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宽窄带融合集群系统

时间:2021-07-20 10:49 作者:admin 分享到:
       融合解决方案能够根据客户当前的专网网络建设情况,提供最佳的平滑升级融合解决方案,既能保护用户的已有投资,又能确保其关键语音通信业务不受影响,还能快速补充及丰富用户的多媒体业务能力。
1.融合思路
        专网通信业务从单一的语音调度发展到丰富的多媒体视频及数据应用,LTE宽带专网是未来专网技术发展的一个重要方向,窄带专网与宽带业务特性互补,未来将长期共存。宽窄结合功能图如图5.11所示。
宽窄结合功能图
图5.11 宽窄结合功能图
 
 
       融合思路:网络上PDT大区覆盖、LTE热点覆盖、语音、视频、数据多媒体信息在宽通道中有序传送,通过双模终端与融合系统的配合,实现用户业务无缝切换、宽窄融合。宽窄结合最佳路线图如图5.12所示。
宽窄结合线路图
图5.12  宽窄结合最佳路线图
 
2.实施步骤
宽窄带融合方案具体可分3个部分。
     (1)建设窄带:首先为行业用户提供关键任务型语音业务及短数据的全覆盖,确保满足用户的核心基础调度指挥业务需求。
     (2)叠加公网:叠加公网,不需要建设单独的宽带专网,就能为用户提供宽带数据接入能力,通过升级窄带核心网,可以为用户提供一定视频与图片的多媒体通信业务,并实现宽窄带网络的语音及短信业务的互通。但公网在满足用户应急业务及特殊场景的服务时,具备一定的局限性,如没有优先级承载控制,应急情况下强制无线电静默等。
     (3)融合专网LTE:在关键及热点区域先行建设LTE专网,并接入到融合核心网,实现专网覆盖保障,确保关键区域的应急语音、数据及实时视频业务,后期可逐步扩展,最终实现全区域的LTE专网覆盖。

5.4.2专网建设现状
 
       举例:现深圳市应急指挥数字集群移动通信系统于2010年建成并投入使用,系统集群采用了TETRA通信标准,并建立了深圳市应急指挥集群通信系统信息处理中心。
       该信息处理中心包括用户资源和状态数据库、GPS数据的采集存储和分发、短信及段数据信息的双向收发等集群通信功能。通过与指挥中心CAD系统、112CAD系统、119CAD系统及GIS系统整合,提供了一套具有通信调度、警力调派、GIS定位、PDT短信息收发等功能的指挥调度解决方案。
       系统建成后,先后经历了深圳大运会、9・3世界杯预选赛等数次大型安保任务的考验,在深圳市公安日常业务和应急指挥通信中发挥了重要作用。
       随着公安部TETRA标准的废止和PDT标准的确定,以及深圳市应急指挥通信系统的实际情况,正在建设一套PDT系统通信调度系统,正稳妥可行地实施系统切换,存在一个双网同时运行的过渡期,确保警务指挥、勤务管理及其他应用系统的平滑过渡。
       深圳公安形成现存的模拟常规、数字常规、PDT集群、TETRA集群等同时运行、融合共存格局,未来必将向LTE平滑演进。

5.4.3公专结合的融合互通设计
 
       公专结合的融合互通方案能够很好地补充专网多媒体业务,并且延伸专网覆盖范围、节省用户建网总成本、系统扩展性好。公专结合的融合互通架构图如图5.13所示。
       由于宽带4G网络的建网成本高、技术复杂、周期长,要在全市范围内部署专用的4G专网难度很大,需要较大的投入和实施周期。而公网运营商网络在覆盖、容量方面有较大的优势。国内三大电信运营商的4G网络发展迅速,在三线以上城市的覆盖已经达到很高的普及率。因此,充分利用公网LTE资源可以有效地解决4G专网建设的瓶颈。
公专结合的融合互通架构图
图5.13 公专结合的融合互通架构图
 
