基于IP的下一代數字集群通信系統

數字集群的發(fā)展現狀

目前,數字集群通信系統的國際標準主要有TETRA和iDEN兩種體系。前者在開(kāi)發(fā)時(shí)注意針對專(zhuān)業(yè)無(wú)線(xiàn)用戶(hù)的需求而設計，特別適合在政府和商業(yè)領(lǐng)域的專(zhuān)網(wǎng)使用；后者由摩托羅拉研制和生產(chǎn),主要特點(diǎn)是將數字調度通信和數字蜂窩通信成功地綜合在一套系統內。

在3G系統中,PoC(PTToverCellular)業(yè)務(wù)率先在IP多媒體子系統IMS上推出,它是一種基于IP網(wǎng)絡(luò )的語(yǔ)音服務(wù),融合了手機和對講機的功能，是一種半雙工的通信方式。在支持PoC業(yè)務(wù)的用戶(hù)終端上用戶(hù)僅僅按一個(gè)鍵就可以和別的用戶(hù)進(jìn)行一對一（或一對多）的即時(shí)通話(huà)，呼叫連接幾乎是即時(shí)接通，接聽(tīng)者不需要額外的接續操作。但目前的PoC業(yè)務(wù)在呼叫延遲、通話(huà)質(zhì)量和互聯(lián)互通等方面仍存在較大缺陷，和傳統的集群業(yè)務(wù)相比還是遜色不少。盡管如此，集群技術(shù)在3G網(wǎng)絡(luò )中的應用經(jīng)驗為我們構建全IP的數字集群通信系統提供了借鑒和幫助。由此也可認識到新一代的數字集群通信需要基于IP的網(wǎng)絡(luò )技術(shù),建立一個(gè)統一的業(yè)務(wù)平臺和通用核心網(wǎng),提供一個(gè)整合呼叫會(huì )話(huà)控制功能、應用服務(wù)功能和多媒體資源功能的統一的服務(wù)環(huán)境。

基于IP的數字集群網(wǎng)絡(luò )架構

在傳統的電路方式的數字集群系統中，底層的網(wǎng)絡(luò )傳輸和上層的控制是融合在一起的。而基于IP的新一代數字集群通信系統的傳輸與控制分離，需要采用分層的方法來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )結構的設計，如圖1所示。

基于IP的數字集群通信系統具有以下特性

1.網(wǎng)絡(luò )拓撲多樣，組網(wǎng)靈活?；贗P網(wǎng)絡(luò )的架構設計較為靈活，可支持星型、環(huán)型、樹(shù)型和混合型等各種網(wǎng)絡(luò )。

2.互聯(lián)互通性較好。由于采用了IP，數字集群網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)和3G等下一代網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)互通更加快捷容易。

3.系統冗余設計。由于基于IP的網(wǎng)絡(luò )采用標準設備和標準接口，更方便實(shí)現系統的冗余設計，有效地提高了系統的可靠性。

4.標準互聯(lián)，便于擴容和升級。網(wǎng)絡(luò )采用路由器、交換機、網(wǎng)橋等標準計算機網(wǎng)絡(luò )設備，同時(shí)各種網(wǎng)絡(luò )的連接也是標準連接，如局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、虛擬專(zhuān)用網(wǎng)等，因而方便未來(lái)的系統擴容和升級。

5.具有統一的開(kāi)發(fā)平臺。管理維護層通過(guò)采用標準的網(wǎng)絡(luò )應用協(xié)議，便于各種擴展應用的實(shí)現，例如調度臺軟件、語(yǔ)音記錄軟件、GPS定位軟件等，而且通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )的軟件升級維護更容易。

6.建設網(wǎng)絡(luò )所需的成本降低。網(wǎng)絡(luò )的底層傳輸和交換系統中采用IP架構，與傳統的電路交換相比，可以獲得較低的購買(mǎi)成本和較低的維護費用。

引入IP的優(yōu)勢

基于IP構建數字集群通信系統具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢

1.IP數據報報頭中有目的地址等必要內容，使每個(gè)數據報不經(jīng)過(guò)同樣的路徑都能準確地到達目的地。在目的地重新組合成原來(lái)發(fā)送的數據。如果源和目的節點(diǎn)之間某一路徑發(fā)生故障，可自動(dòng)選擇其他路由發(fā)送數據，使網(wǎng)絡(luò )具有極高的可恢復性。

