侯榮濤
(南京維科通信有限公司,南京 210038)
傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)包括4層結(jié)構(gòu)[1]:增值業(yè)務(wù)層,通信層,傳輸層和終端層,其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在以下缺陷:一是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是基于通信基礎(chǔ)設(shè)施的金字塔型結(jié)構(gòu),屬于有中心網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中存在單點故障,任何中心網(wǎng)元發(fā)生損壞,網(wǎng)絡(luò)的局部甚至全網(wǎng)將面臨癱瘓的危險;二是網(wǎng)絡(luò)都是基于固定設(shè)置,網(wǎng)絡(luò)之間基于有線連接方式,網(wǎng)絡(luò)無法移動,只有終端可以移動,這種類型的網(wǎng)絡(luò)易被摧毀,無法機動靈活部署;三是網(wǎng)絡(luò)的帶寬較低,對視頻等高帶寬應(yīng)用的支持無法提供可靠保證;四是對指揮調(diào)度業(yè)務(wù)的支持不足,無法支持PTT(Push To Talk)業(yè)務(wù)。雖然公網(wǎng)也推出了PoC(PTT over Cellular)業(yè)務(wù),但對于專業(yè)的指揮調(diào)度需求,PoC的接續(xù)速度和業(yè)務(wù)能力還是無法滿足要求。
本文提出一種基于全IP自組織網(wǎng)絡(luò)的無中心指揮調(diào)度通信系統(tǒng),克服了上述網(wǎng)絡(luò)的缺點,可滿足專網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)機動、快速、靈活的部署要求。
全系統(tǒng)包括四大模塊:一是編解碼模塊:完成語音和視頻信號的編解碼處理;二是自組網(wǎng)模塊:基于Ad-hoc自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[2],網(wǎng)絡(luò)無中心、自組織、自愈合、抗摧毀,自組網(wǎng)模塊對外提供標準的以太網(wǎng)接口;三是業(yè)務(wù)處理模塊:實現(xiàn)點對點話音、點對多點話音、按鍵即講(PTT)等指揮調(diào)度相關(guān)業(yè)務(wù);四是以太網(wǎng)交換模塊:提供系統(tǒng)內(nèi)部和外部的IP交換。系統(tǒng)組成如圖1所示。
系統(tǒng)在傳輸層基于Ad-hoc自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實現(xiàn)多跳寬帶數(shù)據(jù)傳數(shù),去掉傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的交換機、路由器等中心設(shè)備網(wǎng)元設(shè)備。
系統(tǒng)在通信層基于全分布式設(shè)計思想[3],去掉BS、MSC、LR、GW等核心通信基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)元,將其功能分布到網(wǎng)絡(luò)邊緣的智能終端中。
圖1 無中心指揮調(diào)度系統(tǒng)組成
指揮調(diào)度呼叫方法有4部分完成:終端注冊;點對點呼叫;單點對多點呼叫;PTT話權(quán)搶占。如圖2(a)~(d)所示。
圖2 指揮調(diào)度呼叫方法
注冊流程在如下3種情況下觸發(fā):
(1)開機注冊:終端開機后,向全系統(tǒng)廣播注冊消息,通知系統(tǒng)中的其他終端節(jié)點自己當前狀態(tài)。
(2)狀態(tài)更新注冊:當終端的狀態(tài)發(fā)生改變時,立即向全網(wǎng)廣播注冊消息。(3)周期注冊:終端每隔一定的周期(可設(shè)),向全系統(tǒng)廣播注冊消息,告知自己的當前狀態(tài)。周期注冊是為了避免系統(tǒng)中其他終端暫時脫網(wǎng)接收不到其他終端的注冊消息。
點對點呼叫是將主叫視為初始端,被叫視為呼終端,根據(jù)被叫號碼,檢索自己的數(shù)據(jù)庫,計算出被叫終端的IP地址,然后向被叫終端發(fā)起呼叫。
單點對多點呼叫之前,系統(tǒng)會對終端進行編組,使每個組包含若干終端號碼。組呼發(fā)起后,系統(tǒng)會根據(jù)組呼號碼確認組內(nèi)的終端地址,然后基于組播方式(為簡單起見,也可以采用廣播方式)向組內(nèi)的終端發(fā)起呼叫請求。
在進行組呼時:呼叫確認消息Ack可選,組呼不必被叫確認,Ack消息的目的是為了組呼發(fā)起者統(tǒng)計有多少組內(nèi)成員能夠接聽該呼叫;組呼中被叫用戶沒有振鈴和摘機操作,是直接接聽話音;Release信令為整個通話組的釋放,不是一次PTT 搶占的釋放。
用戶按下PTT鍵,系統(tǒng)會根據(jù)當前呼叫ID檢索出該編組相關(guān)信息,然后基于組播(或廣播)向組內(nèi)用戶發(fā)送PTT請求消息,隨后基于同樣的路徑發(fā)送語音包。組內(nèi)用戶收到該PTT請求消息后,閉鎖自己的PTT請求,并打開接收端口,準備接收話音信息。系統(tǒng)設(shè)備出線均采用連接器,堅固可靠。設(shè)備外出口包括電源、自組網(wǎng)天線(若干)、視頻接口、音頻接口、調(diào)試口、以太網(wǎng)接口等,同時為了散熱,還包含通風口。設(shè)備外配電話手柄,手柄上包括數(shù)字按鍵和PTT按鍵,同時設(shè)備支持聲音外放功能,全系統(tǒng)可以基于車載式和單兵背負式兩種形態(tài)設(shè)計。
本文基于寬帶自組網(wǎng)技術(shù)和無中心通信組網(wǎng)技術(shù),提出一種無中心通信指揮調(diào)度系統(tǒng),采用傳輸層基于自組網(wǎng),通信層去中心化,全網(wǎng)基于IP的體系結(jié)構(gòu),設(shè)計了軟、硬件和設(shè)備形態(tài),實現(xiàn)了呼叫方法,可用于公安、部隊、武警、消防等需要緊急部署和快速組網(wǎng)的行業(yè)需求。
[1] 沈慶國,于振偉,龔晶.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動向[J].通信學(xué)報,2010,31(10):3-16.
[2] 李建東,滕偉,盛敏,徐超.超高密度無線網(wǎng)絡(luò)的自組織技術(shù)[J].通信學(xué)報,2016,37(7):30-37.
[3] Andrewsjg,Buzzi S,Choi W.What will 5G be?[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2014,32(6):1065-1082.