       在面对部分突发情况时,用户常需要在某地区建立临时指挥通信网络,用户不必专门投资建网,利用公网已有传输通道资源可在短时间内完成快速部署,而且用户不再需要网络时也不会浪费投资。
       用户初期无须建设覆盖所有地区的专网,通过4G、3G公网的大范围覆盖,可解决用户在进入山区、农村、高速公路等集群专网盲区无法联系的问题,也可在热点地区利用公网进行业务补充和数据负载分担。例如,对于公安系统,平时指挥调度、一般警种数据业务可以在公网上跑,战时、特殊警种业务在专网上跑。
       通过PDT/LTE专网/公网多模终端,用户可接入PDT网络、LTE专网、公网3种网中的任意一种,有效地解决网络覆盖的问题。在公、专网络覆盖重叠的场景下,还可以根据业务类型,自动或手动优选网络来传输业务。例如,语音业务可优先使用PDT网络,视频业务可优先使用LTE专网,在没有专网的情况下使用公网。

5.4.4宽带移动多媒体通信解决方案
 
       宽带移动多媒体方案由P-LTE融合核心网、公网安全接入通道(类似警务通)、 热点及关键区域的专网P-LTE基站,以及多媒体集群客户端构成。
 
1.P-LTE系统设计
 
       新一代宽窄带融合多媒体数字集群系统(以下简称P-LTE系统)可实现各种专网通信标准基站的接入,具备统一的应用接口、统一的用户管理、统一的网管平台、统一的业务管理及控制。例如,P-LTE系统可以支持窄带、公网、互联网、宽带专网各种网络的接入方案,为用户各种宽窄带业务提供统一的管理及控制,并拥有更好的业务性能,是真正的系统融合,支持跨网络的制式的任意组呼及个呼,不受互联网关支持并发数量限制。另外,统一的系统应用接口,大大减少了第三方合作伙伴二次应用的开发工作。

2.系统架构
 
        P-LTE系统分为终端、系统、应用3层,其中系统层又可分为基站、集群核心网两大模块,如图5.14所示。
 P-LTE系统架构示意图
图5.14  P-LTE系统架构示意图
 
(1)架构说明:基站、eMME、eXGW与eHSS可以为用户提供标准LTE业务。
       TCF、TMF、网关子系统和调度与应用子系统则在标准LTE系统的基础上为 用户提供专网集群业务。
       P-LTE系统中终端类型包括手持、车载、数据卡、CPE等多种形态,其中手持和车载类终端按制式还可细分分为宽带单模与宽窄带多模两类。
(2)网元。P-LTE系统主要包含以下网元。
  1. 基站。
  2. 集群核心网(eTC):集群控制单元、媒体服务器、移动性管理单元、分组数据网管、增强型归属用户数据库。
  3. 网络管理中心(EMS)。
  4. 应用服务器系统:短信服务器、视频服务器、录音录像服务器、定位服务器等。
  5. 调度子系统:调度服务器、调度终端等。
(3)功能单元和硬件组件。P-LTE的最底层是功能单元和硬件组件。
        1)功能单元用于对所有业务功能进行模块化管理。每个功能单元包含一个或多个软件组件,可适应不同的网元或平台,并配合其他功能单元使用,其灵活性和开放性使系统在业务功能和拓扑架构达到最好效果。
        2)硬件组件具有如下功能:配合功能单元使用,为其提供运行环境并用作计算机应用运行平台。

