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無線政務專網演進與建設研究

2021-09-16 06:49:56曹華梁張宏遠上海郵電設計咨詢研究院有限公司上海200092
郵電設計技術 2021年8期
關鍵詞:用戶建設

許 銳,曹華梁,張宏遠(上海郵電設計咨詢研究院有限公司,上海 200092)

1 概述

無線政務專網是為政府部門無線辦公專門建設的通信網絡,在應急救援、公共安全事務處置、日常公務等方面實現快速、便捷的移動化處理。無線政務專網可采用獨立建設物理網絡、專網專用的方式,也可以共享公網資源、通過VPN、5G 切片等方式實現邏輯專用網絡,本文主要研究政務專網的前一種方式,狹義的政務專網。

指揮調度類業務是無線政務網中比重大、有別于公網通信特征的典型業務,加之無線政務通信對地區內移動性的要求,無線政務專網主要采用集群通信技術,4G 時代從窄帶語音和短消息為主的集群擴展到多媒體和更廣泛的數據集群技術,并增加了無線寬帶傳輸功能。由于集群通信的工作頻段有限,為有效利用頻率資源、節約建設投資,統籌各政府部門需求,通過群組設置,用一張無線政務網承載多部門用戶和業務,稱為無線政務共網,為無線政務網的主流模式。

我國多地集群政務共網運營10多年以來,在日常城市管理、應急聯動、重大活動保障、包括新冠疫情的精準防控等方面發揮了重大的作用。而這期間,無線專網技術和應用、基于公共移動網的政務應用隨著移動互聯網和移動物聯網的快速發展也有了很大的改觀,公共安全和應急部門已明確了窄帶技術的選型和用頻,而部分現網也暴露出運營機制問題。近年來多地政府提出和推進“一網統管”類政務信息化建設,無線政務網作為移動通信方式的政務網承載手段如何演進和發展,包括寬帶無線政務業務的實現、窄帶無線專網存在的必要性、各政府部門間網絡使用的協同性、作為非盈利目的的網絡如何應對營收問題以及可持續的運營模式選取等,成為目前必須面對和決策的問題。

2 國內外無線政務專網概況

2.1 國內無線政務專網建設運營概況

我國各地政務網早期主要采用TETRA 窄帶數字集群技術,截至2015 年6 月底,TETRA 在中國已經建成的網絡接近350 個,使用終端設備超過50 萬部。其中政務網約占3%、公安網占15%、武警占4%、地鐵公安網占9%,總計政務類達31%;輕軌、地鐵網占43%、機場網占10%、港口網占8%、煤礦、石化網占4%、其他占4%;在所有TETRA 終端中,政務網用戶終端約占了40%。

2008 年開始公安部牽頭研發了我國自主知識產權的專用數字集群系統PDT技術,作為TETRA 等窄帶集群的升級替代方案,首先在公安系統內推廣。截至2019 年中,全國共有29 個省(區、市)、291 個地(市)公安局開展了PDT系統建設,已建在建系統300余套、基站1 萬余個、配備終端60 萬余部。應急部成立以后,2019 年工信部規劃了370 MHz 頻段給應急管理部門使用,適用PDT 技術。同年在800 MHz 數字集群通信系統頻率使用規劃中新增基于PDT技術體制的系統。

自2012 年開始,我國陸續在北京、天津、南京、深圳和海南、湖北、山東、安徽、江西的部分地區開展LTE政務專網試驗,2014年開始正式發布了基于LTE的BTrunC 寬帶多媒體數字集群行業標準,2015 年工信部正式許可了1.4 GHz最大20 MHz帶寬的無線寬帶政務網頻率,推動了全國多個省市地區寬帶無線政務專網的建設。寬帶無線政務專網可以實現崗位管理和隨時隨地的執法辦公,地(市)公安部門根據實際情況選擇了多種寬窄融合的建設方式,提供了更加貼近實戰的場景。截至2019 年6 月,全國共建B-TrunC 寬帶無線專網687 張,用戶數超30 萬戶;其中公眾服務和公共安全類網絡150 多張、終端約19 萬部,承載定制的業務應用約200種。

應急保障方面,隨著其重要性不斷提升,除了窄帶無線指揮調度專網的體系化建設,寬帶無線專網也發揮著積極作用。依托其強大的無線寬帶數據能力和融合的多媒體寬帶集群調度功能,可以為快速準確地處置突發事件帶來更大的便利:移動監控提供全新的現場信息獲取手段,移動應急指揮中心滿足了全城指揮調度的工作方式,各部門彼此聯系、信息共享、相互協同。

綜上,國內各地源于差異化的歷史和建設契機,形成了幾種典型的無線政務網組合模式:主要有以南京、西安等為代表的PDT+B-TrunC 模式,以北京為代表的TETRA+B-TrunC 模式。此外地方公安、應急等部門有獨立建設寬帶集群系統做專項應用。另有尚無寬帶專網建設的地區。

