第5章 网络应急通信第第5章章 网络应急通信网络应急通信5.1 点对点的实时聊天工具在应急通信中的应用5.2 用E-mail实现应急通信服务5.3 FTP用于应急通信业务5.4 基于流媒体技术的实时多媒体应急通信5.5 移动互联网技术在应急通信中的应用习题五第5章 网络应急通信5.1 点对点的实时聊天工具在应急通信中的应用点对点的实时聊天工具在应急通信中的应用 5.1.1 点对点的实时聊天工具的现状点对点的实时聊天工具的现状近年来，即时通信软件(Instant Messenger)的发展突飞猛进。即时通信具有实时性、跨平台性、成本低、效率高等诸多优势，使之成为网民们最喜爱的网络沟通方式之一。随着即时通信的普及，全球即时通信用户规模也在不断扩大。根据行业研究机构Radiated Group公司发布的报告，截止2004年，全球的即时通信用户数量己经达到了5.9亿。第5章 网络应急通信2007年，全球即时通信用户账号数将增长到14.39亿，年平均增长率为25%。同时，用户平均每天发送的即时通信消息数量将由2004年的582亿条增加到2007年的1380亿条，年平均增长24%。 我们以腾讯公司的QQ软件为例，它是现在中国也是世界上使用人数最多的聊天软件。据统计，腾讯QQ最高同时在线人数已突破700万，已经是一个老幼皆知的聊天软件。使用者不需要任何培训，只要知道应急通信人员的QQ号码就可以请求应急通信服务，简单的操作过程和广泛的QQ用户，使得在线实时应急通信服务更容易被推广利用。第5章 网络应急通信腾讯QQ是深圳市腾讯计算机系统有限公司开发的一款基于Internet的即时通信软件。腾讯QQ支持在线聊天、视频电话、点对点断点续传文件、共享文件、网络硬盘、自定义面板、QQ邮箱等多种功能。并可与移动通信终端等多种通信方式相连。该软件具有的功能可以满足应急通信服务的基本需要，它的最大优点是即时性与交互性：用户只要提出问题，可得到即时解答。一方如果有用户访问，警示系统会通知工作人员接收信息并进行交谈，工作人员随时可以对含糊的表达进行澄清，就信息资源的内容及使用方法进行介绍，它对指示性问题解答尤其有效。第5章 网络应急通信软件具有以下优点：(1) 使用成本低。使用腾讯QQ程序开展在线实时应急通信不需要任何设备和技术的额外投入，软件是免费的，从网上下载非常容易。软件对带宽要求不高，运行起来速度快。(2) 服务范围大。使用QQ应急通信可以不受互联网地域限制，用户在任何有上网条件的地方都可以使用QQ与应急通信人员联系，获得应急通信服务。通过腾讯QQ进行的实时应急通信服务尝试证明，在已有互联网的基础上利用腾讯QQ进行实时应急通信服务是方便可行的。 第5章 网络应急通信5.1.2 QQ所能提供的一些功能所能提供的一些功能QQ提供以下功能：(1) 可以实现与用户便捷的即时沟通。视频聊天功能可以让用户有面对面的应急通信感觉。(2) 可以为用户快速传输文件。无论用户需要的是文字、音频、图像还是其他形式的资料，都可以使用QQ的文件传输功能瞬间完成服务。(3) 可以为用户播放录像，以及各种电子数据库的检索方法等做成录像节目在QQ中为需要的用户提供服务。 第5章 网络应急通信(4) 可以与用户共享文件夹。应急通信人员可以根据应急通信经验预先把经常遇到的问题做成文档保存在共享文件夹内。遇到相关提问时可以让用户在共享文件夹中查找以节约打字时间为更多的应急通信者服务。(5) 腾讯QQ具有留言、QQ邮件、聊天记录下载、与手机绑定等功能，当遇到应急通信人员不在线时，用户可以查询聊天记录或通过留言、邮件留下需要应急通信的内容，手机绑定功能会及时提示应急通信人员做出应急通信反应。 第5章 网络应急通信(6) 不良访问的处理。为了方便用户，应急通信人员只能降低对应急通信者的验证要求，腾讯QQ是一个免费的公共聊天程序，同时会有数百万人在线，如果遇到与应急通信无关或不友好的访问者，应急通信人员可以将其放进黑名单里以避免浪费时间。使用QQ实时在线应急通信可以不受固定应急通信台的岗位限制，QQ支持多人同时交流，如果遇到应急通信人员不能解答的问题，可以请求在线的其他应急通信人员加入对话，共同完成应急通信任务。第5章 网络应急通信随着通信技术的发展，人与人之间的信息交流逐渐从面对面对话、信函过渡到短信、电话等方式，同时也促进了网络技术的发展。QQ作为一种实时聊天工具除了能在互联网上交流信息外，更是各种网络交互工具的集大成者，具有许多优点。 第5章 网络应急通信5.1.3 QQ的交互特色的交互特色(1) P2P的人人交流方式。当参与交流的二者都在线时，双方可以进行文字、图片、声音、视频的交流。双方除进行文字与对话的交流外，还可以实现情感的交流。(2) 一对多、多对一的群方式。群管理员可以把多个人加入到一个组中，组内成员可以进行相互交流(交流的文字和图片所有人员均可见)。多人之间可以建立语音聊天，以谈话的形式直接交流。第5章 网络应急通信(3) BBS(群)。类似BBS的功能，群内人员可以针对某一话题自由发帖或回复其他人发过而自己感兴趣的帖子。(4) 共享(群)。腾讯公司为每一个群划分一定容量的共享空间，成员可以把资源上传到服务器，实现资源的共享。(5) 手机短信聊天内容可以以短信的方式发送到手机(需绑定手机)，实现不在线情况下的实时交流。 第5章 网络应急通信(6) 相册(群)。任何成员可以把精彩的照片或图片上传到相册，以便和其他成员分享美好瞬间。(7) 公告(群)。群建立者可以以群内公告的形式发布消息，群内成员都可以收到此消息并永久显示在群面板上(只要公告内容不变)。(8) 可以通过QQ自带的娱乐功能来调剂身心。 第5章 网络应急通信5.1.4 利用腾讯利用腾讯QQ进行实时应急通信服务的可行性进行实时应急通信服务的可行性1. 互联网应急通信服务的发展趋势互联网应急通信服务的发展趋势腾讯QQ不能替代专业应急通信软件，要使实时应急通信服务达到理想的服务水平，所用软件必须使应急通信用户和用户的交流不再局限于单一的文本形式，还要具有声音、图像等多媒体形式，并实现网页推送功能，允许应急通信员和用户在异地共同浏览网页，从而引导用户寻找最合适的网络资源；此外，还允许用户使用有线或无线的网络直接和应急通信员进行对话等。标准的实时应急通信必须选择具备文字交谈、网页推送、同步浏览、应急通信日志管理、提问转发这五个核心模块以及其他辅助功能。第5章 网络应急通信提问转发功能可以更好地满足所有用户的需求，通过链接多个提供应急服务单位，整合各地应急服务的资源优势和人力优势，保证在每天24小时，每周7天内随时有一位服务员向任何地方的用户提供数字参考服务。总之，未来的实时应急通信服务更趋向于个性化、智能化。腾讯QQ只能完成部分应急通信业务，还不是标准的、专业化的实时应急通信软件，它无法实现对服务数据库检索过程进行共同浏览。利用腾讯QQ开展实时应急通信服务只能满足用户的部分需求，这就对应急通信服务人员素质要求很高。第5章 网络应急通信如果为全国在线应急通信服务，那决不是一两个人在线能完成的。首先，应急通信速度将难以满足用户要求；其次，应急通信内容也将无法满足所有用户要求。因此，实时应急通信对应急通信人员的素质提出了更高的要求，他们不仅要反映敏锐、打字快、有耐心还要具备广博的知识和一定的专业背景，一方面可以解答普通用户的简单提问，另一方面可以在专业层面上与用户进行交流。第5章 网络应急通信2. 互联网的发展为应急通信提供了良好的环境互联网的发展为应急通信提供了良好的环境利用网络进行聊天为应急通信提供了方便。如今，它不仅可以休闲娱乐交友，而且还逐渐成为信息时代人们获取信息的一个重要途径。目前，以QQ为代表的即时通信服务，正和电子邮件、上网浏览信息等网络应用一样，最大化地融入到了网民的日常生活中。它不仅是基本的沟通交流，而且为基于即时通信平台的其他互联网提供增值服务，如语音、音乐点播、信息共享等，以前所未有的速度改变着人们的生活方式，是我国第一家同时在线人数突破1000万的即时通信产品。第5章 网络应急通信其用户众多，市场潜力巨大，因此，利用它开展服务具有广泛的用户基础。应急通信服务的最大特点就是及时性和交互性，它凭借四通八达的网络和强大的现代信息技术，能够轻松地实现用户和用户之间的双向交流，应急通信服务有效地突破了传统的应急通信模式，更加突出随时性、随地性和人性化，必将成为应急通信的主要发展方向。第5章 网络应急通信5.1.5 电话QQ针对应急通信服务要求的实时性、便捷性，我们可以利用QQ的一种新功能电话QQ。电话QQ是基于语音的又一种新的电信增值业务。在互联网上聊天必须使用计算机，而且网络聊天要求有网线连接，这极大地限制了人们随时随地进行交友、沟通的愿望。相比之下，电话QQ充分利用电话的普遍性，可以使用户在没有电脑的情况下聊天交友。同时，它可以随时、随地登录，倾听到对方真实的声音。第5章 网络应急通信除此之外，电话QQ很好地满足了人们既要保留自身的隐私，避免与对方交友聊天时由于向对方提供真实电话号码而引起的麻烦，又满足了渴望与人交友聊天的需求。与用语音卡构建电话QQ系统和传统的交换机解决方案相比，该方案投资小、见效快，主要功能均由软件编程实现，因此，可以灵活地定制自己的业务流程，具有较高的性价比。第5章 网络应急通信1. 电话电话QQ系统功能设计系统功能设计电话QQ系统融合了人工热线的自动声讯系统的特点，综合多种业务，搭建起了一个声讯智能综合应用平台，打造了一个全新的类似网络QQ的沟通工具。它的基本功能包括：(1) 声讯常规业务：交友、聊天、咨讯、娱乐、点歌；(2) 语音信箱业务：每个注册用户都拥有一个语音信箱，可以向朋友留言或接收朋友发来的留言；第5章 网络应急通信(3) 数据业务：开发一个电话QQ网站，用户可以在网上注册会员号、修改/补充注册资料、查询资料、存放个人照片等，实现网络与电话间的互动交流，同时促进数据业务的发展；(4) 通信业务：每个注册用户都拥有一个会员号码，在这个会员号码下用户可以设置多种通信号码如固定电话、小灵通或手机号码，从而实现通过会员号与不在线会员朋友通信的目的。第5章 网络应急通信2. 电话电话QQ系统体系结构系统体系结构电话QQ系统是基于数字语音卡开发的。整个电话QQ系统包括电话终端、计算机终端、CTI服务器(带语音卡)、Web服务器和数据库服务器五大部分。系统体系结构图如图5.1所示。 第5章 网络应急通信图5.1 电话QQ系统体系结构图第5章 网络应急通信1) CTI服务器CTI服务器是负责话务分配的一个业务应用系统。它采用CTI技术，基于数字语音卡开发。通过对语音卡编写的应用程序，负责向语音卡驱动程序发出指令，操作语音卡，完成一系列的功能，并接收驱动程序获取的相关信息，把信息存储在数据库里，从而实现计算机系统对话务系统的控制。同时话务系统的操作通过事件通知计算机系统，完成应答、拆线、转移、呼入、呼出、排队、分群等一系列任务。CTI服务器的工作流程如图5.2所示。 第5章 网络应急通信图5.2 CTI服务器的工作流程图第5章 网络应急通信2) Web 服务器Web 服务器是向用户提供网上信息浏览服务的综合服务平台。它指引用户进行网上业务请求，并处理用户请求，给出处理结果。3) 数据库服务器数据库服务器上保存各种资料，如用户信息、聊天记录、语音留言等。 第5章 网络应急通信3. 各终端子系统功能设计及模块划分各终端子系统功能设计及模块划分电话终端子系统和计算机终端子系统是两个相互独立的子系统，但共用一个数据库。1) 电话终端子系统功能设计电话机终端子系统主要是通过系统语音提示和用户按键选择完成操作。系统将用户分为三种：新用户、老用户和应急通信用户(Guest)。用户拨打特定号码进入电话QQ平台后，系统将有语音提示用户选择按何种方式登录。若以新用户方式登录，系统将提示用户输入相关个人信息和密码，分配给用户一个QQ号码。若以老用户方式登录，系统将提示用户输入号码和密码即可。第5章 网络应急通信以这两种方式登录后系统流程基本相同。若以Guest方式登录则不需要输入任何信息，但用户只能使用系统部分功能，即系统公告、聊天室和休闲娱乐三部分。具体实现方式的流程如图5.3所示。第5章 网络应急通信图5.3 QQ电话流程图第5章 网络应急通信2) 电话终端子系统模块划分电话终端子系统分为八个模块，分别是DTMF模块、记时计费模块、录音模块、放音模块、系统认证模块、个人聊天模块、聊天室模块和数据库操作模块。新、老用户进入后系统自动处理，在处理过程中，用户只要按键，系统均要调用DTMF 模块处理按键信息，并且系统根据用户(注册用户)的需要在数据库操作模块、放音模块、录音模块、个人聊天模块和聊天室模块之间跳转。Guest用户由于功能限制，因此系统只能在数据库操作模块和聊天室模块之间跳转。 第5章 网络应急通信3) 计算机终端子系统功能设计计算机终端子系统主要是通过用户浏览网站和点击、键盘输入完成操作。该子系统主要是通过互联网补充一些电话QQ的不足，如可以在网站上上传自己的照片，补充个人资料等，从而实现电话与网络互动。具体的系统功能主要有以下几点：资料修改、个人空间、聊天记录、系统公告、语音信箱。4) 计算机终端子系统模块划分计算机终端子系统分为两个模块，分别是网页模块和数据库读/写模块。 第5章 网络应急通信4. 软件实现软件实现语音卡本身带有驱动程序，提供了一系列的API接口函数。电话QQ系统软件实现的是应用程序这一层。应用程序通过与API接口函数的交互，负责向驱动程序发出指令，操作语音卡，完成一系列的功能，并接收驱动程序获取的相关信息，把信息存储在数据库里。计算机终端通过页面请求，可以查询或者更改数据库的信息，并且可以得到返回的信息。