寬帶集群技術(shù)在應(yīng)急通信的應(yīng)用

杜育佳

【摘要】 集群是一種較新的技術(shù)，主要應(yīng)用于移動(dòng)通信領(lǐng)域，其核心是任務(wù)調(diào)度。集群系統(tǒng)具有的可用信道可為系統(tǒng)的所有用戶所共用，可實(shí)現(xiàn)資源共享、共用通信設(shè)備、分擔(dān)費(fèi)用的功能。集群系統(tǒng)在性能、可靠性、靈活性方面具有較大優(yōu)勢(shì)，能夠在付出較低建設(shè)成本的情況下獲得相對(duì)較高的收益。目前，集群通信系統(tǒng)在朝著數(shù)據(jù)寬帶化、業(yè)務(wù)多樣化以及終端多?；姆较虬l(fā)展，在數(shù)據(jù)視頻高速傳輸領(lǐng)域具有較大的優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】 寬帶集群 4G 應(yīng)急通信組網(wǎng)

ABSTRACT：Cluster is a relatively new technology， mainly used in mobile communication field， its core is the task scheduling. Available channels in cluster system can be shared by all users of it， which can realize resource sharing、communication equipment sharing、cost sharing. Cluster system has a larger advantage in performance、reliability、 flexibility and it can get relatively high revenues under the condition of low construction cost. At present， cluster communication system is in the direction of broadband data、 business diversification and terminal multi-modet， and it has great advantages in the field of video high speed data transmission.

Keyword： broadband cluster 4G emergency communication network establishing

引言

近年來，自然災(zāi)害、緊急事件等突發(fā)事件在我國頻發(fā)，使人民生命財(cái)產(chǎn)安全蒙受巨大損失。因此，做好處置重大災(zāi)害事故和突發(fā)事件應(yīng)急救援工作，最大限度地減少突發(fā)事故造成的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和社會(huì)危害，已成為各級(jí)政府部門、相關(guān)單位的重要工作內(nèi)容。其中，如何能在應(yīng)對(duì)突發(fā)事件、自然災(zāi)害時(shí)擁有一個(gè)高效、可靠、穩(wěn)定的通信系統(tǒng)，是當(dāng)前整個(gè)應(yīng)急通信領(lǐng)域所重點(diǎn)關(guān)注和急需解決的難題。

目前，我國應(yīng)急通信所依托的專網(wǎng)集群通信系統(tǒng)仍然處在第一代模擬集群通信技術(shù)向第二代數(shù)字集群通信技術(shù)轉(zhuǎn)變的階段，落后公網(wǎng)通信技術(shù)至少20年。這一現(xiàn)狀造成應(yīng)急通信系統(tǒng)帶寬低、信道數(shù)量少，無法滿足當(dāng)前應(yīng)急通信中的無線視頻、數(shù)據(jù)采集等破迫切需求。

GSM是一個(gè)開放的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，自1992年投入商用以來，GSM標(biāo)準(zhǔn)得到不斷驗(yàn)證，而且穩(wěn)步發(fā)展。現(xiàn)在的核心問題就是數(shù)據(jù)通信，包括承載業(yè)務(wù)和115kbit/s的分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，另外，GSM將成為最復(fù)雜的移動(dòng)電話系統(tǒng)——覆蓋整個(gè)地球的衛(wèi)星系統(tǒng)的基礎(chǔ)。GSM正在不斷進(jìn)入新的應(yīng)用領(lǐng)域，如開發(fā)微蜂窩、微微蜂窩基站，為室內(nèi)商業(yè)環(huán)境提供無縫無線接入。對(duì)于GSM通信系統(tǒng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，在論文中都將得到詳細(xì)和完整的介紹。由此可見，GSM網(wǎng)絡(luò)正在處于飛速發(fā)展階段。因此加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，搞好運(yùn)行維護(hù)是提高移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的關(guān)鍵。一個(gè)完善的網(wǎng)絡(luò)往往需要經(jīng)歷從最初的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、工程建設(shè)投入使用，到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的歷程，并形成良性循環(huán)。

