公安机关北斗 AI 5G宽带自组网系统及应用.pdf

C o m m u n i c a t i o n&I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y N o.4.2 0 2 3通信与信息技术2 0 2 3 年第4 期(总第2 6 4 期)公安机关北斗+A I 5 G 宽带自组网系统及应用左涛，张星哲长春市公安局科技信息化处，吉林长春1 3 0 0 0 0摘 要：随着信息技术的快速发展，公安工作已经进入数字化时代。数字化时代，公安工作需要更加便捷、高效和快速的通信手段，这就需要建立一种新型的通信系统来支撑公安工作。通过对公安机关北斗+A I 5 G 宽带自组网系统的基本工作原理介绍，对整体系统架构、组网结构、技术方案、手持终端设备进行分析、比较优势与不足，并针对实际应用场景进行描述，阐明该系统具有较强的理论和现实意义。关键词：公安；北斗；A I;5 G;宽带自组网中图分类号：T N 9 2 9.5;D 6 3 1.1文献标识码：B文章编号：1 6 7 2-0 1 6 4(2 0 2 3)0 4-0 0 9 9-0 51 引言数字化时代，公安通信系统面临的主要问题是覆盖范围小、带宽不足和通信质量差等。为了解决这些问题，提出一种新型的公安通信系统北斗+A I 5 G 宽带自组网系统。近年来，自组网技术作为一种自行组建网络的技术，已成为一种重要的通信模式，被广泛应用于不同行业和场景中。而北斗+A I 5 G 宽带自组网系统，不但保留了原有自组网的优点，还进行了大胆的创新与突破。2 北斗+A l 5 G 宽带自组网的基本工作原理北斗+A I 5 G 宽带自组网系统，是利用北斗定位、A I 算力、5 G 技术在宽带自组网上的融合，核心部分是自组网。主要是采用专有的C O F D M 技术，有效对抗多径衰落、多普勒频移等效应，保证高速移动过程中宽带无线通信的畅通。网络由多个节点组成，其中每个节点都可以作为路由器或终端来传输和接收数据。每个节点之间可以进行自适应信号传输，并根据需要建立连接。节点之间均采用自适应调制编码技术，可根据节点之间的链路质量自动选择可用的最高调制编码方式，实现在当前链路质量条件下的最高吞吐速率 1-2 。自组网技术的核心是自组织，即节点之间可以自动建立连接和拓扑结构，从而形成一个自组织的网络。这种自组织的过程可以分为两个阶段：节点发现和节点连接。节点发现是指节点之间进行信号传输以寻找相邻节点的过程。在这个过程中，每个节点都会不断地发送信号，并监听其他节点的信号 3 。当一个节点检测到了其他节点的信号时，就会建立连接。如果两个节点之间的信号强度足够强，则它们之间就可以建立直接连接。如果信号强度较弱，则需要通过其他节点进行中继。节点连接是指节点之间建立网络拓扑结构的过程 4 。在这个过程中，每个节点都会根据其他节点之间的连接关系自动调整自己的位置。当一个节点发现自己的连接质量变差时，就会自动调整位置以改善连接质量。自组网技术的另一个核心是自适应，节点可以根据环境和网络负载情况自动调整信号传输参数，以达到最佳的传输效果。这种自适应的过程可以分为三个阶段：信道估计、信号调整和信道反馈。信道估计是指节点通过收集周围节点的信号信息来估计当前信道的状态。在这个过程中，每个节点会不断地发送探测信号，并收集其他节点的信号信息。通过分析这些信号信息，节点可以估计出当前信道的状态。信号调整是指节点根据信道状态来调整自己的信号传输参数，以达到最佳的传输效果。在这个过程中，每个节点会根据信道状态自动调整自己的功率、速率、调制方式等参数。信道反馈是指节点将当前信道状态信息反馈给其他节点，以便其它节点根据该信息来调整自己的信号传输参数。在这个过程中，每个节点会周期性地向其他节点发送信道状态信息。其他节点可以根据该信息来调整自己的信号传输参数，从而实现网络的自适应性。收稿日期：2 0 2 3 年4 月1 3 日；修回日期：2 0 2 3 年5 月9 日9 9通信与信息技术2 0 2 3 年第4 期(总第2 6 4 期)3 北斗+A l 5 G 宽带自组网的整体系统架构、组网结构和技术方案3.1 北斗+A I 5 G 宽带自组网的整体系统架构应急调度平台北斗+A I 5 G 宽带自组网系统，主要由现场前端的终端采集、动态传输、网络承载和后端的存储与应用几部分组成(图1)。应急指挥中心电子地图 中心管理流媒体分发报警联动监控客户端调度客户端解码器应急专网应急专网指挥中心大屏唇庸核心交换机设备管理数据库录像存储集群对讲矩阵键盘4 G卫星微波专网北斗戮执法记录仪车载手提箱无人机察蠢庸场现场执法现场航拍巡逻布控联合抓捕图1 北斗+A I 5 G 宽带自组网整体系统架构3.2 北斗+A I 5 G 宽带自组网的整体组网结构现场指挥部模式。