2.2 國外無線政務專網建設運營概況

由于無線網絡具有靈活、便捷接入優勢,世界多國把無線政務專網作為有線政務網的必要補充。國外無線政務專網的重點應用是應急救災,美國、英國、日本、法國、挪威等均在全國建設了專用應急通信網絡,其中英國、美國、日本均建有覆蓋全境的寬帶應急專網,其他發達國家以窄帶應急專網為主,以下就幾個典型國家案例略作介紹。

英國無線應急服務網主要用于英國消防隊、警察局、救護車等緊急救援部門,網絡采用TETRA 技術,由英國運營商Airwave Solutions提供。

日本無線防災網為多網復合結構。中央防災無線網是日本防災通信網的“骨架網”,包括移動通信網和衛星通信網,在應急救災場景下疏通中央政府與地方及政府間的不同網絡;消防防災無線網連接消防署與都道府縣,由地面系統與衛星系統構成;防災行政無線網分為縣級防災無線網和市級防災無線網,用于都道府縣和市町村與指定行政機關及防災機構之間的通信,目前已延伸到街區一級;此外,還建設了水防、緊急聯絡、警用、防衛、海上保安、氣象等專業類型的通信網。日本無線防災網由市、縣、中央各自建設,單獨運營,各個網絡之間都互通。

2001 年之前,美國各州獨立建設應急通信網絡。2001 年“911”事件后到2012 年,美國公共安全部門一直對建立全國統一的應急通信專網FirstNet 進行可行性研究,2012 年國會批準立項開發、建設和運營全國范圍內的寬帶應急網絡,由AT&T 承擔建設運營,采用700 MHz頻率、計劃建設33 000個LTE 基站,輔以衛星地球站及移動通信車,覆蓋全國99%的區域,用戶數達2 500 萬。2017 年全美50 個州全部加入,2018 年又加入了一些海外的島嶼。2020 年4 月FirstNet 由地方改為統一中央控制機制。FirstNet 并采用系統軟件開源方式豐富生態鏈。

德國應急通信網BOSNET 采用TETRA 技術,2008年開始進行網絡部署,2013 年投入使用,2016 年實現全國99%的覆蓋,全網有5 000 個基站,2018 年在網用戶數達到80 萬,預計2020 年將達到130 萬~150 萬。BOSNET 由專門的政府機構BDBOS 負責網絡規劃、建設、運營、管理,由阿爾卡特朗訊公司(現諾基亞公司)負責運維。

丹麥應急無線網SINE 由國家安全部的應急通信中心建設,同樣采用TETRA 技術,2010 年建成并投入運營,約500 個基站,覆蓋99.5% 的國土,終端約14 500 個。SINE 由摩托羅拉承建和運營,丹麥政府規定所有應急事務都必須使用SINE,包括公安、消防、救護、空軍、國土衛隊、海事安全管理局、應急管理局以及為公共安全提供服務的私人公司。

新加坡在2013 年用TETRA 系統替換了全國性TETRAPOL 公共安全網絡,為警察及民防部隊提供無線通信服務,系統工作在410~430 MHz,截至2015 年用戶達45 000個。

2.3 專網運營模式

綜合國內外案例,無線政務專網運營模式主要有以下3種。

a)自建自維。典型的如公安部主導建設的全國性PDT 專網,公安部為此申請了專項資金,由各地(市)財政負責落實。專網資產歸屬和運維責任均在公安部門。

b)第三方代建代維。如北京政務物聯數據專網由北京市經濟和信息化委員會政務網絡管理中心負責管理及未來運營,首都信息發展股份有限公司(以下簡稱“首信公司”)負責網絡投資墊付、建設、運營、維護,政府通過購買服務的方式、每年支付分期償還的建設資金和服務費,之后系統歸政府所有。政府部門用戶需要向北京市經濟和信息化委員會提交業務申請,通過審批后方可使用網絡;武漢、南京、成都寬帶無線政務專網等也是采用此模式。美國AT&T 對FirstNet、英國EE對ESN、丹麥摩托羅拉對SINE也屬于這類模式,日本政務網也有運營商參與建設。區別在于這幾個國家的承建和代維方主要為公網運營商,我國的第三方機構本身并無運營資質;此外如AT&T 也同時經營政務用戶外的其他業務。一般可由政府通過公開招標購買政務網建設、運營和維護服務,政府擁有政務網的所屬權。

c)專網運營商模式。如天津、廣東、河北的1.4 GHz 頻段無線寬帶網采用專網運營模式,由北訊電信投資、建設、運營和維護,北訊電信采用市場方式經營,目前提供政務和其他社會業務。