3.系统功能
 
P-LTE的功能单元分为三大类:操作类、管理类、扩展类
(1)操作类功能单元。P-LTE的操作类功能单元用于提供各类功能,主要包括以下几种。
  • 集群控制功能。
  • 媒体服务功能。
  • 移动性管理功能。
  • 信令与分组数据业务网关。
  • 基站功能。
  • 电话网关。
  • 应用程序网关。
(2)管理类功能单元。在P-LTE系统中,管理类功能单元用于系统管理,如创建终端用户、监测业务负荷、诊断并排除系统故障等。
  • 故障管理功能。在P-LTE系统中,可通过远程的方式监控所有的系统组件及其连接情况,从而实现对系统网元的故障管理。这种管理模式有利于快速响应所有事件,及时采取干预措施。
  • 配置管理功能。在P.LTE系统中,通过相关辅助工具可对系统进行配置。提供整个网络的拓扑图,使用户在一个全面清晰的界面上,浏览网络的关键数据和信息。拓扑图集中显示网元和网元的链接情况,显示网元的相关参数,以直观的组织形式和醒目的颜色等方式显示,使用户对整个网络的情况一目了然。
  • 终端用户管理。P-LTE系统支持对终端用户数据进行集中式管理,包括本地用户管理、漫游用户管理、组管理、动态重组、实名制管理、终端用户权限、VPN开户,以及终端用户相关的其他数据管理。
  • 性能管理功能。在P-LTE系统中,通过性能管理可持续监控信道和链路,对系统利用率进行分析,以便后续统计分析、优化性能使用。
  • 安全管理功能。P-LTE系统支持对安全功能进行集中管理,并提供更高级的私密和完整性保护。通过加密和鉴权机制,可有效防止未经授权的使用和访问系统中传输的语音和数据。
  • 除了上述安全业务外,P-LTE系统还通过EMS提供更多安全功能,以便对终端用户的活动进行监控,并对数据库更新进行跟踪(检查跟踪)。由此,EMS便可及时检测和纠正一些误操作。更新数据可通过网络数据库和用户管理应用程序进行保存。
       此外,安全管理应用程序提供安全便捷的远程控制功能,支持远程禁用和重新启用移动台。当移动台不慎丢失或被盗时,该功能可防止移动台的非法使用。
(3)扩展类功能单元P-LTE支持系统扩展和功能扩展,从而为用户量身定制解决方案,满足用户各种的需求。
       系统扩展的方式多种多样,如通过中转技术实现室内覆盖,连接外部上层管理系统,以及通过网关接入现有通信系统等。
       功能扩展可通过各种应用程序实现,这些应用程序,如调度台、录音录像软件、遥测软件(如数据采集与监控系统)、位置服务软件、状态呈现服务软件等,经接口连接到P-LTE系统后,进行语音、视频或数据通信。
P-LTE系统的业务功能见表5.4。
P-LTE系统业务功能
系统业务功能
 