突发事件现场建立现场指挥部，在指挥部架设宽带自组网设备，前端通过宽带自组网手持式终端设备将采集的音视频信号，通过“单跳”或“多跳”无线传输，直接向临时指挥部传输，确保多路前端音视频数据传输至指挥部，同时接受指挥部的指挥和调度。北斗+A I 5 G 宽带自组网整体结构主要分成两大部分；一部分是指挥中心的系统结构(图2);另一部分是前端自组网设备组网结构(图3)。3.3 北斗+A I 5 G 宽带自组网的整体技术方案整体组网采取二级架构设计，现场指挥部监控平台和指挥中心指挥平台。现场指挥部监控平台到指挥中心指挥平台有两种传输方式，分别是：通过运营商网络传输；通过卫星网络传输。指挥中心模式。当需要将突发事件现场音视频信号，不仅要回传现场指挥部同时还要回传市局指挥中心的时候，就要采用公网V P N 链路或卫星链路来实现远程信号的传输，从而实现现场执勤人员时刻可以接收到指挥中心的指令和4 G 基站地面接收站防火墙监控平台内网大屏P C 客户端图2 指挥中心的系统结构1 0 0人工智能公安机关北斗+A I 5 G 宽带自组网系统及应用调度。前方执勤人员，可以携带手持式自组网设备，该设备内部可集成视频、语音模块，可实现与头戴式摄像机、骨传导耳机的有线设备对接，时刻将现场音视频画面通过手持自组网终端回传到临时指挥部的指挥平台，再通过平台对接的方式传输到指挥中心平台(图4)。同时现场可实现手持终端之间互联互通、与现场指挥部监控平台互联互通、与指挥中心指挥平台互联互通，实现完整的指挥调度系统。4 北斗+A l 5 G 宽带自组网手持终端设备介绍北斗+A I 5 G 宽带自组网手持式终端采用铝镁合金高强度金属外壳，一体成型，防尘防水，同时采用可靠的电子元件，严格的生产测试工艺，具有良好的可靠性和环境适应性。终端配备旋转卡扣式大容量电池，可在恶劣环境下长时间工作。单独配置了L E D 显示屏和控制按键。屏幕直接显示本机的I P 地址、频率、带宽、节点参数等配置信息。同时可以通过按键进行本机配置参数的修改配置，有效地提高了设备的灵活性。手持式终端内部集成了G P S/北斗定位模块，提供精确的地理位置坐标。整机内部还集成了无线路由模块，方便为智能设备提供2.4 G H z W I F I 接入热点，扩展了设备本身的通信能力。宽带自组网手持终端原理如图5 所示：根据使用场景和任务需求的不同，选择宽带自组网手持终端的频率也有所差异。公安机关可以使用3 4 0 M H z 频率作为自组网手持终端的主频，该段频率的优点是公安专用，并且具有良好的穿透能力，广阔的覆盖范围，可靠稳定不易受干扰，可以很好地满足公安机关在突发事件现场复杂环境下快速布防的需要。但此段频率资源有限，对带宽需求有一定的影响；公安机关也可以使用公共应急频段的5 8 0 M H z 作为主频点，该段频率同样具有较强的抗干扰性，并且传输速率更高，可用带宽更宽；1.4 G H z 作为中等频段的频率，丰富的频谱资源是其他频段所不具备的；同时采用2.4 G 和5.8 G 通用频率，利用其带宽大，波长短的特性，进行较远距离的视距传输叫。通用频率的特性，支持自组网模式和W I F I 模式的切换，便于接入通用无线设备，延展了整个自组网系统的兼容性，丰富了业务手段。无线自组网手持式终端具有体积小、重量轻等特点。可快速接入无线自组织网络，为单兵提供宽带多媒体双向通信服务5。5 北斗+A l 5 G 宽带自组网系统的优势目前，随着数据传输量的不断增加以及技术的不断发展，公安机关在信息传输方面遇到了一些困难。尤其是在无线传输方面，由于技术限制和设备限制，目前的公安无线传输手段难以满足信息传输需求。首先，目前公安机关所使用的无线传输主要依靠的是3 5 0 M H z 数字集群通信系统，3 4 0 M H z数字图像传输系统和公网传输系统。3 5 0 M H z 数字集群通信系统，主要解决的是语音通信，由于带宽的原因，无法实现视频的传输，最后“一公里”通信不畅正是急需解决的问题。3 4 0 M H z 数字图像传输系统，主要解决的是重点部位图像的直升机卫星无人机主干网主干网图3 前端自组网设备组网结构专用通信网卫星现场指挥中心基站(p)指挥中心图4 自组网系统网络拓扑1 0 1通信与信息技术2 0 2 3 年第4 期(总第2 6 4 期)结构设计散热耐高温防水防滑小型化显示模块电垦指示网络质量指示系统指示故隙指示供电模块锂电池/充电口/降压电路处理模块主处理器网络模块2.4 G h z /5.8 G h z W I F3 4 0/5 8 0 M h z M E S H1.4 G h z M E S H以太网按口图5 宽带自组网手持终端原理图采集和传输，受位置的影响较大，若全部覆盖资金成本巨大。