基于移動通信網(wǎng)的集群通信設(shè)計與實現(xiàn)

劉軍輝, 李 彤

（裝甲兵工程學院信息工程系, 北京 100072）

0 引言

隨著社會活動和經(jīng)濟活動的節(jié)奏加快和范圍擴大以及相應(yīng)信息傳輸量的劇增，許多團體和機構(gòu)對可用于廣域調(diào)度指揮的集群通信網(wǎng)絡(luò)需求也日益劇增，這些需要為我國發(fā)展集群通信網(wǎng)絡(luò)提供了廣闊的應(yīng)用前景。集群通信系統(tǒng)是由電信運營商統(tǒng)一建設(shè)和運營的數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)，通過豐富的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)功能和 VPN（虛擬專網(wǎng)）能力為政府部門、企事業(yè)單位等集團用戶提供資源共享、高效能、專業(yè)化可靠通信服務(wù)。基于移動通信網(wǎng)絡(luò)的集群通信系統(tǒng)具有共用頻道和信道、共享覆蓋區(qū)域、資源利用率高、平均成本低廉、能保證更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋和運營質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展能力強等諸多優(yōu)點，有較好的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿1]。

本文提出了一種基于GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)的通信電臺系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方法，它依托移動基站，在電臺終端中插入手機SIM卡就為用戶建立了全國范圍內(nèi)集群電臺通信系統(tǒng)。由于上網(wǎng)SIM卡的資費含漫游在內(nèi)多采用包月方式計費，所以利用移動數(shù)據(jù)信道承載的PoC集群通信方式可以進行跨區(qū)域長時間通話，較手機或租用集群網(wǎng)絡(luò)能節(jié)省費用，可以滿足那些需要跨地區(qū)組建集群通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，也可作為具有無線互聯(lián)網(wǎng)特征的3G網(wǎng)絡(luò)的特色業(yè)務(wù)推廣應(yīng)用。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

系統(tǒng)組成?；谝苿訑?shù)據(jù)通道的電臺通信系統(tǒng)由中心處理系統(tǒng)和 PoC(Push to Talk Over Cellular Network)終端組成，二者通過 Internet網(wǎng)絡(luò)進行連接，系統(tǒng)組成如圖 1所示。

圖1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)功能。PoC集群通信系統(tǒng)具有如下基本功能：對PoC終端進行簽權(quán)認證；支持多集群，多話務(wù)臺（可以支持 50話務(wù)群分組）；可以通過話務(wù)臺設(shè)置集群分組；支持 PoC終端與話務(wù)員熱線通話服務(wù)，支持話務(wù)員廣播和插播通話；支持群組內(nèi)的一對一私密通話、一對多群組通話；支持PoC終端的參數(shù)遠程設(shè)置和修改；可以設(shè)置PoC終端用戶的優(yōu)先級，并支持根據(jù)用戶的優(yōu)先級使用強插強拆的功能；可以系統(tǒng)尋呼（廣播）、群組尋呼（廣播）。

2 中心處理系統(tǒng)組成

中心處理系統(tǒng)由用戶鑒權(quán)子系統(tǒng)、呼叫控制子系統(tǒng)、PoC交換子系統(tǒng)、話務(wù)臺子系統(tǒng)和后臺監(jiān)控子系統(tǒng)組成，軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 中心處理系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

PoC終端與中心處理系統(tǒng)通過Internet網(wǎng)絡(luò)進行連接，PoC終端開機后開始登陸中心系統(tǒng)，中心系統(tǒng)根據(jù)終端的請求進行鑒權(quán)認證和呼叫控制等操作。

鑒權(quán)子系統(tǒng)。每個PoC終端按照移動網(wǎng)絡(luò)分配的IP地址和終端的ID號碼唯一標識。PoC終端開機后，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)或 CDMA網(wǎng)絡(luò)向中心服務(wù)器發(fā)送登陸申請，中心處理系統(tǒng)通過分析PoC終端發(fā)送的登陸信息后，對PoC終端用戶進行鑒權(quán)認證，只有那些授權(quán)PoC用戶才能完成系統(tǒng)登陸。PoC用戶登陸后，中心處理系統(tǒng)的交換子系統(tǒng)就將該用戶加入到他所屬群組中，開始向該用戶發(fā)送它所屬群組的通話數(shù)據(jù)。

呼叫控制子系統(tǒng)。PoC終端呼叫的發(fā)起由終端按壓 PTT（Push-To-Talk）鍵兩次發(fā)起，系統(tǒng)接收到終端的呼叫申請后，按照優(yōu)先級排隊方法分配給終端講話權(quán)，并發(fā)送信令給對應(yīng)的PoC終端，該終端在聽到允許說話的指令后（聲音提示）按壓PTT鍵講話，松開PTT鍵后聽到呼叫控制系統(tǒng)發(fā)布的結(jié)束通話提示音后結(jié)束本次講話過程。針對在一個集群通信系統(tǒng)中會同時存在多個并發(fā)呼叫的情況，采用優(yōu)先級排隊方式處理群組內(nèi)部的并發(fā)呼叫，且一個時段僅僅能夠允許一個PoC終端進行講話。為了實現(xiàn)PoC終端的調(diào)度和參數(shù)設(shè)置，設(shè)計了PoC終端直接呼叫話務(wù)員的通道，PoC終端可以和話務(wù)員一對一通話，用于請求群組調(diào)度和動態(tài)分組調(diào)度。

