專網從窄帶邁向寬帶是必由之路

【摘? 要】隨著公眾網通信從4G開始邁向5G，數字集群專網也在逐步向寬帶多媒體方向演進，為全面走向寬窄帶奠定了基礎。首先提出了專網寬窄帶融合是必然趨勢，介紹了我國B-TRUNC標準和國際主流標準，隨后分析了寬窄帶融合中的服務對象，最后總結出在寬窄帶技術融合的進程中，寬帶專網要快速發展，需深入了解行業特點、了解任務關鍵型用戶的需求，從而有針對性地建設適合行業特點的應用平臺。

【關鍵詞】數字集群;寬窄帶融合;任務關鍵型;行業應用

中圖分類號：TN929.5

文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-1010（2019）03-0018-06

引用格式：丁銳. 專網從窄帶邁向寬帶是必由之路[J]. 移動通信， 2019，43（3）： 18-23.

[Abstract]?With the development of public network communications from 4G to 5G， the digital trunking private network is gradually evolving towards broadband multimedia， which lays the foundation for the overall movement to broadband and narrowband. Firstly， it is pointed out that narrowband and broadband convergence of private networks is an inevitable trend， and the B-TRUNC standard in China and the mainstream international standards are introduced. Then， the service objects in the process of broadband and narrowband convergence are analyzed. Finally， it is concluded that， in order to develop rapidly broadband private networks， it is important to know the industrial characteristics and the demands of mission-critical users in the process of broadband and narrowband technology convergence， and construct the application platform suitable for the industrial characteristics accordingly.

[Key words]digital trunking; broadband and narrowband integration; mission critical; industrial applications

1? ?引言

中國專網的發展從模擬到數字是一個不斷提升和自我完善的過程。自2000年以來數字通信技術不斷發展，數字集群專網以其穩定可靠的表現，保障了奧運會、亞運會、大運會、青運會等國際賽事，保障了財富論壇、亞歐峰會、中非論壇、上合峰會、世博會、東亞博覽會、APEC峰會、G20峰會、一代一路峰會和黨的十九大等重要會議，保障了建國六十周年閱兵、反法西斯勝利70周年閱兵。隨著公眾網通信從4G開始邁向5G，數字集群專網也在逐步向寬帶多媒體方向演進，為全面走向寬窄帶奠定了基礎。

2? ?專網寬窄帶融合是必然趨勢

2.1? 現存的窄帶專網

在我國使用專網通信最早、最廣泛的部門是公共安全部門，目前已經采用數字通信技術實現語音指揮調度。從80年代的150兆常規移動通信開始，發展到90年代的350兆MPT1327模擬集群通信，再到2013年開始建設350兆PDT數字集群通信系統。截止到2017年9月，全國公安機關共有252各地市建設了PDT窄帶專網，交換中心366個、基站10 200個、終端603 100部，可以滿足公安機關公安機關執法辦案基本語音調度需求，到“十三五”末期，將全面建成全國統一PDT（網絡、電臺配備率達到80%）。

目前，國內800兆無線政務網主要采用TETRA技術標準，它是一個成熟、可靠的標準，能夠滿足用戶高品質的語音調度和短數據需求。窄帶通信通常指對講機和集群通信，網絡接入速度低于64 kbit·s-1，以語音通話為主兼有短數據功能。迄今，TETRA在國際上有120個國家的數千個TETRA數字集群通信網絡，包括政府及公共安全網絡以及各行業的專用通信網絡，為政府和專業用戶提供通信服務。

世界上最大的國家級專網BOSNET從規劃到建設經歷十余年。從2008年開始進行網絡部署到2013年5月核心網建設完成投入使用，2016年實現德國全國99%的覆蓋，2018年用戶數將超過80萬（如圖1所示）。用戶構成10%為聯邦機構，90%為各州政府機構。網絡的規劃、建設、運營、管理由BDBOS負責，網絡的運維工作外包給阿爾卡特朗訊公司（目前的諾基亞公司）。網絡有5 000個基站。核心網有66個交換機、4個匯接交換中心、2個網管中心，匯接交換機間采用全網狀連接，接入交換機上聯兩個匯接交換機，網管中心連接到兩個匯接交換中心。在匯接交換中心建有2個備用交換機，基站接入采用環形拓撲結構，接入兩個交換中心，平均每個環有5個基站。指揮中心連接至2個交換中心，全網可以連接700個指揮中心，7 000個席位。

預計2020年專網用戶將達到130萬～150萬。用戶中警察占37%，非警察占60%，聯邦用戶占3%。在網注冊用戶近80萬戶，來自德國所有政府及安全部門和組織，如：聯邦警察、地方警察機構、消防、救援、防災、民防、海關等機構。