由于电话QQ系统主要功能均由软件编程实现，因此可以灵活地定制自己的业务流程，具有较高的性价比。 第5章 网络应急通信1) 设计思想设计电话QQ系统的基本思想是：每一个通道在任何时刻总是处于某个状态，程序通过通道状态的迁移来实现高级呼叫控制，即对语音卡每条线路的通话状态(包括过程状态和忙闲状态)进行循环监测。其中，每个过程状态都有唯一标识号相对应，根据过程状态号可以确定语音流程的当前状态。 第5章 网络应急通信2) 基本思路在Windows 2000环境下用 VC+6.0 对语音卡进行编程，一般包括三个部分：(1) 初始化部分。它包括初始化卡、得到通道数和通道类型等，这部分在运行时调用一次即可。(2) 事务处理部分。这部分对实时的情况进行处理，一般放在TIMER函数里。(3) 结束部分。包括释放语音卡、释放驱动程序，这部分在退出时调用。第5章 网络应急通信3) 实现过程中的技术要点Windows中的计时器是一种周期性的消息产生装置，它每隔一段时间就发送一次计时器消息。因为设计中考虑到每一个电话通道状态的随机性，所以系统中采用了计时器 SetTimer，即每0.05 s运行一次系统的控制主函数。根据不同的状态，系统各个模块进行相应的处理。 第5章 网络应急通信4) 实例新用户注册的流程图如图5.4所示。第5章 网络应急通信图5.4 新用户注册的流程图第5章 网络应急通信电话QQ业务不仅是一种基于固网发展的新兴增值业务，更重要的是意味着服务和功能的创新，这项新业务可以广泛的用于应急通信中。试想一下，在应急通信的一方只有互联网一种通信方式，而需要与其他电话进行应急通信的情况下，电话QQ是一种很好的选择。目前电话QQ系统已经在电信局增值业务部试运行，运行结果正常，达到了预期效果。同时，围绕两方面做进一步升级工作：第一项是实现电话会议功能，由于语音卡所有通道都有自己的会议资源，可支持任意多方电话会议，同时又提供电话会议函数，因此实现此功能并不复杂；另一项是开发短信和传真网关，使用户可以通过该系统发送文字信息的电话QQ短信或发送传真。可以想象，在未来的互联网应急通信业务中，电话QQ将有它的一席之地。第5章 网络应急通信5.2 用用E-mail实现应急通信服务实现应急通信服务5.2.1 E-mail简介及用于应急通信的现状电子邮件是Internet上最早出现的服务之一，1972年由Ray Tomlinson发明。经过30 年的发展，电子邮件已经从单纯传递文字信息发展为可以传送各类多媒体信息的通信工具。它以使用方便、快捷，容易存储、管理的特点很快被大众接受，成为传递公文、交换信息、沟通情感的有效工具。在Internet上，用户使用最多的网络服务当属电子邮件服务。既然使用E-mail的用户这么多，那么将E-mail用于应急通信将有些什么特殊的意义呢？我们先来看看E-mail的技术原理，而后才能讨论其用于应急通信的可行性。 第5章 网络应急通信1. 电子邮件简史电子邮件简史世界上第一封电子邮件是由计算机科学家Leonard Kleinrock教授发给他同事的一条简短消息，这条消息只有两个字母“LO”。也许Kleinrock教授当时并没有想到，就因为这两个字母，他被人们称为电子邮件之父。从此以后，伴随着网络的迅速发展，电子邮件已经成为 Internet上最普及的应用。据统计，在100个Internet用户中，大约有80人的主要目的就是收/发电子邮件。电子邮件以使用方便、快捷、容易存储、管理的特点很快被大众接受，成为传递公文、交换信息、沟通情感的有效工具。“有事发个电子邮件给我”、名片上印上电子邮件地址已成为时尚。电子邮件已经越来越成为人们生活中不可缺少的一部分，将电子邮件用于应急通信有着广大的前景。 第5章 网络应急通信2. 电子邮件的基本原理电子邮件的基本原理电子邮件不是一种“终端到终端”的服务，是被称为“存贮转发式”服务。这正是电子信箱系统的核心，利用存贮转发可进行非实时通信，属异步通信方式。即信件发送者可随时随地发送邮件，不要求接收者同时在场，即使对方现在不在，仍可将邮件立刻送到对方的信箱内，且存储在对方的电子邮箱中。接收者可在他认为方便的时候读取信件，不受时空限制。在这里，“发送”邮件意味着将邮件放到收件人的信箱中，而“接收”邮件则意味着从自己的信箱中读取信件，信箱实际上是由文件管理系统支持的一个实体。因为电子邮件是通过邮件服务器(Mail Server)来传递文件的。第5章 网络应急通信通常邮件服务器是执行多任务操作系统UNIX的计算机，它提供24小时的电子邮件服务，用户只要向服务器管理人员申请一个信箱账号，就可使用这项快速的邮件服务。第5章 网络应急通信(1) 电子邮件系统是一种新型的信息系统，是通信技术和计算机技术结合的产物。电子邮件的传输是通过电子邮件简单传输协议(SMTP)这一系统软件来完成的，它是Internet下的一种电子邮件通信协议。第5章 网络应急通信(2) 电子邮件的基本原理是在通信网上设立“电子信箱系统”，它实际上是一个计算机系统。系统的硬件是一个高性能、大容量的计算机。硬盘作为信箱的存储介质，为用户分一定的存储空间作为用户的“信箱”，每位用户都有属于自己的一个电子信箱，并确定一个用户名和用户可以自己随意修改的口令。存储空间通常包含存放所收信件、编辑信件及信件存档三部分空间，用户使用口令开启自己的信箱，并进行发信、读信、编辑、转发、存档等各种操作。系统功能主要由软件实现。第5章 网络应急通信(3) 电子邮件的通信是在信箱之间进行的。用户首先开启自己的信箱，然后通过键入命令的方式将需要发送的邮件发到对方的信箱中。邮件在信箱之间进行传递和交换，也可以与另一个邮件系统进行传递和交换。收方在取信时，使用特定账号从信箱提取。与最常用的通信手段电话系统相比，电子邮件在速度上虽然不占优势，但它不要求通信双方同时在场：若收方不在，系统可以留下一份报文(Message)拷贝，到收方上机时通知他。这是电话系统做不到的，而打电话时对方不在的情况在半数以上。第5章 网络应急通信3. 系统组成与工作模式系统组成与工作模式 电子邮件服务通过“存储转发”的方式来为用户传递信件。与传统的邮件投递服务相比，在Internet上充当“邮局”这个角色的是被称为邮件服务器的计算机。用户使用的电子邮箱就建立在这类计算机上，借助它提供的服务，用户的信件通过Internet被送到目的地。它的工作模式如图5.5所示。 第5章 网络应急通信图5.5 电子邮件服务工作模式第5章 网络应急通信在图5.5中，“用户代理”(User Agent，UA)负责与用户打交道，它接收用户输入的指令，传送用户给出的信件报文。而“报文传送代理”(Message Transfer Agent，MTA)则完成邮件交换的工作，用户通常不和 MTA 打交道。当用户试图发送一封电子邮件时，他并不是直接将信件发送到对方的机器上，而是由用户代理去寻找一个报文传送代理，把邮件提交给它。报文传送代理得到了邮件后，首先将它保存在自身的缓冲队列中。然后，根据邮件的目标地址，找到应该对这个目标地址负责的服务器，并且通过网络将邮件传送给它。对方的服务器接收到邮件之后，将其缓冲存储在本地，直到电子邮件的接收者查看自己的电子信箱。第5章 网络应急通信显然，邮件传输是从服务器到服务器的，而且每个用户必须拥有服务器上存储信息的空间(称为信箱)才能接收邮件。报文传送代理的主要工作是监视用户代理的请求，根据电子邮件的目标地址找出对应的邮件服务器，将信件在服务器之间传输并且将接收到的邮件进行缓冲或者提交给最终投递程序。第5章 网络应急通信5.2.2 电子邮件传输过程电子邮件传输过程1. 简单的电子邮件传输过程简单的电子邮件传输过程邮件传输代理(Mail Transfer Agents，MTA)，它不是通过直接输入shell命令方式实现的，其功能是负责邮件消息的转发和投递，从MUA上接收用户要发送的邮件、解析地址、排队，然后将邮件发送到接收方的MTA上。如图5.6所示为电子邮件在两主机上的传送过程，在图5.6中Alice利用MUA自带的或调用其他的文本编辑器编辑这邮件，输入收件人的地址，然后点击MUA的发送键，MUA会立即将邮件送到指定的MTA上，通常可能是Sendmail或qmail，通过解析收件人的地址，Alice的MTA找到Bob的MTA所在主机，并通过SMTP将邮件送到Bob的MTA上。第5章 网络应急通信图5.6 电子邮件在两主机上的传送过程第5章 网络应急通信在接收方MTA收到信封上的地址后，首先分析该地址是否在本地，如果在本地，则会继续查找有无Bob这个用户，如果有，就向发送方送去确认信号，发送方会发出DATA命令，收到该命令时，接收方就开始接收邮件内容，直到收到一个只有一个句号的行，表示邮件发送完毕。如果接收方MTA没找到Bob这个用户，或者Bob的邮箱己经满了，那MTA会按照邮件信封上的地址将邮件退回给发信人。现在Bob的MTA收到了Alice的邮件，会给邮件头加一个Receive项，记录它是从哪里收到的邮件，何时收到的邮件等重要信息，然后将邮件投递到Bob的邮箱。第5章 网络应急通信电子邮件在网上的邮件服务器之间传递，每经过一个服务器，该服务器就会在邮件信头上加上自己的标记，只要分析这些标记，就可知道收到的邮件是从哪里发出的，并经过哪些服务器才到达信箱中的。 第5章 网络应急通信本地邮件分发代理(Message Delivery Agent，MDA)负责将MTA收到的邮件投递到邮件用户的邮箱中，有的邮件系统将邮件本地投递功能与MTA结合在一起，有的需要将这功能独立出来，这样可以简化MTA程序的复杂性。有些MDA软件还增加了邮件过滤功能、自动分类和处理功能，能根据用户要求对邮件头和邮件体的内容进行过滤，防止通过邮件传播病毒，并帮助管理用户接收到的邮件等。本例中MDA从MTA收到Bob的邮件，投递到Bob的邮箱中，Bob可以调用自己的MUA阅读Alice的来信了。如果Bob的主机关机或者断网，Alice的MTA会将Alice发出的信息先保存在邮件队列中，然后以一定的时间间隔重发这封信，直到完成邮件的发送。每个MTA都有自己的风格来处理邮件投递异常情况，但保证邮件不丢失是对MTA起码的要求。第5章 网络应急通信2. 远程邮件的接收过程远程邮件的接收过程绝大多数用户是通过在ISP或单位拥有固定域名的服务器申请账号，建立自己的邮箱来收发邮件，别人发来的邮件一般暂存在邮件服务器里，必须连接到服务器才能将邮件取回，而大部分MTA本身不提供对远程邮件读取的功能，这就需要远程邮件读取协议的支持。最常用的是POP3和IMAP。目前最常见的远程邮件收发形式如图5.7所示。第5章 网络应急通信图5.7 通过POP3或IMAP协议收取邮件第5章 网络应急通信Bob的MUA通过端口110向服务器请求并建立对话，服务器在验证了用户名和口令后，检查Bob的邮箱，发回后将这些邮件从服务器上删除。POP3在验证了用户口令时，完全用明文传输，安全性较差。POP3是以该用户当前存储在服务器上的全部邮件为对象进行操作，并一次性下载到用户端的计算机中，用户在取回自己的邮件前不知道邮件的内容。与POP3相比，IMAP协议要复杂一些，对邮件的支持能力更强，可为用户提供有选择地从邮件服务器接收邮件的功能，基于服务器的信息处理功能和共享信箱功能，有较好的目录服务能力等。利用SMTP协议将用户的邮件送到MTA上发送，利用POP3和IMAP4协议与服务器进行通信，取出邮件送到客户端计算机。 第5章 网络应急通信电子邮件在Internet上的传输是从一个机器传输到另一个机器。在这种方式下，电子邮件经过网络上的任一系统管理员或黑客都有可能截获或更改该邮件，甚至伪造某人的电子邮件。与传统邮政系统相比，电子邮件与密封邮寄的信件并不相像，而与明信片更为相似。因此，电子邮件本身的安全性是以邮件经过的网络系统的安全性和管理人员的诚实、对信息的漠不关心为基础的。而比明信片还要糟糕的是，电子邮件的发信人根本不知道一封邮件是经过了哪些中转站才到达了目的地，它实际上有可能经过了学校、政府机关、竞争对手建立的任何网站。第5章 网络应急通信电子邮件的不安全性表现为电子邮件在Internet上没有任何保密措施；电子邮件从一个网络传到另一个网络，最终到达目的网络，整个过程中电子邮件都是不加密的可读文件；用户的电子邮件有可能被人偷窥甚至篡改。使用电子邮件来传输重要机密和商业价值信息，如商务计划、合同、账单等存在极大的危险。他人可轻易地使用冒用的电子邮件地址发送电子邮件，伪造身份从事网上活动。由于网络软件的故障或者发件人的一时疏忽，导致邮件误投给陌生人或不希望发的人，其结果令人尴尬。第5章 网络应急通信而普通邮件由于有信封的缘故，因此误投的普通信件通常可能完好的退回，但电子邮件不同，收件人往往在阅读了信件内容后才意识到邮件误投。迷失的电子邮件不仅让人难堪，而且可能泄露极其重要的商业或技术信息。第5章 网络应急通信5.2.3 相关协议与标准相关协议与标准 电子邮件系统主要涉及的协议和标准如下： 简单邮件传输协议(Simple Mail Transfer Protocol，SMTP)；邮局协议-版本3(Post Office Protocol-Version 3，POP3)；Internet消息访问协议-版本4(Internet Message Access Protocol-Version 4，IMAP4)；RFC822(Standard For The Format Of ARPA Internet Text Messages)；第5章 网络应急通信多用途Internet邮件扩展协议(Multipurpose Internet Mail Extensions，MIME)；超文本传输协议(Hypertext Transfer Protocol，HTTP)；超文本标识语言(Hypertext Markup Language，HTML)。