基于LTE的無(wú)線移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】 本文首先通過(guò)對(duì)商用的LTE移動(dòng)通信技術(shù)的分析，然后完成基于LTE的無(wú)線警務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括無(wú)線警務(wù)移動(dòng)終端接入層、內(nèi)外網(wǎng)中間層、公安信息系統(tǒng)層，最后完成用戶終端訪問(wèn)公安信息網(wǎng)絡(luò)的流程分析。

【關(guān)鍵詞】 LTE 無(wú)線移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)

Abstract： Analyze LTE mobile communication technology and complete the design of wireless policing system architecture based on LTE， including the wireless mobile police terminal access layer， the internal and external network intermediate layer and the police information system layer， analyze the flow of access to police information network .

Keywords： LTE， Wireless Mobile Police System

一、引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶來(lái)的流動(dòng)人口增加，各個(gè)大中型城市機(jī)動(dòng)車的保有量年年急劇增加，公安交警的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)法，公共安全保障任務(wù)十分繁重，同時(shí)公安交警行業(yè)突發(fā)緊急事故發(fā)生越來(lái)越密集，在外執(zhí)勤的民警經(jīng)常單兵作戰(zhàn)，信息查詢、信息比較、信息共享、信息錄入和現(xiàn)場(chǎng)辦公信息處理等大量警務(wù)工作需要及時(shí)處理。無(wú)線移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)是利用手機(jī)、平板、掌聲電腦、車載移動(dòng)設(shè)備、PDA或者便攜式筆記本電腦等移動(dòng)終端對(duì)公安交警信息系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)來(lái)完成警務(wù)執(zhí)法工作的信息化平臺(tái)。

目前公安政法信息網(wǎng)是一個(gè)專用局域網(wǎng)絡(luò)，它與互聯(lián)網(wǎng)完全隔離開來(lái)，完全無(wú)法滿足現(xiàn)今公安交警的靈活性、及時(shí)性和移動(dòng)性要求，雖然公安交警部門加大了移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)的研究，例如基于短消息SMS的第一代無(wú)線警務(wù)系統(tǒng)，基于GPRS技術(shù)的第二代無(wú)線警務(wù)系統(tǒng)，但是由于上述技術(shù)信息的傳輸速率不大、信息量不大，兼容性不強(qiáng)等缺點(diǎn)，目前逐漸無(wú)法滿足公安交警“科技強(qiáng)警”戰(zhàn)略與公安交警信息化發(fā)展的需求[1]。

二、LTE技術(shù)

LTE（Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)）是由3GPP組織制定的UMTS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期演進(jìn)，于2004年12月在3GPP多倫多會(huì)議上正式立項(xiàng)并啟動(dòng)。LTE系統(tǒng)引入了 OFDM和MIMO等關(guān)鍵技術(shù)，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率，根據(jù)實(shí)際組網(wǎng)以及終端能力限制，下行峰值速率為100Mbps，上行為50Mbps，并支持多種帶寬分配：1.4MHz，3MHz，5MHz，10MHz，15MHz和20MHz等，且支持全球主流2G/3G頻段和一些新增頻段，因而頻譜分配更加靈活，系統(tǒng)容量和覆蓋也顯著提升。LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平化簡(jiǎn)單化，減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)復(fù)雜度，從而減小了系統(tǒng)時(shí)延，也降低了網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)成本[2]。

2.1 LTE無(wú)線協(xié)議架構(gòu)

LTE的無(wú)線協(xié)議架構(gòu)中可以分離到控制平面的架構(gòu)和用戶平面的架構(gòu)中，如圖1所示。

在用戶層面，應(yīng)用程序創(chuàng)建被處理的數(shù)據(jù)包的協(xié)議，如TCP，UDP和IP，而在控制平面中，無(wú)線資源控制（RRC）協(xié)議之間的基站和交換的信令消息寫入移動(dòng)。在這兩種情況下，信息處理的分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議（PDCP），無(wú)線鏈路控制（RLC）協(xié)議和媒體接入控制（MAC）協(xié)議，然后被傳遞到用于傳輸?shù)奈锢韺印?/p>

2.2 LTE承載無(wú)線移動(dòng)警務(wù)業(yè)務(wù)的優(yōu)勢(shì)

LTE項(xiàng)目是近幾年年來(lái)3GPP啟動(dòng)的最大的新技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，這種以O(shè)FDM/FDMA為核心的技術(shù)已經(jīng)被列為4G技術(shù)。與3G相比，LTE更具技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具體體現(xiàn)在：高數(shù)據(jù)速率、分組傳送、延遲降低、廣域覆蓋和向下兼容。 與3G相比，LTE具有如下技術(shù)特征[3]：