從2000年開始，英國國內政部（Home Office）提出了建設全國專用無線通信系統的計劃，決定采用符合數字集群規范的TETRA系統，并為該項目取名為“Airwave”，由此開始了在世界上有較大影響的政府應急通信無線專網的建設。為了全面提升應急通信保障能力，英國內政部經過認真考慮之后，對過去的政府部門所用的集群系統的替代方案進行了評估并提出下一步計劃，最終確定實施“公共安全無線通信計劃”（PSRCP， Public Safety Radio Communications Project），該計劃將在利用開放標準的 TETRA 技術建設全國性數字集群網絡以取代各個區域性模擬系統。2000年內政部與英國電信公司（BT）簽署了無線通信服務合同（BT Airwave 服務合同），標志著該項目正式啟動。與此同時， 英國電信和摩托羅拉公司簽訂了一項設備供應合同，由摩托羅拉為英國電信提供Airwave所需要的、覆蓋全國的TETRA政府應急通信專用網絡。項目建設3 500多個基站（含有直升機應急基站）和7個大區，項目為不同用戶配置了的調度臺，全國共有4 500余個調度臺。

2018年全球領先市場分析公司IHSMarkit發布了TETRA市場報告（如圖2所示），數據顯示，2017年全球TETRA出貨量增長15%，遠高于LMR/PMR技術的平均水平，所有主要地區均有強勁增長。2017年TETRA增長最快的市場是亞洲，2017年單獨部署增加27%。未來五年，預計增長最大的市場是美洲。

目前為止最大的市場仍然是歐洲，大約占TETRA所有用戶的一半。從意大利的PIT警察網絡到保加利亞警察部隊網絡，建立國家TETRA網絡的投資得到了各個歐洲國家的重視。德國擁有全球最大的TETRA用戶數量，占歐洲TETRA用戶的30%，而IHS Markit預計至2030年甚至之后的德國TETRA市場仍然強大。

2.2? 發展中的寬帶專網

近年來隨著無線通信技術的飛速發展，專網通信系統對寬帶通信的需求也在明顯提升，日常工作和處理應急事件也會用到寬帶數據業務，特別是語音、數據、圖像和視頻混合使用以滿足協同作業、移動視頻監控、城市應急聯動等，使現場工作人員快速獲得像辦公室一樣的信息資源。

（1）我國B-TrunC標準

目前寬帶專網通信標準已經制定完成。國內主導的B-TrunC寬帶標準已完成了階段1的標準，它是基于LTE技術標準制定的。根據2017年8月7日工信部辦公廳公開發布的《工業和信息化部辦公廳關于印發2017年第二批行業標準制修訂計劃的通知》，相關起草單位將在2018年完成基于LTE技術的寬帶集群通信（B-TrunC）第2階段相關標準的制定，預計在2019年開始制定寬帶集群通信（B-TrunC）第3階段相關標準。國務院辦公廳發布的國家突發事件應急體系建設“十三五”規劃：制定不同類別通信系統的現場應急通信互聯互通標準，研發基于4G/5G的應急通信手段，加快城市基于1.4G頻段的寬帶數字集群專網系統建設，加強無線電頻率管理，滿足應急狀態下海量數據、高寬帶視頻傳輸和無線應急通信等業務需要。如今在北京、天津、南京、上海、廣州等主要城市已經使用基于B-TrunC標準的LTE寬帶集群系統構建無線政務專網，為用戶提供城市管理與公共服務、政府移動辦公、重大活動保障、政府公共安全和應急服務;上海、武漢、漓江、西安、齊齊哈爾等地公共安全部門采用基于B-TrunC標準的LTE寬帶集群建設其新一代寬帶無線網絡，為公共安全領域提供更加貼近實戰的場景;北京、鄭州、杭州、溫州、石家莊、武漢、青島、烏魯木齊等多個城市地鐵線路已經采用基于B-TrunC標準的LTE系統作為車地無線通信系統進行業務承載，滿足城市軌道交通通信綜合業務需求;上海虹橋和浦東機場、三亞機場、新鄭機場、南寧機場陸續采用基于B-TrunC標準的LTE寬帶集群專網建設其新一代寬帶無線網絡，進行機坪移動作業管理應用。除了以上行業應用，基于B-TrunC標準的LTE寬帶集群系統還在港口、鐵路站場、電力、水利、石油石化、礦山和林業景區等眾多行業實現了規模應用，滿足各行業對集群調度和寬帶數據業務應用的需求。

