基于IP網(wǎng)絡(luò)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(jià)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得基于IP的TETRA系統(tǒng)的研究具有非常高的實(shí)用價(jià)值。在傳統(tǒng)的TETRA網(wǎng)絡(luò)交換中，底層的網(wǎng)絡(luò)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(luò)傳輸和上層的控制是分離的。  

　　網(wǎng)絡(luò)采用的是分布式結(jié)構(gòu)，所有的設(shè)備通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)接入。不同的TETRA結(jié)構(gòu)通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，可在不同廠商異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行通信，從而建立高性能、高可靠性的TETRA共網(wǎng)。IP技術(shù)的應(yīng)用極大地降低了網(wǎng)絡(luò)的成本，同時(shí)帶來(lái)了更多更新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，對(duì)TETRA這種通信系統(tǒng)體制今后的發(fā)展有很大的推動(dòng)作用。由此，本文提出了在IP網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上構(gòu)建集群系統(tǒng)的思想，可利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，采用基于TCP/IP協(xié)議的IP交換技術(shù)，這樣不但降低了成本，而且使系統(tǒng)更具開放性和標(biāo)準(zhǔn)性。 

　　總體方案設(shè)計(jì) 

　　收發(fā)信基站（BS） 

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

　　移動(dòng)工作站（MS） 

　　包括自動(dòng)車輛裝置、移動(dòng)終端和無(wú)線終端。提供大量移動(dòng)工作站以配合各種不同的用戶需要。可用1W和3W移動(dòng)MS，也可用10W車輛MS。可提供大量輔助設(shè)備，以適應(yīng)不同的安裝條件。連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備（PEI）的標(biāo)準(zhǔn)接口能夠連接應(yīng)用設(shè)備，例如嵌入式膝上型電腦、隨車PC設(shè)備或工業(yè)遠(yuǎn)程控制和管理設(shè)備。 

　　路由交換設(shè)備 

　　路由器采用思科公司的路由器（3600系列），并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置帶有擴(kuò)展板。這些設(shè)備是易于管理的SNMP。許多路由器通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)連接到TETRA核心，通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)建立TETRA無(wú)線基站的通信鏈路。路由器支持IP軟件機(jī)制，用于多播、單播過(guò)程、業(yè)務(wù)保護(hù)代理、動(dòng)態(tài)再路由。路由器間通過(guò)以太網(wǎng)接口連接。 

　　數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器 

　　每個(gè)BCU和網(wǎng)關(guān)都有一個(gè)本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。完全分布式的數(shù)據(jù)庫(kù)比中心化系統(tǒng)更有效，并能提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。一個(gè)呼叫建立或登記請(qǐng)求的接入通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)處理，呼叫可以在網(wǎng)絡(luò)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(kù)中。如果客戶信息或位置發(fā)生改變，所有超高速緩沖存儲(chǔ)器可自動(dòng)從中心數(shù)據(jù)庫(kù)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(luò)交換和控制設(shè)備之間采用IP方式連接，而連接網(wǎng)絡(luò)的互連設(shè)備包括路由器和各種網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)絡(luò)的傳輸采用TCP/IP協(xié)議，在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的交換設(shè)備采用以太網(wǎng)交換機(jī)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有效地節(jié)省了成本開支，對(duì)于基站較少的本地網(wǎng)絡(luò)，可以由一臺(tái)交換控制設(shè)備進(jìn)行集中交換的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對(duì)于基站數(shù)量較多、覆蓋范圍較廣、業(yè)務(wù)量較大的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，也可以采用多臺(tái)交換控制設(shè)備進(jìn)行分散控制。各交換設(shè)備之間的連接應(yīng)能靈活設(shè)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(luò)如果需要連接各種其他網(wǎng)絡(luò)，比如說(shuō)Internet或其他網(wǎng)絡(luò)，需要加各種網(wǎng)關(guān)以達(dá)到互聯(lián)互通。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)管理、有線調(diào)度臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器都可以接入到以太網(wǎng)中，無(wú)需為其位置考慮。 