2.基于IP的集群網(wǎng)絡(luò )融合了調度語(yǔ)音交換、電話(huà)語(yǔ)音交換和IP分組網(wǎng)絡(luò )，是可以同時(shí)提供話(huà)音、數據等多種業(yè)務(wù)的綜合性的網(wǎng)絡(luò )平臺體系?？沙休d各種業(yè)務(wù)包括：語(yǔ)音呼叫、短數據、分組數據和多時(shí)隙分組數據等。采用IP技術(shù)還便于采用新業(yè)務(wù)和應用。例如圖像傳輸等。

3.IP集群調度系統提供了多媒體協(xié)同通信能力，可以傳送語(yǔ)音、文字、圖片、視頻、Email等多種內容，這不同于傳統集群系統，而且獲取這種通信能力的成本比較低。

4.IP網(wǎng)絡(luò )既可以很小也可以很大，專(zhuān)業(yè)調度用戶(hù)也有類(lèi)似的需求。有的用戶(hù)只有一個(gè)或幾個(gè)基站的小系統，而有的用戶(hù)需要數十個(gè)基站的大中型網(wǎng)絡(luò )。有的需要覆蓋多個(gè)區域、全省甚至覆蓋全國的大型網(wǎng)絡(luò )。采用全IP網(wǎng)絡(luò )可以使集群網(wǎng)絡(luò )構建更加靈活。

5.系統中每個(gè)分組都使用整個(gè)鏈路的帶寬，這樣使數據包在鏈路中傳輸得更快,可以設置多種服務(wù)等級，優(yōu)化數據分發(fā)和路由,在IP集群中實(shí)現QoS優(yōu)于同等的電路交換網(wǎng)絡(luò )。

6.目前3GPP和NGN組織都選擇IP網(wǎng)絡(luò )作為未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的承載網(wǎng)，因而基于IP構建下一代數字集群系統可以實(shí)現集群網(wǎng)絡(luò )與公網(wǎng)更好更便捷地互聯(lián)互通。

7.基于IP網(wǎng)絡(luò )構建數字集群，可以將業(yè)務(wù)承載和業(yè)務(wù)控制分離，從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的結構更加簡(jiǎn)單。

關(guān)鍵性問(wèn)題

由于采用IP平臺，構建數字集群通信系統必須考慮到如下兩個(gè)方面的關(guān)鍵性問(wèn)題。

1.接續延遲

如果網(wǎng)絡(luò )中用戶(hù)較多、使用頻率增加或網(wǎng)絡(luò )信號較差，呼叫接續時(shí)間可能會(huì )變長(cháng)，而傳統數字集群的接續時(shí)間都被控制在1秒或者更短的時(shí)間之內，這也是其核心的競爭力。在構建下一代全IP的數字集群系統時(shí)，必須考慮到IP化可能帶來(lái)的較大的接續延時(shí)，因而有必要采取一定的技術(shù)和策略避免這種時(shí)延的發(fā)生。

2.帶寬利用率

采用IP技術(shù)后，通過(guò)IP數據包來(lái)傳輸信息。傳統的IP分組頭至少是40字節，相對于分組凈荷來(lái)說(shuō)這是一個(gè)很大的數字。利用傳統的IP分組傳輸數據勢必會(huì )浪費有限的無(wú)線(xiàn)資源，造成系統的帶寬利用率不高。因此在構建下一代數字集群系統時(shí)必須充分考慮到這一點(diǎn)，采取一定的解決策略。

3.QoS保證

QoS一直是分組交換網(wǎng)絡(luò )中的重要問(wèn)題，其中包括通話(huà)時(shí)延和話(huà)音質(zhì)量等。如果用戶(hù)較多，QoS這個(gè)問(wèn)題將會(huì )更加突出。另外，在跨網(wǎng)絡(luò )互通時(shí)，性能和質(zhì)量也會(huì )下降。所以在下一代的數字集群系統中要著(zhù)重解決IP化帶來(lái)的服務(wù)質(zhì)量下降的問(wèn)題。