一、集群通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

1.1 中國集群寬帶的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程及現(xiàn)狀

中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）于2012年11月啟動(dòng)基于TD-LTE的寬帶集群系列標(biāo)準(zhǔn)制定，該項(xiàng)工作由工信部電信研究院牽頭。隨著集群標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)熱，2013下半年國內(nèi)TDLTE寬帶集群推進(jìn)組成立，成員包括工信部、發(fā)改委、科技部、各個(gè)行業(yè)，推動(dòng)寬帶集群產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2014年5月份 “寬帶集群B-TrunC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”正式成立。B-TrunC產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟以促進(jìn)寬帶集群產(chǎn)業(yè)發(fā)展為核心目標(biāo)，搭建政府與產(chǎn)業(yè)界、標(biāo)準(zhǔn)組織、高等院校及科研機(jī)構(gòu)的交流與互動(dòng)平臺(tái)。組織會(huì)員單位開展寬帶集群技術(shù)研究，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈各方在寬帶集群業(yè)務(wù)規(guī)劃、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究、產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)、市場(chǎng)應(yīng)用推廣等方面開展深入交流與緊密合作。

中國專網(wǎng)集群行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)目前已經(jīng)完成了《LTE集群（B-TrunC）總體技術(shù)要求》和《LTE集群 （B-TrunC）接口技術(shù)要求（空中接口》兩項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2014年4月，電信研究院牽頭立項(xiàng)了《LTE集群通信（B-TrunC）系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)要求》等8項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并在項(xiàng)目名稱中增加了B-TrunC[1]。

2014年8月18日，B-TrunC空口標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成公示，預(yù)計(jì)10月份正式國內(nèi)發(fā)布。另外，計(jì)劃2014年12月，完成終端與系統(tǒng)IOT測(cè)試規(guī)范。目前CCSA以B-TrunC寬帶集群標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，積極推動(dòng)B-TrunC寫入ITU-R 集群及相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)。

2016年11月21～22日，國際電信聯(lián)盟無線局ITU-R第五研究組SG5第十二次全會(huì)在瑞士日內(nèi)瓦召開。全會(huì)審議并通過了由WP5A工作組提交的M.2014標(biāo)準(zhǔn)修訂稿。由中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）制定、工業(yè)和信息化部發(fā)布的B-TrunC（寬帶集群通信）標(biāo)準(zhǔn)寫入到即將出版的M.2014-3標(biāo)準(zhǔn)修訂稿中，成為ITU-R推薦的集群空中接口標(biāo)準(zhǔn)，這也是該標(biāo)準(zhǔn)中唯一的LTE寬帶集群標(biāo)準(zhǔn)。此舉是中國B-TrunC（寬帶集群通信）在國際標(biāo)準(zhǔn)化工作上的又一重大成果，進(jìn)一步提升了我國專網(wǎng)通信技術(shù)的國際地位[2]。

1.2國際集群寬帶的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程及現(xiàn)狀

歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織ETSI/TCCA （TETRA與關(guān)鍵通信協(xié)會(huì)）與北美標(biāo)準(zhǔn)化組織APCO（Association of Public Safety Communications Officials），4G LTE標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP，國際電信聯(lián)盟（ITU）都將LTE作為未來行業(yè)用戶無線寬帶的唯一演進(jìn)技術(shù)。

ITU已經(jīng)啟動(dòng)公共安全LTE寬帶集群標(biāo)準(zhǔn)和頻譜分配研究， ITU-R專門成立PPDR（Public Protection and Disaster Relief communications，公共保護(hù)和救災(zāi)通信）研究小組來進(jìn)行相關(guān)討論。

2012年5月，TCCA成立CCBG（寬帶應(yīng)急通信工作組），確定LTE為其寬帶技術(shù)演進(jìn)方向并積極推動(dòng)公共安全領(lǐng)域?qū)拵Ъ簶?biāo)準(zhǔn)。2013年9月，TCCA加入3GPP， 將會(huì)與3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織密切合作，共同促進(jìn)下一代專網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)化。

3GPP方面，R11發(fā)布了Band14（700MHz）2W終端標(biāo)準(zhǔn)，R12啟動(dòng)了PTT（Push to Talk）以及單站應(yīng)急系統(tǒng)的研究，并完成了LTE集群通信的可行性研究。預(yù)計(jì)R13將研究并標(biāo)準(zhǔn)化脫網(wǎng)直通等專網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。

