視頻圖像，使其能夠快速了解火災(zāi)現(xiàn)場情況并做出準確決策。5G 通信技術(shù)的大容量特點使消防系統(tǒng)可以處理大量的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對火警預警、火災(zāi)擴展的快速響應(yīng)和準確判斷。此外，5G 通信技術(shù)可提供廣域覆蓋和高密度連接，確保消防系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實時的遠程監(jiān)測和控制。5G 通信技術(shù)在消防通信體系中的應(yīng)用為消防工作帶來重要支撐，提高了火災(zāi)救援的效率和質(zhì)量，實現(xiàn)了消防信息化的深度建設(shè)。

1 消防信息化相關(guān)內(nèi)容與技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

消防信息化指將信息技術(shù)應(yīng)用于消防工作，以提高消防救援效率，增強指揮決策能力。目前，消防通信系統(tǒng)基本實現(xiàn)了火災(zāi)監(jiān)測與預警，通過傳感器、監(jiān)控攝像頭等設(shè)備實時監(jiān)測火災(zāi)風險，通過數(shù)據(jù)分析算法預測火災(zāi)可能發(fā)生的區(qū)域和時間，提供預警信息，減少火災(zāi)事故的發(fā)生。同時，利用信息化技術(shù)建立消防指揮中心，對消防隊伍、資源和裝備進行實時調(diào)度和管理，提高指揮決策的準確性和效率[1]。在信息技術(shù)的輔助下，可以對消防工作中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行管理和分析，提取有益信息，為指揮決策和火災(zāi)防控提供科學依據(jù)。

目前，消防信息化已經(jīng)在一些地區(qū)得到應(yīng)用。各地消防部門不斷推進信息化建設(shè)，加強數(shù)據(jù)共享與交換，提高消防救援能力和反應(yīng)速度。雖然消防通信體系中已經(jīng)實現(xiàn)了信息技術(shù)的全面應(yīng)用，但是尚未實現(xiàn)萬物互聯(lián)，仍存在信息孤島等問題，因此需要繼續(xù)加強技術(shù)研發(fā)和規(guī)范管理，確保消防信息化的順利推進和可持續(xù)發(fā)展。

2 5G 通信技術(shù)在消防通信體系中的應(yīng)用需求

5G 通信技術(shù)在消防通信體系中有多個應(yīng)用需求，其中網(wǎng)絡(luò)切片和移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）是2 個重要的方向。

2.1 網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片是將物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個邏輯網(wǎng)絡(luò)，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。在消防通信體系中，不同的應(yīng)用場景對網(wǎng)絡(luò)的要求有所不同，因此需要采用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)來滿足這些特定需求。消防現(xiàn)場的視頻監(jiān)控需要實時高清的視頻傳輸，利用網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以確保視頻傳輸具有低延遲和高帶寬等特性。消防人員需要及時與指揮中心、救援人員進行溝通和協(xié)作，因此需要為緊急通信應(yīng)用提供高優(yōu)先級的帶寬和資源分配[2]。消防指揮中心通過網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控和控制火災(zāi)現(xiàn)場，而網(wǎng)絡(luò)切片為遠程指揮和控制應(yīng)用提供穩(wěn)定可靠的連接和低延遲的交互。根據(jù)不同的消防應(yīng)用場景和需求，對5G 網(wǎng)絡(luò)進行靈活配置，以滿足消防通信體系的多樣化需求。

2.2 MEC

MEC 技術(shù)是將計算和存儲資源移至網(wǎng)絡(luò)邊緣，使數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用服務(wù)更加接近用戶和設(shè)備。消防現(xiàn)場通常會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，需要進行即時分析和處理，利用MEC 技術(shù)可以將數(shù)據(jù)處理功能放置在接近火災(zāi)現(xiàn)場的邊緣節(jié)點上，減少數(shù)據(jù)傳輸延遲和帶寬占用，提高消防通信的效率和可靠性，提升消防工作的質(zhì)量[3]。此外，利用MEC技術(shù)可以將消防相關(guān)的視頻、圖像和文檔等數(shù)據(jù)在邊緣節(jié)點進行存儲和備份，保證數(shù)據(jù)的安全性和可靠性。通過在邊緣節(jié)點部署人工智能算法，可以實現(xiàn)對火災(zāi)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時分析和火災(zāi)預測，為消防人員的指揮決策提供支持。

