融合通信系統架構設計及應用探討

李燕春，謝家林，毛卓華

（1.華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310013；2.上海復旦大學 航空航天系，上海 200433）

0 引 言

專網通信技術數字化、寬帶化變革趨勢明顯，但早期部署的大量窄帶系統如果得不到有效的利用和保護，就會造成社會資源的極大浪費[1]。如軌道交通行業上的陸上集群無線電（Trans European Trunked Radio，TETRA）數字集群系統和公安機關上的警用數字集群（Police Digital Trunking，PDT）數字集群系統等，這些窄帶通信網絡在全國范圍內建設規模很大，原有通信系統依據行業用戶定制的一整套軟硬件設施，因此從保證用戶利益，技術標準、頻譜資源和投資成本等因素考慮，建設支持多種接入技術的融合通信系統顯得尤為重要。同時，在專網寬帶化發展的過程中需要實現廣域覆蓋和向下兼容的要求，使得行業各類制式的專網和公眾移動通信將長期共存，共同發展[2]。

1 融合通信服務功能設計

融合通信系統主要由基于語音的調度子系統、基于視頻的調度子系統、基于空間的調度子系統、基于預案的調度子系統、綜合調度子系統以及綜合網管子系統組成，完成綜合語音、視頻、空間以及預案等融合調度業務的交換控制和存儲，并對系統進行統一的運維管理。融合通信服務功能如圖1所示。

圖1 融合通信服務功能

專網通信可為行業提供深度定制化的服務，各個行業的業務千差萬別，用戶對系統融合的需求也各不相同。及時響應、精準下達、融合調度以及移動指揮是應急指揮調度的核心特點，這就要求融合通信系統可以提供語音、視頻、空間、預案以及綜合等多種方式的調度，可直接在地圖上選定用戶，對該用戶同時發起語音和視頻的調度，也可以在地理信息系統（Geographic Information System，GIS）地圖上顯示攝像頭信息，并調出該攝像頭的圖像。融合通信系統整合多種接入技術、多種傳輸手段，實現多種業務的統一通信、集中控制，全面實現多終端（音視頻）的連通，將遠程作業現場、遠程巡檢，利用可視化技術，進行全局態勢的呈現，實現數據互聯互通、分析一眼可查、現場實時可見的綜合管控。

2 融合通信組網架構

融合通信系統架構如圖2所示。利用音視頻融合技術、多媒體網際互連協議（Internet Protocol，IP）通信技術、數據通信技術以及智能中控技術等，構建一個統一的融合通信管理系統。該系統主要作用如下：實現全省乃至全國的應急指揮的“統一通信調度、統一信息調度、外網統一場景調度”管理功能，將各類行業專網、公眾通信、衛星通信系統、視頻會議系統、安防監控系統以及外部應急資源等原本“煙囪式”架構整合成一個綜合應用平臺；實現天、地、空一體化通信；為應急指揮和救援提供語音、數據、視頻通信支撐，達到對突發事件的進行語音、圖像、視頻以及定位等信息的聯合調度管理。在統一管理平臺下可實現公安、高速公路、安監局、煤監局等各行業監控視頻、移動應急平臺采集的現場視頻等視頻源的統一接入與調度管理[3]。在地圖顯示區域顯示其地理信息、各類具有定位功能的終端的位置信息、應急資源信息以及重點防護目標信息等各種應急信息，可以實時顯示監控探頭的視頻圖像，實現基于GIS的可視化空間調度業務功能，甚至可與無人機系統互通，實時回傳各類數據。支持Web瀏覽器、語音、短信以及專用客戶端等多種接入方式。實現統一身份鑒權訪問權限控制。實現4G寬帶集群系統、北斗位置服務系統、北斗預警通信系統以及海洋短波通信系統的網絡管理功能，可進行監控管理、資源管理、運維管理以及最終展示等。

圖2 融合通信系統架構

（1）終端層。終端層包含模擬集群終端、數字集群終端、寬帶集群終端、車載終端、客戶終端設備（Customer Prerise Equpment，CPE）以及通用模組等形態。可在不同的場景下，為用戶提供語音、短數據、圖像以及視頻等服務。

（2）接入層。接入層可支持多制式的混合接入，支持窄寬數字集群專網接入統一的交換控制中心實現互通，支持模擬集群系統與窄寬數字集群業務互通。公眾移動通信中的用戶可通過互通網關實現互聯。在遵循標準協議支持下，終端通過Wi-Fi、WiMAX、衛星連接、光纖網絡連接、微波或者光纖連接接入集群專網，實現集群業務功能。

