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浅析城市消防远程监控系统信息传输的技术应用1 引言城市消防远程监控系统(remote-monitoring system for urban fire protection)是对联网用户的火灾报警信息、建筑消防设施运行状态信息、消防安全管理信息进行接收、处理和管理,向城市消防通信指挥中心或其他接处警中心发送经确认的火灾报警信息,为公安消防部门提供查询,并为联网用户提供信息服务的系统,是加强公共消防安全管理的一项重要科技手段,对强化单位消防安全管理,前移火灾预防关口,快速处置火灾,提高城市防控火灾的综合能力,具有十分重要的作用。城市消防远程监控系统的建立是城市发展、社会发展、技术发展的必然趋势。2008年,经受了2月18日南方雪灾和5月12日汶川地震等自然灾害之后,推进城市消防远程监控系统建设,成为提升城市抗御自然灾害能力的迫切需要。8月29日公安部消防局专门在江苏省苏州市召开了城市消防远程监控系统建设应用推进现场会。本文浅析城市的消防远程监控系统信息传输的各种通讯技术,力求为推进我国的城市消防远程监控系统建设助一臂之力。2采用先进的网络信息传输方式,是实现城市消防远程监控系统可靠、安全运行的技术手段。城市消防远程监控系统是综合运用GIS系统、现代通讯技术、网络安全技术对社会单位各建筑物内独立的火灾自动报警系统进行联网,通过远程监控及时将真实火警实时传输给119通讯指挥中心的现代消防管理应用技术。城市消防远程监控系统由用户信息传输装置、报警传输网络、报警受理系统、信息查询系统、用户服务系统及相关终端和接口构成。(图2-1)火灾自动报警系统用户信息传输装置设有火灾自动报警系统的联网用户报警按钮或自动触发装置用户信息传输装置未设火灾自动报警系统的联网用户报警受理系统火灾报警、建筑消防设施运行状态信息消防安全管理信息火灾报警、建筑消防设施运行状态信息消防安全管理信息火灾报警信息或报警传输网络信息查询系统用户服务系统监控中心火灾信息终端城市消防通信指挥中心或其他接处警中心信息服务接口为联网用户提供的接口信息查询接口公安消防部门经确认的火灾报警信息用户自身的建筑消防设施运行状态信息和消防安全管理信息消防法律法规和消防常识专线或专用网火灾报警、建筑消防设施运行状态信息消防安全管理信息火灾情况公用通信网图1 城市消防远程监控系统构成城市消防远程监控系统的信息传输可采用有线通信或无线通信方式,报警传输网络可采用公用公用通信网或专用通信网构建。采用先进的网络信息传输技术手段,关系到城市消防远程监控系统运行的可靠、安全。纵观现代通讯技术的发展,信息传输方式主要分为四大类。即:基于公用电话交换网传输方式,基于DDN信息传输方式,基于公用无线通讯网信息传输方式,基于专用无线通信网信息传输方式。2.1 基于公用电话交换网传输方式公用电话交换网(Public Switched Telephone Network ,PSTN)是以电路交换技术为基础的用于传输模拟话音的网络,即日常生活中常用的电话网。电话网概括起来主要由三个部分组成:本地回路、干线和交换机。其中干线和交换机一般采用数字传输和交换技术,而本地回路(也称用户环路)基本上采用模拟线路。由于PSTN的本地回路是模拟的,因此当两台计算机想通过PSTN传输数据时,中间必须经双方Modem实现计算机数字信号与模拟信号的相互转换。使用PSTN实现计算机之间的数据通信是最廉价的,但由于PSTN线路的传输质量较差,而且带宽有限,再加上PSTN交换机没有存储功能,因此PSTN只能用于对通信质量要求不高的场合。目前通过PSTN进行拨号建立连接至少需要10s或更长时间,数据通信的最高速率不超过56Kbps。如图22所示图22 PSTN网络(1)普通拨号Modem接入方式普通拨号Modem接入方式比较简便灵活,用户可以使用上网设备所提供的串行端口通过Modem接入网络。由于普通拨号Modem接入方式采用电路交换的方式,一条通路自建立直至释放,其全部带宽仅能被通路两端的设备使用,不能实现对网络带宽的充分利用。