3 5G 通信技術(shù)在消防通信體系中的應(yīng)用

3.1 整體架構(gòu)

文章以廣電運營商的700 MHz 頻段為基礎(chǔ)，結(jié)合公網(wǎng)和專網(wǎng)通信，設(shè)計實現(xiàn)公專網(wǎng)融合的通信網(wǎng)絡(luò)。

3.1.1 頻段劃分

國內(nèi)原有3 大通信運營商分別分布在2.5～2.6GHz、3.4～3.6GHz、4.8～4.9 GHz頻段，而新入網(wǎng)的廣電運營商的5G頻段為700 MHz。廣電運營商的700 MHz 頻段具有較好的穿透力，能夠?qū)崿F(xiàn)更遠的覆蓋距離，最遠可達5 km。

3.1.2 公網(wǎng)廣域通信

基于廣電運營商基站建設(shè)公網(wǎng)廣域通信，利用700 MHz 頻段的優(yōu)勢，可以提供全時段、全天候的信息收集匯聚、準確的信號覆蓋以及終端及時響應(yīng)等應(yīng)急通信保障。

3.1.3 專網(wǎng)通信

當基站斷網(wǎng)并脫離公網(wǎng)核心網(wǎng)絡(luò)時，廣電運營商的基站仍能提供2～5 km范圍內(nèi)的局域?qū)＞W(wǎng)自通信。這種專網(wǎng)能夠在通信中斷、電力中斷和道路中斷（以下簡稱三斷）環(huán)境下，構(gòu)建更安全穩(wěn)定、反應(yīng)更快速的消防救援通信體系。

3.1.4 系統(tǒng)架構(gòu)

該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)共享了廣電公網(wǎng)中的5G 基站、用戶平面功能（User Plane Function，UPF）、MEC、5G核心網(wǎng)控制面（5G Core Control Plane，5GC CP）以及用戶數(shù)據(jù)管理（User Data Management，UDM）等設(shè)備，同時在5G 基站中增加了一套UPF 和UDM 控制面功能，以實現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)處理和存儲。當5G基站接收到終端通報信息時，基站中的UPF 和MEC進行數(shù)據(jù)計算和存儲。5GC CP 通過UDM 將數(shù)據(jù)同步到另一套UPF，從而實現(xiàn)負荷分擔和容災(zāi)能力。這種架構(gòu)可以能夠滿足多樣化的通信需求，確保在緊急情況下，即使基站斷網(wǎng)脫離公網(wǎng)核心網(wǎng)絡(luò)，仍能提供局域?qū)＞W(wǎng)通信，提高消防救援工作的持續(xù)性和有效性。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)分析

考慮到消防救援需求，消防通信體系需具備通信中斷保存、數(shù)據(jù)實時同步和業(yè)務(wù)溯源等功能，最大限度地提高響應(yīng)效率。

通信中斷保存是在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷時，保證通信鏈路不中斷或盡快恢復的技術(shù)。在消防通信體系中，消防救援工作通常發(fā)生在災(zāi)難或緊急情況下，通信中斷將會對救援行動產(chǎn)生嚴重影響[4]。因此，利用5G 技術(shù)實現(xiàn)多路徑傳輸，依托MEC 和虛擬化網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)手段，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和健壯性，減少網(wǎng)絡(luò)中斷的可能性。當基站檢測到故障后，可繼續(xù)保持連接狀態(tài)并連接到另一個會話通道，此時不會釋放用戶連接。

數(shù)據(jù)同步是在中斷恢復后，將數(shù)據(jù)從臨時備份源恢復到主源的過程。當通信鏈路中斷時，為了確保通信和信息傳輸?shù)倪B續(xù)性，系統(tǒng)需要快速地將數(shù)據(jù)從備份源同步至主源。在此過程中，公網(wǎng)UDM 負責將數(shù)據(jù)通過安全文件傳送協(xié)議（SSH File Transfer Protocol，SFTP）的安全通道進行傳輸。SFTP 是一種加密的文件傳輸協(xié)議，可以確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性。通過這個安全通道，公網(wǎng)UDM 將備份源中的數(shù)據(jù)上傳至文件服務(wù)器。一旦數(shù)據(jù)被上傳至文件服務(wù)器，專網(wǎng)UDM 便可以將這些數(shù)據(jù)下載至本地，并加載生效。專網(wǎng)UDM 是負責處理專網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)，能夠在網(wǎng)絡(luò)連接中斷的災(zāi)情現(xiàn)場為專網(wǎng)用戶提供5G 鑒權(quán)、注冊、接入等基本業(yè)務(wù)功能。加載生效后，這些數(shù)據(jù)就會被應(yīng)用到主源中，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步。在數(shù)據(jù)同步過程中，不能對數(shù)據(jù)進行修改，以確保數(shù)據(jù)的完整性和一致性，避免因修改數(shù)據(jù)而引入錯誤或沖突。因此，數(shù)據(jù)同步主要是將備份源中的數(shù)據(jù)重新傳輸?shù)街髟矗_保主源的數(shù)據(jù)與中斷前的狀態(tài)保持一致[5]。