（3）交換控制層。該層主要完成各類交換業務的控制和轉發，設備包括集群核心網、多媒體交換控制中心和各類接入網關。其中，集群核心網負責集群專網下的各類終端的業務控制，多媒體交換控制中心負責外網終端的語音業務接入，接入網關則主要負責不同網絡制式的接入。集群核心網和多媒體交換控制中心分別和應用層進行連接，由應用層進行統一控制，并向應用層上報用戶和業務相關的狀態信息。同時，外網云計算平臺上新建立“應急專用域”，主要存儲融合通信管理系統的相關數據，并實現數據共享交換功能，包括語音調度、視頻調度、空間調度、預案調度以及綜合調度，并提供二次開發的接口，以便未來有新業務接入時擴展。

3 接入方案

融合通信接入方案如圖3所示。PDT數字集群、寬帶集群終端通過相關設備廠商開放系統聯網接口協議直接與集群核心網聯接實現互通；其他窄帶集群系統（數字/模擬）的互通也需要相關設備廠商開放系統聯網接口協議；集群核心網和多媒體交換控制平臺分別和綜合調度服務器存在接口，由綜合調度服務器進行統一控制，多媒體交換控制中心側用戶通過網關或直接接入多媒體交換控制中心與集群核心網側用戶互聯互通，實現融合調度。融合后的集群核心網系統可以實現PDT、TETRA等傳統窄帶數字集群通信系統的互聯互通。在多媒體交換控制中心實現其他公共網絡之間的互聯互通，例如通過網關的方式實現衛星網絡和公眾通信網絡的語音互通；通過基于會話發起協議（Session initialization Protocol，SIP）標準將語音網關、中繼網關設備、基于IP的公司電話（Private Branch eXchange，IP-PBX）等設備進行對接，實現與傳統公共交換電話網絡（Public Switched Telephone Network，PSTN）、下一代網絡（Next Generation Network，NGN）、綜合業務數字網絡（Integrated Services Digital Network，ISDN）的融合。

圖3 融合通信接入方案

4 專網與公網的融合

受到投資規模和用戶數的影響，專網一般只覆蓋特定區域，在必要時用戶需要借助公眾通信網的廣域覆蓋能力延伸專網的一般性服務功能，這就需要專網與公網進行融合，解決移動通信業務的可靠性問題。公網與專網是通過融合管理平臺，實現專網核心網和公網核心網的互聯互通，建立通信與信息化業務連接的橋梁，徹底消除“煙囪式”專網系統，使得各類通信系統各施所長，發揮系統整體優勢[4]。公專網互聯互通示意如圖4所示。

圖4 公專網互聯互通

基于語音的調度子系統包含專網集群系統和公網集群系統，兩個集群系統可以實現語音融合、視頻融合、統一定位、錄音和統一調度。系統中包含集群核心網進行交換控制的集群專網系統和由多媒體交換控制中心控制的公網集群系統，控制面基于擴展的SIP協議，用戶面基于實時傳輸協議（Real-time Transport Protocol，RTP）協議。集群核心網和多媒體交換控制中心上層為綜合調度服務器。綜合調度服務器與多媒體交換控制中心之間為內部接口，與集群核心網之間控制面為擴展SIP接口，用戶面為RTP接口，實現調度臺對系統的調度與控制，語音調度服務器通過此接口獲取系統中用戶的狀態等信息。語音調度服務器與集群核心網之間的接口需要開放，與廠商進行協議對接，從而支持其他廠商的交換控制中心接入[5]。基于語音的調度子系統通過無線網絡外部接口（見表1）與不同制式、不同網絡、不同類型的終端連接，實現集群專網終端與其他接入方式下終端的互聯互通。

表1 無線網絡外部接口列表

專網與公網的融合是傳統專網的資源利用得到進一步提升，5G技術的發展又為專網提供充足的技術儲備，相互取長補短，共同服務于行業用戶。

5 結 論

隨著寬帶集群技術不斷演進、業務類型越來越豐富、接口標準規范化，將與更多的網絡逐漸融合。目前，開放接口已經達到8個，寬窄互通系統的第二階段標準化工作也已經完成。如PDT數字集群、寬帶集群終端通過相關設備廠商開放系統聯網接口協議直接與集群核心網聯接實現互通；其他窄帶集群系統（數字/模擬）的互通也需要相關設備廠商開放系統聯網接口協議，通過網關接到集群核心網實現；集群核心網和多媒體交換控制平臺分別和綜合調度服務器存在接口，由綜合調度服務器進行統一控制，多媒體交換控制中心側用戶通過網關或直接接入多媒體交換控制中心與集群核心網側用戶互聯互通，實現融合調度。融合后的集群通信系統，可以實現網絡間的無縫漫游，不僅保護了客戶現有投資，同時極大地提升了用戶的體驗。