遵循B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和方案已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國際國內(nèi)無線政務(wù)、公共安全、交通、能源等行業(yè)領(lǐng)域?？夏醽喚W(wǎng)、加納安全網(wǎng)、西班牙Rivas智慧城市采用了基于B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的LTE寬帶集群系統(tǒng)，部署政府多部門共網(wǎng)，提供公共安全和智慧服務(wù)；埃塞俄比亞輕軌采用了基于B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的LTE寬帶集群設(shè)備承載列調(diào)、PIS和CCTV等業(yè)務(wù)。國內(nèi)北京、天津、南京、上海、廣州等主要城市已經(jīng)使用基于B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的LTE寬帶集群系統(tǒng)構(gòu)建無線政務(wù)專網(wǎng)，為用戶提供城市管理與公共服務(wù)、政府移動(dòng)辦公、重大活動(dòng)保障、政府公共安全和應(yīng)急服務(wù)；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(biāo)準(zhǔn)的LTE寬帶集群建設(shè)其新一代寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，為公共安全領(lǐng)域提供更加貼近實(shí)戰(zhàn)的場(chǎng)景；北京、鄭州、杭州、溫州、石家莊、武漢、青島、烏魯木齊等多個(gè)城市地鐵線路已經(jīng)采用基于B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的LTE系統(tǒng)作為車地?zé)o線通信系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)承載，滿足城市軌道交通通信綜合業(yè)務(wù)需求；上海虹橋和浦東機(jī)場(chǎng)、三亞機(jī)場(chǎng)、新鄭機(jī)場(chǎng)、南寧機(jī)場(chǎng)陸續(xù)采用基于B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的LTE寬帶集群專網(wǎng)建設(shè)其新一代寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行機(jī)坪移動(dòng)作業(yè)管理應(yīng)用。除了以上行業(yè)應(yīng)用，基于B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的LTE寬帶集群系統(tǒng)還在港口、鐵路站場(chǎng)、電力、水利、石油石化、礦山和林業(yè)景區(qū)等眾多行業(yè)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模應(yīng)用，滿足各行業(yè)對(duì)集群調(diào)度和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求。B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)在政務(wù)、公安、交通、能源等各行業(yè)的應(yīng)用，為提升國際國內(nèi)行業(yè)的信息化、智慧化水平作出了重要貢獻(xiàn)[3]。

1.3 TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)

寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)可以基于不同的寬帶無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，下面簡(jiǎn)要說明選擇TD-LTE技術(shù)發(fā)展寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)的考慮。

1.3.1進(jìn)展

首先LTE技術(shù)是3GPP大力發(fā)展的新一代寬帶無線通信技術(shù)，屬于國際準(zhǔn)4G標(biāo)準(zhǔn)。TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)是基于我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-LTE技術(shù)發(fā)展起來的。它采用OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiple，正交頻分多址）和MIMO（Multiple Input Multiple Output，多入多出）技術(shù)作為其無線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)，在20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbps和上行50Mbps的峰值傳輸速率。系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作從2012年開始，目前計(jì)劃編制的7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)頒布了2項(xiàng)，分別為《基于LTE技術(shù)的寬帶集群通信（B-TrunC）系統(tǒng)總體技術(shù)要求（第一階段）》（YD/T2689-2014）和《基于LTE技術(shù)的寬帶集群通信（B-TrunC）系統(tǒng)接口技術(shù)要求（第一階段）空中接口》（YD/T2741-2014）。另外終端到集群核心網(wǎng)接口、集群核心網(wǎng)到調(diào)度臺(tái)接口等5項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)還在制定中[4]。整體來看，TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)空口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成，而其他接口技術(shù)及測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)還未完成，網(wǎng)絡(luò)漫游及互通可能會(huì)存在一定的問題。

1.3.2網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)是在公網(wǎng)TD-LTE系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，因此其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與公網(wǎng)TD-LTE系統(tǒng)相似。與公網(wǎng)相比，TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)變化最大的是核心網(wǎng)。其核心網(wǎng)包含eMME、xGW、eHSS、TCF、TMF等5個(gè)邏輯實(shí)體，各邏輯實(shí)體的功能要求如下：

1.eMME移動(dòng)管理實(shí)體，負(fù)責(zé)移動(dòng)性和承載管理。除了具備公網(wǎng)LTE系統(tǒng)的功能外，針對(duì)集群系統(tǒng)，新增的功能主要有集群NAS信令及其安全，xGW選擇，集群業(yè)務(wù)承載管理，集群業(yè)務(wù)移動(dòng)性管理，接入控制和會(huì)話管理。

2.eHSS簽約數(shù)據(jù)管理中心和鑒權(quán)中心。除了具備公網(wǎng)LTE系統(tǒng)的功能外，針對(duì)集群系統(tǒng)，新增的功能主要有集群用戶簽約信息，集群用戶業(yè)務(wù)簽約信息，集群組簽約信息，集群用戶鑒權(quán)與授權(quán)，完整性保護(hù)和加密的安全信息，集群用戶位置信息，集群用戶狀態(tài)和業(yè)務(wù)狀態(tài)信息。