其中，使用最广泛的是SMTP和POP3协议。第5章 网络应急通信1. SMTP协议协议SMTP协议，即简单邮件传输协议，其目标是可靠高效地传送邮件，它独立于传送子系统而且仅要求一条可以保证传送数据单元顺序的通道。1982年发布的RFC 821描述了SMTP传输邮件的过程和规范。目前，由RFC 821、RFC 1123和该服务扩展形成了SMTP的基本规范。在SMTP模型中，针对用户的邮件请求，首先由用户发送请求给发送端SMTP，然后发送端SMTP与接收端SMTP之间建立一个双向传输通道。这里的接收端SMTP可能是最终接收端，也可能是中间转发接收端。第5章 网络应急通信双向通道建立起来以后，接收端和发送端就按照协议的规定，由发送端SMTP发出命令，接收端SMTP接收命令，而应答则反方向传送。SMTP协议中规定的命令有MAIL、RCPT、DATA、VRFY、EXPN、SEND、SOML、SAML、HELO、QUIT、RSET、HELP、NOOP 14条，其中MAIL、RCPT、DATA、RSET、NOOP、QUIT和HELP7条命令组成了SMTP协议的最小命令集。在Internet上，服务器间的邮件交换是通过SMTP协议来完成的。SMTP 服务器接收邮件，该邮件可能来自外部主机上的SMTP服务器，也可能来自本地SMTP服务器所服务的用户代理。第5章 网络应急通信服务器检查邮件地址，以便决定在本机发送该邮件还是将它转发到其他一些主机。由于SMTP没有身份认证，伪造电子邮件就很容易。如果某个服务器允许连接到SMTP端口，那么任何人都能连接到这一端口，并且发出一些命令，这些命令将发送一些看似来自合法用户的电子邮件。在SMTP协议中，没有采用任何的安全机制，全部信息都采用明文形式传送，并且使用固定的端口号25来进行邮件的发送。攻击者只要监听端口号为25的数据流，就能很容易的分析出SMTP命令及其参数内容，从而达到分析出所有邮件内容的目的。第5章 网络应急通信进一步的来说，对于SMTP的种种命令而言，其不安全性主要有：在发送邮件的过程中，MAIL和RCPT命令都可能被监听，通过分析这两个命令及其参数，就可以获知邮件的来源和去向，而攻击者一旦掌握了这些信息，就可能采取假冒攻击，对发送者和接收者都造成影响；同样的，VRFY和EXPN命令也可能被监听，通过这两个命令，攻击者可以知晓用户名和邮箱地址，从而进行攻击；发送邮件内容的DATA命令很可能成为主动攻击的介入点，攻击者截获DATA命令，然后用自己伪造的邮件内容代替原邮件内容发送给接收者，而此时发送者丝毫不知道自己的邮件已经被调了包，接收者也不知道这封邮件是假冒的；第5章 网络应急通信TURN命令可以使收发双方角色互换，攻击者利用这一命令可以逃避邮件过滤防火墙的检查，使得原本不允许外出的邮件被投递出去，原本不允许进入的邮件被接收进来，从而使过滤防火墙失去其应有的功能，达到透过防火墙进行攻击的目的；通过对邮件头中reverse-path域的修改，可以直接导致邮件误投，这些邮件将被错误的导入攻击者的邮箱，达到窃取邮件的目的。第5章 网络应急通信2. POP3协议分析POP3协议，即邮局协议第三版，在1996年发表的RFC1939中详细描述了其规范和命令。RFC1939是当前的POP标准，目前，它与RFC1082、RFC 2449规定的扩展机制一起工作。SMTP协议用于发送电子邮件，与之相对应的，POP3协议用于收取电子邮件。作为一种因特网协议标准，POP3定义了从服务器访问和下载电子邮件的方式。POP3客户端使用SMTP协议发送消息，POP3仅被用于检索消息。POP3是一种基于TCP/IP的协议，这意味着需要客户机和服务器主机之间进行网络连接。第5章 网络应急通信具体来说，SMTP使用固定的端口号25进行邮件发送，而POP3使用固定的端口号110进行邮件收取。POP3服务器一直监听110端口，等待用户连接。如果用户需要接收电子邮件，就连接POP3服务器的110端口，连接成功后会话就进入验证状态，这时用户输入自己的身份和口令，传给POP3服务器进行验证。验证通过后，会话就进入传输状态，这时用户与POP3服务器交互，获取想要接收的邮件，直至关闭本次连接。最后，服务器进入更新状态，释放本次会话所占用的资源。第5章 网络应急通信POP3协议所规定的命令共有12条，它们分别是：USER、PASS、STAT、LIST、RETR、DELE、NOOP、RSET、QUIT、TOP、UIDL、APOP。按照POP3会话的三种不同状态，即验证状态、传输状态和更新状态，这12条命令可以分为三组，每一组表示在该状态下可以使用的POP3命令。这三组分别是：在验证状态时：USER、PASS、APOP、QUIT；在传输状态时：STAT、LIST、RETR、DELE、NOOP、RSET、QUIT、TOP、UIDL；在更新状态时：QUIT与SMTP协议一样，POP3协议也具有明文传送数据的不安全性因素。第5章 网络应急通信同样的，攻击者通过监听端口号为110的数据流，也能很容易的分析出POP3命令及其参数内容，从而进一步分析出邮件内容。POP协议的不安全性表现为USER命令和PASS命令本身就是一个严重的安全隐患，攻击者很容易就能够窃取到用户名和口令。一旦口令暴露，整个邮件用户就完全展现在攻击者面前。尽管POP3协议提供了一个APOP命令，用于对用户的身份进行认证，具有一定的安全性，但其提供的安全性能却是有限的和不完善的。第5章 网络应急通信首先，该命令仅对用户名和口令进行加密，能对用户身份的认证起到一定的保护作用，但它对邮件的内容则毫无保护作用，无法抵御被动攻击。即使攻击者不知道用户口令，也能够监听到以明文形式传递的邮件内容。其次，对于用户名和口令的安全性而言，这条命令的作用也是有限的。根据APOP命令的安全机制，要保证用户名和口令的安全性，就必须保证POP3客户端和服务器所共享的一个秘密字符串的安全性。一旦这一秘密字符串泄露，APOP命令就毫无安全性可言了。第5章 网络应急通信RETR和TOP命令都可以查看邮件内容，在邮件内容的传递过程中，攻击者可以采取被动攻击，窃取邮件的内容；甚至可以采取主动攻击，修改邮件内容，欺骗接收端用户；或者根据邮件的内容，假冒接收端用户来欺骗发送端用户。 第5章 网络应急通信5.2.4 E-mail用于应急通信的思考用于应急通信的思考利用电子邮件收发资料是人们常用的方法。对于常规的应急通信，E-mail无疑是比较方便快捷的工具。用户只需要知道要进行应急通信的对方的邮箱地址，就可以将应急通信的文本内容发送给对方，即使对方不在线，文件也可以发到对方的邮箱。但是对于有几十兆、上百兆甚至千兆以上的资料，怎样用E-mail协议来实现大文件的传输? 有人会想到用MSN、QQ、NET-MEETING等工具来发送文件，但往往又被各种各样的代理、防火墙、网关等拒之门外。这个时候，我们也可以用E-mail来实现我们传送文件的目的。 第5章 网络应急通信为了发送大文件，我们可以把大文件截成许多几千字节大小的文件，然后逐个用电子邮件发出。接收端收到一个邮件就回复确认邮件，发送端收到确认邮件后发送下一个。接收端自动把收到的邮件打开，拼接成一个大文件。这样就完成了比较大型文件的传输过程。第5章 网络应急通信与其他的通信手段相比用E-mail进行应急通信，实时性、方便性都要差很多。但是它也有其优越的地方，比如，只要知道对方的地址，就可以不考虑对方所处的环境，绕过对方的防火墙与对方通信。而且，发出的信息可保留时间比较长，安全性能高。不管用户在哪里登录邮箱，都可以方便地使用。用户也可以预先在自己的邮箱中存储一些比较有用的文件，遇到应急通信的时候可以直接从邮箱中取出使用。第5章 网络应急通信5.3 FTP用于应急通信业务用于应急通信业务5.3.1 FTP简介及用于应急通信的现状简介及用于应急通信的现状1. FTP简介及与应急通信的关系随着Internet在全世界的普及和发展，越来越多的用户将自己的计算机连入这个庞大的网络中。其中，FTP(File Transfer Protocol)是Internet最早提供的服务之一，目前仍被人们广泛使用。如果说Internet是如今的信息高速公路的话，FTP就是其上面的洲际车。它使用TCP/IP体系结构中应用层上的FTP协议在不同的计算机系统之间互相传输文件。人们通常将文件传输服务称为FTP服务。第5章 网络应急通信通过FTP服务，Internet上的用户可以从授权的异地计算机上获取所需的文件，也可以把本地文件传输到其他计算机上，这就为计算机之间的双向传输文件提供了一种有效的手段。文件传输得到了极大的扩展，给用户带来了极大的方便，例如，Internet上实现资源共享的最基本的手段之一就是匿名FTP(anonymous FTP)。利用FTP技术，我们可以建立一个应急通信的通信平台。FTP文件服务器就是这个平台的核心，服务器上有相关应急通信的各种信息。当用户需要应急通信时，可以登录FTP自行下载或上传数据。第5章 网络应急通信2. FTP文件服务器应用于应急通信的优势文件服务器应用于应急通信的优势能在任何Windows的网络环境中将一台计算机变成FTP文件服务器，以达到互联网或企业、组织内部的资源共享的目的，满足了应急通信的快捷性，即时性。FTP文件服务器可由以下三种方式搭建：(1) 可以是互联网上的一台有其他计算机可以访问到的具有公网IP地址的计算机；(2) 可以是局域网中的一台计算机，局域网内其他计算机用户。可以通过安装有FTP Server的这台计算机执行文件传输及权限管理； 第5章 网络应急通信(3) 可以是公司内部网中的一个或多个工作站，以实现公司内部的资源共享。一般来说，通过FTP传输文件要比使用其他协议(如HTTP)更加有效，主要原因是FTP协议就是用来传输文件的，而且仅仅用来传输文件。它不像HTTP还有其他的一些功能，FTP的唯一工作就是确保文件正确的传输，除了校验发送和接收的文件是否一致以外，它不会像HTTP那样停下来翻译文件的内容。通常，主机的FTP事务处理是FTP服务器的唯一工作。既然这样，计算机的处理器资源被完全投入到FTP事务处理中，而不会被几个竞争服务器(处理器的)时间上所分割。 第5章 网络应急通信3. FTP文件服务器在互联网应急通信中的作用文件服务器在互联网应急通信中的作用FTP作为最常用的信息服务，可运载任何数据，从原始的ASCII文本、Postscript、SGML到可执行代码、图像、声音、视频动画等。下载文件时，所使用的协议也可能就是FTP。现在大多数浏览器都包含一个内置的FTP客户端来进行FTP传输。 第5章 网络应急通信FTP运载数据量大，在整个Internet的流量统计中，FTP占36%。迄今为至，只有近几年发展起来的环球信息服务能与之媲美。FTP文件传送服务主要用于存放大量的网络公用软件、常用工具和技术文档，以及一些著名FTP服务的镜像。建立匿名FTP服务器，可以将本单位的产品信息、用户手册提供给用户公开访问，还可以将Internet上大量的常用软件、免费软件、免费资源和文档资料等存储于本地、供本地用户访问。这样既方便了用户、又减少了对出口信道的占用。在访问FTP服务器时，不是所有文件都能访问，有一些是不允许访问的文件和目录。站点管理员会把可访问文件放在一个公共的文件夹中，用户访问时一般就在所指定的文件夹中进行。第5章 网络应急通信5.3.2 FTP服务的工作模式服务的工作模式FTP服务采用典型的客户机/服务器的工作模式。远端提供FTP服务的计算机，称为FTP服务器，通常是Internet信息服务提供者的计算机，它负责管理一个文件仓库，Internet用户可以通过FTP客户机从文件仓库中取出文件或向文件仓库存入文件。我们将从客户机上把文件或资源传送到服务器上的过程称为上传，而将从服务器上把文件或资源传送到客户机上的过程称为下载。图5.8反映的就是FTP工作模式。第5章 网络应急通信图5.8 FTP工作模式第5章 网络应急通信5.3.3 建立建立FTP的几种方式的几种方式1. 用用QQ建立建立FTP先打开自己的QQ，然后用鼠标单击要发送文件的好友的头像，在弹出的菜单中单击“共享文件夹”选项，就会弹出“共享文件”，选择改选项。这样，我们就可以用这个QQ新功能来建立FTP选择，左边的“我的共享”，会在上面看到“新建共享”选项，点击此项会弹出一个对话框，通过设置对话框中的内容可以建立自己要共享的文件目录。先设置共享名，这样你的好友就会根据你设置的文件名来判断里面的内容。设置好共享文件名之后，再指定本机的相对路径，并且在下面写上对共享文件夹的描述，以便于区分。第5章 网络应急通信如果文件夹里面有重要的文件，还可以设置密码，这样除了知道密码之外，是无法访问文件夹的。要是还对自己建立的共享文件夹不放心的话，还可以用“身份限制”和“禁止访问”这两项来更改用户允许访问的权限，以确定哪些用户可以共享文件，哪些用户不允许访问文件。一切都设置好后，你的好友就可以浏览共享文件了。用同样的方法打开“共享文件”对话框，选择左边的“浏览共享”选项，就会看到共享文件，如果想浏览哪个文件，单击鼠标右键选择“保存”，就可以将文件保存到自己的电脑里面。第5章 网络应急通信另外，FTP支持断点续传，双方有一方因为某种原因掉线的话，可以在下次连线的时候继续下载，并且作为建立FTP的用户，自己还可以对其他用户登录FTP进行监视。