7月20日開始降落在河南的暴雨，給人們習(xí)以為常的城市基礎(chǔ)設(shè)施帶來了極大的挑戰(zhàn)。今年的極端暴雨天氣不止鄭州。德國也在暴雨后的網(wǎng)絡(luò)癱瘓中。14、15日德國才遭遇了有75年記載以來最大的暴雨。

　　7月21日，鄭州市西邊40公里的米河鎮(zhèn)斷電、斷網(wǎng)、斷路，完全成了信息孤島。

　　即便在移動通信尚未完全斷絕的鄭州市內(nèi)，人們也發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)「不靈」：刷二維碼付款、開單車失效，地圖導(dǎo)航也用不了。在鄭州前線的一位記者告訴極客公園（ID：geekpark），穩(wěn)定的只有2G網(wǎng)絡(luò)，打電話，發(fā)短信不受影響。為什么2G信號穩(wěn)定？

　　北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院的李昕副教授解釋，這是由于2G基站的覆蓋半徑比4G和5G大很多。2G基站的覆蓋半徑為5-10公里，4G基站為1-3公里，5G則只有100-300米。

　　很多基站都遭受到了直接破壞或斷電故障，導(dǎo)致4G和5G的覆蓋出現(xiàn)很多盲區(qū)。而2G的覆蓋半徑足夠大，因此即便大部分基站無法工作，剩余基站的2G信號所能覆蓋的區(qū)域仍然能夠為大量用戶提供基本的通話和短信服務(wù)。

　　遇到這種極端災(zāi)害，如何搶通通訊？答案在「空中飄」。

　　21日晚上23點，翼龍-2H無人機在從貴州安順機場起飛后9小時，為米河鎮(zhèn)帶來了4G信號。手機短信上寫著「受翼龍無人機滯空時間限制，公網(wǎng)恢復(fù)時間只有五個小時?！?/p>

　　德國萊茵蘭-普法爾茨州則利用SpaceX的星鏈衛(wèi)星網(wǎng)，搭建天線恢復(fù)信號。

空中基站

　　調(diào)動無人機充當(dāng)臨時空中基站，是救災(zāi)應(yīng)急通信的方案之一。這次翼龍無人機載基站提供的就是有限時段、有限范圍的有限通信服務(wù)。

搭載基站設(shè)施的翼龍-2H搭載基站設(shè)施的翼龍-2H

　　地面搶修和空中搶通是同時在進(jìn)行的。在翼龍飛往米河鎮(zhèn)通信中斷區(qū)的同時，地面也在搶修基站。21晚上20點左右，移動公司搶通一條傳輸線路，恢復(fù)了7個基站通信。不過之后又受到暴雨沖刷全部退服。

　　在這種時候，地面基站雖然能夠提供強大的通信服務(wù)能力，但不具備恢復(fù)條件，而無人機則可以借助通信衛(wèi)星信道，將機載移動通信基站連接到未受自然災(zāi)害影響的移動核心網(wǎng)，從而在最短的時間內(nèi)恢復(fù)通信服務(wù)。

　　無人機在米河鎮(zhèn)上空盤旋，能夠提供50平方公里范圍的4G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。半小時后，地面通信設(shè)施陸續(xù)恢復(fù)：23:30聯(lián)通公司搶通了1個基站；兩個多小時后中國移動公司的衛(wèi)星通信車也到達(dá)現(xiàn)場開通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

　　李昕介紹，無人機載基站是一種對現(xiàn)有技術(shù)的創(chuàng)新性組合運用，雖然能夠突破地面基站面臨的諸多制約條件，但也受到無人機運載能力、續(xù)航時間、供電能力以及衛(wèi)星通信所能提供帶寬的限制。因此，無論是服務(wù)時間還是能夠提供的網(wǎng)絡(luò)資源、連接質(zhì)量、服務(wù)用戶數(shù)量，都和地面基站存在差距。