3 我國無線政務專網存在的問題

我國現有無線政務專網存在如下問題。

a)網絡建設和歸屬分散,缺乏頂層設計。800 MHz TETRA 和1.4 GHz B-TrunC 分別是較普遍采用的窄帶和寬帶政務共網,但同時消防、公安等機構也多有自建專網的情況,另工信部明確了370 MHz 歸應急部使用,可采用PDT 技術。政務用戶業務未能完全實現統籌共網,也難以同步向寬帶演進。

b)網絡品質有待提升,技術和應用的先進性不足,用戶使用滿意度有欠缺。因網絡的非盈利性質、小眾市場傳統設備商設備價格昂貴和政府資金的緊張,集群政務共網多有存在室外和重要場所室內的弱覆蓋、網絡升級不及時、功能服務不完整等問題。很多地區主用的政務專網仍只有2G時代技術、不支持寬帶應用,導致政務用戶或自建臨時區域性寬帶無線專網,或搭載于運營商公網,服務品質難以保障;同時政務用戶自行尋求第三方平臺資源配套寬帶業務,存在可靠性和安全性隱患。無線寬帶政務網缺位的城市無線寬帶應用明顯落后和無序,用戶對寬帶政務應用的訴求無法充分滿足。

c)網間互通性差,共網效應不足,無線政務信息化效率有待提升。TETRA 系統受技術體制限制,不同TETRA 系統間、與其他系統均不能互通,加諸管理因素影響,窄帶政務專網間無法共享信息和實現聯合指揮調度。面對公安、應急系統全國范圍聯網的要求,只能新建網絡實現,大大降低了政務共網的效應,也無法適應城市運行管理“一網統管”的新趨勢。PDT和B-TrunC、及與公網之間具有良好的互通性,但由于不同系統專網終端不通用,新舊系統更迭、用戶遷移需要復雜的部署。頻譜和網絡資源不能充分利用,也降低了信息化效率。

d)專網經營難度大。政務網經營來自財政經費,網絡業務負荷(尤其窄帶網絡)除個別區域和時段外遠低于公網,本身就有相當的經營難度。如再發生政務、商用共網和運營模式、責任分工不明晰的情況,可能導致運營方雪上加霜。

e)寬帶政務網頻段未能充分發揮作用。部分地區1.4 GHz 頻段未給政務網使用,導致這些地區寬帶政務網難以推進。

4 無線政務網業務需求與建設必要性

4.1 無線政務業務需求分析

各政府部門對無線政務專網有共性也有個性化的業務需求。根據無線專網業務功能的系統分類,主要有語音集群、寬帶數據傳輸、多媒體集群、集群數據等幾類。其中語音集群包括單雙工或全雙工語音單呼、語音組呼;多媒體集群包括視頻單呼、同源視頻組呼、視頻推送轉發、視頻上傳、疊加視頻的語音組呼;集群數據包括實時短數據、組播廣播短消息。

綜合上述業務需求,主要包括以下幾個方面。

a)無線集群調度和移動指揮。除了目前集群政務共網可提供的窄帶語音集群調度,還需要多媒體短消息、視頻單呼、同源視頻組呼、多媒體信息推送轉發和上傳、疊加視頻的語音組呼等寬帶集群功能,以增強對現場事態的感知和信息共享能力,從而實現更高效的指揮調度。各政務部門在處置突發事件時,常常需要將指揮中心搬到現場,同時和后方指揮部保持聯系。故該指揮中心業務要求是一個收集前線各節點數據、分析整理并與后臺交互、進而進行調度指揮的移動指揮系統。

b)多媒體數據采集和回傳。政務物聯網應用需要圖像、視頻采集數據的無線寬帶回傳,多媒體移動辦公需要寬帶移動網支持。隨著城市治理精細化水平和多部門快速統籌協同要求的提升,無線多媒體信息通信成為必要的政務工作手段。如公安部門因遠程執法要求,需要記錄現場執法影像和聲音,回傳警務平臺作為執法證據保存,同時該數據可用來比對后臺數據,及時發現在逃嫌疑人等。隨著數據應用領域的擴展和數據分析能力的提升,對圖像清晰度要求逐步提高,因此要求數據采集和回傳能力也相應提高。

c)可靠性和安全性服務。當面臨人群聚集、自然災害及重點保障等關鍵任務時,需保證業務通信的可靠性,以便應急指揮調度順利開展。部分政務業務有較高的數據安全保密要求,需要完整的安全策略乃至專用的物理通道。

d)跨網信息互通。如上海市“一網統管”的政務策略代表了新時期各地政府管理的趨勢,依托市大數據資源平臺,全面融合軌道交通、道路實況、公共衛生、食品安全、水電氣、金融、市場監管、經濟社會風險等數據資源,聯通市級主要業務系統,建設市、區、街鎮三級架構的城運中臺,實現城市生命體征的全量、實時感知,形成應用樞紐、指揮平臺、賦能載體“三合一”,增強快速發現、快速反應、快速處置能力,實現“一屏觀天下、一網管全城”。由此將有更多場合需要各政務管理機構聯合處置、協同工作,目前正在各級市政部門推廣政務微信等政務外網應用。同時公安、應急等部門已有從中央到各省市全國性聯網的需求。

e)終端融合。無線通信的寬帶化使得終端應用多樣化,“一網統管”要求各網絡應用間實現互通,故跨網呼叫、調度和信息互通的需求越來越多;部分對安全性要求不高的用戶則希望專網和公網終端融合。提高終端的兼容性可有效提高無線政務業務的效率,寬窄融合、公專融合已是大勢所趨。