第5章 网络应急通信2. 用用IIS建立建立FTP服务器服务器利用IIS可以建立多个不同的FTP服务器，并且可以实现限制用户、锁定目录、封锁访问者的IP等功能。(1) 建立。利用IIS的向导就可以简单地建立FTP，单击开始设置控制面板管理I服务管理器，打开“Internet信息服务”，用鼠标右键单击计算机名，在弹出“新建FTP站点”，弹出FTP站点创建向导。根据向导提示，输入FTP站点的说明输入FTP站点的IP地址(动态IP可选择全部未分配)和TCP端口(默认为21)指定主目录路径设置用户的访问权限完成站点的建立。 第5章 网络应急通信(2) 设置。FTP站点建立后还要进行相关的设置，在Internet信息服务中右键单击所建FTP站点的名称，在弹出的菜单中选择“属性”，出现“我的FTP属性”对话框，在此便可完成对站点的设置，例如，若选中只允许匿名连接，则FTP只对匿名用户开放。(3) 监控。监控可以监视FTP服务器，并可以断开其中的访问连接。另外，IIS是微软出品的架设WEB、FTP、SMTP服务器的一套整合软件，捆绑在Windows 2000/NT中，可以在控制面板的添加/删除程序中选择添加/删除Windows组件中选择添加IIS服务。第5章 网络应急通信3. 用用Serv-U建立建立FTP网站网站Serv-U是Windows平台上最流行的FTP服务器软件，可以从官方网站(http：/www.serv-u.com/)下载，也可以从其他网站下载，用Serv-U可以建立功能更加强大的FTP网站。如果安装了IIS，在配置Serv-U之前，需要先把IIS的FTP服务器关闭。通过“控制面板管理工具服务FTP Publishing Service”，把启动类型设为手动，然后点击停止。第5章 网络应急通信下载完Serv-U安装程序后，使用默认选项安装，安装到最后，开始设置。在“Domain”上单击鼠标右键。选择“New”弹出设置向导完成域名设置。 在“Users”上单击右键，选择“New User”，添加新用户，弹出“添加新用户向导”，根据向导设置用户名、密码、用户根目录等，完成用户的添加，并可选择界面中右边红色框里的选项，赋予用户更多权限。 第5章 网络应急通信5.3.4 FTP应用于应急通信的实例应用于应急通信的实例FTP在新疆地震工作在新疆地震工作中的应用中的应用1. 基本概况基本概况新疆地震局于2000年架设了FTP服务器，其主机名为Ftp.eq-xj.ac.cn，操作系统为Unix。 FTP服务器的起始目录(Windows 98下称为文件夹)为HOME，下设14个子目录分别为OBS(地震监测系统)、CAT(地震目录)、SEISM (测震)、PREC(前兆)、EQI(震情类)、V1EW(会商)、HAZI(灾情)、CG1S(综合地理信息)、PSD(防震减灾宣传教育)、OSTP(办公事务)、SPUR(公用类)、ASOF(软件)、BB(公告栏)、SUSERS(用户目录)，为各单位提供与地震相关的各类信息。第5章 网络应急通信2. FTP设置设置本局局域网内的计算机所使用的操作系统大多为Win9X、Win2000或WinXP，对FTP服务器的访问可通过以下两种途径：DOS方式下直接输入行命令使用FTP命令，或者安装Windows支持的FTP软件(如CuteFTP，WsFTP等)，FTP软件可以上网下载，也可以从光盘中得到。下面分别做简要说明。 第5章 网络应急通信1) DOS窗口下FTP命令的使用DOS窗口可通过“开始”“程序”“MSDOS方式”打开。在提示符下键入：C：windowsftp ftp.eqxj.Ac.cnConnected to ftp.eqxj.Ac.cn220 ftp.eqxj.Ac.cn FTP server readyUser (ftp.eqxj.Ac.cn：(none)：在提示符后正确输入用户名和密码。也可匿名登录，用户名请用：anonvmous，密码：您自己的名字。注意：密码并不显示。这时出现登录成功的信息，出现FTP提示符。第5章 网络应急通信e：windowsftp ftp .eqxj.Ac.cn Connected to ftp.eqxj.Ac.cn220 ftp.eqxj.ac.cn FTP server readyUser (ftp.eqxj.Ac.cn： (none)： eq00331 Password required for eq00Password：230 User eq00 logged inftp 使用FTP命令可通过ls，pwd，cd，get，put等命令的使用实现文件的上传与下载。第5章 网络应急通信2) 如何设置FTP软件获取信息这里以Cutel Ftp为例。运行Cute FTP，点击第一个菜单(文件)下的(站点管理器)选项，点击新建(N)，录入一个名字(任意)，在右边的 FTP主机地址(H)中填入域名(ftp.eq-xj.ac.cn)或IP地址(210.72.121.131)均可。也可填入个人用户名，同时将登录类型选为普通。如果没有个人用户名，则什么也不用填，只需将登录类型选为匿名；在 FTP站点密码(W) 栏中输入正确密码(密码并不回显)；FTP站点连接端口(T)默认为21。然后单击右下方的连接(C)，成功连接后，进入工作窗口。第5章 网络应急通信左边为本地工作区，右边为管理员指定的登录FTP服务器(远程)的默认工作目录，软件默认支持直接拖动。上传：用鼠标左键选中左边窗口中的本地需上传的文件并按住不放，拖动到右边窗口中，松开后文件即被复制到了远程主机中；下载：采用同样的方式，从右边窗口中拖动到左边窗口中。如果拖动复制成功的话，说明您具有对该目录的读写权，反之，您对目录可能是只可读不能写。您可通过Cute FTP菜单选项中的命令改变成为更方便的使用操作方式。第5章 网络应急通信(1) 信息显示区。这里是FTP站所显示的信息区，可以由这里知道目前连接的情形，例如，该站给使用者的欢迎或提示信息、是否支援断点续传、正在下载哪个文件、是否己经连接中断，等等。(2) 本地文件区。这里显示的是您的硬盘要上传(UPLOAD)及要下载(DOWNLOAD)的所在目录，未设定前，默认显示的是Cute FTP的安装目录(如C：programs filescuteFTP)。 第5章 网络应急通信(3) 服务器端文件显示区。这里显示的是FTP站点里面的目录和文件(比如，文件名、大小、属性等)，我们都可以非常清楚的看见。(4) 排程区。排程区可以一次准备好要上传或者下载的文件，然后一次性完成。免除上传下载过程中太多的人为干预因素所造成的时间浪费。以上操作，也可以简单的通过鼠标在不同窗口的拖放来完成，非常方便。甚至可以使用工具栏上的相应快捷按键或快捷按钮来完成(本文就不多讲述，您只要把鼠标停留在快捷按钮上即会弹出该按钮的相应作用说明)。 第5章 网络应急通信3. 新疆地震信息FTP服务器的目录和文件结构(1) 地震监测系统(OBS)。该目录下有三个子目录，分别是全球地震监测系统、全国测震系统、全国前兆监测系统。(2) 地震目录(CAT)。该目录下没有子目录，共有五类目录文件，分别是地震速报目录，用P标识；地震月报目录，用c标识；全国及邻区快报目录，用q标识；临时地震序列目录，用x标识；全球地震目录，用g标识。第5章 网络应急通信(3) 测震(SEISM)。该目录下设有五个子目录，分别是地震速报(fde)、台站震相数据(phase)、地震观测报告(bul)、震源参数(source )、地震波形数据(wave)，其中地震速报用f标识，震相数据文件用j标识，地震观测报告文件标识为k，震源参数分为震源机制解和地震值张量，用I表示，地震波形数据包括波形数据和波形数据索引两类文件，用u标识。(4) 前兆(PREC)。该目录下分为省网共享前兆文件子目录(share)及供上网使用的子目录(pnt)。在share目录下，设日文件(day)、月文件(month)及正式文件(pfile)；在pnt目录下，设日压缩文件(dayp)及月压缩文件(monthp)。前兆类标识为a。第5章 网络应急通信(5) 震情类(EQI)。该目录不再下设子目录，所包含的文件类型分别为震情参数和震情监视报告，分别用y和b来标识。(6) 会商(VIEW)。该目录不再下设子目录，文件分别为周会商意见、月会商意见、年中和年度会商意见、震情反映、会商讨论等，其文件类标识分别为w、m、n、t、d。(7) 灾情(HAZI)。该目录下存放的分别是灾情报告、震害预测、震害评估及各种区划图等超媒体国内外资料文件。(8) 综合地理信急(CG1S)。该目录下将存储自然地理、经济地理、构造地质等超媒体资料信息。第5章 网络应急通信(9) 防震减灾宣传教育(PSD)。该目录下存有防震减灾政策法规、防震减灾科普知识、抗震措施等超媒体信息资料。(10) 办公事务(OSTP)。该目录存放各单位来往公文，以文本文件为主，可以有各种图形、报表等文件。(11) 公用类(SPUB)。该目录作为地震用户学习、讨论、交流园地，有读、写权利。(12) 软件(ASOF)。该目录下收集并保存操作系统、地震分析预报、震去评估、震去预测、计算技术等软件及相关文档。第5章 网络应急通信(13) 公告栏(BB)。该目录用于向地震用户发布各种公告、消急、通报等信息。(14) 用户目录(SUSERS)。在该目录下，为所有注册用户(包括局各处室、局下属台站和各地区市局的用户等)开设了用户子目录。各用户目录作为该用户报送和获取信息的存储空间。目前，FTP用于新疆部分台站前兆日常观测数据的上传、向中国地震局上传地震快报、震情简报、会商简报及向中国地震局数据中心上传前兆数据等。同时，从中国地震局FTP下载相关地震信息、各类通知等。 第5章 网络应急通信5.4 基于流媒体技术的实时多媒体应急通信基于流媒体技术的实时多媒体应急通信5.4.1 流媒体技术的背景流媒体技术的背景流媒体技术是一种基于宽带技术的视频、音频、数据等多媒体信息实时传输技术。人们在网页上看到的不再是文字或静止的图片，而是类似电视播放的图像信息。它的出现使网络成为集电视、报纸、广播于一体的新的媒体。 第5章 网络应急通信随着信息社会的快速发展，流媒体技术在互联网媒体传播方面起了主导作用。其中，视频点播、远程教育、视频会议、网络直播、网上新闻发布、网络广告等方面的应用空前广泛，方便了人们全球范围内的信息、情感交流。第5章 网络应急通信据英国Analyses公布的针对视频流式媒体市场的调查结果表明，随着视频流式媒体逐渐成为企业的一种比较现实的选择，2006年西欧市场规模从2001年的约2500万美元增长为约2亿美元，规模扩大了十倍。并且该公司透露，在今后，视频流式媒体市场主要将受到公司内部通信、研修和营销活动及对投资家提供信息等用途的拉动。宽带视频流媒体真正的快速增长将从2005年开始，传输量将以年均90%，营业额将以年均50%的速度增长。第5章 网络应急通信流媒体在中国的宽带建设中被列为最主要的应用之一，人们普遍看好流媒体技术未来的发展。网站巨头Yahoo公司的创始人杨致远曾预言，鉴于宽带网络用户数量的日益增加，企业高度重视流媒体技术的时候到了。他说：“从早期发展向大规模应用的过渡己基本完成，我们相信，通过网络传播多媒体信息的条件己经成熟，流媒体技术腾飞的时刻即将到来”。第5章 网络应急通信流媒体成为互联网应用的主流，并因其广泛而又独特的魅力占领互联网重要市场，从而推动互联网整体架构的革新，拉动信息经济的发展。近几年来，流媒体技术在世界范围内已有应用，特别是1995年推出第一个Internet流媒体播放器以来，Internet流媒体应用有了爆炸性增长，互联网的发展决定了流媒体市场的广阔前景。曾经有一组来自国际权威机构的调查，仅2000年在网上访问流媒体的人数增加65%，西方网络发达国家访问流媒体的人数已达到1.1亿人，约占网民的1/3。在亚洲访问流媒体的人数也迅速增加到2500万人，将近网民的1/9。第5章 网络应急通信与用户增长相呼应，互联网上视频流媒体技术应用也逐年地大幅度增长。如今，流媒体市场已经呈现巨大的收入潜能。巨大的市场吸引越来越多的企业参与竞争。前些年，Apple、Cisco、Kasenna、Philips和Sun宣布成立互联网流媒体联盟(ISMA)，意在共同推动流媒体市场，并制订相应的开放标准和实施协议。一个全球化的流媒体市场和竞争格局那时已初步形成，如何在这个市场取得份额，成为当前诸多企业关注的焦点。国内外厂商的纷纷拥入，将使我国的流媒体市场更加活跃，更加成熟，当然，竞争也将更加激烈。第5章 网络应急通信5.4.2 流媒体技术的原理及主要应用通常，流媒体有两种含义，广义上的流媒体是使音频和视频等信息形成稳定和连续的传输流、回放流的一系列技术、方法和协议的总称，常称为流媒体系统；而狭义上的流媒体是相对于传统的下载回放方式而言的一种媒体格式，能从Internet上获取音频和视频等连续的多媒体流，客户可以边接收边播放，减少了大量的等待时间。第5章 网络应急通信一般地，可以认为“流媒体”是指采用流式传输的方式在Internet播放的媒体格式，如音频、视频、动画或多媒体文件。它在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存，其他的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些延迟，其关键技术就是流式传输。