　　50平方公里的覆蓋范圍，也是綜合考慮各種因素和應(yīng)急通信目標(biāo)需求之后選擇的一個平衡點。比如，在此次應(yīng)急通信任務(wù)中，由于時間緊迫，要求快速恢復(fù)災(zāi)區(qū)手機終端的通信服務(wù)，因此無人機的飛行高度不能超出手機信號發(fā)射的有效距離。

　　與此同時，固定翼飛機必須保持最低巡航速度才能滯空，但機載基站和地面手機終端之間的相對運動速度又要保持在能夠為用戶提供連續(xù)服務(wù)的水平，因此也不可能讓無人機飛得太低來增強信號強度。

　　這些制約因素都決定了無人機必須在移動性、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、覆蓋區(qū)域、用戶密度之間尋求恰如其分的平衡，不太可能為了優(yōu)化某一個目標(biāo)而打破這種平衡。

　　根據(jù)中國移動的統(tǒng)計，截至21晚上23：20，也就是空中基站運行后20分鐘，中國移動基站累計接通用戶3572個，產(chǎn)生流量2089.89M，單次最大接入用戶648個。也就是說，在這20分鐘里，每個用戶使用了0.59M的流量，大概可以發(fā)30分鐘時長的微信語音信息。

　　作為一種應(yīng)急通信手段，在地面通信基礎(chǔ)設(shè)施沒有出現(xiàn)大面積癱瘓的情況下，無人機載基站可以快速恢復(fù)小范圍區(qū)域內(nèi)少量用戶的最低限度通信。例如在這次米河鎮(zhèn)的救災(zāi)場景下，一架無人機就可以應(yīng)對。但若要為鄭州市中心50平方公里范圍內(nèi)的數(shù)百萬人口提供通信服務(wù)，就遠(yuǎn)不是一架無人機能夠承擔(dān)的任務(wù)了。

基礎(chǔ)通信的「替補」

　　這次鄭州的通信設(shè)施癱瘓除了基站進(jìn)水損壞，也很大程度上受到電力癱瘓的影響。如果地震，光纜直接受到拉扯斷裂，大面積的基礎(chǔ)設(shè)施癱瘓，恢復(fù)的難度就更大，必須挖出斷裂的光纜再接上。

　　2008年汶川地震面臨的就是這種情況。當(dāng)時的搶修方案是：有通往災(zāi)區(qū)的道路，就用應(yīng)急通信車；無法開車的地方，組織突擊隊，攜帶應(yīng)急通信設(shè)備徒步前往；沒有地面通道，就使用陸軍的直升機空投人員和設(shè)備。

　　李昕強調(diào)，「應(yīng)急通信手段并不能替代通信基礎(chǔ)設(shè)施，甚至應(yīng)急通信手段能夠發(fā)揮多大的作用，也取決于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施本身的規(guī)模體量、資源儲備、技術(shù)水平、組織結(jié)構(gòu)以及抗毀生存能力?！?/p>

　　2001年911事件之后紐約通訊癱瘓，美國電信運營商使用的方案是車載基站。這相當(dāng)于地面基站的一份完整備份，車隊到達(dá)現(xiàn)場后先恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)，同時搶修光纜。這與此次翼龍無人機進(jìn)行應(yīng)急通信的思路有類似之處：先用替代方案恢復(fù)通信，再搶修地面設(shè)備。

　　翼龍最早是用于軍事的偵察打擊一體無人機。翼龍-2H則是一款多用途的無人機，此前中國移動曾進(jìn)行過翼龍無人機的應(yīng)急通信演練，這是第一次被正式用于搶險救災(zāi)。

　　這次無人機搶險救災(zāi)，并不是一次心血來潮的炫技或靈光一現(xiàn)的創(chuàng)意，而要歸功于中國移動多年前就開展的研發(fā)、測試、驗證等一系列扎實的工作，以及成熟的預(yù)案、訓(xùn)練有素的隊伍、常態(tài)化的戰(zhàn)備措施。

