基于IP網(wǎng)絡的TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)構(gòu)建

 
　　日益增大的數(shù)據(jù)傳輸和高造價的網(wǎng)絡系統(tǒng)，使得基于IP的TETRA系統(tǒng)的研究具有非常高的實用價值。在傳統(tǒng)的TETRA網(wǎng)絡交換中，底層的網(wǎng)絡傳輸和上層的控制是融合在一起的，而在基于IP的TETRA系統(tǒng)中，底層的網(wǎng)絡傳輸和上層的控制是分離的。  

　　網(wǎng)絡采用的是分布式結(jié)構(gòu)，所有的設備通過IP網(wǎng)絡接入。不同的TETRA結(jié)構(gòu)通過IP網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)，可在不同廠商異構(gòu)的網(wǎng)絡間進行通信，從而建立高性能、高可靠性的TETRA共網(wǎng)。IP技術的應用極大地降低了網(wǎng)絡的成本，同時帶來了更多更新的網(wǎng)絡應用，對TETRA這種通信系統(tǒng)體制今后的發(fā)展有很大的推動作用。由此，本文提出了在IP網(wǎng)絡平臺上構(gòu)建集群系統(tǒng)的思想，可利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡設備，采用基于TCP/IP協(xié)議的IP交換技術，這樣不但降低了成本，而且使系統(tǒng)更具開放性和標準性。 

　　總體方案設計 

　　收發(fā)信基站（BS） 

　　提供小區(qū)無線覆蓋范圍。組成部分包括 ：（1）收發(fā)信道機和基站控制器（BSC），保證無線設備與移動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性管理；（3）BTS網(wǎng)絡接入單元（BNA），通過TCP-UDP/IP確保與地面?zhèn)鬏旀溌返慕涌?。監(jiān)管系統(tǒng)解決方案中提供附加設備，包括塔架、RF饋線、天線系統(tǒng)、供電系統(tǒng)。 

　　移動工作站（MS） 

　　包括自動車輛裝置、移動終端和無線終端。提供大量移動工作站以配合各種不同的用戶需要。可用1W和3W移動MS，也可用10W車輛MS。可提供大量輔助設備，以適應不同的安裝條件。連接數(shù)據(jù)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(jù)網(wǎng)絡配置帶有擴展板。這些設備是易于管理的SNMP。許多路由器通過IP網(wǎng)絡連接到TETRA核心，通過傳輸網(wǎng)絡建立TETRA無線基站的通信鏈路。路由器支持IP軟件機制，用于多播、單播過程、業(yè)務保護代理、動態(tài)再路由。路由器間通過以太網(wǎng)接口連接。 

　　數(shù)據(jù)庫服務器 

　　每個BCU和網(wǎng)關都有一個本地數(shù)據(jù)庫。完全分布式的數(shù)據(jù)庫比中心化系統(tǒng)更有效，并能提高網(wǎng)絡的運行效率。一個呼叫建立或登記請求的接入通過數(shù)據(jù)庫處理，呼叫可以在網(wǎng)絡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(shù)據(jù)庫中。如果客戶信息或位置發(fā)生改變，所有超高速緩沖存儲器可自動從中心數(shù)據(jù)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。基站與網(wǎng)絡交換和控制設備之間采用IP方式連接，而連接網(wǎng)絡的互連設備包括路由器和各種網(wǎng)關。網(wǎng)絡的傳輸采用TCP/IP協(xié)議，在各個節(jié)點上的交換設備采用以太網(wǎng)交換機。這種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)有效地節(jié)省了成本開支，對于基站較少的本地網(wǎng)絡，可以由一臺交換控制設備進行集中交換的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。對于基站數(shù)量較多、覆蓋范圍較廣、業(yè)務量較大的區(qū)域網(wǎng)絡，也可以采用多臺交換控制設備進行分散控制。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(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡如果需要連接各種其他網(wǎng)絡，比如說Internet或其他網(wǎng)絡，需要加各種網(wǎng)關以達到互聯(lián)互通。同時網(wǎng)絡管理、有線調(diào)度臺和數(shù)據(jù)庫服務器都可以接入到以太網(wǎng)中，無需為其位置考慮。 