第5章 网络应急通信流媒体又根据流式传输的不同实现方式分为顺序传输流(Progressive Streaming)和实时传输流(Realtime Streaming)。实时传输流指保证媒体信号带宽与网络连结匹配，使媒体内容可被实时观看到。实时流需要专用的流媒体服务器与传输协议，特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可以控制浏览的内容；而顺序流使用HTTP服务器顺序下载文件。在下载文件的同时，用户可观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的剩余部分，顺序流不可根据用户的连接速度作调整，严格来讲，它不是真正意义上的流式传输技术。第5章 网络应急通信1. 流媒体技术的三大特点流媒体技术具有以下三大特点：(1) 能够实时播放音、视频和多媒体内容，也可对其进行点播，具有交互性；(2) 边下载、边播放；(3) 客户端接收、处理和回放一个流媒体文件，但该文件不在客户端驻留，不占用客户端的存储空间，流媒体处理和播放完随即被清除。第5章 网络应急通信只有同时符合这三个特点的才能称为流媒体。流媒体系统大致有以下几个组件：(1) 转档转码工具(Encoder)，用于压缩转档；(2) 服务器(Server)，管理并传送大量多媒体文件；(3) 编码器(Scripter)，可整合多媒体，并以互动方式呈现；(4) 播放器(Player)，在用户端呈现流的内容。流媒体传输流程如图5.9所示。第5章 网络应急通信图5.9 流媒体传输流程图第5章 网络应急通信1) 流式传输目前，在网络上传输音/视频等多媒体信息主要有下载和流式传输两种方式。因为A/V文件一般都较大，所以需要的存储容量也较大；同时，由于网络带宽的限制，下载常常要花数分钟甚至数小时，因此这种处理方法延迟很大。采用流式传输时，声音、影像或动画等流媒体由音/视频服务器向用户计算机连续、实时传送，用户不必等到整个文件全部下载完毕，而只需经过几秒或十几秒的启动延时即可进行观看。当声音、影像等流媒体在客户机上播放时，文件的剩余部分将在后台从服务器内继续下载。流式不仅使启动延时成十倍、百倍地缩短，而且不需要太大的缓存容量。 第5章 网络应急通信流式传输定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体(如视频、音频)的技术总称。其特定含义为通过Internet将影视节目传送到PC机。实现流式传输有两种方法，即实时流式传输(Realtime Streaming)和顺序流式传输(Progressive Streaming)。一般说来，如果视频为实时广播，或使用流式传输媒体服务器，或应用如RTSP的实时协议，即为实时流式传输；如果使用HTTP服务器，文件即通过顺序流发送。采用哪种传输方法依赖您的需求。当然，流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。第5章 网络应急通信2) 流媒体技术原理流式传输的基本原理见图5.10，它的实现需要合适的传输协议。由于TCP需要较多的开销，因此不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时声音数据。流式传输的过程一般是：用户选择某一流媒体服务后，Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息，以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来；然后客户机上的Web浏览器启动A/Vplayer程序，使用HTTP从Web服务器检索相关参数对player程序初始化。这些参数可能包括目录信息、A/V数据的编码类型或与A/V检索相关的服务器地址。 第5章 网络应急通信图5.10 流式传输的基本原理第5章 网络应急通信A/V player程序及A/V服务器运行实时流控制协议（RTP/UDP），以交换A/V传输所需的控制信息。与CD播放机或VCRs所提供的功能相似，RTP/UDP协议提供了操纵播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法。A/V服务器使用RTP/UDP协议将A/V数据传输给A/V客户程序(一般可认为客户程序等同于Helper程序)，一旦A/V数据抵达客户端，A/V客户程序即可播放输出。 第5章 网络应急通信2. 流媒体系统组成流媒体系统组成流媒体文件从原始文件的创建到最终客户端播放需要经历几个步骤，一般称为流媒体过程。流媒体过程一般包括：(1) 创建：音频或视频文件的捕获(摄像、录音)；(2) 编码：用来将原始的音/视频等文件转换成流格式的文件流媒体文件；(3) 设计：这些流媒体必须通过网页上的连接或嵌入式显示访问；(4) 服务：这些文件必须放在流媒体服务器上；(5) 播放：用来播放流媒体的软件。 第5章 网络应急通信一个完整的流媒体系统应包括以下几个组成部分：(1) 编码工具：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式；(2) 流媒体数据；(3) 服务器：存放和控制流媒体的数据；(4) 网络：适合多媒体传输协议或实时传输协议的网络；(5) 解码播放器：供客户端浏览流媒体文件。 第5章 网络应急通信3. 流媒体的主要应用流媒体技术广泛用于网络直播、视频点播、远程教育、多媒体新闻发布、网络广告、电子商务、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网信息服务的方方面面，它的应用将为网络信息交流带来革命性的变化，对人们的工作和生活将产生深远的影响。 第5章 网络应急通信1) 网络直播网络直播是指从互联网上直接收看体育赛事、重大庆典、商贸展览等。网络带宽问题一直困扰着互联网直播的发展，随着宽带网的不断普及和流媒体技术的不断改进，互联网直播己经从试验阶段走向了实用阶段，并能够提供较满意的音/视频效果。流媒体的视频直播应用突破了网络带宽的限制，实现了在低带宽环境下的高质量影音传输，其中，智能流技术保证不同连接速率下的用户可以得到不同质量的影音效果。此外，流媒体的多址广播(Multicast )技术可以大大减少服务器端的负荷，同时最大限度地节省了带宽。 第5章 网络应急通信2) 视频点播视频点播是指将视频内容压缩编码后形成流媒体格式的文件，通过流媒体服务器进行发布，使得用户根据自己的需要在任何时候直接点播即可观看。娱乐是流媒体的重要应用场合。用摄像机或其他装置获得视频信号后，就可以通过站点进行基于Internet的现场直播；或者保存为流媒体格式的文件，以供按需播放。需要在一台较高配置的PC机或服务器上安装普通视频采集卡和声卡，然后通过视频采集卡输入视频和通过声卡输入声音信号就可以用实时编码工具来进行直播或录制成流媒体文件。在这种应用中可加入一定的计费手段，从而能够提供有偿多媒体内容服务。 第5章 网络应急通信3) 网络教育将信息从教师端传递到远程的学生端，需要传递的信息包括各种类型的数据，如视频、音频、文本、图片等。由于当前网络带宽的限制，流媒体无疑是最佳的选择。就目前来讲，能够在互联网上进行多媒体交互教学的技术多为流媒体，像Real System，Flash，Shockwave等技术就经常应用到网络教学中。随着网络及流媒体技术的发展，越来越多的远程教育网站开始采用流媒体作为主要的网络教学方式。远程教学将为更多的人提供接受教育的机会。教学者事先在Internet/Intranet上发出通知，听众在讲座开始前访问某个URL地址。第5章 网络应急通信当讲座开始时，听众可以看到演讲者的演讲画面并能听到他的声音。整个讲座也可以以媒体文件的形式记录下来，用于以后按需播放。教学者事先把媒体文件传给远程教学服务器，当听众需要听讲座时，同样访问相应的URL地址。请求获取服务器中的媒体内容。媒体数据通过流式传输下载到用户的浏览器高速缓存中，由媒体播放器实时回放。 第5章 网络应急通信4) 视频会议市场上的视频会议系统有很多，这些产品基本都支持TCP/IP网络协议，但采用流媒体技术作为核心技术的系统并不多。流媒体并不是视频会议必须的选择，但是流媒体技术的出现为视频会议的发展起了重要的作用。视频会议和远程教学有很多类似之处，但它对实时性的要求更高。在一个视频会议中，各个会议点用音/视频采集设备得到多媒体内容信息，经过数字化后用某种压缩方法进行压缩。压缩数据可以通过网络直接在各个会议点之间组播，或传到多点处理器(MP)经过合成或转换后再向各与会点组播。但不管采用哪种方式，都需要保证以尽量小的时延在各个点进行回放，这正是流媒体技术发挥作用的地方。 第5章 网络应急通信5.4.3 流媒体播放方式及内容传递方式流媒体播放方式及内容传递方式1. 流媒体播放方式流媒体播放方式1) 点播点播连接是客户端与服务器之间的主动的连接。在点播连接中，用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。用户可以开始、停止、后退、快进或暂停流。点播连接提供了对流的最大控制，但这种方式由于每个客户端各自连接服务器，因此会迅速用完网络带宽。 2) 广播广播指的是用户被动接收流。在广播过程中，客户端接收流，但不能控制流。例如，用户不能暂停、快进或后退该流。 第5章 网络应急通信2. 流媒体内容传递方式流媒体内容传递方式1) 单播在客户端与媒体服务器之间需要建立一个单独的数据通道，从一台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户机，这种传送方式称为单播。每个用户必须分别对媒体服务器发送单独的查询，而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包拷贝。这种巨大冗余的过程会造成服务器沉重的负担，响应需要很长时间，甚至停止播放，管理人员被迫购买硬件和带宽来保证一定的服务质量。 第5章 网络应急通信2) 组播IP组播技术构建一种具有组播能力的网络，允许路由器一次将数据包复制到多个通道上。采用组播方式，单台服务器能够对几十万台客户机同时发送连续数据流而无延时。媒体服务器只需要发送一个信息包，所有发出请求的客户端共享同一信息包。信息可以发送到任意地址的客户机，减少网络上传输的信息包的总量。从而网络利用效率大大提高，成本大为下降。 第5章 网络应急通信5.4.4 视频压缩编码标准视频压缩编码标准由于流媒体中的图像和视频包含的数据量非常大，必须采用压缩编码技术才能存储、处理和传输，因此压缩编码技术是影响流媒体应用和发展的关键技术之一。传统的压缩编码是建立在仙农(Shannon)信息论基础上的，它以经典的集合论为基础，用统计概率模型来描述信源，但它未考虑信息接受者的主观特性及事件本身的具体含义、重要程度和引起的后果。因此，压缩编码技术的发展历程实际上是以仙农信息论为出发点，一个不断完善的过程。第5章 网络应急通信1. 编码标准的分类编码标准的分类压缩编码技术发展至今已经产生了许多标准，目前最为重要的编解码标准是国际电信联盟的H.261和H.263；运动静止图像专家组的M-JPEG；国际标准化组织运动图像专家组的MPEG系列标准，包括MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7和MPEG-21标准；由ITU-T和MPEG联合开发的最新标准H.264。此外，在互联网上被广泛应用的还有Real Networks公司的Real Video，微软公司的WMV以及Apple公司的Quicklime等编解码标准。其中，Real Video的最新版本是Real Video10，WMV的最新版本是WMV9。 第5章 网络应急通信1) MPEG-4标准运动图像专家组MPEG于1999年2月正式公布了MPEG-4(ISO/IEC 14496)标准的第一版本，同年底推出了MPEG-4的第二版本，且于2000年初正式成为国际标准。MPEG-4与MPEG-1和MPEG-2有很大的不同。MPEG-4不只是具体压缩算法，它还针对数字电视、交互式绘图应用(影音合成内容)、交互式多媒体(WWW、资料撷取与分散)等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内，旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具，从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领域普遍采用的统一数据格式。第5章 网络应急通信MPEG-4的独特优点包括基于内容的交互性、高效的压缩性和通用的访问性。这些特点无疑会加速多媒体应用的发展，从中受益的应用领域有：因特网多媒体应用，广播电视，交互式视频游戏，实时可视通信，交互式存储媒体应用，演播室技术及电视后期制作，采用面部动画技术的虚拟会议，多媒体邮件，移动通信条件下的多媒体应用，远程视频监控，通过ATM网络等进行的远程数据库业务等。第5章 网络应急通信2) H.264标准H.264是ITU-T的视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC的活动图像编码专家组(MPEG)联合视频组(JVT，Joint Video Team)开发的一个新的数字视频编码标准，它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。