基于IP的下一代数字集群通信系统

数字集群的发展现状

目前,数字集群通信系统的国际标准主要有TETRA和iDEN两种体系。前者在开发时注意针对专业无线用户的需求而设计，特别适合在政府和商业领域的专网使用；后者由摩托罗拉研制和生产,主要特点是将数字调度通信和数字蜂窝通信成功地综合在一套系统内。

在3G系统中,PoC(PTToverCellular)业务率先在IP多媒体子系统IMS上推出,它是一种基于IP网络的语音服务,融合了手机和对讲机的功能，是一种半双工的通信方式。在支持PoC业务的用户终端上用户仅仅按一个键就可以和别的用户进行一对一（或一对多）的即时通话，呼叫连接几乎是即时接通，接听者不需要额外的接续操作。但目前的PoC业务在呼叫延迟、通话质量和互联互通等方面仍存在较大缺陷，和传统的集群业务相比还是逊色不少。尽管如此，集群技术在3G网络中的应用经验为我们构建全IP的数字集群通信系统提供了借鉴和帮助。由此也可认识到新一代的数字集群通信需要基于IP的网络技术,建立一个统一的业务平台和通用核心网,提供一个整合呼叫会话控制功能、应用服务功能和多媒体资源功能的统一的服务环境。

基于IP的数字集群网络架构

在传统的电路方式的数字集群系统中，底层的网络传输和上层的控制是融合在一起的。而基于IP的新一代数字集群通信系统的传输与控制分离，需要采用分层的方法来进行网络结构的设计，如图1所示。

基于IP的数字集群通信系统具有以下特性

1.网络拓扑多样，组网灵活。基于IP网络的架构设计较为灵活，可支持星型、环型、树型和混合型等各种网络。

2.互联互通性较好。由于采用了IP，数字集群网与互联网和3G等下一代网络的互联互通更加快捷容易。

3.系统冗余设计。由于基于IP的网络采用标准设备和标准接口，更方便实现系统的冗余设计，有效地提高了系统的可靠性。

4.标准互联，便于扩容和升级。网络采用路由器、交换机、网桥等标准计算机网络设备，同时各种网络的连接也是标准连接，如局域网、广域网、虚拟专用网等，因而方便未来的系统扩容和升级。

5.具有统一的开发平台。管理维护层通过采用标准的网络应用协议，便于各种扩展应用的实现，例如调度台软件、语音记录软件、GPS定位软件等，而且通过IP网络的软件升级维护更容易。

6.建设网络所需的成本降低。网络的底层传输和交换系统中采用IP架构，与传统的电路交换相比，可以获得较低的购买成本和较低的维护费用。

引入IP的优势

基于IP构建数字集群通信系统具有以下几个方面的优势

1.IP数据报报头中有目的地址等必要内容，使每个数据报不经过同样的路径都能准确地到达目的地。在目的地重新组合成原来发送的数据。如果源和目的节点之间某一路径发生故障，可自动选择其他路由发送数据，使网络具有极高的可恢复性。

2.基于IP的集群网络融合了调度语音交换、电话语音交换和IP分组网络，是可以同时提供话音、数据等多种业务的综合性的网络平台体系。可承载各种业务包括：语音呼叫、短数据、分组数据和多时隙分组数据等。采用IP技术还便于采用新业务和应用。例如图像传输等。

3.IP集群调度系统提供了多媒体协同通信能力，可以传送语音、文字、图片、视频、Email等多种内容，这不同于传统集群系统，而且获取这种通信能力的成本比较低。

4.IP网络既可以很小也可以很大，专业调度用户也有类似的需求。有的用户只有一个或几个基站的小系统，而有的用户需要数十个基站的大中型网络。有的需要覆盖多个区域、全省甚至覆盖全国的大型网络。采用全IP网络可以使集群网络构建更加灵活。

5.系统中每个分组都使用整个链路的带宽，这样使数据包在链路中传输得更快,可以设置多种服务等级，优化数据分发和路由,在IP集群中实现QoS优于同等的电路交换网络。

6.目前3GPP和NGN组织都选择IP网络作为未来网络的承载网，因而基于IP构建下一代数字集群系统可以实现集群网络与公网更好更便捷地互联互通。

7.基于IP网络构建数字集群，可以将业务承载和业务控制分离，从而使整个网络的结构更加简单。

关键性问题

由于采用IP平台，构建数字集群通信系统必须考虑到如下两个方面的关键性问题。

1.接续延迟

如果网络中用户较多、使用频率增加或网络信号较差，呼叫接续时间可能会变长，而传统数字集群的接续时间都被控制在1秒或者更短的时间之内，这也是其核心的竞争力。在构建下一代全IP的数字集群系统时，必须考虑到IP化可能带来的较大的接续延时，因而有必要采取一定的技术和策略避免这种时延的发生。

2.带宽利用率

采用IP技术后，通过IP数据包来传输信息。传统的IP分组头至少是40字节，相对于分组净荷来说这是一个很大的数字。利用传统的IP分组传输数据势必会浪费有限的无线资源，造成系统的带宽利用率不高。因此在构建下一代数字集群系统时必须充分考虑到这一点，采取一定的解决策略。

3.QoS保证

QoS一直是分组交换网络中的重要问题，其中包括通话时延和话音质量等。如果用户较多，QoS这个问题将会更加突出。另外，在跨网络互通时，性能和质量也会下降。所以在下一代的数字集群系统中要着重解决IP化带来的服务质量下降的问题。