公网传输作为公安机关目前无线通信的重要的补充手段，虽然很好地解决了日常音视频信号的传输，但在突发事件、人流量暴增、地理环境复杂(如山区、城市高楼、地下设施)等区域，信号的覆盖和使用都受到极大的限制。为了解决上述问题，公安机关急需考虑增加更加先进的无线传输技术和设备，北斗+A I 5 G 宽带自组网系统的发展和应用将彻底解决现阶段无线传输的瓶颈问题。宽带自组网与目前公安其他无线传输网络数据对比(表1):表1 无线传输网络相关数据对比吞吐量覆盖业务类型业务效果组网方式传统3 4 0 M H z 图传U L:4 2 M b p s 8 4 MD L:1.2 M b p s 4 M市区 1 K m开阔地 4 K m业务单一，图传为主无Q o S,业务无保障点对点公网U L:3 0 M b p s 2 0 MU L:1 5 M b p s 1 0 M市区 1 K m开阔地 1.5 K m单站覆盖远，设备需求少开阔地 6 K m音视频等综合业务支持Q o S,保障关键业务 可以保障关键业务的可靠传输星状、链状、网状组网方式灵活6 北斗+A l 5 G 宽带自组网系统的不足投资成本较高。一套完整的，大面积覆盖的公安北斗+A I 5 G 宽带自组网系统需要一定的投资成本，这里包括设备的采购，软件的定制，网络系统的搭建，由于是新的技术，更需要招募和培养专业的技术人才队伍。技术难度较大。公安机关北斗+A I 5 G 宽带自组网系统需要大量的技术支持，包括卫星通信技术、A I 技术、5 G 技术和自组网技术等，这都需要相应的培训和技术支持与创新。7 北斗+A l 5 G 宽带自组网系统的应用北斗+A I 5 G 宽带自组网系统可以在公安工作中广泛应用，包括巡逻、案件侦查、指挥调度、突发事件应急处理等方面。案件侦查。北斗+A I 5 G 宽带自组网系统可以支持多媒体数据传输和视频实时传输等应用，这为案件侦查提供了更加便捷和高效的手段。公安人员可以通过视频监控和多媒体数据分析，快速定位嫌疑人和犯罪现场，提高案件侦破效率。指挥调度。北斗+A I 5 G 宽带自组网系统可以实现群组通信和实时调度，可以有效协调指挥人员和警车等资源的调配。这使得警方可以更加快速和精准地响应紧急事件，提高应急处理能力。突发事件应急处理。北斗+A I 5 G 宽带自组网系统可以在突发事件处理中发挥重要作用。通过宽带自组网技术可以快速建立起网络连接，实现紧急通信和指挥调度，提高应急处理能力和处置效率。8 结语公安机关北斗+A I 5 G 宽带自组网系统是一种新型的公安通信系统，可以满足公安工作在不同区域的通信需求，并且具有覆盖范围广、通信质量高、带宽大和安全可靠等优势。但是，北斗+A I 5 G 宽带自组网系统需要一定的投资成本和技术支持，这对于公安机关来说是一个巨大的挑战。因此，在实践中需要根据实际情况进行合理的选择和配置，充分发挥公安机关北斗+A I 5 G 宽带自组网系统的优势，为公安工作提供更加便捷、高效和快速的通信保障。1 0 2人工智能公安机关北斗+A I 5 G 宽带自组网系统及应用参考文献 1 熊立.无线M e s h 自组网在应急通信基站回传中的应用探讨 J .信息通信，2 0 1 9,(0 7):2 2 8-2 3 0.2 陈理.宽窄带融合自组网终端的设计与实现 D .广东：广东工业大学，2 0 1 8.3 岳宇君，刘钟情，王艳秋，曾维鲁.一种自适应的无线传感器网络时间同步技术 J .河北科技师范学院学报，2 0 0 7,(0 3):4 3-4 5.4 张琪.基于动态预测的塔机防碰撞系统研究 D .大连：大连理工大学，2 0 1 8.5 张广泉.体系标准平台品牌，一个不能少中国航救联参与国家应急救援航空体系建设工作的调查 J .中国应急管理，2 0 1 9,(0 1):3 0-3 1.6 程德怿，乔健.无线自组网络在应急通信中的研究与应用 J .电信工程技术与标准化，2 0 1 8,3 1(0 8):8 2-8 7.作者简介左涛(1 9 7 4-),男，本科，中级，主要研究方向：无线通信。张星哲(1 9 9 1-),男，硕士，中级，主要研究方向：通信。