語音交換子系統(tǒng)。獲得說話權(quán)限的 PoC終端通過Internet網(wǎng)絡(luò)將壓縮的語音數(shù)據(jù)包發(fā)送給中心處理系統(tǒng)的交換子系統(tǒng)，交換子系統(tǒng)按照該PoC終端所屬群組將該PoC終端的話音數(shù)據(jù)包廣播發(fā)給群組的所有PoC終端，使群組內(nèi)的終端都聽到該終端的講話。交換子系統(tǒng)支持群組內(nèi)通話，一對一保密通話，話務(wù)員熱線、點播和廣播等服務(wù)。交換子系統(tǒng)最大可以支持1000臺PoC終端集群通信服務(wù)。

后臺監(jiān)控管理子系統(tǒng)。后臺監(jiān)控系統(tǒng)完成：系統(tǒng)巡檢：話務(wù)員坐席在線情況、中心服務(wù)器各子系統(tǒng)運行情況;系統(tǒng)建檔（PoC終端ID、話務(wù)員坐席號碼、話務(wù)員ID、用戶資料、群組資料）;系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護（備份、恢復(fù)、清理）;系統(tǒng)業(yè)務(wù)查詢與統(tǒng)計打印（系統(tǒng)檔案、操作流水、報位流水、語音流水）。

話務(wù)臺坐席子系統(tǒng)。話務(wù)臺通過客戶端軟件來實時監(jiān)測和控制整個系統(tǒng)的運行，系統(tǒng)能夠監(jiān)控各個群組的PoC終端狀態(tài)，能夠通過軟件界面通過鼠標點擊來完成：話務(wù)員熱線、插播發(fā)言、廣播發(fā)言，監(jiān)聽；接收PoC終端向話務(wù)員講話請求；群組和私密一對一申請設(shè)置和解除；PoC終端參數(shù)設(shè)置和控制。

3 PoC終端

系統(tǒng)構(gòu)成。PoC終端由語音編解碼和壓縮解壓電路、GSM或CDMA模塊和CPU控制電路等部分組成。硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)框如圖3所示。

圖3 PoC終端系統(tǒng)

從PoC終端的手柄送出的話音數(shù)據(jù)經(jīng)AD后首先送到語音壓縮DSP進行基于增強型多帶激勵（AMBE）方式的語音壓縮，壓縮完的數(shù)據(jù)通過DSP＋ARM芯片組的TCP/IP協(xié)議棧打包處理，再由GPRS模塊或CDMA模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紾PRS或CDMA數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

語音壓縮算法。系統(tǒng)采用增強型多帶激勵（AMBE） 的語音壓縮算法，并基于TI公司的TMS320C5416DSP進行了編程實現(xiàn)。AMBE算法的最低編碼速率為 2.4 kb/s, 其編解碼性能優(yōu)于 CELP、RELP、VSELP、MELP、LPC10 等其它類似編碼算法，在實現(xiàn)過程中采用了話音延遲復(fù)接技術(shù)[2]，使話音效果達到了商用水平。

4 結(jié)語

數(shù)字集群通信系統(tǒng)采用了先進的數(shù)字信令方式、語音數(shù)字編碼技術(shù)和調(diào)制解調(diào)技術(shù)，它在頻譜利用率、抗無線信道衰落、保密性和業(yè)務(wù)支持等方面具有明顯優(yōu)勢，能夠提供指揮調(diào)度、電話互聯(lián)、數(shù)據(jù)傳輸、短消息收發(fā)等多種業(yè)務(wù)，可以為要求通話建立速度快、通話成功率高的指揮調(diào)度領(lǐng)域和部門提供有效的通信手段，具有較高的社會效益與經(jīng)濟效益[3]。本文詳細介紹承載在GPRS/CDMA數(shù)據(jù)通道上的集群通信系統(tǒng)。它基于蜂窩電話網(wǎng)的共享數(shù)據(jù)信道，具有共用頻道和信道、共享覆蓋區(qū)域、共享通信業(yè)務(wù)等優(yōu)點，實現(xiàn)了在全國范圍內(nèi)進行集群對講和語音調(diào)度，其話音質(zhì)量和連續(xù)度達到了商業(yè)應(yīng)用水平。滿足了那些需要在全國范圍內(nèi)進行集群通信網(wǎng)建設(shè)的用戶需求，可以用于裝備保障、后勤運輸、野外工程等集群通信領(lǐng)域。

[1] 鄭祖輝.數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)[M].第2版.北京:電子工業(yè)出版社，2002:23-236.

[2] 袁占亭.基于 VoIP的電話終端設(shè)備的研究與設(shè)計[J].微計算機信息，2003(09):86-88.

[3] 董曉魯.我國數(shù)字集群通信系統(tǒng)簡介[J].電信技術(shù),2005(08):1-3.