4.2 無線政務業務對網絡的需求分析

為了滿足前述業務的承載需求,無線政務網應滿足如下要求。

a)無線寬帶接入。窄帶數字集群網僅能滿足語音集群和短數據類業務,圖像和視頻回傳、多媒體集群等業務的應用需要使用移動寬帶專網或公網來承載。

b)安全性。部分政務業務的數據保密需求,要求網絡提供可靠的鑒權認證、加密算法、數據完整性檢查等網絡安全機制,需要專網或在公網部署特殊的安全策略實現。此外,政務應用需要衛星定位和導航功能,從安全形勢要求,定位和導航應支持北斗系統。

c)可靠性。網絡容量承載和配套設施的高冗余配置,硬件設備的無故障工作時間,軟件功能的穩定性,產生故障時的排障能力和容錯運行能力等,均反映了網絡的可靠性。無線政務業務由于其定位的特殊性,需要高于公網的可靠性來保障。

d)互操作性。在多張政務承載網絡共存的條件下,要實現跨網信息互通、聯合調度等功能,應選擇接口開放性好、與其他網絡互通性好的系統。

e)終端融合。現有TETRA 集群政務共網和公網的終端不兼容,給通信帶來很大的不便。而多模融合終端可同時滿足豐富的應用和跨網指揮調度需求,也是提高政務網可用性的重要手段。

f)網絡需求的多樣性。為了滿足各機構業務需求,語音集群、多媒體集群等業務必須承載于有集群功能的專網中,定位、短消息、寬帶數據回傳等業務可根據需要承載于專網或公網上,其中有擁塞保障和特殊安全保密要求的需全部或局部承載于專網。

4.3 無線政務網建設的必要性綜述

集群政務共網在各政府部門的日常城市管理、重大活動保障、突發公共事件應對、應急救援處置中扮演著重要角色,對后續發展普遍提出了寬帶無線政務業務承載的需求。因無線政務專網采用專用的頻段提供集群指揮調度服務,具有公眾移動通信網無法替代的功能特征和高可靠性、高安全性的業務保障能力;而目前僅有TETRA 集群政務共網的地區則無法滿足寬帶化、智能化和多網融合通信的需求,有必要向開放的寬帶專網方向演進,滿足無線政務需求的同時為后續與國家應急、公安網絡互通奠定基礎。

5 無線政務網建設運營選型

5.1 寬帶無線政務網技術選型

寬帶無線專網實現技術可分為以下幾種。

5.1.1 B-TrunC

B-TrunC(Broadband Trunking Communication)是由寬帶集群產業聯盟組織制定的基于TD-LTE的“LTE數字傳輸+集群通信”專網寬帶集群系統標準,是我國科研機構和設備廠家自研的技術標準。《基于LTE技術的寬帶集群通信(B-TrunC)系統總體技術要求(第一階段)》等4 項國家標準已于2019 年發布,B-TrunC 已于2016年成為ITU-R推薦的集群空中接口標準。第2階段的標準也即將發布,第2 階段的標準定義了本地組網、多核心網、漫游組網和接入網共享4 種架構,已基本完成寬窄帶融合組網架構的技術要求并在逐步測試認證中,支持與PDT 和公網的互通。國內產業鏈豐富,支持B-TrunC/PDT/公網終端共模。

B-TrunC 支持寬帶數據傳輸、增強語音集群調度、多媒體集群調度、集群數據業務和集群補充業務,支持終端、基站、核心網和應用系統的端到端開放和互聯互通。系統的話權申請時間和語音組呼建立時間指標分別達到200 和300 ms。根據工信部頻率使用政策,該技術主要用于1.4 GHz(1 447 MHz~1 467 MHz)和1.8 GHz(1 785 MHz~1 805 MHz)2 個頻帶:其中1.4 GHz 明確用于政務、公共安全、社會管理、應急通信等業務,使用10/20 MHz 2種信道帶寬;1.8 GHz要求用于交通(城市軌道交通等)、石油等行業專用通信網和公眾通信網,信道帶寬使用1.4/3/5/10 MHz。截至2019年7 月,全球已部署1 205 張B-TrunC 專網,其中國內有687張。

5.1.2 MCPTT(Mission Critical Push To Talk)

MCPTT 目前為3GPPLTE/5G 標準的一部分,基于IMS和MBMS架構、控制應用服務器(MCPTT Server)和終端上的客戶端應用軟件實現增強型的PTT 服務,適用于執行關鍵任務的場景,支持鑒權、組附屬、組管理、組呼、單呼、優先級呼叫、發言權控制、位置上報等功能。采用該技術需要對現有公網系統做升級改造,新增網元多,IMS 實現復雜,應用層實現靈活但業務時延大,LTE 時期其話權申請和端到端組呼建立時間指標分別要求達到300和1 000 ms,性能不及B-TrunC。