1998年1月份开始征集草案，1999年9月，完成第一个草案，2001年5月制定了其测试模式TML-8，2002年6月，JVT第5次会议通过了H.264的FCD板，2003年3月正式定稿。H.264最具价值的部分是更高的数据压缩比，即在同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的MPEG-2高23倍，比MPEG-4高1.52倍。第5章 网络应急通信H.264能以较低的数据速率传送基于IP的视频流，在视频质量、压缩效率和数据包恢复丢失等方面，超越了现有的MPEG-2、MPEG-4和H.26x视频通信标准。第5章 网络应急通信3) 微软公司的WMV9WMV9是微软公司开发的音/视频压缩编码技术。WMV9与H.264一样，都是高性能的视频编解码标准，区别在于前者是微软的独有标准，而后者是国际标准。在性能上，WMV9的数据压缩率与H.264一样，两者的应用领域也极其相似。第5章 网络应急通信4) 我国的AVS音/视频编解码技术AVS是中国自主制定的音/视频编码技术标准。AVS工作组成立于2002年6月，工作组专家以当前国际上最先进的MPEG-4 AVC/ H.264框架为起点，自主制定适合既定应用的中国标准，其中，强调自主知识产权，同时又充分考虑实现的复杂程度。经过一年多的反复实验、讨论、测试，我国科学家于2003年11月25日在正式公布了数字视频标准最终草案，这标志着我国在数字技术标准制订上迈出了重要一步。 第5章 网络应急通信开发AVS技术与标准的基本思路是：基于可以合法免费使用的开放技术和我国自主研发的专利技术，制订出一套自主的音/视频编解码技术标准。AVS标准制订的原则有如下几项：(1) 先进性。标准中所选择的技术应该代表国际前沿水平，通过国际联合等方式共享必须的知识产权；(2) 现实性。标准中采用算法的实现成本必须是市场和用户可接受的；(3) 兼容性。采用主流技术方案，制定的标准能够适应已经建设的节目制作、数字传输等系统；第5章 网络应急通信(4) 独立性。标准是独立制订的，在专利等知识产权上不受制于人。我国AVS标准的制订意义重大，如果掌握了音/视频编解码技术并将其标准化，不仅标志着我国在多媒体处理等领域的研究处于国际领先地位，还将创造可观的经济效益和社会效益。第5章 网络应急通信2. 三大主流编码标准的比较三大主流编码标准的比较MPEG-4，WMV9和H.264是时下最受关注的视频压缩标准，并已形成三足鼎立之势。在这三大标准中，MPEG-4诞生时间最早，近几年MPEG-4的快速兴起应归功于互联网络和众多的电脑爱好者。尽管MPEG-4作为一种典型的视频压缩方式得到了众多网络用户的普遍认可，但其标准兼容性问题依然是其发展中的重要障碍，这是代表着不同规格利益的商业集团和一些支持免费共享资源的技术团体相互争斗的结果。目前，MPEG-4标准派生出各种规格，例如：DivX和XviD等。另外，MPEG-4复杂和昂贵的技术授权也阻碍了其前进的步伐。第5章 网络应急通信WMV9与H.264在性能和应用领域方面极其相似，在新一代主流视频编码标准霸主地位的争夺之中，双方展开了针锋相对的竞争。WMV9的优势不仅在于微软在OS领域的大力支撑，同时还具有推出时间和实际应用早的两大优势。相比而言，H.264的商用化进程落后一些，不过由于H.264是国际标准，因而得到更多厂商的支持。加之其性能卓越，将迅速成为视频压缩领域的主流之一。有专家认为H.264很可能将纵向战胜MPEG-4，横向击败WMV9，从而主导未来的视频压缩标准。第5章 网络应急通信随着全球一体化的趋势愈发明显，跨国公司之间的竞争正逐步演变为标准之争。在视频压缩领域，可以预见视频压缩标准之争将进入白热化的状态。尽管大部分专家学者看好H.264的未来，但是仍然难以预料未来的发展趋势，而由微软主导的WMV9标准凭借其影响力以及在操作系统方面的垄断地位，仍有机会最终实现问鼎。第5章 网络应急通信5.4.5 流媒体应用于应急通信的实例流媒体应用于应急通信的实例流媒体技术为互联网应急通信的可视化提供了有利条件，我们以西安科技大学开发的矿山救援多媒体应急通信系统为例，说明流媒体技术在各种救灾抢险中起到的重要作用。矿山应急通信，也称矿山救援通信，指事故状态下，灾区救护队员与井下救护基地、地面指挥中心以及国家安全生产监督管理局之间的临时抢险救灾通信。由于井下灾区条件与环境的险恶性、复杂性和使用要求的特殊性等因素有关，因此矿山应急通信构成了自身的专业特征，在通信技术领域形成了一门新的科学分支。 第5章 网络应急通信矿山井下正常的通信系统有：矿区生产调度通信、矿用载波通信、井筒通信、工作面扩音电话、感应通信以及漏泄无线电通信等。这些通信方式在正常情况下各自发挥着自己用途，但灾害发生后，矿山现有通信、供电、通风等系统基本处于瘫痪状态，无法使用矿山井下正常的通信系统。近年来，我国煤矿安全事故与自然灾害发生频繁，造成的经济损失和政治影响巨大。在应对重大事故、突发事件时，需要强有力的应急通信服务，将事故损失降低到最低。 第5章 网络应急通信1. 技术方案技术方案矿山救援多媒体应急通信系统是具有传输语音、视频和井下环境参数等多媒体信号的便携式本安型矿山应急通信装备。系统功能包括：语音点对点或一点对多点双向通信；视频实时单向传输显示；环境参数远程测量、实时传输显示、自动报警；多媒体信号实时存储、回放；可以连续工作八小时以上。矿山救援多媒体应急通信系统主要采用计算机通信网技术和对称数字用户线SDSL(Symmetrical Digital Subscriber Line)宽带连接技术，用一对矿用双绞电话线为传输介质，利用局域网传送音频、视频、数据信息等多媒体信息流，进行实时的信息交互，实现“即铺即用”的应急多媒体通信服务。 第5章 网络应急通信矿山救援多媒体应急通信系统主要由前端设备井下现场记录仪、基地台和地面设备三部分组成，如图5.11所示。井下现场记录仪主要包括矿用本质安全型红外摄像头、送/受话器、环境参数采集器、嵌入式计算机、视频网络服务器、SDSL调制解调器、HUB和充电式锂电池等。基地台主要包括嵌入式计算机、SDSL调制解调器、HUB和充电式锂电池等。地面设备主要包括SDSL模块和计算机。从图5.11可以看出：整个矿山救援多媒体应急通信系统的通信连接非常简单，只有三个节点：地面救援指挥中心、井下救护基地和救灾现场。所有连接全部采用双绞线+调制解调器方式。第5章 网络应急通信矿山救援多媒体应急通信系统开机后，环境参数采集器自动检测环境参数，红外摄像头自动捕捉现场图像。视频信号送至视频网络服务器，首先将模拟的视频信号转换成数字信号，然后视频采用MPEG-4压缩标准进行压缩编码输出至HUB。环境参数通过串口送至嵌入式计算机，送话器中的音频信号通过RJ11也送至嵌入式计算机，经处理后通过网口输出至HUB。第5章 网络应急通信多媒体信号通过HUB到SDSL调制解调器。Modem将压缩后的数据采用2B1Q的调制方式，通过一对电话线以IP包的形式传送给远方的SDSL线路接入模块。两块SDSL线路接入模块之间的距离5 km，调制编码数字信号通过一对0.5 mm线径的电话线在5 km的距离内可以达到1.5 Mb/s的对称速率。如果两个Modem之间的距离5 km，中途需要加中继器将信号转发，每增加一个中继器，传输距离增加5千米。SDSL-Modem提供一个RJ45用户端接口与地面计算机连接，用计算机进行实时软件解码和播放。 第5章 网络应急通信图5.11 矿山救援多媒体应急通信系统组成第5章 网络应急通信2. 软件设计1) 系统完整的数据传送过程(1) 应急救援通信系统初始化。系统所有的相关设备加电启动，自动运行应用程序，初始化各个Modem，并建立Modem间的传输通道。(2) 现场记录仪开始工作，实时采集、存储以及转发现场数据。数据包括现场的图像、语音及环境参数。(3) 现场记录仪的通信模块将数据通过内置Modem发送给井下基地台的监测控制模块。传送过程中除数据传送外，还包括对数据传送的控制过程，如流量控制、差错控制等。第5章 网络应急通信(4) 井下基地台的监测控制系统的通信模块从Modem接收数据。(5) 井下基地台的监测控制模块播放、存储收到的数据，并将数据通过另一个Modem转发给地面设备，图像对应时刻的环境参数数据能够显示在图像的画面上。(6) 地面设备的通信模块从Modem接收数据。(7) 地面设备播放、存储收到的数据，图像对应时刻的环境参数数据能够显示在图像的画面上。第5章 网络应急通信2) 现场记录仪的软件逻辑结构现场记录仪的软件逻辑结构如图5.12所示。各模块的功能如下： 第5章 网络应急通信图5.12 现场记录仪的软件逻辑结构第5章 网络应急通信(1) 资源管理模块的主要功能是对数据存储器的管理，为其他模块提供数据的访问接口，包括对存储器的读操作、写操作、删除操作。(2) 功能管理模块的主要功能是利用现场记录仪的液晶显示屏图形操作界面管理现场记录仪。管理菜单上应该提供图像的播放、信息远传、现场记录仪参数设置等操作，根据管理菜单上的操作命令实现现场记录仪的这些管理功能。(3) 环境数据采集模块负责环境数据采集工作，并将采集到的数据存储到本地，同时根据实际需要传送到远端。第5章 网络应急通信(4) 图像采集模块负责图像数据采集工作，并将采集到的数据存储到本地，同时根据实际需要传送到远端。(5) 远程通信模块负责现场记录仪与远端基地台及地面指挥中心的通信，所有向远端传送的数据，都要通过本模块来进行远程的传送处理。 第5章 网络应急通信3. 基于网络传输的基于网络传输的MPEG-4视频编码器的应用视频编码器的应用视频网络服务器的电路原理图如图5.13所示。视频网络服务器的核心器件为DSP-TMS320C6211，DSP芯片实现MPEG-4视频编码，包括硬件平台设计和MPEG-4压缩软件实现两大部分。视频压缩MPEG-4编码器硬件部分主要由视频采集单元、核心处理器DSP-TMS320C6211、逻辑控制单元、数据存储单元、程序加载单元、网络传输单元等构成。CCD摄像头采集的视频信号通过视频解码芯片SAA7114H完成A/D和格式转换，送入缓存器FIFO芯片AL422B缓冲存储，当FIFO达到半满时，向DSP-C6211申请中断请求读入数据。第5章 网络应急通信由6211调用MPEG-4压缩子程序完成编码过程，外部数据存储器16位SDRAM-K4S641632用来存储图像数据和压缩过程中的中间数据，编码后的视频流数据通过网络接口芯片CS8900封装在IP数据包中(DSP完成)，通过RJ-45接口方便地传至上位机，上位机完成解码、显示、存储等功能。逻辑控制芯片CPLD-EPM3064用来产生系统中所需的逻辑控制信号、读/写控制信号和同步信号等。程序存贮器AT29LV040为8位FLASH。音频编解码芯片TLC32AD535完成音频信号的A/D转换，可直接与DSP的音频接口无缝连接。第5章 网络应急通信图5.14为一组矿山救援多媒体应急通信系统实时传输的铜川陈家山煤矿发生矿难后的井下救灾视频截图，其中图5.14(a)为灾区的积水、积油，图5.14(b)为井下集结的救护队员，图5.14(c)为井下掀起的铁轨，图5.14(d)为井下震飞的矿车车轮。第5章 网络应急通信图5.13 视频网络服务器的电路原理图第5章 网络应急通信(a) 灾区积水、积油；(b) 井下集结的救护队员；(c) 井下掀起的铁轨；(d) 井下震飞的矿车车轮图5.14 矿山救援多媒体应急通信系统实时传输的井下救灾视频截图第5章 网络应急通信5.5 移动互联网技术在应急通信中的应用移动互联网技术在应急通信中的应用5.5.1 移动互联网与应急通信的关系移动互联网与应急通信的关系当今世界，在飞快发展的信息领域中，有两支突飞猛进的支柱产业：一个是移动通信，一个是Internet。几乎最新的信息、通信、电子、计算机技术，无不为这两大支柱产业所吸收和采纳。它们的网络覆盖愈来愈大，主干网、接入网传输速率越来越快，核心网络设备和终端功能越来越强，体积愈来愈小，价格大幅度下降。人们预见，五年后全世界Internet网用户超过5亿，移动网用户也将超过固定网用户达到6亿以上。第5章 网络应急通信而应急通信接入Internet，或者说通过无线移动接入Internet就成了顺理成章的事情。显然五年后，两网用户之和会超过11亿，这一个前途美好的巨大市场，令一切运营商、设备制造商、软件开发商以异常火热的激情投入。第5章 网络应急通信由于在日常实际生活中，互联网用户和移动用户的数量都十分庞大，因此在应急通信中，有很多业务是在移动用户和互联网用户之间发生的。移动用户要求实现直接访问Internet，和那些用无线方法(如固定无线接入网)访问Internet显然不同，而Mobile Internet所遇到的困难自然要比固定网或无线接入的多，其应用范畴也有很大不同。实际上，基于电路交换的移动电话或用无线通信方法访问Internet来实现无线数据通信方法早在几年前就己经出现。不过，在移动(或无线)终端用的是计算机，不管传输系统用的是FDMA还是TDMA，均是以电路交换的，一般速率采用9.6 kb/s，这在很多场合显得太慢了。第5章 网络应急通信具有广泛用户群的电路交换网络不会突然终止使用。但要在移动网上提供数据业务，必须开发一些技术和标准，以使数据传输在空中和无线环境下更有效率。WAP为成千上万移动用户随时随地接入互联网提供了一个范例，并在代理结构体系内简化了端到端的无线标准。