基于IP的下一代數(shù)字集群通信系統(tǒng)

數(shù)字集群的發(fā)展現(xiàn)狀

目前,數(shù)字集群通信系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)主要有TETRA和iDEN兩種體系。前者在開發(fā)時(shí)注意針對(duì)專業(yè)無線用戶的需求而設(shè)計(jì)，特別適合在政府和商業(yè)領(lǐng)域的專網(wǎng)使用；后者由摩托羅拉研制和生產(chǎn),主要特點(diǎn)是將數(shù)字調(diào)度通信和數(shù)字蜂窩通信成功地綜合在一套系統(tǒng)內(nèi)。

在3G系統(tǒng)中,PoC(PTToverCellular)業(yè)務(wù)率先在IP多媒體子系統(tǒng)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(jī)和對(duì)講機(jī)的功能，是一種半雙工的通信方式。在支持PoC業(yè)務(wù)的用戶終端上用戶僅僅按一個(gè)鍵就可以和別的用戶進(jìn)行一對(duì)一（或一對(duì)多）的即時(shí)通話，呼叫連接幾乎是即時(shí)接通，接聽者不需要額外的接續(xù)操作。但目前的PoC業(yè)務(wù)在呼叫延遲、通話質(zhì)量和互聯(lián)互通等方面仍存在較大缺陷，和傳統(tǒng)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(yīng)用經(jīng)驗(yàn)為我們構(gòu)建全IP的數(shù)字集群通信系統(tǒng)提供了借鑒和幫助。由此也可認(rèn)識(shí)到新一代的數(shù)字集群通信需要基于IP的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),建立一個(gè)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)平臺(tái)和通用核心網(wǎng),提供一個(gè)整合呼叫會(huì)話控制功能、應(yīng)用服務(wù)功能和多媒體資源功能的統(tǒng)一的服務(wù)環(huán)境。

基于IP的數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在傳統(tǒng)的電路方式的數(shù)字集群系統(tǒng)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(shù)字集群通信系統(tǒng)的傳輸與控制分離，需要采用分層的方法來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如圖1所示。

基于IP的數(shù)字集群通信系統(tǒng)具有以下特性

1.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涠鄻?，組網(wǎng)靈活。基于IP網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)設(shè)計(jì)較為靈活，可支持星型、環(huán)型、樹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(shù)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(tǒng)冗余設(shè)計(jì)。由于基于IP的網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)接口，更方便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性。

4.標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)，便于擴(kuò)容和升級(jí)。網(wǎng)絡(luò)采用路由器、交換機(jī)、網(wǎng)橋等標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時(shí)各種網(wǎng)絡(luò)的連接也是標(biāo)準(zhǔn)連接，如局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、虛擬專用網(wǎng)等，因而方便未來的系統(tǒng)擴(kuò)容和升級(jí)。

5.具有統(tǒng)一的開發(fā)平臺(tái)。管理維護(hù)層通過采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議，便于各種擴(kuò)展應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，例如調(diào)度臺(tái)軟件、語(yǔ)音記錄軟件、GPS定位軟件等，而且通過IP網(wǎng)絡(luò)的軟件升級(jí)維護(hù)更容易。

6.建設(shè)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(tǒng)中采用IP架構(gòu)，與傳統(tǒng)的電路交換相比，可以獲得較低的購(gòu)買成本和較低的維護(hù)費(fèi)用。

引入IP的優(yōu)勢(shì)

基于IP構(gòu)建數(shù)字集群通信系統(tǒng)具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)

1.IP數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭中有目的地址等必要內(nèi)容，使每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)不經(jīng)過同樣的路徑都能準(zhǔn)確地到達(dá)目的地。在目的地重新組合成原來發(fā)送的數(shù)據(jù)。如果源和目的節(jié)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(shù)據(jù)，使網(wǎng)絡(luò)具有極高的可恢復(fù)性。

2.基于IP的集群網(wǎng)絡(luò)融合了調(diào)度語(yǔ)音交換、電話語(yǔ)音交換和IP分組網(wǎng)絡(luò)，是可以同時(shí)提供話音、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)的綜合性的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)體系。可承載各種業(yè)務(wù)包括：語(yǔ)音呼叫、短數(shù)據(jù)、分組數(shù)據(jù)和多時(shí)隙分組數(shù)據(jù)等。采用IP技術(shù)還便于采用新業(yè)務(wù)和應(yīng)用。例如圖像傳輸?shù)取?

3.IP集群調(diào)度系統(tǒng)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(nèi)容，這不同于傳統(tǒng)集群系統(tǒng)，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，專業(yè)調(diào)度用戶也有類似的需求。有的用戶只有一個(gè)或幾個(gè)基站的小系統(tǒng)，而有的用戶需要數(shù)十個(gè)基站的大中型網(wǎng)絡(luò)。有的需要覆蓋多個(gè)區(qū)域、全省甚至覆蓋全國(guó)的大型網(wǎng)絡(luò)。采用全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)可以使集群網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建更加靈活。

5.系統(tǒng)中每個(gè)分組都使用整個(gè)鏈路的帶寬，這樣使數(shù)據(jù)包在鏈路中傳輸?shù)酶?可以設(shè)置多種服務(wù)等級(jí)，優(yōu)化數(shù)據(jù)分發(fā)和路由,在IP集群中實(shí)現(xiàn)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)作為未來網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)，因而基于IP構(gòu)建下一代數(shù)字集群系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)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(gòu)建數(shù)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(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。

關(guān)鍵性問題

由于采用IP平臺(tái)，構(gòu)建數(shù)字集群通信系統(tǒng)必須考慮到如下兩個(gè)方面的關(guān)鍵性問題。

1.接續(xù)延遲

如果網(wǎng)絡(luò)中用戶較多、使用頻率增加或網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較差，呼叫接續(xù)時(shí)間可能會(huì)變長(zhǎng)，而傳統(tǒng)數(shù)字集群的接續(xù)時(shí)間都被控制在1秒或者更短的時(shí)間之內(nèi)，這也是其核心的競(jìng)爭(zhēng)力。在構(gòu)建下一代全I(xiàn)P的數(shù)字集群系統(tǒng)時(shí)，必須考慮到IP化可能帶來的較大的接續(xù)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IP數(shù)據(jù)包來傳輸信息。傳統(tǒng)的IP分組頭至少是40字節(jié)，相對(duì)于分組凈荷來說這是一個(gè)很大的數(shù)字。利用傳統(tǒng)的IP分組傳輸數(shù)據(jù)勢(shì)必會(huì)浪費(fèi)有限的無線資源，造成系統(tǒng)的帶寬利用率不高。因此在構(gòu)建下一代數(shù)字集群系統(tǒng)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)中的重要問題，其中包括通話時(shí)延和話音質(zhì)量等。如果用戶較多，QoS這個(gè)問題將會(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(shù)字集群系統(tǒng)中要著重解決IP化帶來的服務(wù)質(zhì)量下降的問題。