(2)ISDNISDN(Integrated Services Digital Network)是以综合数字电话网(IDN)为基础发展演变而成的通信网,提供端到端的数字连接,用来支持包括话音在内的多种电信业务,用户通过有限的一组标准化的多用途用户网络接口接入网内。与PSTN中Modem上网相比,ISDN能够提供稳定的数据服务和连接速度,用户线传输速率提高到64kbit/s或128kbit/s,而且传输质量较高,握手时间约为310s。ISDN数据传输比特误码性能比传统电话线路至少改善十倍,此外它的连接速度快。在价格上看如果只使用一个B信道,其费用与Modem的花费一样,如果同时打开了2个B信道进行通信的话,那就需要2倍的花费,相当于使用两条电话线,只是只交一份的固定月租费而已,从这点上看使用ISDN还是比传统的Modem有一些优势,但安装ISDN需要支付初装费,无论是改装还是加装都需要花费一笔额外的费用。(3)DSLDSL(Digital Subscriber Line)是通过铜线或者本地电话网提供数字连接的一种技术。技术是Bellcore发明的建立在PSTN基础上的数字信息传输技术,它包括HDSL、SDSL、VDSL、ADSL和RADSL等,一般称之为xDSL。作为众多DSL技术中较为成熟的一种,ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)能在现有电话线路上提供高达52Mbit/s的高速下行速率和9Mbit/s的上行速率,传输距离达35km。同时ADSL将数据和语音信号分别传送,数据信号并不通过电话交换机设备,减轻了电话交换机的负载,并且在这同一条电话线上使用电话而又不影响以上所说的其它活动。ADSL因其带宽较大、连接简单、投资较小。特别是能给用户提供上行和下行方向完全相同的传输带宽和非对称的传输手段,深受市场青睐,其发展速度很快。2.2 基于DDN信息传输方式基于DDN是随着数据通信业务的发展而迅速发展起来的一种新型数字数据传输网。它将数字通信技术、计算机技术、光纤通信技术以及数字交叉连接技术有机地结合在一起,可以为用户提供各种速率的高质量数字专用电路和其他新业务,以满足用户多媒体通信和组建中高速计算机通信网的需要。(1)DDNDDN(Digital Data Network)与传统的模拟信道相比有本质的区别,具有传输透明、质量高、速率高、保密性高、时延小、连接灵活、系统管理灵活的特点,具有一线多用和组建虚拟专用网(VPN)等功能,特别适合于计算机主机之间、局域网之间、计算机主机与远程终端之间的大容量、多媒体、中高速通信的传输,DDN可以说是我国的中高速信息国道。但因需要独立铺设线路或租用一条专用通信线路,其组建费用很高。 DDN的通信速率可根据用户需要在N64Kbps(N=132)之间进行选择,速度越快租用费用也就越高。 (2)帧中继帧中继(Frame Relay,FR)技术是在OSI第二层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种通信技术。是在分组技术充分发展,数字与光纤传输线路逐渐代替模拟线,用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的。它仅完成OIS物理层和链路层的功能,将流量控制、纠错功能等留给智能终端去完成,大大简化了节点机之间协议。帧中继采用虚电路技术;能充分利用网上资源,具有吞吐量高、时延低、适合突发性业务等特点。(3)X.25都是中的一个特例: X.25是指明数据终端(分组模式的DTE)和一个分组网络(DCE)之间的接口,以便访问一个公共的或专用的分组网络。X.25与帧中继都属分组交换技术。在X.25中定义的协议对应于OSI模型的最低三层,支持纠错和诊错,能十分理想地应用于恶劣、高噪声环境下的高可靠数据传输。x.25和帧中继的区别主要是通过简化协议的复杂性来达到更高的传输速率。2.3 基于公用无线通讯网信息传输方式无线通信方式中比较常用的有常规通信(无线数传电台)、集群通信、GSM 的短信息业务三种。