下一代移动网络的骨干网和核心网将演变为利用各种交换、路由以及传输技术(如WDM, SDH/SONET, ATM和IP等)的包交换网络体系结构。ATM和IP技术可用于移动接入网“打包”，也可分别用于提供有效的传输与路由能力。各种新的应用将推动3G市场的发展。在未来移动多媒体时代，通过与包交换网络的连接终端作为互联网或内联网的网关，将使应急通信变得更方便快捷。第5章 网络应急通信5.5.2 移动互联网的现状移动互联网的现状移动通信技术的发展和移动通信与数据通信的融合正逐渐推动移动互联网市场的发展，但就当前而言，移动互联网是指基于GSM网且采用WAP协议以实现无线通信的Mobile Internet。我国移动通信市场的发展正在与国际接轨，移动互联网通信市场的规模在逐步扩大。目前，中国移动通信集团公司正式启动大型网络建设项目CMNET，该项目己申请到155 Mbpsx3的国际出口带宽，仅次于中国电信。它不仅经营移动电话，同时经营IP电话、Internet接入和WAP业务，预计2007年底将建成覆盖全国28个省的骨干网。支持WAP并且付诸行动的还有中国联通，现在几乎各个省的公司都在筹备开通基于WAP的无线数据通信。 第5章 网络应急通信我国的ICP也已开始启动。国内不少ICP已经或正在为WAP提供中文(或其他文字)信息服务，它们提供的中文信息己经能够用WAP手机进行直接浏览，近期内还将推出与股民息息相关的网上股票交易系统、电子邮件系统、天气预报、飞机、火车实时时刻表、简单游戏等，为用户提供更全面的信息服务。第5章 网络应急通信5.5.3 移动互联网的前景移动互联网的前景我国移动通信业务自1987年以来一直以每年80%150%的速度递增。现在，我国由中国移动和中国联通共同建立的全球覆盖最广的GSM网，移动通信用户达5000多万，移动通信业务量将超过固定网。不少分析家认为，移动数据在中国的发展具有特殊意义，因为美国等大部分发达国家的PC用户远远高于手机用户，中国则恰好相反，手机用户大于PC用户数，中国用户群的特征决定了移动数据在中国可能会比其他国家发展得更快。2006年是移动通信诞生50周年，50年后的中国移动通信网将成为世界上最大的无线通信网，移动用户将超过4亿。 第5章 网络应急通信显然，通过手机上网这一全新的通信方式正在成为全球的发展趋势，它将对人们的生活和工作方式产生前所未有的改变。如果回忆一下我国信息产业的发展过程就会让我们更加相信，以WAP推动MI网必然在我国迅速发展并广泛被采用，一方面，我国以PSTN为代表的电话网十几年来取得了可贵的成果，近几年仍以每年增加近2000万左右用户的速度迅速增长，而业务收入每年达2000亿左右；另一方面，我国投入巨资建成的数据通信网一直供大于求，冷冷清清，全国固定数据通信网赢利的公司极少。移动通信在我国异军突起，大有超过固定电话网和固定数据网的形势。因此，人们看好以WAP为基础的MI网，因为它将依靠移动电话和电话网巨大的用户群与尚不能获利的Internet和数据网融合在一起。第5章 网络应急通信5.5.4 移动互联网的技术原理移动互联网的技术原理 随着高性能便携机的使用，移动电话的日益普及，以及无线局域网技术的飞跃发展，网络中出现了随时可能移动的主机，移动互联网成为网络的一种发展趋向。如图5.15所示是移动互联网的构成示意图。 第5章 网络应急通信1. 移动方案移动方案互联网依靠TCP/IP协议把分布在全世界范围的各种网络组成一个松散结构的全球网，并使得网络上各个计算机可以交换各种信息。移动互联网的解决方案就是依照TCP/IP协议的参考模型，提出使用具有移动性和便携性的设备连接互联网的方法，例如：Bluetooth 是针对网络接口层的移动性而提出的，Mobile IP是针对网络层而提出的。与此同时，这些技术也可以组合运用，WAP本身就是一个很好的典范，它融合了网络接口层解决方案的现有成果，引入了针对传输层的 WDP(无线数据报)协议，解决了手持设备获取和显示互联网信息的问题。 第5章 网络应急通信2. 数据链路层的解决方案数据链路层的解决方案 在传统的IP协议中，无论是IPv4 还是IPv6，IP路由技术的一个重要原则是：想到达某一个特定地址的IP包，IP包前缀包含有地址信息，由路由器根据地址信息选择合适路径。如果节点并没有在它的网络前缀所指示的那条链路上，那么发向该节点的数据包就找不到目的主机了。因此，一台主机要想与别的主机通信，在没有改变它的IP地址以反映它与新网络的连接之前，就不要从一条链路移动到另一条链路上，这成为传统IP的局限性。第5章 网络应急通信如果想在路由表上找到解决办法，采用特定主机路由方案来实现用户移动时的通信问题，它存在严重的可扩展性、可靠性和安全性问题，因此，用这种办法解决互联网上节点的可移动性是行不通的；如果采用改变IP地址的办法，虽然可以使改变位置的用户恢复原有的通信服务，但原有的通信将中断直至改变的IP地址注册成功，而用户过区移动时，要求保持原有通信不间断。第5章 网络应急通信因此，只改变节点的IP地址虽然是节点漫游的一种解决办法，但它并不能解决节点的移动性问题。在现在的Internet中，当节点漫游时，另一节点也不可能主动与漫游节点通信，因为它无法知道到底在哪个IP地址上可以找到漫游节点。对于节点移动问题，存在一些数据链路层的解决方案，它们与相关的Internet协议一起作用。第5章 网络应急通信图5.15 移动互联网的构成示意图第5章 网络应急通信(1) 蜂窝数字分组数据网(Cellular Digital Packet Data，CDPD)：在 CDPD中，许多用户共享一个无线信道，当有数据发送时，竞争这个信道。当用户申请CDPD时，CDPD服务提供商给它提供一个CDPD地址。当CDPD用户在网内移动时，数据链路层保证了数据能准确到达目的IP地址。该类移动是广域的同质移动(在同一物理媒介内的移动)，但不是全球的，不能实现在任何地点对 Internet 的接入。第5章 网络应急通信目前，欧洲标准的GSM(数字蜂窝网络，Global System Mobile)利用语音空闲信道可实现9.6 kb/s的数据业务。通过在基站和终端(目前是手机)安装无线应用协议 WAP(Wireless Application Protocol)模块，可接入Internet访问web信息、收发邮件等。虽然在GSM基础上的高速电路交换数据(High Speed Circuit Switching Data，HSCSD)、通用分组无线服务(Generic Packet Radio Service，GPRS)和全球演化增强数据速率(EDGE)等技术可使速率达到57.6 K、100 K、473 K甚至2 M，可实现移动的多媒体通信，但值得注意的是，它们均是同质移动。 第5章 网络应急通信(2) IEEE 802.11：802.11是一个在地域范围上受限制但速率更高的移动解决方案，它可以支持12 Mb/s的速率。它定义了一系列的无线收发器(发送器/接收器)，它们为无线介质和有线网络之间提供桥接，计算机的无线网络接口可以和这些收发器通信。数据链路层协议使得由 802.11收发器构成的整个网络对网络层来说只是一条链路。同CDPD一样，在802.11中，设备的移动对IP层来说是不可见的，然而如果节点移动时穿过一台路由器，那么它应改换IP地址，这样将使正在进行的通信中断。 第5章 网络应急通信上述解决方法并不足以成为Internet移动性的解决方案。原因有以下几点：依据链路层的定义，数据链路层的解决方案只能在一种媒介内提供节点的移动性。例如：当节点从一个CDPD蜂窝移动到有线的以太网时，CDPD就要求节点改变IP地址。因此，在不同媒介之间，CDPD和802.11等数据链路层只能提供漫游功能。每一个数据链路层的解决方案是针对特定的传输介质的，有太多的不便，实际使用时，需要的是一种对各种传输媒介都普遍适合的方案。数据链路层方案只能在一定的地理范围内提供移动。第5章 网络应急通信例如，802.11 可以在一个园区网或一栋大楼内提供可移动性，但超出该范围就无效；而CDPD这种广域网方案可以在较大的地理范围内提供可移动性，但吞吐量又成问题，且不能在两种介质之间提供可移动性。因此，上述的主机路由技术虽可在一定程度上解决必须改换IP地址的问题，但可扩展性、可靠性和安全性问题不能提供全球 Internet 的移动性；数据链路层方案在覆盖范围和传输介质上都有一定局限性，比较适合封闭系统，一般用做IP移动网络的无线接入部分。第5章 网络应急通信3. 网络层解决方案网络层的解决方案可以从IP协议入手。Mobile IP提供了一种IP路由机制，使计算机设备可以以一个永久的IP地址连接到任何链路上，它很好地满足了以下移动Internet的设计要求。 第5章 网络应急通信5.5.5 基于基于IPv6的移动互联网的移动互联网网络技术和移动技术是目前的两大通信技术。随着网络技术和便携式终端的迅速发展，在IP网络中实现对移动性的支持变得越来越重要。移动互联网上有许多新型而精彩的服务，IPv6将是实现这些服务的关键。不久的将来，当每个人都要携带一个或多个移动终端时，IPv6将为所有的移动终端提供惟一的IP地址。除了IPv6的其他优点外，单就这一项功能就可以实现个人之间的直接通信。尽管IPv4 还能够提供几亿个IP地址，但是考虑到移动终端用户数成指数增长，它绝对不是一个合适的解决方案。IPv6提供了庞大的地址空间、灵活的首部格式以及增强的选项，同时支持资源分配。这些丰富的功能对移动性提供了更好的支持。 第5章 网络应急通信目前的IP协议是在1991年由RFC 791标准化的，一般称为IPv4，尽管它非常重要，但是已经有些过时。首先，由于它采用32 bit地址结构，不能满足Internet的迅猛发展对IP地址的需求，以目前Internet发展速度计算，所有 IPv4 地址将在2010 年分配完毕。虽然引进了CIDR和NAT，但还是解决不了地址耗尽和路由表占用路由器相当大的内存资源的问题；其次，由于IPv4是一个无连接协议，尽最大的努力以最少的时间传送信息包，但它不能保证发送工作是否进行以及何时进行。虽然后来又开发了RSVP协议，但还是不能很好地满足QoS的需要。为了彻底解决IPv4存在的问题，IETF从1995年开始，着手研究开发下一代IP协议，即 IPv6。第5章 网络应急通信(1) 地址数。IPv6 的主要改变就是它的地址长度改为128 bit，这样就可以有2128 个地址，大约的数目是10e+38个，彻底解决了IPv4地址不足的难题。(2) 语法。由 RFC 2460 规定的标准语法把IPv6的IP地址分为8个地址节，每节包含16个地址位，以4个十六进制数书写，节与节之间用冒号分隔。(3) 前缀。在IPv6中用前缀的概念代替了掩码，用前缀来表示网络，其前缀的表示方式和IPv4地址前缀在CIDR中的表示方式相似，如ipv6-address/prefix-length，前缀的长度用十进制数表示。 第5章 网络应急通信(4) 地址类型。IPv6定义了三种类型的地址，即单播(Unicast)地址、任播(Anycast)地址和组播(Multicast)地址。单播地址用来标识单个接口，发往单播地址的分组将被送到由该地址所标识的接口上去。任播成员地址用来标识一组接口，在不会引起混淆的情况下将简称“任播地址”，发往“任播地址”的分组将只发给由该地址所标识的一组接口中的一个成员。组播地址也用于标识一组接口，发往组播地址的分组将被发送给由该地址所标识的所有接口上去。在IPv6中没有广播地址，其功能由组播地址代替。除特别指出外，全0或全1的值都可以合法地用在任播字段中。 第5章 网络应急通信5.5.6 Mobile IP简介简介Mobile IP是一种全球Internet的移动性方案，具有规模可扩展性、健壮性和安全性，它使节点能在移动中保持通信。同IP一样，Mobile也属网络层，与下层传输媒体无关，这一点符合 Internet 网络层的设计原则。Mobile IP属移动性管理范畴，它的工作方式类似于移动电话中的漫游移动台，如图5.16所示。在蜂窝移动通信系统中，当MS(移动台)漫游到新的BS(基站)覆盖区时，通过BS的广播信息检测到具有不同的BS标识码。 第5章 网络应急通信图5.16 Mobile IP 工作方式第5章 网络应急通信Mobile IP工作方式如下：(1) MS通过BS向MSC(移动业务交换中心)发送位置更新请求。(2) MSC把位置更新消息送至 HLR(归属位置寄存器)，同时给出自己和MS的识别码。(3) 利用HLR的应答，更新 VLR(来访者位置寄存器)信息。(4) 最后通知MS。(5) 同时，HLR通知旧VLR删除MS的相关信息。在 Mobile IP中，如图5.17所示移动节点相当于蜂窝系统中的 MS，与HLR和VLR相对应的分别是归属代理(Home Agent)和外部代理(Foreign Agent)。 第5章 网络应急通信图5.17 包含移动节点的网络结构第5章 网络应急通信1. Mobile IP的工作过程(1) 归属代理和外部代理在各自的网段上定期广播代理广告(Agent Advertisement)，代理广告格式如图5.18所示。 第5章 网络应急通信图5.18 移动代理广告第5章 网络应急通信(2) 移动节点监听到代理广告后，根据广告内容判断自己是在归属网段还是外部网段，如果与归属网段相连，就可以像常规静止节点一样工作。(3) 当移动节点检测到自己不在归属网段时，向当地外部代理申请一个访问地址，访问地址可通过读代理广告的内容获得，也可通过DHCP(动态主机构造协议)、PPP(点到点协议)、IP 控制协议或者人工构造。