（2）國際主流標準

國際標準化組織3GPP推進的基于LTE的寬帶專網通信標準尚在制定過程中，預計在2019年全部完成。3GPP組織以全球運營商為主，聯合眾多廠商推進國際主流標準的制定，但基于公眾網層面僅能提供基本的集群對講基本功能，標準工作要持續到2019年才能基本完成，真正將標準付諸實施還會有一定的時間，即使投入公網使用，也不會迅速達到目前專網集群的使用要求，公眾網在保障政府和強力部門使用中的信息安全問題仍存在重大隱患。3GPP組織制定的技術標準考慮到了下一階段的技術演進，目前的Rel13版本滿足4G LTE技術，隨著Rel 14、Rel 15、Rel 16版本的完成，能夠在5G技術的網絡中得到更廣泛的應用。

3? ?寬窄帶融合中的服務對象

常提到的專網用戶可分為任務關鍵型和業務關鍵型，至今沒有一個很權威完整的定義。但目前更傾向于喜歡將警察、武警、應急、救災、消防等人群定義為任務關鍵型用戶，因為他們的工作涉及到保護人民的生命安全和國家利益。將從事鐵路、機場、油田、港口行業的用戶稱之為業務關鍵型用戶，他們也會涉及保障生命安全，同時也涉及財產安全。任務關鍵型的用戶使用的語音也被冠以任務關鍵型話音（mission critical voice），這個術語已經在公共安全行業使用數十年。到目前為止，也沒有一個完整、準確的定義。因此，在寬窄帶過渡這個融合期間時不時會被拿出來作為衡量的標尺。任務關鍵話音定義的關鍵要素包括以下幾個方面：直通或常規對講（Direct or Talk Around）、按即講（Push-to-Talk（PTT））;全雙工話音系統（Full Duplex Voice Systems）、組呼叫（Group Call）、呼叫辯識（Talker Identification）、緊急報警（EmergencyAlerting）、音頻質量（Audio Quality）等做了一些規定，也僅僅是在行業內部將部分重要功能和性能做了約定。

當大眾普遍認識到PMR（Public Mobile Radio）將會逐步過渡到寬帶的時候，整個行業也正圍繞不同標準進行整合，并提供不同的中間過渡解決方案。寬帶和窄帶在現階段相互不可完全替代，采用融合的方式進行互為補充，如何將寬帶中的任務關鍵型話音和數據進行融合是發展寬帶集群的的基礎，網絡和業務的高度融合將為應急響應人員提供任務關鍵型話音、數據和視頻（Mission Critical Voice and Data and Video）。在日常生活和工作中，從依賴單一的語音到重視利用圖像和調用數據，是一個逐步遞進的過程，也是社會發展的必要階段。因此，寬帶帶來的不僅僅是一些功能上的改進與增加，更是在逐步改變我們的業務流程和工作習慣。同理，我們的工作方式和業務模式也正因為寬帶的廣泛使用而悄然改變：在電力行業，用230兆實現物聯數據、智能電網為切入點;軌道交通采用1.8G突破CBTC關鍵瓶頸，輔以PIS、CCTV、語音調度;民航機場以旅客信息、物流傳送為契機，推出移動應用;公共安全以視頻、數據查詢、綜合指揮作為突破點，為一線民警提供了解決方案。

寬帶的發展必須牢牢把握住行業應用這條重要的脈搏，這才是面向行業發展的突破口。從2018年首屆上海進口博覽會典型案例可以看到：針對室內場館面積分布、占地面積大的特點，用LTE進行了全覆蓋。無論是電動巡邏車，還是人員密集和臨時重要區域都可以靈活使用LTE進行圖傳，配合可穿戴智能設備傳送數據。在行進間解決方案中，開道車采用LTE實時傳送元首車隊行進的圖像。場館外民警增加手持LTE對人證進行快速核查，為會議提供了綜合、高效的解決方案。同時還將350兆TETRA、B-TrunC寬帶、公網寬帶進行分組聯動，充分地融合了語音業務，做到了“零差錯、零失誤、零瑕疵”。

在現階段融合網絡非常重要，因為它減少了開發和維護系統的費用，增加了應急響應人員在現場的響應效率。然而，融合將是一個彼此了解、借鑒，最終走向替代的過程。因此，無論處在融合的哪個階段，改變業務模式、重塑業務流程是最為引人關注的焦點。