在消防通信體系中，業(yè)務(wù)溯源是在網(wǎng)絡(luò)中斷恢復后，將之前暫時中斷的業(yè)務(wù)重新切換回主源的過程。該過程涉及刪除用戶會話、將連接狀態(tài)的用戶置于空閑狀態(tài)、觸發(fā)服務(wù)請求消息或周期性跟蹤區(qū)域更新（Tracking Area Update，TAU）信令等操作，以便將用戶信令傳送給5GC CP。當通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生中斷時，正在運行的業(yè)務(wù)會被中斷保存，意味著這些業(yè)務(wù)在中斷期間不會受到回遷的影響。一旦網(wǎng)絡(luò)中斷恢復，就需要將這些業(yè)務(wù)重新切換回主源，繼續(xù)進行正常的通信和數(shù)據(jù)傳輸。具體而言，就需要刪除用戶會話，即清除與中斷相關(guān)的用戶會話，確保重新切換后的通信是基于最新的會話信息進行的。此時，連接狀態(tài)的用戶將進入空閑狀態(tài)。在這個狀態(tài)下，用戶設(shè)備會發(fā)送服務(wù)請求消息或周期性TAU 信令，通知5G 基站，使其處于活動狀態(tài)。5G 基站會將這些用戶信令傳送給5GC CP，控制面負責處理用戶的請求并重新建立與主源的連接。通過這個過程，暫時中斷的業(yè)務(wù)將重新恢復并切換回主源，使消防通信體系能夠繼續(xù)進行正常的通信和數(shù)據(jù)傳輸操作。

3.3 適用場景

在5G 通信技術(shù)支持下，可以進一步增強消防通信系統(tǒng)的功能。

5G 消防通信體系適用于三斷場景，可滿足應(yīng)急保障需求。5G 通信技術(shù)可以利用多路徑傳輸和MEC等技術(shù)手段，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和健壯性，在三斷環(huán)境下也能保持通信連接，為消防救援提供強大的支持[6]。

在災(zāi)難或緊急情況下，通信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施會受到嚴重破壞，需要進行快速的網(wǎng)絡(luò)重建。5G通信技術(shù)可以利用虛擬化網(wǎng)絡(luò)和軟件定義網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)手段，實現(xiàn)本地化的網(wǎng)絡(luò)快速重建，從而更快速、更可靠地實現(xiàn)救援通信。

在消防救援行動中，需要在現(xiàn)場快速構(gòu)建應(yīng)急通信系統(tǒng)，保障指揮、調(diào)度和救援工作的安全。5G通信技術(shù)可以利用5G 新空口（New Radio，NR）私有網(wǎng)絡(luò)和5G 邊緣計算等技術(shù)手段，快速構(gòu)建現(xiàn)場應(yīng)急通信系統(tǒng)，實現(xiàn)高速、可靠的通信和數(shù)據(jù)傳輸，提高消防救援的效率和準確性，為消防部門提供強大的技術(shù)支持，助力救援工作的順利進行。