熱氣球和衛(wèi)星

　　如果附近地面核心網(wǎng)也受損，那怎么辦呢？2017年美國波多黎各島遭遇颶風(fēng)襲擊，地面的通信設(shè)施大面積損害，災(zāi)害過去兩周后通訊依舊無法恢復(fù)，谷歌的熱氣球項目Project Loon此時派上了用場。

　　由于島上的通信設(shè)施整體癱瘓，因此必須依靠由多個氣球攜帶的基站組成的網(wǎng)絡(luò)向地面用戶提供通信服務(wù)，氣球上的基站則通過通信衛(wèi)星線路，與未受颶風(fēng)影響的地面網(wǎng)絡(luò)保持連接。

　　多個熱氣球穿越對流層，抵達(dá)平流層后停留，在空中組成網(wǎng)絡(luò)。平流層大氣平穩(wěn)，極少垂直流動，充分利用風(fēng)能和太陽能可以讓熱氣球長時間停留。

　　但與此同時也帶來另外兩個問題，一是平流層距離地面10Km，不支持手機直接連WiFi，需要在地面安裝電線。二是要通過算法隨時保證熱氣球群徘徊在特定的上空。

　　這一項目的首席工程師Salvatore Candido接受IEEE Spectrum采訪時形容：這在很大程度上是一個計算機科學(xué)項目。根據(jù)大氣情況，先后放飛的熱情球路線需要一個一個按順序計算。

谷歌熱氣球谷歌熱氣球

谷歌氣球工作原理谷歌氣球工作原理

　　Project Loon的初衷是向偏遠(yuǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施缺乏的地區(qū)提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。不過在今年年初，這一已有9年的項目宣布關(guān)閉。這是因為沒有辦法降低成本、形成有效的商業(yè)模式。

　　熱氣球做不了的事情，馬斯克的星鏈或許可以。6月時德國政府宣布將補貼每戶500歐元，幫助基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的鄉(xiāng)村地區(qū)搭建天線設(shè)備，讓居民使用無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。與鋪設(shè)遠(yuǎn)程光纜相比，接入衛(wèi)星寬帶顯然成本更低。

　　趕上德國遭遇洪水，星鏈的寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)就顯示出了優(yōu)勢。7月20日，萊茵蘭-普法爾茨州監(jiān)管和服務(wù)局表示已經(jīng)搭建12個衛(wèi)星天線，幫助居民使用互聯(lián)網(wǎng)。衛(wèi)星天線將繼續(xù)搭建到35個。

　　馬斯克的星鏈本身就具備為全球各地用戶提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的能力，在災(zāi)害場景下，星鏈也是一種有效的應(yīng)急通信解決方案。

　　不過谷歌氣球和星鏈方案，其飛行高度都已經(jīng)超過手機終端信號發(fā)射距離的極限，因此都要依靠專用的地面設(shè)備發(fā)揮類似于基站的功能，用戶才可以獲得網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

　　在災(zāi)害條件下，對于普通居民，臨時空投地面設(shè)備并指導(dǎo)其安裝使用并不是一個高時效性的解決方案，地面設(shè)備也會受到災(zāi)區(qū)電力供應(yīng)的限制。

　　無人機、星鏈衛(wèi)星、熱氣球都有各自的特點。無人機高效及時，但提供服務(wù)的范圍有限；星鏈和熱情球可以覆蓋更大范圍，也更穩(wěn)定，但需要地面設(shè)備配合。在自然災(zāi)害面前，除了有充分的技術(shù)儲備，也在于如何使用已有的技術(shù)。

天通衛(wèi)星系統(tǒng)車載天線天通衛(wèi)星系統(tǒng)車載天線

　　除了移動用無人機聯(lián)通衛(wèi)星保搶通通信，中國電信則使用了天通衛(wèi)星電話。河南公司在鄭大一附院河醫(yī)院區(qū)，緊急開通天通衛(wèi)星業(yè)務(wù)，保證了醫(yī)院轉(zhuǎn)移調(diào)度衛(wèi)星通話暢通，為及時安全轉(zhuǎn)移11350名患者發(fā)揮了重要作用。