美国公共安全无线宽带网FirstNet的建设与启示

美国公共安全无线宽带网FirstNet的建设与启示来源：中国应急管理时间：2014-05-07[大中小]浏览次数：91[摘要]如何建设高水平的应急通信网络，为第一响应者提供可靠的保障，是世界各国共同面临的重大挑战。美国政府利用4G-LTE技术着力建设覆盖全国、面向全体第一响应者的公共无线宽带网-FirstNet，成为全球公共安全无线宽带无线专网建设的典范。本文从介绍FirstNet的建设背景入手，通过分析FirstNet拟解决的关键问题、建设目标、实现技术、业务功能、技术特点、建设资金和应用价值等方面的内容，研究FirstNet的组成要素和管理体制，以及对我国相关工作的启示。[关键词]FirstNet；应急通信；公共安全；无线宽带网；4G-LTE；美国作为世界头号军事、经济、科技强国的美国，所面临的突发事件威胁的形势十分严峻。“9·11”恐怖袭击事件、卡特里娜飓风、波士顿爆炸案等天灾人祸给美国经济社会的发展带来了巨大的挑战和威胁。在突发事件应急处置的过程中，应急通信无疑担当着抢险救灾生命线的角色，但常规的商业通信网络在突发事件发生时，由于通信网络自身的损毁、电力供应的中断或者网络超载等多种原因，在关键时刻往往出现“掉链子”的现象，既无法满足政府应急通信的特殊需要，也不能满足公众在紧急时刻爆发式的通信需求。美国自然也不例外。尽管卫星通信、互联网、集群通信等在应急通信中发挥着不可或缺的作用，但对于一个全国拥有280万第一响应人员（包括警察、交警、消防人员、医疗救护人员等）的超级大国来说，如何解决应急通信各自为战、划界而治的难题，建立起覆盖范围广、互操作性强、可靠性高、扩展性好的应急通信专门网络，一直是美国联邦和地方政府共同关注的重要议题。为了全面提升美国应急通信的保障能力和水平，美国政府于2012年初正式启动了规模宏大、影响深远、在全球具有示范意义的FirstNet（全称为FirstRespondersNetwork，即第一响应者网络）项目的建设。这一项目的实施为建设全国性的应急通信网络提供了全新的思路和模式，为夯实应急通信基础、强化应急通信保障能力探索出了一条有效的路径。这一项目目前正在全面推进之中，相关的做法和经验对正在面临同样需求的我国而言，具有一定的借鉴意义和参考价值。一、建设背景发生在2001年的“9·11”事件，虽然已逐渐淡出人们的记忆，但该事件所造成的影响极其深远。在这次伤亡惨重的重大灾难事件中，消防队员的死亡人数多达343人，超过了“9·11”事件遇难总人数的1/10，造成如此惨剧的一个原因是应急救援人员所使用的应急通信系统没有发挥其应有的作用。时隔十多年，美国应急救援力量有了大幅度的扩充。据统计，全美目前有280万第一响应人员，其中消防队员超过110万人，执法官员超过83万人，应急管理人员为84万人，联邦政府从事保护服务的雇员约10万人，其他为从事公共安全工作的雇员。如此规模巨大的第一响应人员队伍，在缺乏统一、高效的现场第一响应通信保障的前提下，不但自身的生命安全处于巨大的威胁之中，而且对应急救援的成效也带来了重大的影响。尽管当今的信息通信技术发展迅速，但美国公共安全部门的信息通信装备和应用能力并没有与时俱进，远远落后于现代化的通信网络和商业设备。正如纽约警察局长凯利2012年在国会作证时所言，一位16岁少年所持有的智能手机远超过警员或副官所具备的无线通信能力。不仅仅是装备落后，更可怕的是，整个公共安全系统由成千上万个联邦、州和地方机构的小系统以碎片化的方式存在，独立管理的网络总数超过1万个，每个网络的用户数平均为2000人左右。这样的存在方式不但使应急救援人员同时也使公众在遭遇诸如“9·11”事件以及卡特里娜飓风事件等重火灾难威胁时显得极度危险，而且不同类型的公共安全机构彼此根本无法进行通信联络。这种孤岛式、相互割裂而存在的信息通信系统既降低了公共安全官员决策指挥的有效性，也大大增加了通信系统本身的运行成本。