基于IP網(wǎng)絡(luò)的TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)構(gòu)建
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日益增大的數(shù)據(jù)傳輸和高造價(jià)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),使得基于IP的TETRA系統(tǒng)的研究具有非常高的實(shí)用價(jià)值。在傳統(tǒng)的TETRA網(wǎng)絡(luò)交換中,底層的網(wǎng)絡(luò)傳輸和上層的控制是融合在一起的,而在基于IP的TETRA系統(tǒng)中,底層的網(wǎng)絡(luò)傳輸和上層的控制是分離的。
網(wǎng)絡(luò)采用的是分布式結(jié)構(gòu),所有的設(shè)備通過IP網(wǎng)絡(luò)接入。不同的TETRA結(jié)構(gòu)通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù),可在不同廠商異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行通信,從而建立高性能、高可靠性的TETRA共網(wǎng)。IP技術(shù)的應(yīng)用極大地降低了網(wǎng)絡(luò)的成本,同時(shí)帶來了更多更新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,對(duì)TETRA這種通信系統(tǒng)體制今后的發(fā)展有很大的推動(dòng)作用。由此,本文提出了在IP網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上構(gòu)建集群系統(tǒng)的思想,可利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,采用基于TCP/IP協(xié)議的IP交換技術(shù),這樣不但降低了成本,而且使系統(tǒng)更具開放性和標(biāo)準(zhǔn)性。
總體方案設(shè)計(jì)
收發(fā)信基站(BS)
提供小區(qū)無線覆蓋范圍。組成部分包括 :(1)收發(fā)信道機(jī)和基站控制器(BSC),保證無線設(shè)備與移動(dòng)工作站的接口正常工作;(2)BTS控制單元(BCU),主要保證通信路由選擇和移動(dòng)性管理;(3)BTS網(wǎng)絡(luò)接入單元(BNA),通過TCP-UDP/IP確保與地面?zhèn)鬏旀溌返慕涌?。監(jiān)管系統(tǒng)解決方案中提供附加設(shè)備,包括塔架、RF饋線、天線系統(tǒng)、供電系統(tǒng)。
移動(dòng)工作站(MS)
包括自動(dòng)車輛裝置、移動(dòng)終端和無線終端。提供大量移動(dòng)工作站以配合各種不同的用戶需要??捎?W和3W移動(dòng)MS,也可用10W車輛MS??商峁┐罅枯o助設(shè)備,以適應(yīng)不同的安裝條件。連接數(shù)據(jù)終端設(shè)備(PEI)的標(biāo)準(zhǔn)接口能夠連接應(yīng)用設(shè)備,例如嵌入式膝上型電腦、隨車PC設(shè)備或工業(yè)遠(yuǎn)程控制和管理設(shè)備。
路由交換設(shè)備
路由器采用思科公司的路由器(3600系列),并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)配置帶有擴(kuò)展板。這些設(shè)備是易于管理的SNMP。許多路由器通過IP網(wǎng)絡(luò)連接到TETRA核心,通過傳輸網(wǎng)絡(luò)建立TETRA無線基站的通信鏈路。路由器支持IP軟件機(jī)制,用于多播、單播過程、業(yè)務(wù)保護(hù)代理、動(dòng)態(tài)再路由。路由器間通過以太網(wǎng)接口連接。
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器
每個(gè)BCU和網(wǎng)關(guān)都有一個(gè)本地?cái)?shù)據(jù)庫。完全分布式的數(shù)據(jù)庫比中心化系統(tǒng)更有效,并能提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。一個(gè)呼叫建立或登記請(qǐng)求的接入通過數(shù)據(jù)庫處理,呼叫可以在網(wǎng)絡(luò)最通暢的情況下建立,避免了把通信路由到中心交換器和再返回。處理工作分布在數(shù)據(jù)庫中。如果客戶信息或位置發(fā)生改變,所有超高速緩沖存儲(chǔ)器可自動(dòng)從中心數(shù)據(jù)庫獲得更新。
在TETRA的核心骨干網(wǎng)中,采用的是基于IP的傳輸體系。基站與網(wǎng)絡(luò)交換和控制設(shè)備之間采用IP方式連接,而連接網(wǎng)絡(luò)的互連設(shè)備包括路由器和各種網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)絡(luò)的傳輸采用TCP/IP協(xié)議,在各個(gè)節(jié)點(diǎn)上的交換設(shè)備采用以太網(wǎng)交換機(jī)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有效地節(jié)省了成本開支,對(duì)于基站較少的本地網(wǎng)絡(luò),可以由一臺(tái)交換控制設(shè)備進(jìn)行集中交換的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對(duì)于基站數(shù)量較多、覆蓋范圍較廣、業(yè)務(wù)量較大的區(qū)域網(wǎng)絡(luò),也可以采用多臺(tái)交換控制設(shè)備進(jìn)行分散控制。各交換設(shè)備之間的連接應(yīng)能靈活設(shè)置,例如可采用樹型、星型、網(wǎng)型或環(huán)型連接,也可采用同步和異步混合的鏈路結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)如果需要連接各種其他網(wǎng)絡(luò),比如說Internet或其他網(wǎng)絡(luò),需要加各種網(wǎng)關(guān)以達(dá)到互聯(lián)互通。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)管理、有線調(diào)度臺(tái)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器都可以接入到以太網(wǎng)中,無需為其位置考慮。