3GPP 在R13 中實現集群語音功能MCPTT,R14 覆蓋了語音、集群視頻MCVIDEO 和集群數據MCDATA業務,5G階段預計在R17制定。MCPTT產業尚不夠成熟并有待商用驗證。

5.1.3 基于公眾移動寬帶網絡的簡單應用層實現方式

該方式只增加PTT應用服務器、通過應用層實現,不改變基礎網絡架構,僅能提供部分數據集群功能。該方式沒有統一的業界標準,均為私有接口實現,各運營商都有提供;應用層的實現方式影響時延,并與公網用戶共享網絡資源,性能保障低。專網集群用戶也有在專網覆蓋不良的區域以公網PTT 方式接續、作為專網手段的補充。

5.1.4 基于公眾移動通信網的寬帶數據傳送

目前也有采用公網做寬帶數據傳送實現專網應用的方式,不要求集群功能或集群功能通過窄帶系統實現,但共享寬帶公網的可靠性和安全性性能不高,5G 時期的網絡切片技術有望提供更有保障的網絡資源共享方式。

結合網絡資源能力,按照需求分配網絡資源,通過5G端到端切片在一個物理的5G網絡基礎上虛擬出政務網業務切片子網。每個端到端的切片網絡由無線網、核心網及傳輸網子切片組成,切片網絡可以通過端到端的切片管理系統管理。

如圖1 所示,利用5G 公網構建專網切片,無線接入網和承載網通過QoS 策略部署切片功能,核心網側運營商部署業務控制、用戶面等通用功能,并為特定切片部署接入控制、鑒權、用戶數據等專用功能。

圖1 5G網絡切片部署系統示意圖

5G 之前的移動公網采用VPN 技術提供行業用戶特殊保障和高等級安全要求的承載。VPN 作為基于路由的通道技術實現網絡級的傳輸專用隧道,其安全性與VPN 的實現技術、加解密協議及VPN 運維管理密切相關。移動網絡采用IPSec 技術實現移動終端與不同業務網絡的數據連接,利用IKEv2進行相互認證、建立和維護安全關聯,需要終端和網絡設備支持IPSec。5G 網絡通過切片技術提供行業用戶獨享的邏輯資源和可定制的安全策略。5G網絡切片的創建、修改和終止是5G管理系統提供的管理服務的一部分,運營商和切片用戶都可參與網絡切片安全的管理,網絡各方通過相互身份驗證和授權保證業務安全。在5G 切片網絡中也可以疊加VPN 網絡。如5G 切片的核心網部署在運營商側,則這個切片網絡的安全性取決于運營商的安全管理能力;對于安全性要求高的切片網絡,可以把核心網切片功能單元部署在用戶側提供個性化的安全策略部署。5G 切片網絡的安全機制提供了運營商和行業用戶更靈活配置和維護網絡安全的能力,較4G 網絡可以為行業應用提供更方便和更高品質的安全保障。支持5G 切片功能的3GPP R16 標準于2020年7月發布,業界正積極推進其商用驗證和落地。

5.2 窄帶無線政務網技術選型

目前窄帶政務網可用的主流技術包括以下幾種。

5.2.1 TETRA(Terrestrial Trunked Radio)

TETRA 是歐洲電信標準組織(ETSI)制定的數字集群通信系統標準,基于數字時分多址、采用小區制,可提供多個群組的調度功能、短數據服務、分組數據服務以及數字化的全雙工移動電話服務。

TETRA 的信道帶寬為25 kHz,雙工間隔為10 或25 MHz,調制方式為π/4 DQPSK,調制信道比特率為36 kbit/s,語音編碼速率為4.8 kbit/s,接入方式為每信道4 個時隙,每時隙速率為7.2 kbit/s,每信道數據速率為2.4~28.8 kbit/s;提供移動直通模式,支持單呼和組呼,一個移動臺可以作為其他移動臺的中繼;呼叫建立時延為500 ms,支持在超負荷時通信。

我國數字集群網絡建設早期廣泛采用TETRA 技術,其中Motorola 為最主要的設備供貨商。該制式沒有面向寬帶的演進方式,并且其接口封閉,不僅不支持不同廠家交換機和基站設備的混合組網,也不支持異廠家交換機之間的互通,多廠家組網及網間互通依賴相關廠家的接口開放許可和測試配合,往往伴隨開發工作量和高昂的資金代價,制約了設備選型和多系統融合互通的實現,并缺乏多模終端研制的產業能力。此外國外設備商有不支持國內用戶自主加密的情況,存在通信安全隱患。

TCCA(TETRA and Critical Communications Associ?ation)和3GPP展開合作,將關鍵任務功能引入LTE,作為其寬帶化的發展方向,即前述MCPTT。目前主要在標準化階段,3GPP R15 已經基本實現了TETRA 的功能,仍有一些增強功能的標準化還將持續到2021 年后,功能實驗驗證正在進行中;預計2022—2030 年進入寬帶廣泛部署期。此外雙方推進的集成解決方案允許TETRA 和LTE 以統一的方式互通,集成不限于應用層,支持2 種技術的基站都連接到同一個核心網和數據庫;這一工作還在3GPP R15 和R16 標準化,完成時間待定。