美国政府从历次重大事件的教训中得出结论，建设全国一体化的应急通信无线专网对消除各部门之间的障碍、增强互操作性起到关键作用，使国家一线救援人员和公共安全机构之间的通信联络变得更为高效和安全。而且，利用4G-LTF技术构建全国性的公共安全无线宽带网既可在发生重大突发事件时发挥关键作用，同时还可在日常工作中提升公共安全管理的效率和水平，真正做到平战结合。因此，在全国范围内部署建设FirstNet的议题逐渐变成了共识。在经过多次反复论证后，2012年2月22日，由奥巴马总统签署的《2012中产阶级减税和创造就业法案》（以下简称《法案》）明确提出将提供资金建设一个全国性的公共安全宽带网络的计划，从此拉开了FirstNet的建设序幕。《法案》明确，该网络由国家应急通信办公室会同商务部和司法部合作，以确保该网络能符合公共安全各类用户的需要。根据要求，全国公共安全宽带网将提供一个安全、可靠并致力互操作性的网络，以确保第一响应者能在处置突发事件时实现高效的通信。为此，美国政府决定提供极其宝贵D频段20MHz频率资源用于公共安全网络，其中10MHz为无线电频谱，另外10MHz为目前授权给公共安全使用的频率。这20MHz稀缺的频谱资源可以为应急响应者提供丰富的网络容量，以避免紧急状态下的通信拥塞，可以最大限度地保证现场第一响应人员的应急通信需要。二、FirstNet概述从本质上来看，FirstNet是国会授权建立的一个全国性的无线宽带网络，旨在保障警察、消防队员、应急医疗技术人员以及其他现场应急响应人员之间在处置突发事件时进行高效的沟通，并能利用新技术来提高响应效率、保持社区安全及挽救更多生命。（一）FirstNet的建设目标及拟解决的关键问题FirstNet建设要满足以下目标：可以满足全国公共安全系统200多万用户的现场应急通信和信息交互的需要；覆盖全美50个州和6个领地的联邦、州、部落和地方政府组织，做到全面覆盖、无处不在；利用行之有效的美国无线网络基础设施，做到稳定可靠；保持足够冗余，应对各种情况的需要；对现存以及将来的任务关键型的公共安全系统实现全国性的互联互通；利用已有的数十亿美元的网络和开放标准的设备，做到低投入建设、低成本运行。作为全国性的公共安全网络，FirstNet拟解决多方面的关键问题，详见表1。（二）FirstNet的实现技术FirstNet利用700MHz的频率实现全美范围内的广泛覆盖，部分偏远地区利用卫星覆盖，以提供全国性的、完全互操作的数据和视频传输服务。公共安全部门能对网络进行完全控制，确保公共安全的网络“主权”。合作伙伴作为二级用户，在大多数突发事件发生时，可以由公共安全部门授权安排优先使用。这一网络并不是设计用来替代现有的公共安全网络，因为LTE频段目前还不能提供公共安全所需要的任务关键型的语音服务，而陆地移动无线电语音服务将在很长的一段时间内继续成为公共安全的最后一道防线，但随着时间的推移，一些语音服务会逐步可用，FirstNet的作用和地位也将显得更为突出。FirstNet可以与现有的陆地移动无线电的基础设施部署在相同的地方，共享基础设施可以显著降低成本和大大增强覆盖的范围。FirstNet作为一个致力于为数百万第一响应人员提供全国性的、高速的宽带网络，可为广大第一响应人员提供可以依靠和信任的网络以完成应急处置工作，即使是在条件最为恶劣的情况下也能进行。这一网络犹如一个力量倍增器，通过强化协作以有助于拯救更多的生命、保护财产和快速打击犯罪。FrirstNet之所以选择4G-LTE技术作为核心技术，是因为这一技术具备以下几个方面的应用优势，详见图1。FirstNet作为全国性的网络，具有以下技术特点：通过多重网络，包括陆基、卫星和可部署的网络达到高可靠性和高冗余度；提供丰富的公共安全所需要的任务关键型服务；加速构建并提高服务的可用性；能满足公共安全用户的应用、通信、优先权和控制需求；在信号无法覆盖或者覆盖不佳的农村区域，可延伸覆盖区域、扩展容量；可利用现有运营商的基础设施，降低建设和应用成本；可对FirstNet所拥有的频谱资源进行高效利用。