　　在TETRA系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以完全由IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備代替，比如說(shuō)路由器、交換機(jī)等。但有關(guān)TETRA呼叫控制和應(yīng)用層上的設(shè)備全部是原先的TETRA設(shè)備，這與傳統(tǒng)的TETRA網(wǎng)絡(luò)是相同的。只是在下層的交換和控制層進(jìn)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(luò)對(duì)TETRA協(xié)議的使用是沒(méi)有絲毫改變的。 

　　基于IP的TETRA網(wǎng)絡(luò) 

　　可能存在的QoS問(wèn)題 

　　在TETRA集群通信中，由于語(yǔ)音信息包的丟失導(dǎo)致緊急呼叫的中斷所造成的影響是非常大的。因此，提高語(yǔ)音的服務(wù)質(zhì)量是首要問(wèn)題。對(duì)于以話音為主要業(yè)務(wù)的集群系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，當(dāng)話音數(shù)據(jù)以IP包的形式在LAN總線上傳輸時(shí)，由于系統(tǒng)存在較大的隨機(jī)性，又要滿足話音的服務(wù)質(zhì)量，因此有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能分析，應(yīng)該按照下面3個(gè)重要的規(guī)則：（1）語(yǔ)音包隊(duì)列最小化，這樣不會(huì)中斷連續(xù)的語(yǔ)音包；（2）將語(yǔ)音包優(yōu)先于其他數(shù)據(jù)包，確保語(yǔ)音包不會(huì)排隊(duì)在其他低優(yōu)先級(jí)包之后；（3）斷開大的數(shù)據(jù)包，確保大的低優(yōu)先級(jí)包不會(huì)影響到語(yǔ)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(gè)IP網(wǎng)絡(luò)中傳送的數(shù)據(jù)分為3個(gè)優(yōu)先級(jí)：高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包（語(yǔ)音、視頻、實(shí)時(shí)控制）、中優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包（包數(shù)據(jù)）、低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包（網(wǎng)絡(luò)管理），這樣就能基本解決語(yǔ)音的QoS問(wèn)題。同時(shí)可在一些區(qū)域控制器中實(shí)行集中式的網(wǎng)絡(luò)智能管理來(lái)提高組呼的呼叫速度，從而能同時(shí)完成一定服務(wù)質(zhì)量的實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)的傳輸、指揮調(diào)度、監(jiān)控等功能，以適應(yīng)多媒體通信要求。 

　　基于局域網(wǎng)平臺(tái)的模擬與驗(yàn)證 

　　為了驗(yàn)證基于IP的數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)可行性，在局域網(wǎng)平臺(tái)上對(duì)集群網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化，并編寫了模擬軟件，包括控制中心、管理中心、調(diào)度臺(tái)等模塊。為簡(jiǎn)化模擬，MS與BS均使用軟件替代，同時(shí)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(shù)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(jiǎn)單鑒權(quán)機(jī)制的判斷過(guò)程； 
（4）可以處理隨機(jī)到達(dá)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(shí)間等指標(biāo)的分析。 

　　管理中心技術(shù)要求 

　　（1）用戶管理。可處理靜態(tài)的用戶信息：用戶注冊(cè)、權(quán)限設(shè)置、編組信息、各種地址和標(biāo)識(shí)分配、業(yè)務(wù)管理等；以及動(dòng)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(shí)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(wù)區(qū)等。 

　　（2）設(shè)備管理的主要內(nèi)容為定時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀況，給出不正常設(shè)備信息，可以提供多種方式禁止終端使用。 

　　調(diào)度臺(tái)技術(shù)要求 

　　（1）發(fā)起和處理呼叫。包括標(biāo)準(zhǔn)呼叫、緊急呼叫、呼叫轉(zhuǎn)移。 

　　（2）話音錄音與回放。調(diào)度臺(tái)可以自動(dòng)或手動(dòng)記錄與移動(dòng)臺(tái)通信的話音數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)于硬盤中，以便日后查詢與回放。可按各種屬性進(jìn)行查詢，并應(yīng)防止記錄被篡改。 

　　（3）通信日志記錄。調(diào)度臺(tái)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(kù)中和調(diào)度臺(tái)的通信日志中。記錄包括：主叫和被叫方的號(hào)碼、通話的起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間、通話類型等。    

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