4? ?寬帶專網發展要充分重視其特有規律

歐洲、美國、中國三個極具影響力的國家地區非常重視寬窄帶的使用和發展，在技術標準的制定和對頻譜的規劃方面有領先地位（如圖3所示）。頻率規劃部門將寬、窄帶頻率進行了詳細的劃分，把分配給專網通信的頻率定義得非常清楚。歐洲無線電委員會（ERC）確定在380 MHz—470 MHz范圍內部署公共安全和救災無線窄帶和寬帶（中速）通信（TETRA、DMR、TETRA、TEDS）系統，建議在5 GHz頻段分配50 MHz用于數字救災通信（同時也在考慮700 M頻率的使用），通過公眾網運營商來實現。美國聯邦通信委員會（FCC）確定769 MHz—775 MHz/794 MHz—805 MHz為公共安全窄帶頻段，采用（APCO）通信系統;規定763 MHz—768 MHz/788 MHz—793 MHz為公共安全窄帶頻段。FIRSTNET和AT&T之間簽署長達25年的合同來實現網絡的寬帶化。我國工信部無線電管理局（SRRC）確定330 MHz—400 MHz為公共安全窄帶頻段，806 MHz

—866 MHz為政府和行業通信窄帶頻段，采用（TETRA、PDT、IDEN、Gota、GT800）通信系統;規定1 447 MHz—1 467 MHz為寬帶數字集群專網系統頻率，滿足政務、公共安全、社會管理、應急通信等，規定1 785 MHz—1 805 MHz為無線接入系統頻率，分配給電力、交通、能源、水利等行業。從各個國家和地區地頻率劃分可以得到，窄帶專網主要用于語音和短數據方面，寬帶專網主要用于視頻、圖像、高速率數據方面。

未來寬帶將會沿著兩個方向發展，一個是以3GPP為代表，主要依托公眾通信網絡4G/5G進行部署，由運營商提供符合MCPPT（MCData/MCVideo）標準的寬帶業務服務;另外是以所在國專有的技術標準（如我國的B-TrunC標準，依托專用通信網400 M/700 M/1.4 G/1.8 G等）進行部署。前者標準統一，網絡覆蓋廣、使用成本低，形成良好的上下游產業鏈;后者強調信息安全、網絡安全，管理者易于控制。如果僅僅是為業務關鍵型用戶（鐵路、機場、油田、港口行業）提供寬帶服務，選擇專網和公網來實現自身業務的發展都無可厚非。如果面對任務關鍵型用戶（警察、武警、應急、救災、消防等），采用專網和公網實現寬帶業務目前仍有很大的爭議，其中焦點就是網絡的安全和信息安全方面。

前面所述的任務關鍵型語音、數據和視頻在3GPP標準中已經有了明確的定義，但采用什么樣的網絡沒有一個統一的說法。即使全球方面在今后會逐步制定相關標準，但每個國家在網絡安全和信息安全方面的定義、側重點又有其特殊的理解和規定，不會簡單照抄照搬。如果僅從具備了MCPPT功能就可以選擇任何網絡實現對任務關鍵型用戶提供服務是不全面的。在我國常常采用專網來解決任務關鍵型用戶的需求，每個專網都有符合該網絡自身信息安全和網絡安全的內部標準（公安專網有公安內部的要求、政務專網由政府內部的要求），這些在窄帶專網（350 M、800 M等）已經被證明和使用。隨著我國寬帶專網技術不斷完善，在網絡安全得到有效保障，加密措施更加完備的情況下，任務關鍵型用戶可以放心地通過寬帶專網與行業內部數據庫進行更直接的業務融合，不斷完善自身的業務需求，支持更多的業務應用和推送，這是一個符合國情發展專網的方向。

隨著基于LTE寬帶網絡的技術標準不斷完善，重點工作就變成解決寬帶如何應用的問題。專網通信與公眾網通信最大區別在一個“?！弊稚?，由于專網所處的行業特殊性，其管理、流程、服務、應用等都有其本身的特點，并不能像公眾網那樣可以統一采用相同的應用軟件和應用平臺，專網用戶則很少采用公用、統一平臺。在電力行業，電力業務應用涉及用電信息的采集、配變監測、視頻傳送、故障指示器、移動過程的應用、配電自動化、分布式電源、充換電（站）樁信息上傳、路燈管理、集群語音等增強了智能電網的管理水平和工作效率。采用寬帶系統接入后傳輸能力提高了50～60倍，數據采集和控制效率大大提升，實現了企業用電數據采集與反饋的實時化和電力負荷控制、配電監測、低壓集抄等三大功能的集成化。在軌道交通行業，利用LTE寬帶技術解決了地鐵列調和信號系統相互干擾的問題，滿足地鐵各專業（行車調度、CBTC、PIS、列車視頻監控等）車地無線傳輸需求。