相对于有线通信方式,上述三种无线通信方式均需在数据调制解调传输的基础上配备无线通信电台或模块。(1)常规通信(无线数传电台)常规通信是利用普通无线电台进行网络数据传输的通信方式。数传电台是集无线通讯技术、无线调制解调技术、计算机控制技术为一体的高技术产品。与其它数据传输方式相比, 在许多应用场合,无论通讯的距离远近,架设电线杆或挖掘电缆沟都是比较困难的,采用无线传输的方式可以很方便地将数据远距离传输,施工方便,大大降低了工程造价。具有技术成熟、成本廉价、建设工程周期短、适应性好、扩展性好、设备易维护等优势。在工业自动化领域有着非常广泛的应用。 数传电台适用于各类点对点、一点对多点的各类无线遥控遥测SCADA系统,工作频率大多使用在220-240MHz或400-470MHz频段,具有数话兼容、数据传输实时性好、专用数据传输通道、一次建设投资、没有运行使用费、适用于恶劣环境、稳定性好等优点。有效覆盖半径约有几十公里,可以覆盖一个城市或一定的区域。 目前工业SCADA系统大多采用在小范围内利用数传电台实时采集与监控,如果要求大范围联网,需要将各控制中心通过有线方式或卫星通道连接起来。但是相比于有线通信而言,常规通信易受环境影响,可靠性有待改进。(2)集群通信集群通信方式是按照动态信道指配的方式实现多用户共享多信道的无线电移动通信方式,系统具有信道利用率高、服务质量好、通话阻塞率低、高度的安全性等优点。现阶段虽然有为数不多的数字集群系统应用,但总体存在着价格高、稳定性差、业务不丰富、售后支持有限等不足,严重地制约了集群应用的发展。目前,华为公司提出了GT800数字集群新技术,并与国内外移动通信制造厂商共同制定了我国自己的GT800数字集群标准。 GT800数字集群系统基于GSM技术,通过FFN(功能号码节点)、GCR(组呼寄存器)、排队机等节点,为指挥调度提供包括组呼、私密呼叫、语音广播、增强优先级呼叫、动态编组、强拆/强插、岗位号码寻址、基于位置的路由、开放信道呼叫、讲话方识别显示、迟后进入、呼叫报告、组内优先级、调度区域限制、呼叫提示、调度台核查呼叫、列表查询呼叫等灵活的业务功能,满足专业用户对数据应用的需求。与以往的集群系统相比,GT800增加了用户接入管理平台,VPN客户可直接管理本集团用户,智能业务平台的引入对指挥调度应用扩充起到了良好的支撑作用,计费平台的建设则使集群共网运营商能够引入更加灵活的运营方式,具备规模产业的成本优势,可大幅度降低设备、终端和网络规划的成本,为运营商、集团客户建设高性价比的集群网络奠定了基础。(3)GSM、CDMA与3G移动通信系统按多址连接方式,可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)。目前中国联通、中国移动所使用的GSM(Global System For Mobile Communication,全球移动通信系统)移动电话网采用的便是FDMA和TDMA两种方式的结合。作为第二代移动通信网络(2G network)技术的GSM,其TDMA终端可以提供信息传输速率为9.6kbit/s的的SMS(短消息业务)。GPRS作为GMS向3G时代过渡的产物,其在数据传输方面最高可达144kbit/s(平均速度为19.2kbit/s),成为2.5G时代的代表。与GSM不同,CDMA(Code Division Muitiple Access,码分多址)是在扩频通信技术上发展起来的。是移动通信技术的发展方向。CDMA技术将需传送的具有一定信号带宽信息数据,用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码,与接收的带宽信号作相关处理,把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩,以实现信息通信,其数据传输速度为144kbit/s。目前,在美国、韩国、日本等国家,CDMA技术已获得了较大规模的应用。