在TETRA系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以完全由IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備代替,比如說路由器、交換機(jī)等。但有關(guān)TETRA呼叫控制和應(yīng)用層上的設(shè)備全部是原先的TETRA設(shè)備,這與傳統(tǒng)的TETRA網(wǎng)絡(luò)是相同的。只是在下層的交換和控制層進(jìn)行了改變,采用了IP架構(gòu)。這樣,在基于IP結(jié)構(gòu)的TETRA網(wǎng)絡(luò)對(duì)TETRA協(xié)議的使用是沒有絲毫改變的。
基于IP的TETRA網(wǎng)絡(luò)
可能存在的QoS問題
在TETRA集群通信中,由于語音信息包的丟失導(dǎo)致緊急呼叫的中斷所造成的影響是非常大的。因此,提高語音的服務(wù)質(zhì)量是首要問題。對(duì)于以話音為主要業(yè)務(wù)的集群系統(tǒng)來說,當(dāng)話音數(shù)據(jù)以IP包的形式在LAN總線上傳輸時(shí),由于系統(tǒng)存在較大的隨機(jī)性,又要滿足話音的服務(wù)質(zhì)量,因此有必要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能分析,應(yīng)該按照下面3個(gè)重要的規(guī)則:(1)語音包隊(duì)列最小化,這樣不會(huì)中斷連續(xù)的語音包;(2)將語音包優(yōu)先于其他數(shù)據(jù)包,確保語音包不會(huì)排隊(duì)在其他低優(yōu)先級(jí)包之后;(3)斷開大的數(shù)據(jù)包,確保大的低優(yōu)先級(jí)包不會(huì)影響到語音包。除此之外,需要路由器使用更快、更可靠的路由算法。
可將一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)中傳送的數(shù)據(jù)分為3個(gè)優(yōu)先級(jí):高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包(語音、視頻、實(shí)時(shí)控制)、中優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包(包數(shù)據(jù))、低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)包(網(wǎng)絡(luò)管理),這樣就能基本解決語音的QoS問題。同時(shí)可在一些區(qū)域控制器中實(shí)行集中式的網(wǎng)絡(luò)智能管理來提高組呼的呼叫速度,從而能同時(shí)完成一定服務(wù)質(zhì)量的實(shí)時(shí)多媒體業(yè)務(wù)的傳輸、指揮調(diào)度、監(jiān)控等功能,以適應(yīng)多媒體通信要求。
基于局域網(wǎng)平臺(tái)的模擬與驗(yàn)證
為了驗(yàn)證基于IP的數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)可行性,在局域網(wǎng)平臺(tái)上對(duì)集群網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了一定的簡化,并編寫了模擬軟件,包括控制中心、管理中心、調(diào)度臺(tái)等模塊。為簡化模擬,MS與BS均使用軟件替代,同時(shí)根據(jù)TETRA協(xié)議,制定了該方案中的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議和模塊功能。
控制模塊技術(shù)要求
(1)從軟件編程角度,完成除了MAC底層協(xié)議的完整數(shù)據(jù)定義;
(2)在TETRA協(xié)議框架下,完成呼叫流程;
(3)完成呼叫和簡單鑒權(quán)機(jī)制的判斷過程;
(4)可以處理隨機(jī)到達(dá)的大量信令;
(5)提供與管理模塊的數(shù)據(jù)/控制接口;
(6)多基站切換的信令處理流程,建立單區(qū)多基站控制流程;
(7)系統(tǒng)的軟交換容量及性能分析;
(8)集群系統(tǒng)性能分析,包括呼損、呼叫處理時(shí)間等指標(biāo)的分析。
管理中心技術(shù)要求
?。?)用戶管理??商幚盱o態(tài)的用戶信息:用戶注冊(cè)、權(quán)限設(shè)置、編組信息、各種地址和標(biāo)識(shí)分配、業(yè)務(wù)管理等;以及動(dòng)態(tài)的信息處理:增加或刪除通話組的成員、創(chuàng)建新的通話組或臨時(shí)通話組、改變已有用戶的呼叫權(quán)限和其他參數(shù)、管理通話組及其服務(wù)區(qū)等。
?。?)設(shè)備管理的主要內(nèi)容為定時(shí)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行狀況,給出不正常設(shè)備信息,可以提供多種方式禁止終端使用。
調(diào)度臺(tái)技術(shù)要求
(1)發(fā)起和處理呼叫。包括標(biāo)準(zhǔn)呼叫、緊急呼叫、呼叫轉(zhuǎn)移。
?。?)話音錄音與回放。調(diào)度臺(tái)可以自動(dòng)或手動(dòng)記錄與移動(dòng)臺(tái)通信的話音數(shù)據(jù),存儲(chǔ)于硬盤中,以便日后查詢與回放??砂锤鞣N屬性進(jìn)行查詢,并應(yīng)防止記錄被篡改。
?。?)通信日志記錄。調(diào)度臺(tái)每一次通信記錄(話音和數(shù)據(jù))都被保存在網(wǎng)管單元的數(shù)據(jù)庫中和調(diào)度臺(tái)的通信日志中。記錄包括:主叫和被叫方的號(hào)碼、通話的起始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間、通話類型等。
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