P-LTE系统的容量见表5.5。
P-LTE系统容量
表5.5P-LTE系统的容量
4.系统部署
       P-LTE系统采用独特的模块化设计,可以根据特定客户的具体要求灵活定制。
       P-LTE提供两种系统架构:分布式和集中式。集中式架构主要通过系统中心节点,实现语音、视频和数据的交换,以及与外网(如PABX/PSTN)的互联。分布式架构则通过在各基站网元部署核心网与数据库功能单元,实现系统任意位置的交换和互联功能,使系统设计更具灵活性。另外,分布式架构还具有抗故障能力强、可靠性高的特点。
P.LTE可以同时应用上述两种架构,实现二者的优势互补。
     (1)分布式系统架构。在分布式系统架构下,每个基站都装有集群核心网单元,用于呼叫控制和移动管理,从而避免因单点故障引起的整个系统故障。同时,P-LTE采用自组织网络技术,可提高系统的可靠性。
       由于无须使用复杂的集中式交换设备,分布式系统架构的建设成本低,该架构模式适用于中小型系统,也可适用于大型系统的前期分期部署,支持软件升级。
       P-LTE具备良好的适应性和可用性,无须更改系统拓扑也能扩大容量及其覆盖范围。此外,由于P-LTE不受拓扑限制,因此互联网关的部署更具灵活性。网关可分布在整个网络中,尤其是基站站点处(无须安装其他硬件)。
     (2)集中式系统架构。集中式系统架构是电信网络普遍采用的系统架构。在该架构下,一套集中式部署的集群核心网元负责实现系统所有集群语音、视频及数据交换业务,以及连接外部系统的网关(如PABX/PSTN网关)。集中式的集群核心网元支持异地冗余部署,该机制将确保个别网元节点出现故障时,系统仍然能够正常工作。
集中式系统架构有以下优点。
      1)服务器性能可扩展,拥有大容量接口,适用于大型系统的部署。
      2)支持服务器架构异地冗余,实现中心交换节点的最大可用性。
      3)支持PABX或应用。
5.冗余备份设计
        P-LTE系统采用了大量的冗余设计,确保在出现故障时,可继续使用其系统业务和功能。冗余设计广泛应用于系统功能、网元和连接线路,能够有效地提升站点和系统的可靠性。站点和系统的可靠性是指当一个站点或线路完全或部分发生故障(技术原因、自然现象、恐怖行动等原因所导致)时,整个系统继续稳定运行的能力。
以下将介绍P-LTE系统所采用的冗余设计。
(1)基站。基站的冗余设计,包括RRU(basebandunit,基带处理单元)、 BBU(radioremoteunit,射频拉远单元)。基站拥有完整稳定的高可靠性设计方案,能够满足集群专网对安全可靠性极高的要求:主要单元都有备份方案,如主控板1+1备份、信道板部署基带资源池、电源1+1备份;提供完善的软件可靠性设计,提供故障隔离、数据回滚、故障监视等功能;支持故障单站模式,在核心网出现故障时,基站依然能够提供高效稳定的服务。
       1)射频子系统冗余。为了保障基站系统射频信号的覆盖可靠性,基站主要采取了两种方案:为每个RRU配置两条光纤链路,任何一个链路失效不影响其信号的传输,以实现RRU传输链路冗余;为避免RRU单点故障,采用各小区RRU和天线交叉连接方案,不会导致由于某一RRU故障,引起部分区域产生覆盖盲区。
       2)BBU单元冗余。为了保障基站系统BBU单元的可靠性,主要采取以下冗余方案:关键主要单元支持1+1备份,如主控板、信道板、电源,即一个BBU单元至少安装两个主控板、信道板、电源单元;在基站运行过程中,其中激活单元保障基站的正常运行,另外一个单元则处于备用模式,当正常运行单元发生故障时,备用单元会自动切换到激活运行态,确保基站继续稳定地运行。
       3)故障弱化/单站工作。在P-LTE系统中,每个基站BBU均可配置Micro-单元eTC,当该基站与其他基站链路断开时,或者与之相连的系统eTC网元崩溃时,该基站可进入单站工作模式。
        单站工作模式是基站的一种紧急工作模式,系统会将其当前模式通知到移动台,以便终端用户进行小区重选。在单站工作模式下,P-LTE系统支持的集群业务几乎没有损失,但其能够介入的用户容量会受到一定的限制,同时需要连接其他服务器的业务,则取决于该基站的链路是否正常。
(2)eTCoeTC在P.LTE系统中起着关键作用,是系统集群业务控制与交换的主体。
(3)不同部署架构冗余设计。根据具体的系统架构,可对交换机采用不同的冗余设计。
1)分布式架构冗余方案。在分布式系统架构下,每个基站都装有eTC核心网功能单元,用于呼叫控制和移动管理,从而避免因单点故障引起的整个系统故障。
同时,P-LTE采用自组织网络技术,提高系统的可靠性,当某一基站与其他基站失去连接时,该基站进入单站模式;其他基站则构成一个新的分布式系统。
2)集中式架构冗余方案。在集中式系统架构下,eTC采用三级冗余备份机制来保障系统的可靠运行。
①一级冗余:eTC的备份及容灾依靠关键单元资源池备份的方式来实现,并在基站内部需要实现相应的分级控制,以此来实现主备及容灾切换。
②二级冗余:P-LTE核心网eTC架构支持异地冗余备份机制,当一级eTC核心网元故障后,系统则切换到异地eTC,进入二级冗余备份模式。
③三级冗余:当异地eTC也不可用时,基站可使用本地Micro-EPC方式,即进入单站模式。
6.M-PTT多媒体集群客户端
       多媒体集群客户端软件M-PTT可以安装在用户的安全智能手机上(Android系统),通过公网安全接入用户宽窄带多媒体融合核心网,而不需要额外建设单独的服务器,只需要根据接入终端用户数量进行服务器扩容,就可以与专网用户之间进行单呼、组呼等多种语音,并提供数据访问、宽带视频及图片等多媒体业务。
       该应用基于SIP(sessioninitializationprotocol,会晤初始化协议)实现,遵从RFC3261协议,同时参考了国内B-TrunC通信标准接口及相关业务规范。
多媒体集群客户端M-PTT业务介绍见表5.6。
业务介绍
                                                                                    业务介绍
业务介绍
表5.6多媒体集群客户端M-PTT业务介绍
 
M-PTT的基本业务指标见表5.7。
基本业务指标
表5.7M-PTT的基本业务指标
 
M-PTT的基本业务交互界面如图5.15所示。
业务交互界面
 
图5.15M-PTT的基本业务交互界面
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