基于IP網(wǎng)絡(luò )的TETRA數字集群系統構建

 
　　日益增大的數據傳輸和高造價(jià)的網(wǎng)絡(luò )系統，使得基于IP的TETRA系統的研究具有非常高的實(shí)用價(jià)值。在傳統的TETRA網(wǎng)絡(luò )交換中，底層的網(wǎng)絡(luò )傳輸和上層的控制是融合在一起的，而在基于IP的TETRA系統中，底層的網(wǎng)絡(luò )傳輸和上層的控制是分離的。  

　　網(wǎng)絡(luò )采用的是分布式結構，所有的設備通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )接入。不同的TETRA結構通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )傳送數據，可在不同廠(chǎng)商異構的網(wǎng)絡(luò )間進(jìn)行通信，從而建立高性能、高可靠性的TETRA共網(wǎng)。IP技術(shù)的應用極大地降低了網(wǎng)絡(luò )的成本，同時(shí)帶來(lái)了更多更新的網(wǎng)絡(luò )應用，對TETRA這種通信系統體制今后的發(fā)展有很大的推動(dòng)作用。由此，本文提出了在IP網(wǎng)絡(luò )平臺上構建集群系統的思想，可利用現有的網(wǎng)絡(luò )設備，采用基于TCP/IP協(xié)議的IP交換技術(shù)，這樣不但降低了成本，而且使系統更具開(kāi)放性和標準性。 

　　總體方案設計 

　　收發(fā)信基站（BS） 

　　提供小區無(wú)線(xiàn)覆蓋范圍。組成部分包括 ：（1）收發(fā)信道機和基站控制器（BSC），保證無(wú)線(xiàn)設備與移動(dòng)工作站的接口正常工作；（2）BTS控制單元（BCU），主要保證通信路由選擇和移動(dòng)性管理；（3）BTS網(wǎng)絡(luò )接入單元（BNA），通過(guò)TCP-UDP/IP確保與地面傳輸鏈路的接口。監管系統解決方案中提供附加設備，包括塔架、RF饋線(xiàn)、天線(xiàn)系統、供電系統。 

　　移動(dòng)工作站（MS） 

　　包括自動(dòng)車(chē)輛裝置、移動(dòng)終端和無(wú)線(xiàn)終端。提供大量移動(dòng)工作站以配合各種不同的用戶(hù)需要?？捎?W和3W移動(dòng)MS，也可用10W車(chē)輛MS?？商峁┐罅枯o助設備，以適應不同的安裝條件。連接數據終端設備（PEI）的標準接口能夠連接應用設備，例如嵌入式膝上型電腦、隨車(chē)PC設備或工業(yè)遠程控制和管理設備。 

　　路由交換設備 

　　路由器采用思科公司的路由器（3600系列），并根據網(wǎng)絡(luò )配置帶有擴展板。這些設備是易于管理的SNMP。許多路由器通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )連接到TETRA核心，通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò )建立TETRA無(wú)線(xiàn)基站的通信鏈路。路由器支持IP軟件機制，用于多播、單播過(guò)程、業(yè)務(wù)保護代理、動(dòng)態(tài)再路由。路由器間通過(guò)以太網(wǎng)接口連接。 

　　數據庫服務(wù)器 

　　每個(gè)BCU和網(wǎng)關(guān)都有一個(gè)本地數據庫。完全分布式的數據庫比中心化系統更有效，并能提高網(wǎng)絡(luò )的運行效率。一個(gè)呼叫建立或登記請求的接入通過(guò)數據庫處理，呼叫可以在網(wǎng)絡(luò )最通暢的情況下建立，避免了把通信路由到中心交換器和再返回。處理工作分布在數據庫中。如果客戶(hù)信息或位置發(fā)生改變，所有超高速緩沖存儲器可自動(dòng)從中心數據庫獲得更新。 

　　在TETRA的核心骨干網(wǎng)中，采用的是基于IP的傳輸體系?；九c網(wǎng)絡(luò )交換和控制設備之間采用IP方式連接，而連接網(wǎng)絡(luò )的互連設備包括路由器和各種網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)絡(luò )的傳輸采用TCP/IP協(xié)議，在各個(gè)節點(diǎn)上的交換設備采用以太網(wǎng)交換機。這種網(wǎng)絡(luò )結構有效地節省了成本開(kāi)支，對于基站較少的本地網(wǎng)絡(luò )，可以由一臺交換控制設備進(jìn)行集中交換的網(wǎng)絡(luò )結構。對于基站數量較多、覆蓋范圍較廣、業(yè)務(wù)量較大的區域網(wǎng)絡(luò )，也可以采用多臺交換控制設備進(jìn)行分散控制。各交換設備之間的連接應能靈活設置，例如可采用樹(shù)型、星型、網(wǎng)型或環(huán)型連接，也可采用同步和異步混合的鏈路結構。網(wǎng)絡(luò )如果需要連接各種其他網(wǎng)絡(luò )，比如說(shuō)Internet或其他網(wǎng)絡(luò )，需要加各種網(wǎng)關(guān)以達到互聯(lián)互通。同時(shí)網(wǎng)絡(luò )管理、有線(xiàn)調度臺和數據庫服務(wù)器都可以接入到以太網(wǎng)中，無(wú)需為其位置考慮。 