4 5G 通信技術(shù)在消防通信體系中應(yīng)用的優(yōu)勢

4.1 實現(xiàn)高效的信息傳播

在消防救援行動中，關(guān)鍵信息的及時傳遞對于指揮決策和行動的準確性至關(guān)重要。5G 通信技術(shù)的高速和低延遲能夠確保指揮中心與現(xiàn)場指揮人員之間的實時溝通，及時上傳現(xiàn)場傳感器數(shù)據(jù)，提高救援行動的響應(yīng)速度和效率。在5G 通信技術(shù)的支持下，可以實現(xiàn)大規(guī)模的設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)連接。在消防救援中，各種傳感器、監(jiān)控設(shè)備、救援裝備等可以通過5G 網(wǎng)絡(luò)進行連接，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的采集、傳輸和共享。消防人員可以獲取更多的現(xiàn)場信息，包括火勢、人員狀況、設(shè)備狀態(tài)等，從而做出更精確的指揮決策。此外，5G 通信技術(shù)的高可靠性和健壯性能夠保持通信連接，維持與指揮中心的通信，確保救援行動的持續(xù)進行，提升救援戰(zhàn)斗力。

4.2 實現(xiàn)救援資源的合理分配

5G 通信技術(shù)可以通過高精度的定位服務(wù)，實時獲取救援隊伍成員的位置信息，有助于指揮中心對隊伍進行準確的定位和追蹤，更好地分配任務(wù)、調(diào)度資源并協(xié)調(diào)行動。5G 通信技術(shù)通過快速的數(shù)據(jù)傳輸和高帶寬支持，可以實現(xiàn)救援隊伍之間的實時協(xié)同辦公和信息共享。在消防救援行動中，隊員、指揮員和專家可以通過5G 網(wǎng)絡(luò)實時共享信息、交流意見、制定計劃，并實時傳輸文件、圖像、文檔等多媒體信息，提高了隊伍之間的協(xié)同能力和決策效率，提升了救援行動的整體管理水平[7]。

此外，5G 通信技術(shù)支持大規(guī)模數(shù)據(jù)的傳輸和處理，為救援隊伍提供了更多的數(shù)據(jù)支持。通過5G 網(wǎng)絡(luò)，可以實時匯總并分析現(xiàn)場傳感器、監(jiān)測設(shè)備等收集的大量數(shù)據(jù)，為指揮中心提供更準確的態(tài)勢感知和預測，為決策提供科學依據(jù)，提高救援隊伍的整體管理水平。

4.3 提升救援的有效性

5G 通信技術(shù)支持高清視頻傳輸，可以實時傳輸火災(zāi)現(xiàn)場的圖像和視頻。消防指揮中心可以遠程查看火場情況，對火勢進行實時評估，為滅火行動提供準確的信息。同時，現(xiàn)場指揮人員可以通過視頻傳輸實時指導滅火人員的工作，提高滅火行動的效率和準確性[8]。

5G 通信技術(shù)支持多連接，可以實現(xiàn)救援隊伍、消防車輛、消防裝備等節(jié)點之間的實時互聯(lián)。通過5G 網(wǎng)絡(luò)，不僅可以實現(xiàn)隊伍內(nèi)部的實時通信和信息共享，還可以更好地協(xié)調(diào)不同消防單位之間的合作，提升滅火救援行動的協(xié)同能力和效果。通過5G 網(wǎng)絡(luò)可以將火情數(shù)據(jù)快速上傳至指揮中心進行實時分析，幫助消防指揮員更準確地了解火場情況，制定有效的滅火救援策略，提高救援效率。此外，5G 通信技術(shù)的高速和低延遲特性支持消防指揮中心與各個資源點之間的即時通信和指令下達。指揮中心可以根據(jù)滅火救援的需要，快速調(diào)度并指導消防車輛、人員和裝備的部署，從而優(yōu)化資源利用，提高滅火救援的響應(yīng)速度。

5 結(jié) 論

利用5G 通信技術(shù)的高速率、低延遲和大容量特點，消防部門可以實現(xiàn)實時高清晰度的視頻圖像傳輸和音頻傳輸，實時監(jiān)控火災(zāi)現(xiàn)場并做出準確決策。同時，5G 通信技術(shù)的廣域覆蓋和高密度連接有助于實現(xiàn)消防系統(tǒng)的遠程控制，提高指揮中心的響應(yīng)能力和效率。隨著5G 通信技術(shù)的快速發(fā)展，需要考慮安全與隱私等方面的問題，相關(guān)部門應(yīng)制定嚴格的安全規(guī)范和保護措施，確保數(shù)據(jù)的安全傳輸和隱私保護。充分利用5G 通信技術(shù)，從而更有效地進行火災(zāi)預警、現(xiàn)場監(jiān)控和指揮調(diào)度，提高火災(zāi)救援能力，從而實現(xiàn)火災(zāi)救援的高效、智能化發(fā)展。