5.2.2 PDT(Professional Digital Trunking)

PDT 標準是我國自主知識產權的集群通信標準,具有大區制覆蓋、頻譜資源利用率高、網絡擴展性強、安全保密性強、性價比高、可兼容模擬系統等優點。PDT 采用TDMA 方式,每載頻雙時隙,信道間隔為12.5 kHz,雙頻間隔為10 MHz,調制方式為4FSK,每信道速率為9.6 kbit/s,采用數字語音壓縮技術。

PDT 業務功能豐富、可擴展、向后兼容,同時系統和終端成本較低,網絡建設速度較快。PDT 支持異廠家系統交換機之間的互通并定義了開放的交換機和基站的接口,有效地解決了多網融合通信問題,支持全國范圍的聯網。在滿足基本業務的同時,增加了同播、動態頻率資源管理等創新功能。PDT 支持與BTrunC專網及運營商公網之間的互通。

PDT標準主要定位于公共安全、公共事業、工商業等專業用戶群體。全國除少數地區早先建有一定規模的公安TETRA 網絡外,大部分公安數字集群已建成PDT 網絡,主要工作在350 MHz 頻段。2019 年工信部明確將370 MHz 頻段中的39 對12.5 kHz 帶寬的無線電頻率規劃給應急管理部門使用,并在800 MHz 數字集群通信系統的頻率使用規劃中新增了基于PDT 技術體制的系統。

5.2.3 DMR(Digital Mobile Radio)

DMR 是由ETSI 為滿足歐洲各國的中低端專業及商業用戶對移動通信的需要而設計制訂的開放性標準。DMR 系統目前主要用于公共事業和商業應用領域,包括公用事業、學校、醫院、酒店、牧業等行業。

DMR 標準采用TDMA 雙時隙多址方式,12.5 kHz信道間隔、4FSK 調制方式、數據傳輸速率為9.6 kbit/s。DMR 支持語音通信、數據傳輸和其他補充服務,具有高效利用頻譜資源、大區制組網方式、模擬/數字兼容的優點。相較其他數字集群技術,DMR 功能簡易,只支持組呼;系統和終端成本較低,終端發射功率大,采用低頻組網建設速度快,總體運維成本較低。適用于森林、草原等地廣人稀的大面積區域覆蓋或大規模用戶但專網通信功能要求不高的業務。

5.3 無線政務網技術選型建議

根據前述分析,歸納幾種主流政務專網可用的集群技術、關鍵特性如表1所示。

表1 各集群標準技術參數對比表

基于前述的用戶、業務分析和技術對比,對無線政務網的技術選型和發展建議如下。

a)對目前僅有TETRA 集群政務網的,考慮如下幾條演進路線。

(a)新建PDT 替代TETRA,同時新建B-TrunC,構建PDT+B-TrunC 雙層專網,公網寬帶輔助。部署PDT網絡作為新的窄帶政務網,建成后將現有TETRA 網用戶做遷移,需新建PDT 基站并替換所有用戶終端,可借助應急部門370 MHz PDT的建設契機或視地方用頻情況利用800 MHz 中的空余帶寬資源部署;同時新建1.4 GHz B-TrunC 專網,并與PDT 互通融合,作為下一時期寬+窄的雙層專網,專網覆蓋不足的區域以公網為補充。其優點是PDT 系統開放性好、與其他窄帶和寬帶系統互通性能好、加密功能完善、售后保障高,可自然承接國家應急部和公安部對地方的建設和指揮調度要求;但需要新建窄帶和寬帶的雙重投入,資金壓力較大。370 MHz 的優勢是可利用370 MHz PDT 成熟的產業鏈,較800 MHz完成覆蓋所需站點少,與外地應急系統終端通用,并便于消防總隊部分DMR終端直接軟件升級入網;缺點是僅有372~375/382~385 MHz頻段2×3 MHz 中的39 對頻率,其總帶寬為975 kHz,每對頻率支持的信道數為TETRA 系統的一半,如容量能力不足以支撐全部政務用戶,需要在370 MHz 頻點不足處采用370/800 MHz雙頻網;800 MHz目前可用的頻段帶寬相對充裕(806~816 MHz/851~861 MHz),但該頻段PDT 產業鏈尚在起步階段,建站規模和投資將大于370 MHz;未來用戶規模擴大情況下可將800 MHz TETRA 及仍在用的350 MHz TETRA 重耕為PDT。屆時可實現PDT/B-TrunC 雙模及PDT/B-TrunC/公網三模終端。未來業務逐步轉向寬帶專網,再考慮800 MHz頻段的寬帶重耕。