3.xGW支持集群業(yè)務(wù)承載管理、集群數(shù)據(jù)路由和轉(zhuǎn)發(fā)。除了具備公網(wǎng)LTE系統(tǒng)功能外，針對(duì)集群系統(tǒng)，其新增的功能主要有集群承載建立、修改和刪除，集群數(shù)據(jù)路由和轉(zhuǎn)發(fā)，集群計(jì)費(fèi)信息收集。

4.TCF集群控制功能體，負(fù)責(zé)集群業(yè)務(wù)的調(diào)度管理。其主要支持包括語音、視頻、數(shù)據(jù)在內(nèi)的多媒體集群業(yè)務(wù)調(diào)度，集群業(yè)務(wù)鑒權(quán)和授權(quán)、注冊(cè)和注銷，集群呼叫建立和釋放，話權(quán)管理，集群組信息訂閱及更新。

5.TMF集群媒體功能體，負(fù)責(zé)集群業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸。其主要功能有集群用戶面管理，集群業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的路由和轉(zhuǎn)發(fā)，集群業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的復(fù)制和分發(fā)，集群業(yè)務(wù)媒體編解碼轉(zhuǎn)換。

TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)主要是在公網(wǎng)TD-LTE系統(tǒng)上增加了部分功能。

1.4 發(fā)展趨勢(shì)

隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新興應(yīng)用深刻改變企業(yè)經(jīng)營(yíng)流程及生產(chǎn)系統(tǒng)，各行各業(yè)對(duì)于通訊過程中“全面掌控、現(xiàn)場(chǎng)可見”的需求日益激增，基于窄帶的傳統(tǒng)集群方式將不再為大多數(shù)使用。而Wi-Fi雖然可以支持寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，卻沒有能力支持語音集群業(yè)務(wù)。并且，Wi-Fi的覆蓋范圍很小，網(wǎng)絡(luò)部署及維護(hù)成本較高，由于使用公共頻點(diǎn)，且沒有特殊的抗干擾技術(shù)，其抗干擾能力能力較差。在移動(dòng)性上，WiFi移動(dòng)性能力最大只能達(dá)到120公里/小時(shí)。WiMAX的產(chǎn)業(yè)鏈正在萎縮，主流行業(yè)客戶逐漸向LTE網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移。擁有良好發(fā)展基礎(chǔ)的移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)演進(jìn)到4G/4.5G，為專網(wǎng)提供了后續(xù)發(fā)展的極佳契機(jī)，專網(wǎng)達(dá)到了進(jìn)入寬帶時(shí)代的臨界點(diǎn)?？梢钥吹?，美國宣布在政務(wù)和公共安全行業(yè)將LTE技術(shù)作為公共安全移動(dòng)寬帶標(biāo)準(zhǔn)；中國業(yè)已啟動(dòng)了基于TD-LTE標(biāo)準(zhǔn)的政務(wù)網(wǎng)建設(shè)；澳洲、俄羅斯、德國等國的不同行業(yè)也都進(jìn)行了LTE實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的建設(shè)[4]。

相比傳統(tǒng)的窄帶集群技術(shù)，寬帶數(shù)字集群通信系統(tǒng)具有高速率、廣覆蓋、低時(shí)延、并發(fā)多、高穩(wěn)定、快速移動(dòng)等特性，尤其突破了語音的局限，以一張網(wǎng)絡(luò)同時(shí)承載寬帶專業(yè)集群、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)?；谙滦?00Mbps/上行50Mbps的超寬帶速率，可以在應(yīng)急調(diào)度情況下將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫面?zhèn)鬟f給調(diào)度中心，再由調(diào)度中心將圖像分發(fā)給相關(guān)人員；基于每小時(shí)430公里時(shí)速下的通訊支持，能夠?qū)崿F(xiàn)高速列車上的實(shí)時(shí)視頻傳輸、Wi-Fi服務(wù)等車地寬帶通信業(yè)務(wù)[5]。

現(xiàn)在對(duì)于市政管理、智能交通、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)等對(duì)多個(gè)方面都需要有針對(duì)性的信息化手段進(jìn)行保障，這樣在保障信息安全可靠的同時(shí)，可以利用視頻、語音、數(shù)據(jù)的融合通信技術(shù)來支持各方面的工作。隨著無線寬帶技術(shù)的成熟，無線寬帶數(shù)字集群技術(shù)的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大。