（1）通信速率顯著提高，在實(shí)際商用中，下行速率能達(dá)到100Mbps、上行能到達(dá)50Mbps。

（2）頻譜效率明顯提高，下行鏈路5（bit/s）/Hz，上行鏈路2.5（bit/s）/Hz。

（3）在LTE整體系統(tǒng)架構(gòu)上將基于分組交換，以分組域業(yè)務(wù)為主要目標(biāo)，分組交換技術(shù)成熟穩(wěn)定。

（4）較高的QoS保障機(jī)制，保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。

（5）系統(tǒng)部署靈活，能夠支持1.25MHz-20MHz間的多種系統(tǒng)帶寬，保證了將來(lái)在系統(tǒng)部署上的靈活性。

（6）網(wǎng)絡(luò)時(shí)延顯著降低：子幀長(zhǎng)為0.5ms和0.675ms，解決了向下兼容的問(wèn)題并降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。

（7）保密性：支持安全輸出，并提供鑒權(quán)與數(shù)字加密等功能。

LTE的這些顯著特點(diǎn)，完全能滿足無(wú)線移動(dòng)警務(wù)業(yè)務(wù)在帶寬、QOS、安全等方面的需求，也使其應(yīng)用到無(wú)線移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)成為可能。

三、基于LTE無(wú)線移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)

3.1基于LTE無(wú)線移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)

基于LTE無(wú)線移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示，分為三層：

（1）無(wú)線移動(dòng)警務(wù)接入層

手機(jī)、PDA、便攜式終端等設(shè)備內(nèi)置LTE模塊，插入SIM卡即可使用，可以實(shí)現(xiàn)SIM卡、移動(dòng)終端和使用者綁定，內(nèi)置指紋識(shí)別等生物識(shí)別技術(shù)，安全性與保密性等到保證。

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)是無(wú)線移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)的承載網(wǎng)絡(luò)，其中網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)速率、網(wǎng)絡(luò)覆蓋率等關(guān)鍵指標(biāo)要滿足無(wú)線移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)需求，目前國(guó)內(nèi)三家移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商都在大力推進(jìn)LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，同時(shí)LTE網(wǎng)絡(luò)又能滿足大容量、高速度、高安全、高覆蓋率的移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)需求。

由于公安部網(wǎng)絡(luò)安全的特殊性，互聯(lián)網(wǎng)不能直接接入到公安內(nèi)網(wǎng)，必須提供VPN專用通道，VPN組網(wǎng)后連接到公安網(wǎng)的專用節(jié)點(diǎn)，而APN是移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商提供的采用VPN技術(shù)的專線接入服務(wù)，適用于安全級(jí)別較高有特殊要求的企事業(yè)單位[4]。

（2）內(nèi)外網(wǎng)中間服務(wù)層

其中APN接入服務(wù)器專門處理無(wú)線終端的接入。基于安全與保密要求，公安內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)是物理隔離，因此無(wú)線移動(dòng)警務(wù)接入層要與公安內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信，必須通過(guò)內(nèi)外網(wǎng)物理隔離平臺(tái)來(lái)切換網(wǎng)絡(luò)。該平臺(tái)由軟件與硬件組成，通過(guò)軟硬件相結(jié)合保證任一時(shí)刻只與其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接，讀取等待發(fā)送的數(shù)據(jù)，然后推送到另外一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。

由于公安內(nèi)網(wǎng)的高安全性，采用PKI/PMI系統(tǒng)的身份認(rèn)證與訪問(wèn)控制平臺(tái)要完成應(yīng)用保護(hù)、身份認(rèn)證、訪問(wèn)控制、數(shù)據(jù)加密、責(zé)任認(rèn)定等功能，確保公安內(nèi)網(wǎng)的安全與保密。

當(dāng)移動(dòng)接入終端完成鑒權(quán)與認(rèn)證后，業(yè)務(wù)處理平臺(tái)處理來(lái)自移動(dòng)終端具體的業(yè)務(wù)處理，比如Web訪問(wèn)等。

（3）公安交警信息系統(tǒng)層

該層主要包括公安內(nèi)部信息網(wǎng)，應(yīng)用系統(tǒng)，資源庫(kù)，響應(yīng)來(lái)自無(wú)線警務(wù)移動(dòng)終端的業(yè)務(wù)請(qǐng)求。

3.2 無(wú)線移動(dòng)警務(wù)終端訪問(wèn)工作流程

四、結(jié)束語(yǔ)

基于LTE的無(wú)線移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)依靠成熟商用的LTE移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)APN專線接入技術(shù)、內(nèi)外網(wǎng)物理隔離技術(shù)和身份認(rèn)證和訪問(wèn)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線警務(wù)終端大速率、大信息、大數(shù)據(jù)、強(qiáng)兼容、強(qiáng)安全的訪問(wèn)，從而滿足公安交警“科技強(qiáng)警”戰(zhàn)略與公安交警信息化發(fā)展的需求。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]龔建國(guó).基于公用3G網(wǎng)的移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].西安：長(zhǎng)安大學(xué)，2013：2-4.

[2]彭岳峰. LTE_Advanced系統(tǒng)中若干關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2013：2-4.

[3]包東智. LTE的優(yōu)勢(shì)及其運(yùn)營(yíng)發(fā)展[J].電信快報(bào)，2008，（8）：20-23.

[4]黃海舫.基于TD_SCDMA_APN的公安移動(dòng)警務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2012：10-11.