　　在TETRA系統中的網(wǎng)絡(luò )設備可以完全由IP網(wǎng)絡(luò )設備代替，比如說(shuō)路由器、交換機等。但有關(guān)TETRA呼叫控制和應用層上的設備全部是原先的TETRA設備，這與傳統的TETRA網(wǎng)絡(luò )是相同的。只是在下層的交換和控制層進(jìn)行了改變，采用了IP架構。這樣，在基于IP結構的TETRA網(wǎng)絡(luò )對TETRA協(xié)議的使用是沒(méi)有絲毫改變的。 

　　基于IP的TETRA網(wǎng)絡(luò ) 

　　可能存在的QoS問(wèn)題 

　　在TETRA集群通信中，由于語(yǔ)音信息包的丟失導致緊急呼叫的中斷所造成的影響是非常大的。因此，提高語(yǔ)音的服務(wù)質(zhì)量是首要問(wèn)題。對于以話(huà)音為主要業(yè)務(wù)的集群系統來(lái)說(shuō)，當話(huà)音數據以IP包的形式在LAN總線(xiàn)上傳輸時(shí)，由于系統存在較大的隨機性，又要滿(mǎn)足話(huà)音的服務(wù)質(zhì)量，因此有必要對系統進(jìn)行性能分析，應該按照下面3個(gè)重要的規則：（1）語(yǔ)音包隊列最小化，這樣不會(huì )中斷連續的語(yǔ)音包；（2）將語(yǔ)音包優(yōu)先于其他數據包，確保語(yǔ)音包不會(huì )排隊在其他低優(yōu)先級包之后；（3）斷開(kāi)大的數據包，確保大的低優(yōu)先級包不會(huì )影響到語(yǔ)音包。除此之外，需要路由器使用更快、更可靠的路由算法。 

　　可將一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò )中傳送的數據分為3個(gè)優(yōu)先級：高優(yōu)先級數據包（語(yǔ)音、視頻、實(shí)時(shí)控制）、中優(yōu)先級數據包（包數據）、低優(yōu)先級數據包（網(wǎng)絡(luò )管理），這樣就能基本解決語(yǔ)音的QoS問(wèn)題。同時(shí)可在一些區域控制器中實(shí)行集中式的網(wǎng)絡(luò )智能管理來(lái)提高組呼的呼叫速度，從而能同時(shí)完成一定服務(wù)質(zhì)量的實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)的傳輸、指揮調度、監控等功能，以適應多媒體通信要求。 

　　基于局域網(wǎng)平臺的模擬與驗證 

　　為了驗證基于IP的數字集群網(wǎng)絡(luò )可行性，在局域網(wǎng)平臺上對集群網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化，并編寫(xiě)了模擬軟件，包括控制中心、管理中心、調度臺等模塊。為簡(jiǎn)化模擬，MS與BS均使用軟件替代，同時(shí)根據TETRA協(xié)議，制定了該方案中的數據傳輸協(xié)議和模塊功能。 

　　控制模塊技術(shù)要求 

（1）從軟件編程角度，完成除了MAC底層協(xié)議的完整數據定義； 
（2）在TETRA協(xié)議框架下，完成呼叫流程； 
（3）完成呼叫和簡(jiǎn)單鑒權機制的判斷過(guò)程； 
（4）可以處理隨機到達的大量信令； 
（5）提供與管理模塊的數據/控制接口； 
（6）多基站切換的信令處理流程，建立單區多基站控制流程； 
（7）系統的軟交換容量及性能分析； 
（8）集群系統性能分析，包括呼損、呼叫處理時(shí)間等指標的分析。 

　　管理中心技術(shù)要求 

　?。?）用戶(hù)管理?？商幚盱o態(tài)的用戶(hù)信息：用戶(hù)注冊、權限設置、編組信息、各種地址和標識分配、業(yè)務(wù)管理等；以及動(dòng)態(tài)的信息處理：增加或刪除通話(huà)組的成員、創(chuàng )建新的通話(huà)組或臨時(shí)通話(huà)組、改變已有用戶(hù)的呼叫權限和其他參數、管理通話(huà)組及其服務(wù)區等。 

　?。?）設備管理的主要內容為定時(shí)監測網(wǎng)絡(luò )設備的運行狀況，給出不正常設備信息，可以提供多種方式禁止終端使用。 

　　調度臺技術(shù)要求 

　?。?）發(fā)起和處理呼叫。包括標準呼叫、緊急呼叫、呼叫轉移。 

　?。?）話(huà)音錄音與回放。調度臺可以自動(dòng)或手動(dòng)記錄與移動(dòng)臺通信的話(huà)音數據，存儲于硬盤(pán)中，以便日后查詢(xún)與回放?？砂锤鞣N屬性進(jìn)行查詢(xún)，并應防止記錄被篡改。 

　?。?）通信日志記錄。調度臺每一次通信記錄（話(huà)音和數據）都被保存在網(wǎng)管單元的數據庫中和調度臺的通信日志中。記錄包括：主叫和被叫方的號碼、通話(huà)的起始時(shí)間和持續時(shí)間、通話(huà)類(lèi)型等。    

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