(4) 移动节点向归属代理注册它使用的访问地址。注册过程中要在移动节点、外部代理和归属代理间“鉴权请求(Authentication)”，以防受到恶意节点的攻击。注册格式如图5.19所示。 第5章 网络应急通信(5) 归属代理在移动节点所属网段，广告移动节点的可到达性信息。其他节点发给移动节点的分组经 Internet 路由到归属代理，归属代理使用代理 ARP(地址解析协议)截获这些分组，并使用封装和隧道技术将分组传到访问地址。(6) 在访问地址处，分组被解封装并送至移动节点。(7) 在相反方向，移动节点发送的分组直接被外部代理路由到目的地，不再通过归属代理。 第5章 网络应急通信图5.19 移动节点注册格式第5章 网络应急通信2. IPv6下的下的Mobile IPIPv6 128位庞大的地址空间可以提供比IPv4 多得多的地址，可以使得每一个移动节点获得一个配置给它本身的转发地址。IPv6 的扩展首部支持分片、源站选路以及鉴别等功能。这些扩展首部形成了一个从基本 IPv6 首部到实际高层协议首部的链，而且发送端可以选择在一个给定的数据包中要包含或忽略哪些扩展首部。因此，扩展首部提供了最大限度的灵活性。 第5章 网络应急通信在Mobile IPv6中不再有“外地代理”的概念，移动节点在离开归属链路时可以利用IPv6 的增强功能(如“邻居发现”和“地址自动配置”机制)进行独立操作，而不需要任何来自当地路由器的特殊支持。IPv6允许任何通信节点和移动节点之间直接路由数据包，而不再经过移动节点的归属网络，也不在需要归属代理的转发功能。IPv6 有很强的认证和加密特性，提高了安全性能。第5章 网络应急通信3. Mobile IPv6的工作原理的工作原理Mobile IPv6借用了Mobile IPv4的许多概念和术语，它仍然有移动节点和归属代理的概念，但不再有外地代理。在IPv6中若移动节点处于外地链路上时，归属代理截获发送给移动节点归属地址的数据包，利用隧道技术再投递给移动节点的转发地址。而在 IPv6 中除了隧道技术以外还可以用源站选路来投递数据包。Mobile IPv6的工作过程分为三个部分：路由器发现、位置登记和收发数据包。Mobile IPv6的工作过程如下：第5章 网络应急通信(1) 移动节点利用路由器发现确定它当前的位置。 (2) 若移动节点连在它的归属链路上，则和固定主机或路由器一样，以相同的机制收发数据包。(3) 当移动节点在外地链路上时，利用 IPv6 定义的地址自动配置机制获得其转发地址。(4) 移动节点将其转发地址通知给它的归属代理。(5) 在安全的情况下，移动节点也可以将它的转发地址通知给对应的通信节点。第5章 网络应急通信(6) 由那些不知道移动节点转发地址的通信节点所发出的包首先发送到移动节点的归属网络，再由归属代理通过隧道技术将其发送到移动节点的转发地址。(7) 若通信节点知道移动节点的转发地址，则利用 IPv6 的选路报头直接将数据包发送到移动节点的转发地址。(8) 由移动节点发出的数据包直接路由到目的节点，而不需要任何特殊的转发机制。第5章 网络应急通信5.5.7 移动互联网用于应急通信的前景移动互联网用于应急通信的前景移动互联网技术可以采用下列关键技术用于应急通信。1. 位置识别技术位置识别技术支持应急通信过程中的移动用户的最重要的信息就是他们当前的位置信息。由于应急通信者身处的区域通常对他们来说都是陌生的，因此任何形式的向导服务都是受欢迎的。此外，对应急通信者当前位置的识别还可以为应急通信信息、服务等很多方面带来便利。从目前的趋势来看，位置识别及其带来的其他服务主要基于以下的几种技术： 第5章 网络应急通信1) 地理信息系统(GIS)GIS是一种采集、存储、管理分析、显示与应用地理信息的计算机系统。移动互联网要为应急通信用户提供位置信息服务，其基础必然是应急通信完善的地理信息系统。有了GIS的支持，应急通信者才能通过手机或PDA等设备下载到最需要的地图，并查询与其所处地理位置相关的一些应急通信信息和服务信息，如应急通信用户可以通过下载的地图查询周边环境的合理线路。相对于传统的纸质地图，GIS提供给应急通信者的将是一种互动式的电子地图，应急通信用户不仅可以选择地图的显示比例，还可以在地图上定制显示图层。第5章 网络应急通信例如，让地图只显示最近的卫生设施，而在查询环境时隐去该图层，以使用户的查询更方便准确，这比在传统地图的密集图层里查找信息要更容易使用。同时，互动式的电子地图还可以为用户提供计算功能，用户可以在手持设备中输入起点和目的地，系统就可以为用户计算并在电子地图中描绘出最佳的交通路线。未来的GIS将提供更多的实时信息，例如，在计算路线时，系统会提醒用户路线中当前的交通状况。关于GIS的另一个问题是如何使得各种类型的GIS系统在移动互联网上达到统一标准，以便多种类型的手持设备都能够接入并处理各地的电子地图。第5章 网络应急通信目前，地理标记语言GML(Geographic Mark-up Language )技术的诞生为这一难题提供了一个开放式的解决方案，GML将在今后几年内成为无线互联网GIS的标准，世界各地的无线互联网GIS将以GML的方式发布，而应急通信者的手持设备只要支持GML就都可以获得当地的GIS服务。第5章 网络应急通信2) 全球定位系统(GPS)GPS是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力的卫星导航与定位系统，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点。目前，GPS广泛应用于交通、测绘、航运等诸多领域。它正成为一种大众化的、普及的、廉价的服务。另一个影响GPS在应急通信业中应用的重要因素是GPS设备的微型化，现在的GPS地面设备已经可以集成到手机里，随着3G网络的建设和应用，在手机里集成GPS功能将逐步成为较为普及的配置。GPS可以随时随地提醒应急通信者当前所处的位置，应急通信者可以据此下载到最有用的电子地图，并利用GPS提供的电子指南等功能得到向导服务。 第5章 网络应急通信3) 无线网络定位(Network Based Location)无线网络定位又叫做无线移动定位服务，它是通过电信移动运营商的网络(如GSM网、CDMA网)获取移动终端用户的位置信息(经纬度坐标)，在电子地图平台的支持下，为用户提供所需的与位置和方向相关的增值服务。目前，基于移动定位服务的应用是GIS与主流IT技术、无线通信技术加速融合的结果。随着GIS技术的发展，出现了GIS与主流IT技术、无线通信技术加速融合的趋势。而移动定位服务技术的兴起，标志着GIS技术由面向部门级、企业级的应用转向面向大规模社会化服务。随着无线移动定位服务技术的成熟和发展，在不久的将来，人们就可以享受到多种多样的LBS服务。第5章 网络应急通信无线定位服务最早是从美国开始的，美国联邦通信委员会(FCC)要求移动运营商为手机用户提供紧急求助服务，即提供呼叫者的位置以便及时救援，他们将这种移动位置服务命名为E911。此后，日本、德国、法国、瑞典、芬兰等国家纷纷推出各具特色的商业化的定位服务。目前，世界许多国家都以法律的形式颁布了对移动定位服务的要求，如美国“US FCC E911”以法律的形式规定了运营商为E911用户提供的定位服务精度标准，而欧盟也颁布法律，遵循“USFCC”标准，并于2003年1月1日实施。无线定位用来描述确定一个用户的移动设备(手机、PDA等)所在位置的能力。第5章 网络应急通信位置一般包含了和移动设备有关的坐标，坐标可以是二维或三维的，包含与移动设备所在位置的经度和纬度的有关信息。无线定位技术最初是为了满足远程航海的导航等要求而产生的。全球定位系统GPS的出现使得无线定位技术产生了质的飞跃，定位精度得到大幅度提高，精度可达10米以内。第5章 网络应急通信无线定位系统的功能性体系结构必须具备两个单元： 移动设备的位置估计， 网络共享位置估计。定位系统测量来自移动终端的无线电波的有关参数，同时，系统测量某些固定接收器或者某些固定发送器发送到移动接受器的无线电波参数。因此，有两种办法可以获得对移动设备的实际位置信息的估计： 自我定位系统，也常被称为基于移动终端为中心的定位系统，移动设备通过测量自己相对某个己知位置发送器的距离或方向来确定自已的位置(如GPS接收器)。第5章 网络应急通信 远距离定位系统，也常被称为基于网络的定位系统，它采用很多地理定位基站(GBS)一起来确定移动设备位置，可以通过分析接收信号的强度、信号相位以及到达时间等属性来确定移动设备的距离，至于移动设备的方向则可以通过接收信号的到达角来获得，最终系统根据每个接收器测量到的移动终端的距离或者方向来联合计算移动终端的位置。自我定位系统也可以使用相似的方法。第5章 网络应急通信举一个无线定位系统体系的例子，一个定位服务提供商为用户提供位置信息和位置感知服务。每当用户提出申请要求得到有关移动设备的位置信息时，定位服务提供商将首先联络位置控制中心，查询移动设备的位置坐标。然后位置控制中心收集信号的强度、信号相位以及到达时间等所需的信息，一旦收集到这些信息，位置控制中心就能够以某一精确度确定移动设备的位置，并且把此信息反馈给定位服务提供商。然后服务提供商可以利用此信息为用户可视化显示移动设备的位置。第5章 网络应急通信4) 无线定位与GPS定位比较GPS定位的应用已较为成熟，具有精度高、准确度高、覆盖范围广、实时性好等优点，GPS接收机的体积也日益小型化，达到了应急通信所需的便携要求。不过要获得GPS服务，用户必须购买GPS接收机，对于大多数应急通信者来说，除了需要携带和使用额外的设备之外，还意味着一笔不愿支出的费用，这将极大地限制GPS定位服务在应急通信业的普及应用。GPS在应急通信业务应用可能更多地会在一些特殊的高端市场，例如，应急通信者在移动通信信号无法覆盖的盲区进行野外探险，就无法使用手机定位，GPS定位就可以发挥无盲区的优点了。 第5章 网络应急通信通过用户手机进行无线定位服务将成为应急通信LBS的主流，这一论断基于以下理由：(1) 随着移动通信的日益普及，多数应急通信者将携带手机。(2) 通过手机进行无线定位的精确度虽然不如GPS，但就在应急通信方面的应用而言已经足够。应急通信者一般只需了解大概方位，不必达到工程测量等工作所需的精度。第5章 网络应急通信(3) 无线定位服务不需要用户增加额外投资，用户需要支付的只是信息费用。随着众多应急通信服务企业利用无线定位进行营销，信息费用有望降到一个较低水平。费用低廉将使无线定位服务迅速大众化。(4) 3G网络、3G手机的应用将使无线定位服务更易使用。应急通信者可以获得更详细的地图，在更大、更清晰的手机屏幕上查询。 第5章 网络应急通信2. 数字地图技术数字地图技术通常我们所看到的地图是以纸张、布或其他可见的物体为载体的，地图内容是绘制或印制在这些载体上。而数字地图是存储在计算机的硬盘、软盘、光盘或磁带等介质上的，地图内容是通过数字来表示的，需要通过专用的计算机软件对这些数字进行显示、读取、检索、分析。数字地图上可以表示的信息量远远大于普通地图，如公路在普通地图上用线划来表示位置，线的形状、宽度、颜色等不同符号表示公路的等级及其他信息。第5章 网络应急通信在数字地图上，是通过一串(X，Y)坐标表示位置，通过线划的属性表示公路的等级及其他信息，比如1表示高速公路、2表示国道等，数字地图上的线划属性可以有很多，比如：公路等级、名称、路面材料、起止点名称、路宽、长度、交通流量等信息都可以作为一条道路的属性记录下来，能够比较全面地描述道路的情况，这些是普通地图简单的符号不可能表示出来的。数字地图可以非常方便地对普通地图的内容进行任意形式的组合、拼接，形成新的地图。还可以对数字地图进行任意比例尺、任意范围的绘图输出，非常容易进行修改，缩短成图时间，并可以很方便地与卫星影像、航空照片等其他信息源结合，生成新的图种。第5章 网络应急通信利用数字地图记录的信息，派生新的数据，如用地图等高线表示地貌形态，但非专业人员很难看懂，利用数字地图的等高线和高程点可以生成数字高程模型，将地表起伏以数字形式表现出来，可以直观立体地表现地貌形态。这是普通地形图不可能达到的表现效果。第5章 网络应急通信国家测绘局现有全国范围的1004万、1001万、152万数字地图，今后还要生产15万数字地图，这些是国家基础地理信息系统的重要组成部分，是其他各部门专业信息管理、分析的载体。各省、市测绘及城市规划部门生产了大量的大比例尺数字地图，如100011、00021、0005等，可用于城市规划建设、交通、应急通信、汽车导航等许多部门。所有这些数字地图将各部门日常工作由原来一大堆地图翻来翻去，变成为计算机作业，科学、准确、直观，大大提高了工作效率。数字地图的种类很多，如数字地形图、数字栅格地形图、数字遥感影像图、数字高程模型图、各种数字专题图等。第5章 网络应急通信以上技术的发展和应用对移动互联网在应急通信服务上的应用将产生决定性的影响，从目前的情况来看，上述技术的发展己经是一个可以预见的、水到渠成的事，能否大力开展应急通信业的移动互联网服务将取决于应用的开发和市场的认同。第5章 网络应急通信习习 题题 五五1. 即时通信软件QQ能提供哪些功能？2. 如何实现电话QQ？3. 电子邮件是如何传输的？电子邮件涉及的协议和标准有哪些？4. FTP文件服务器应用于应急通信有哪些优势？5. 流媒体中视频压缩编码标准主要有哪些？6. 相对于IPv4，IPv6有那些改进？