　　在TETRA系統(tǒng)中的網(wǎng)絡設備可以完全由IP網(wǎng)絡設備代替，比如說路由器、交換機等。但有關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(tǒng)的TETRA網(wǎng)絡是相同的。只是在下層的交換和控制層進行了改變，采用了IP架構(gòu)。這樣，在基于IP結(jié)構(gòu)的TETRA網(wǎng)絡對TETRA協(xié)議的使用是沒有絲毫改變的。 

　　基于IP的TETRA網(wǎng)絡 

　　可能存在的QoS問題 

　　在TETRA集群通信中，由于語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，提高語音的服務質(zhì)量是首要問題。對于以話音為主要業(yè)務的集群系統(tǒng)來說，當話音數(shù)據(jù)以IP包的形式在LAN總線上傳輸時，由于系統(tǒng)存在較大的隨機性，又要滿足話音的服務質(zhì)量，因此有必要對系統(tǒng)進行性能分析，應該按照下面3個重要的規(guī)則：（1）語音包隊列最小化，這樣不會中斷連續(xù)的語音包；（2）將語音包優(yōu)先于其他數(shù)據(jù)包，確保語音包不會排隊在其他低優(yōu)先級包之后；（3）斷開大的數(shù)據(jù)包，確保大的低優(yōu)先級包不會影響到語音包。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IP網(wǎng)絡中傳送的數(shù)據(jù)分為3個優(yōu)先級：高優(yōu)先級數(shù)據(jù)包（語音、視頻、實時控制）、中優(yōu)先級數(shù)據(jù)包（包數(shù)據(jù)）、低優(yōu)先級數(shù)據(jù)包（網(wǎng)絡管理），這樣就能基本解決語音的QoS問題。同時可在一些區(qū)域控制器中實行集中式的網(wǎng)絡智能管理來提高組呼的呼叫速度，從而能同時完成一定服務質(zhì)量的實時多媒體業(yè)務的傳輸、指揮調(diào)度、監(jiān)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(shù)字集群網(wǎng)絡可行性，在局域網(wǎng)平臺上對集群網(wǎng)絡進行了一定的簡化，并編寫了模擬軟件，包括控制中心、管理中心、調(diào)度臺等模塊。為簡化模擬，MS與BS均使用軟件替代，同時根據(jù)TETRA協(xié)議，制定了該方案中的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和模塊功能。 

　　控制模塊技術要求 

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

　　管理中心技術要求 

　?。?）用戶管理。可處理靜態(tài)的用戶信息：用戶注冊、權(quán)限設置、編組信息、各種地址和標識分配、業(yè)務管理等；以及動態(tài)的信息處理：增加或刪除通話組的成員、創(chuàng)建新的通話組或臨時通話組、改變已有用戶的呼叫權(quán)限和其他參數(shù)、管理通話組及其服務區(qū)等。 

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

　　調(diào)度臺技術要求 

　　（1）發(fā)起和處理呼叫。包括標準呼叫、緊急呼叫、呼叫轉(zhuǎn)移。 

　?。?）話音錄音與回放。調(diào)度臺可以自動或手動記錄與移動臺通信的話音數(shù)據(jù)，存儲于硬盤中，以便日后查詢與回放?？砂锤鞣N屬性進行查詢，并應防止記錄被篡改。 

　?。?）通信日志記錄。調(diào)度臺每一次通信記錄（話音和數(shù)據(jù)）都被保存在網(wǎng)管單元的數(shù)據(jù)庫中和調(diào)度臺的通信日志中。記錄包括：主叫和被叫方的號碼、通話的起始時間和持續(xù)時間、通話類型等。    

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