CDMA在2G阶段,CDMA增强型IS95A与GSM在技术体制上处于同一代产品,提供大致相同的业务。但CDMA技术有其独到之处,在通话质量好、掉话少、低辐射、健康环保等方面具有显著特色。在2.5G阶段,CDMA20001XRTT与GPRS在技术上已有明显不同,在传输速率上1XRTT高于GPRS,在新业务承载上1XRTT比GPRS成熟,可提供更多的中高速率的新业务。从2.5G向3G技术体制过渡上,CDMA20001.X向CDMA20003.X过渡比GPRS向WCDMA过渡更为平滑。3G作为以GSM/GPRS/WCDMA/EDGE/TD-SCDMA为通信标准的第三代移动通信技术的通称,致力于为用户提供更好的语音、文本和数据服务。与现有无线技术比较而言,3G技术的主要优点是能极大地增加系统容量、提高通信质量和数据传输速率。3G网络可支持384Kbps到2Mbps不等的数据传输速率,实现真正的无线宽带通讯。此外利用在不同网络间的无缝漫游技术,可将无线通信系统和Internet连接起来,从而可对移动终端用户提供更多更高级的服务。2.4 基于专用无线通信网信息传输方式专用无线窄带数据网络主要用于传输大量突发的、短促的移动数据。目前,比较成熟的系统有ReFLEX、PLANET、Mobitex和NexNet等四个系统。ReFLEX是美国建利尔公司推出的双向寻呼系统。目前联通国信寻呼公司正在南京、成都、青岛进行技术试验,北京中捷通公司正准备进行商用实验。该系统原先由摩托罗拉公司开发,后摩托罗拉公司淡出,由建利尔公司接手,在双向寻呼方面进展良好。PLANET为美国通用无线公司(Gwcom)的双向寻呼系统,该系统在无线证券交易应用方面具有独到之处。目前国脉通信股份公司已在上海建成覆盖全市的双向移动通信系统,用户已近1万,具备了正式商用的条件。Mobitex为瑞典爱立信公司的系统,由于该系统是改频的系统,目前正由北京江河寻呼公司、天宇网络通信公司在广州、石家庄等地进行技术实验,以确定能否进一步商用。NexNet是以色列Nexus公司的系统。相对上面所述的几种系统而言,NexNet系统频谱利用率不高,但在车辆定位方面具有一定的优势,目前上海山友通信公司、北京华通公司正在进行技术实验。3采用先进的网络信息传输方式, 是提升城市消防远程监控系统建设水平的有效途径城市消防远程监控系统的建设和应用,是贯彻公安部“以信息化应用为重点的科技强警战略”, 与国际消防接轨的重要举措。消防安全远程监控系统作为近年来逐步发展起来的一项新技术,为公安消防部门掌控单位和建筑的消防安全状况提供了重要工具。城市消防远程监控系统的整体结构主要分为三个层次,分别是:监控中心、联网单位、上级单位和消防监管部门。主要功能是:l 监控中心是所有服务器和网络接入设备的安装地点,也是监控指挥中心的办公地点。联网单位的所有信息都汇总到监控中心进行处理,监控指挥中心的值班工作人员在这里进行联网单位报警信息监控、火情确认、报警联动、故障报警信息分析等工作。l 联网单位安装一台或多台联网网关设备,联网网关一方面监测消防报警系统的报警、故障信号,另一方面通过PSTN、GPRS/CDMA、ADSL、VPN等多种方式接入消防专网,最终将消防报警和故障信息上传至监控中心。同时联网单位用户也可以通过消防专网使用系统的各项功能。l 上级单位和消防监管部门通过专线连接到监控中心,通过报警联动及时获知火情,并使用系统提供的各项功能。3.1 国外城市消防远程监控系统的建设与应用据资料显示,美国、加拿大、英国、澳大利亚、德国、日本等发达国家,早在上世纪六十年代就建立和应用了城市火灾自动报警监控系统。他们将自动火灾报警作为公共报警手段接入监控系统,使消防指挥中心能够快速准确判断火灾地点、火灾类型和调度消防部队迅速到达现场。不仅如此,这些国家巳将火灾自动报警监控系统普及到社区和家庭,成为建筑智能化不可忽缺的必备设施。管理方面也比较规范,专门成立一个监控服务机构,该机构的责任是保证火灾报警数据通信,为用户服务,对用户负责,同时向消防部队传送可靠的火灾报警信息;而消防部门的主要责任就是对此类服务机构进行资质审查及监督管理。