(b)新建B-TrunC 網絡,逐步替代TETRA,公網寬帶為輔。繼續保持和維系800 MHz TETRA 現網,新建1.4 GHz B-TrunC 專網,給現有TETRA 用戶配備1.4 GHz B-TrunC 終端,一段時期內完成用戶和業務向寬帶專網的遷移。同時在專網覆蓋不良的偏遠和室內區域可切換到公網,將公網作為備用和補充。該方案的優點是一步到位,提供政務網用戶可靠品質的語音、短消息和寬帶專網服務,但在1.4 GHz 網絡建成前TETRA 網絡仍需維系,盡管省去了窄帶專網建設投入,但較高頻段的寬帶網絡建設投資壓力仍較大。

(c)PDT/TETRA+公網寬帶,局部B-TrunC 補充。目前不少政務機構已將無線寬帶業務承載于運營商公網,并且5G網絡預計可提供更好的行業應用安全性能,可采用窄帶集群網做基礎承載+寬帶公網提供智能化寬帶化應用的組合模式,并在個別重點保障等特殊需求區域部署B-TrunC 專網用于高可靠性、高安全性政務業務需求。如此可以降低網絡建設的壓力,節約財政投入,資金允許的條件下可如路線(a)中新建PDT 網絡。這一模式下,對有高保障要求的部門寬帶專網服務只能采取自建網絡方式。

綜上,數字集群TETRA 和PDT、B-TrunC 及公網終端不兼容,更換技術體制將需要新建一張網絡及規模化的終端替換;未來隨著B-TrunC、5G 專網或公網切片等寬帶專網覆蓋的逐步完善、業務需求的多媒體化、網絡和終端技術的提升、設備成本的下降,業務重心將逐步轉向寬帶專網,這時再考慮窄帶頻率資源的重耕。TCCA 也建議用戶可在寬帶專網商用部署穩定3 年后,從2025 年開始關閉窄帶網絡。因此對無線政務業務需求高、資金允許的地區,推薦路線(b),可分步實施,從重點區域的寬帶覆蓋開始,在TETRA 的維系期內逐步擴大覆蓋和進行業務轉移,未來向5G專網演進。路線(c)適用于資金不足的情況,但對嚴格要求專網環境的部門存在明顯的不足;在不要求寬帶專網全覆蓋的情況下,新建PDT 至少可保證政務用戶有專網可用,有可靠和安全的底線。

b)對于兼有TETRA 和B-TrunC 政務網的,對TETRA 網絡的處置策略參照a),即根據資金情況完善B-TrunC或新建PDT,替代TETRA覆蓋。

c)未來演進一方面關注B-TrunC 的5G 演進和3GPP R17 關鍵任務進展,雙方有可能融合演進,根據業務需求和頻譜資源條件適時向5G專網迭代;同時跟進5G公網切片實現,升級公專結合模式。

5.4 無線政務網運營模式建議

無線政務專網運營方通常與政府簽訂政務網服務協議,采用政府購買服務的方式;建議政府統一管理政務用戶或明確政務用戶管理政策、委托專網運營方代管。新建PDT 網絡或其他寬帶專網可采用政府自建自維或委托第三方代建代維的模式,根據各地無線政務網運營經驗,建議采用代建代維方式以減少政府管理負擔。政府和第三方在用戶管理方面的具體界面劃分也可有以下2種方式。

a)第三方承建和運維網絡,由政府負責用戶組織、管理和內部經費結算,支付第三方建設運維經費。

b)政府明確用戶組織、管理和資費政策,由第三方負責網絡建設運維、對接用戶和收取通信費,政府和第三方之間平衡通信業務收入和建設運維成本進行最終結算。

在專網僅開展無線政務業務時,以上2 種方式在資金使用上沒有本質區別,方式b)可減輕政府用戶管理的負擔,但在統籌推進、審批政府人員使用政務網,以及響應政府機構、人員調整帶來的用戶情況變動,簡化結算等方面,方式a)更有效,推薦方式a)。

此外,根據以往經驗,當一次性建設投資規模比較大時,先期可由第三方墊資建設,政府分年支付抵償,數年后網絡資產轉至政府,后續只付運維費。

原則上只要公平合理,多種模式均可采用。關鍵點在于首先應定位政務網為非盈利性,保障政務安全高效運行的必要投入;其次應明確寬、窄帶政務網使用頻段,并通過招投標方式選拔有穩定可靠運營經驗者獨家或分區承擔專網建設和運維;第三,無論政府和第三方的用戶管理界面何在,關鍵在于對建維費用和資費水平的合理性評估,可以通過組織年度的審計評估,明確政府支出的價格。此外,可鼓勵運營者在保證政務業務安全的基礎上開展政務增值服務,一定規模收益內,收益歸運營者,超過之上設定比例補貼政務網基礎運營,提高運營者積極性,推動政務信息化創新。并可學習FirstNet 創建合作生態的做法,拉動產學研一體、共同打造政務網生態鏈。