P u b l i c s e c u r i t y o r g a n s B e i d o u +A I 5 G b r o a d b a n d A D h o c n e t w o r k s y s t e m a n di t s a p p l i c a t i o nZ U O T a o,Z H A N G X i n g z h eD e p a r t m e n t o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y;C h a n g c h u n P u b l i c S e c u r i t y B u r e a u,C h a n g c h u n 1 3 0 0 0 0,C h i n aA b s t r a c t:W i t h t h e r a p i d d e v e l o p m e n t o f i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y,p u b l i c s e c u r i t y w o r k h a s e n t e r e d t h e d i g i t a l a g e.I n t h e d i g i t a la g e,t h e p u b l i c s e c u r i t y w o r k n e e d s m o r e c o n v e n i e n t,e f f i c i e n t a n d r a p i d m e a n s o f c o m m u n i c a t i o n,w h i c h r e q u i r e s t h e e s t a b l i s h m e n to f a n e w c o m m u n i c a t i o n s y s t e m t o s u p p o r t t h e p u b l i c s e c u r i t y w o r k.T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e b a s i c w o r k i n g p r i n c i p l e o f t h e p u b l i cs e c u r i t y B e i d o u +A I 5 G b r o a d b a n d A D h o c n e t w o r k s y s t e m,a n a l y z e s t h e o v e r a l l s y s t e m a r c h i t e c t u r e,n e t w o r k i n g s t r u c t u r e,t e c h n i c a ls c h e m e a n d h a n d h e l d t e r m i n a l d e v i c e s,c o m p a r e s t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e s,a n d d e s c r i b e s t h e p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s c e n a r i o st o i l l u s t r a t e t h a t t h e s y s t e m h a s s t r o n g t h e o r e t i c a l a n d p r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e.K e y w o r d s:P u b l i c s e c u r i t y,B e i d o u,A I,5 G,B r o a d b a n d A D h o c n e t w o r k(上接第8 3 页)D e s i g n o f r e m o t e c o n t r o l d i s p l a y s y s t e m b a s e d o n m o b i l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r kZ H A N G Y i t i a n,Z O U S h u g u a n gS c h o o l o f I n f o r m a t i o n a n d C o m m u n i c a t i o n E n g i n e e r i n g,N a n j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y,N a n j i n g 2 1 1 1 6 7,C h i n aA b s t r a c t:A m i n i m a l s y s t e m i s d e s 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