这种管理运作方式已经取得了良好的效果。(1)美国模式美国是领引世界现代通讯前沿的国家,且通讯基础设施建设超前,通讯线路犹如丝织穿梭,租用一条2兆2MDDN透明数据专线月租费仅为10美元。美国人的火灾意识也十分强,对火灾实施远程监控早已普及到家庭。由于通讯资源丰富价廉,美国的城市消防远程监控系统信息传输手段主要以2兆2MDDN透明数据专线为主。(2)澳大利亚模式澳大利亚位于亚洲,通讯发展较之美国、欧洲国家相比欠发达。2000年为主办27届夏季奥运会,建立了城市消防远程监控系统。澳大利亚采用GPRS虚拟网作为基础的传输模式,同时兼容其他通讯方式。为了解决系统终端设备数据传输不稳定的问题,整合了爱立信研制生产的GT08无线终端。该产品是一款集成GPRS传输功能和TCP/IP网络于一体的新型无线移动通信网络设备。通过可靠通信(RCP协议),能够实现可靠的无线数据传输功能。3.2 国内城市消防远程监控系统的建设与应用我国的城市消防远程监控系统的建设才刚刚起步。上海、天津、重庆、太原、呼和浩特、沈阳、长春、哈尔滨、杭州、福州、南昌、济南、郑州、武汉、海口、贵阳、西安、兰州、昆明、乌鲁木齐、大连、鞍山、抚顺、营口、本溪、葫芦岛、铁岭、无锡、秦皇岛、包头、温州、泉州、济宁、洛阳、宜昌、佛山、德阳、曲靖、天水、克拉玛依、张家港、昆山、西昌、库尔勒等城市先后启动了消防远程监控系统建设,并接入了1.3万余家社会单位。各城市的信息传输模式参差不齐。归纳如下:(1)海湾模式海湾模式为我国城市消防远程监控系统建设的处女作。海湾早期研发的“GST-119NET城市火灾自动报警系统监控管理网络系统”是利用城市公用电话网(PSTN),通过拨号Modem接入方式和语音业务增值进行信息传输。主要特点是:可以利用用户原有的电话通信线路,安装调试简便、易于维护,能同时处理多路警情,很大程度上降低了监控终端的设备成本,用户容易接受。但是,PSTN而且每次通信时,通过拨号建立连接至少需要10s或更长时间,数据传输实时性差。而且,对于使用内部交换分机的用户,监护中心对监控终端的巡检操作受到限制。目前,在我国的大部分城市都采用了海湾模式。(2)上海模式上海模式是综合运用现代通讯技术构成的组网方式,具有先进的代表性。上海采用了GPRS分组交换数据承载和传输方式,具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高速传输”、“自如切换”等优点。同时,还采用了DSL数字信息传输和2兆2MDDN透明数据专线传输方式。值得一提的是,上海根据用户的需求,对重点防火单位采用了卫星通讯技术,这是在我国唯一采用这一技术的城市。(3)大连模式大连模式完全采用了澳大利亚模式。大连模式符合国际规范、标准,采用国际上成熟的星型网络模式,支持国内外目前所流行的主流网络体系结构和网络运行系统。选择GPRS虚拟网作为基础的传输模式,采用了爱立信生产的GT08通讯终端产品,通过租用移动的光纤专线,组建GPRS VPN(虚拟专用网),保证VPN内的所有通讯设备的通讯带宽,和数据传输安全。通过DDN专线与消防局办公内网相连,建立了消防安全管理平台,使系统成为消防部门的管理工具。(4)青岛模式青岛曾经采用模拟对讲的传输方式组网,由于种种原因而终止。以上国内外城市消防远程监控系统建设过程中所采用的典型组网模式足以证明,采用先进的网络信息传输方式, 是提升城市消防远程监控系统建设水平的有效途径。4. 应用先进的网络信息传输方式,全面推进城市消防远程监控系统建设随着现代数字声像编码技术和宽带通信接入技术的发展,为火灾自动报警监控联网提供了更完美的解决方案多信息火灾自动报警监控联网技术。多信息火灾自动报警监控联网技术,可以提供火灾探测报警系统设备的运行、现场情况的图像、音频同步信息,内容详尽,效果直观,可实全方位消防监控管理,极大地提高报警效率和监管水平。尤其是提供信息直观性和报警操作交互性可以极大地简化报警环节,缩短报警时间,最终实现早期预警、自动报警,对消防部队快速准确扑救火灾起到重要作用。多信息技术是未来火灾自动报警监控联网技术的主要发展方向。