6 無線政務網建設運營實施建議

為有效推動和保障無線政務網的建設運營,提出如下實施建議。

a)明確專網頻段定位,保障網絡發展基礎資源。保障1.4 GHz 等政務網專用頻段的可用性,尤其對寬帶業務,1 447~1 467 MHz 頻段為工信部規劃用于政務、公共安全、社會管理、應急通信的頻段,應避免用于其他用途,政務網無頻率可用。未來隨著業務需求發展,申請獲得800 MHz PDT 頻譜使用許可,構建800 MHz+1.4 GHz雙頻寬帶政務專網;并適時申請5G 專網頻段。

b)分區域分期建設、加強共建共享、充分利用現有網絡和配套資源,節約建設投入。專網設備和終端單價高于公網,而與公網終端成本主要由公眾用戶承擔不同,專網終端本身也在專網建設運營資金內,與網絡設備、基礎配套一起構成投資需求,大中型城市一張政務網初步覆蓋的建設總投資在億級到幾十億級,對政府形成較大的資金壓力。可考慮先行建設重點政務區域,如中心城區/城區和主干道、重點保障場所等,尤其寬帶專網建設,可隨城市建設、活動保障節奏逐步擴展覆蓋區域;其次重視共建共享,如PDT 應優先利舊TETRA 站址建設,并可考慮利舊傳輸接入設備,B-TrunC 則參與移動通信公網基站基礎設施共建共享;并協同公網運營商和地方管線資源所有方,盡量利用現有管道資源,降低工程復雜度和造價。

c)建立政務網建設運營的健康經營機制,推動政府設立專項資金給予支持。政務網用于公共事務管理、應急救援和各類活動保障,業務特點與商用公網有很大不同,其中關鍵任務類業務往往具有時間突發性和地點的不確定性,但要求隨時隨地的高可靠網絡支持;并且政務業務并非類型越豐富、業務量越大越好,而是以簡潔高效、快速處置為宗旨。根據國內外運營政務和應急專網的經驗,難以像公網那樣靠網絡自身運營維持建設維護投入;而作為公益事業,權衡其作用和價值,應作為政府的一項信息化管理投入。因而建議積極推動政府設立無線政務網建設運營維護的專項資金,間接提升城市管理和服務能力。

d)800 MHz、1.4 GHz專網基站納入通信基礎設施共建共享站點規劃,新建、改造公共建筑預留室內覆蓋部署資源。將寬窄帶政務專網基站建設納入各年站址規劃,由鐵塔公司等通信基礎設施運營商統籌考慮共建共享資源預留,其中TETRA/PDT 站點站高通常高于公網基站,可根據具體情況選擇共享或獨立建設;室內覆蓋系統則應根據場點重要性和專網室內信號情況確定是否預留。在地方通信配套設施相關標準規范中提出要求,如上海市已在地方標準《數字無線專用對講通信系統工程技術標準》和《公共建筑通信配套設施設計規范》中分別納入了對800 MHz 和1.4 GHz專網室內覆蓋系統部署的配套資源要求,此后在新建和改造公共建筑、鐵塔公司等通信基礎設施運營商牽頭的室內覆蓋系統改造/擴容工程中均應同步考慮政務網接入的需求,對有必要建設室內覆蓋系統的預留部署資源,信息通信管理部門應推動和保障落實。然而專網室內覆蓋場點規模與公網不可比,在覆蓋盲區應提供用戶切換到公網、通過PTT 客戶端軟件延續群組任務的功能,實現數字集群和PTT 功能APP之間的聯合調度。

e)無線政務網用戶體系化管理。如前所述,伴隨著政務運行管理的體制化,政務網的用戶管理亦應體系化,專網系統中用戶設置應與政府機關體系架構對齊,隨職能組織群組功能,統一調度指揮,按層級推送和共享數據,為有序、高效的政務運行管理構建網絡通信基礎。政府應組織各級機構加入政務網,明確要求承載于無線政務網的業務范圍,如信息敏感類、應急救援類、帶寬保障類、集群功能類等,按照政務應用種類做出規范,各級政府機構和政務網運營方配合落實。

f)無線政務網建設運維管理規范化。無線政務網的建設、運維和經營可通過招投標方式選拔相關經驗豐富、經營可靠的1家或多家企業分工承擔(如分區域建設運營);選擇運營者時應考慮政務網用途、業務的敏感性和安全性因素。政府應合理評估建設投資和運營成本,分期審批、撥款;或運營方根據批復或合同先行墊資,政府分年返還支付。在此模式下,無線政務網的所有方為政府,運營方代建代維,政務機構“免費”使用網絡,使用許可通過政府專項通信經費和用戶入網機制由政府管理或運營方按約定規則代管。網絡建設應按政府類項目遵照相關規范流程進行,組織階段性審計和評估,以便及時發現問題、優化無線政務網運行和管理機制。

g)鑒于國際形勢的變化,建議加快我國自研BTrunC/PDT制式的無線政務網的建設完善。

h)積極推動、參與5G 政務切片實施標準制定,升級公專結合模式,增強公網效用、節約化專網投入。

i)借鑒FirstNet 經驗,搭建應用平臺,吸納高校、科研單位、有技術實力的政務機構等社會資源共建合作生態,豐富和完善無線政務網應用。

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