（三）FirstNet的业务功能从现场应急处置的业务需求来看，这一网络将为第一响应者作业提供以下各种业务功能，具体见表2。（四）FirstNet的建设资金该项目以设立“公共安全信托基金”的方式从自愿资助频谱拍卖的收入中直接为以下优先级项目提供资金支持，具体设立以下基金支持项目。1.州和地方实施补助基金。《法案》确立了补助计划，以协助州、地区、部落和当地的司法管理权用以识别、规划和实施最有效率和效力的方法以使用、集成基础设施、设备和其他与全国公共安全宽带网相关的体系架构，以满足本地司法管辖权所需要的无线和数据服务。高达1.35亿美元的资金由国家电信和信息管理局用于州、地方实施补助项目。2.网络建设基金。这一基金提供70亿美元由FirstNet用于部署和运行国家公共宽带网络，但不包括管理费用。3.研究经费。基金提供1亿美元，用于推进无线应急通信的标准、技术和应用的研发。4.下一代9-1-1基金。基金提供1.15亿美元，用于9-1-1服务的部署和运行。5.其他研究基金。在保证所有之前的基金的优先权外，额外提供2亿美元用以分配给国家科学技术研究所用于开展进一步的研究工作。（五）FirstNet的应用价值FirstNet的建设和发展将为不同的参与主体带来独特的价值，主要表现在以下几个方面。1.公共安全部门：可以集成跨部门的通信服务，达到降低成本、提高效率和缩短响应时间的目的。2.无线通信运营商：可以有机会参与服务美国国家关键性的业务需求，扩展其用户、用量以及商业覆盖面。3.网络和手持终端供应商：可以有机会参与服务美国全国性的关键需求，可以增加其网络和手持终端的产品线，达到扩大销量、增加收益的目的。4.应用开发商：有机会开发新的应用以增加跨越全美的安全和保障，以增加产品线、用户基数以及销售量。可以说，FirstNet项目的实施所产生的巨大投资将会产生十分可观的商业机会，关联各方将能够从中发现新的商业机会，赢得新的发展空间。三、FirstNet的组成要素FirstNet作为一个支撑全国第一响应人员应急通信服务需求的庞大网络，需要综合考虑各方面的要素，形成较为完整的框架。FirstNet的要素框架由支持资源、支撑平台和用户需求共同组成，参见图2.（一）FirstNet的支持资源为促进FirstNet更好的发展，联邦政府给予了多方而的支持，不仅提供专门的频谱资源支持，而且提供LTE技术及其基础设施的支持，此外还专安排专项资金，并在构建公共／私人部门合作关系方面予以了支持。具体的措施包括与国家、地区和地方运营伙伴筹划如何利用资源；启动需求建议书的流程；征求潜在供应商意见；充分利用现有的公共安全、运营商和公用事业基础设施。联邦政府希望，FirstNet项目能够与运营合作伙伴一起进行建设和运营，从而能有效降低公共安全的使用成本，并能解决人才保障等难题。（二）FirstNet的支撑平台FirstNet建立起了专门的支撑平台，以确保全国范围内的互联互通和高容量用户需求，能支持优先接入、强化的公共安全等级，并通过陆基通信、可部署的通信和卫星通信实现全方位的覆盖，FirstNet支撑平台的建设主要围绕以下各个方面展开：建立一个基于标准的LTE平台；明确网络核心需求；测试和评估所需要的技术；探索与运营伙伴合作的选择；通过州一级层面了解覆盖需求；明确强化的需求。FirstNet的支撑平台主要通过以下多种方式强化公共安全等级的可靠性，详见表3。（三）FirstNet的用户需求满足用户需求是FirstNet的根本目标，用户的需求包括州和地方的管理、一键通话和分组调度、任务关键型语音、Web接入、现存和新数据应用、非任务关键型语音以及低总成本等。为了满足各方面的用户需求，主要从以下几个方面开展工作：与标准组织合作开展3GPP（第三代合作伙伴计划）、一键通话、调度和任务关键型语音；VoLTE（VoiceoverLTE）正在推进，VoIP（VoiceoverInternetProto