目前,由于受地域条件、资金投入、消防设备配置和消防通信指挥不同需求和功能要求等诸因素的制约,在推进我国的城市消防远程监控系统建设进程中,我们必须从实际出发,因地制宜,循序渐进。为此,提出如下建议:(1) 必须彼已知比,综合分析各种通讯传输方式的优劣在城市消防远程监控系统建设进程中,对于传输方式的选择,必须考虑到数据类型、对象范围及要求的可靠性、实时性,考虑到经济、适用。可供选择的通讯方式包括GSM短消息、GPRS、CDMA、PSTN、ADSL等无线/有线方式。各种通讯方式的比较:类型速率连接覆盖终端价格使用成本其它CDMA80-120K5S拨通,随时在线广2000元1K/5厘可扩展GPRS20K5S拨通,每次拨号广1500元1K/5厘带语音GSMSMS140BIT受用户量影响过大广1000元1条/1角ADSL512K15S拨通,随时在线部分地区300元50元包月加座机费用带语音PSTN56K25S拨通,每次拨号广100元0.2元1次加座机费用带语音CDMA和GPRS有同等的优越性,同为无线公网数字通讯方式,CDMA有比GPRS更好的带宽。但其网络覆盖范围及其较高成本、前端设备不稳定。此外,从城市消防远程监控系统功能需求考虑,对于远郊区县的分中心、集团用户、关联公司及消防车移动监控的需求来说,通讯模式的选择必须考虑安全性、访问速度以及成本等因素。CDMA提供的虚拟网应用可提供120K左右的下行带宽,完全可以为分中心及移动应用提供安全快速的访问服务,每月的成本不超过100元;而如果采用网通专线的形式接入,则每个分中心出于安全考虑都必须租用专线,作虚拟接入,每月成本至少要2000元。对于提供众多分中心浏览服务的运营系统来说, CDMA的虚拟网是最佳、最经济、最适用的接入方式。目前,城市大都采用电话拨号为主的有线通讯方式。这种方式存在着系统容量小、报警速度慢、联络建立不可靠、运行费用高等弊端。电话地线接入方式只能建立点对点的数据传输链路,对成千上万的城市客户资源来说,其支撑频繁的信息服务是成本高昂且无法承受的事情。这种方式为逐渐淘汰的模拟通讯方式,对于跨区的监控,电话线路的长途费用是不能接受的,且电话线路拨号速度慢,存在占线等不可控制的因素。个别城市采用了数字通讯方式,如ADSL和GPRS等,但由于成本、网络覆盖和系统安全等问题,都没有成功的应用。(2) 必须从实际出发,因地制宜,推动城市消防远程监控系统建设笔者认为,作为一个城市,采取何种通讯组网方式,必须与城市发展、经济发展和通讯技术发展相协调。对于地级以上城市,建议采用大连模式,即GPRS无线数字通讯为基础的通讯联网方式。GPRS无线虚拟专用网是在公网的硬件网络环境下,借助GPRS网络基站的覆盖、连通和海量客户服务能力和特有的断线监测、重连功能,为消防监控服务提供了一个独立的、安全可靠的通讯网络系统。系统采用专业通讯公司的通讯服务器,可以保证数据传输中不会丢包、错包,数据传输更安全、可靠。同时。系统加强了安全保障机制,以行之有效的重传和确认机制保证数据的双向可靠通信, 成为报警信息安全的保障。这种联网方式的先进性在于:数字通讯方式,采用IP交换,借助公共网络资源,使系统的容量基本不受限制,而且不受地域限制,全市乃至全国的用户都可以在一个中心下得到无差别的接入服务。对于县级以下城镇,结合目前网络运营商的实际情况,最为合适的有线网络结构是选择基于ADSL的VPN专网,这种网络结构相对于其它形式的主要优点是:速率较高,ADSL的速率普遍可达到上行512Kbps/下行2Mbps,除了消防报警信息之外,还可从联网单位上传一路实时视频监控信号;安装布线方便,可利用现有的电话线路,且绝大部分单位都可以直接接入;通过网络运营商提供的VPN专网服务,可保证消防专网的稳定性和安全性;网络费用较低。对于偏僻地区无线信号覆盖好或有线布线困难、无法安装ADSL网络的,可以考虑GPRS/CDMA、甚至专线来接入消防专网。而对于监控指挥中心一般应选

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