將不同專業的應用整合在一個平臺上，各種數據信息、視頻流、控制信息和指揮調度信息便是融合通信的最好體現。特別是PIS網絡系統在這個平臺上，從中心到各車站、地鐵車輛的各種數據信息、視頻信息和控制信息得到了充分應用。地鐵乘客信息系統需要傳送乘車須知、服務時間、列車到發時間、列車時刻表、管理者的公告、政府的公告、媒體新聞、出行告知、股票信息、體育賽事、現場直播、媒體廣告等實時動態的多媒體信息。一旦地鐵遇到火災或恐怖襲擊，提供動態緊急疏散提示是非常重要的，與此同時，視頻信息由各個列車的監視器進行采集，并采用將視頻進行IP封包的方式通過無線傳送至控制中心。整個網絡必須支持語音、數據、視頻的融合，同時擁有穩定和可靠性的運行。面向政府，政務網通常包含了應急部門、公安、交管、武警等任務關鍵型用戶，依托強大的無線寬帶網絡平臺為政府提供各類應用是下一步發展的關鍵。隨著大數據、政務云等在政府部門間被廣泛使用，核心業務推送、政務微信群、重要通知快速下達等一系列有效應用，需要提供一個滿足政府日常辦公、貼近政府使用特點的綜合信息平臺來支撐。在面對城市應急、各類自然災害和反恐突襲時，在第一時間快速為任務關鍵型用戶提供現場環境需要的信息。如火災現場，利用VR技術向一線救援和指揮者及時推送消防栓位置信息、樓宇建筑信息、樓層改裝圖紙、應急逃生通道等，準確、高效地實施滅火和救人。

當人們對行業有了深入的了解時，各種應用會被不斷挖掘與整合，只有圍繞企業需求去研究、開發、集成各種相適應的產品才是寬帶真正走向發展和成熟的重要一環。由于眾多廠商此前對專網行業接觸和了解的機會不多，各行業的特點和運行模式了解有限，行業涉及的專業知識繁多復雜，要全面掌握這些領域要付出很大的代價和時間。如果不深入了解用戶的需求，就不可能發現行業應用的特點，也就不能提供有效的應用。

不管寬窄帶專網在演進中選擇哪一種模式，其對網絡的要求是在不降低公共安全通信的可靠性、可用性、堅固性、強韌性、效率、 有效性、協同互通性和安全性的前提下，提供任務關鍵型話音、數據和視頻（Mission Critical Voice and Data and Video），確保網絡健康、安全、穩定、可靠的運行。進入到2018年，B-TrunC寬帶集群有了快速的發展，寬窄融合的演進路線也越來越清晰，要達到真正寬帶網絡規定的任務關鍵型語音和任務關鍵型數據傳輸標準，還需要花費一些時間。用戶和運營商都在期盼完整標準的頒布和完備產品的推出，與此同時，一些介于寬窄帶之間可以實現語音互聯互通的產品不斷涌現，基于公網并在智能終端上安裝APP的解決方案不斷呈現，大家都在積極探討寬窄帶的融合之路。

在全球寬窄帶融合進程中，可以清楚地看到（如圖3所示）：存在I、II象限中的公網從1G～5G穩步邁進;存在III、IV象限的專網技術從2G直接跨入4G階段（3G幾乎是斷層）;由于公網和專網在4G層面擁有近似的技術（LTE）標準，實現公專互通和業務融合相對容易。而在另外一個維度上，我國窄帶專網因為DMR、PDT、TETRA等不同技術體制的存在，既要沿著專網從窄到寬這條特定的技術路線（BTrunC）演進，同時還要考慮與公眾網的互聯互通和業務融合。因此，在這個維度上逐步形成了“2+4”的演進模式，體現出具有我國專網特色的演進路線。

5? ?結束語

目前隨著我國LTE專網逐步建設，大數據、視頻流陸續被廣泛使用，用戶希望的應用正在悄然改變著他們對傳統語音呼叫的使用態度。在地鐵行業采用了無人駕駛技術，傳統語音調度的使用受到限制;在自動化碼頭鋪設更多的無線信標和傳感器，集裝箱吊裝和運送已被自動化設備取代，以往常用的語音調度功能逐步喪失。寬帶要想取得長足進步，只有更廣泛、更深入地了解行業用戶的真實需求，不斷創新、銳意進取，開發出適合用戶各類應用。在未來幾年中，將迎來建國70周年國慶閱兵活動、迎接建黨100周年百年慶典、2022年北京冬季奧運會等一系列重要保障活動，將會給寬帶專網創造更多的展示機會，也是綜合歷練、檢驗的機會，相信在不遠的將來，一個可靠、安全、運行穩定的專網將會發揮更大的作用。

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