二、系統(tǒng)特征

2.1 功能特征

2.1.1集群語音功能

在系統(tǒng)集群功能上，具備單呼、點(diǎn)呼、組呼、全呼、廣播、緊急呼叫、出局呼叫等功能；在集群調(diào)度控制功能上，具備分級(jí)指揮調(diào)度、通話限時(shí)、動(dòng)態(tài)重組、監(jiān)聽、錄音、組呼優(yōu)先級(jí)、用戶優(yōu)先級(jí)、遙暈/遙斃/復(fù)活、繁忙排隊(duì)、環(huán)境偵聽、強(qiáng)拆、強(qiáng)插、禁話等功能。

2.1.2視頻業(yè)務(wù)功能

具備可視組呼、可視單呼、視頻回傳、視頻會(huì)議、視頻廣播、視頻監(jiān)控、視頻記錄。

2.1.3數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能

在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能上，具備文件傳輸、GIS應(yīng)用、即時(shí)消息、文電傳輸、協(xié)同作業(yè)、web瀏覽等多種分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能力，并且具備業(yè)務(wù)擴(kuò)展能力，能夠快速建立新業(yè)務(wù)。

2.1.4網(wǎng)絡(luò)互通功能

一是在能夠通過互聯(lián)網(wǎng)關(guān)將車載超短波電臺(tái)、POTS終端、音視頻采集設(shè)備等接入寬帶集群系統(tǒng)核心，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。

二是能夠通過衛(wèi)星、公網(wǎng)等中繼鏈路接入有線IP網(wǎng)，利用網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)信息共享、網(wǎng)內(nèi)漫游、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間業(yè)務(wù)互通。

2.1.5安全保密功能

具備用戶管理、識(shí)別、鑒權(quán)、認(rèn)證等管理功能。具有遙斃/遙毀功能，避免偽終端和偽基站參與系統(tǒng)通信，及時(shí)銷毀丟失終端保密模塊的關(guān)鍵部分，使系統(tǒng)具有很強(qiáng)的保密通信能力。

2.2 典型城市無線政務(wù)網(wǎng)建設(shè)情況

南京無線寬帶政務(wù)專網(wǎng)建設(shè)的目的是滿足青奧會(huì)保障、城市應(yīng)急協(xié)同、城市管理與服務(wù)、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等方面的需求，不斷提升政府城市管理與公共服務(wù)能力，同時(shí)進(jìn)一步推動(dòng)信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

南京市無線寬帶政務(wù)專網(wǎng)計(jì)劃覆蓋南京全市，主要包括江南六區(qū)、江寧、浦口、六合、高淳、溧水等區(qū)域。網(wǎng)絡(luò)采用薄覆蓋模式，以室外道路覆蓋為主要導(dǎo)向開展建設(shè)。

南京市無線寬帶政務(wù)專網(wǎng)采用TD-LTE技術(shù)，工作于1.4GHz頻段上，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模約300個(gè)基站，工程計(jì)劃分3期進(jìn)行建設(shè)：第一期主要覆蓋江南六區(qū)；第二期主要覆蓋浦口、六合和江寧；第三期主要覆蓋高淳和溧水。

北京市無線寬帶政務(wù)專網(wǎng)采用TD-LTE技術(shù)，工作于1.4GHz頻段上。計(jì)劃建設(shè)2000個(gè)基站，工程計(jì)劃分3期進(jìn)行建設(shè)：第一期主要覆蓋城區(qū)和郊區(qū)中心區(qū)；第二期主要覆蓋第一期未覆蓋的六環(huán)路內(nèi)區(qū)域；第三期主要覆蓋第一期、第二期未覆蓋的平原地區(qū)[6]。

TD-LTE公眾移動(dòng)通信在全球范圍內(nèi)已經(jīng)規(guī)模商用，芯片、設(shè)備、終端等產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)成熟?；赥D-LTE公網(wǎng)所形成的技術(shù)研發(fā)、設(shè)備生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等方面強(qiáng)大的支撐能力，降低TD-LTE寬帶數(shù)字集群系統(tǒng)的成本，提升產(chǎn)品性能，加速行業(yè)應(yīng)用。

三、組網(wǎng)應(yīng)用

無線通信是指揮中的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)受基站用戶容量、信道帶寬和傳輸速率等技術(shù)限制，往往在關(guān)鍵時(shí)刻發(fā)生GPS被迫關(guān)閉、信道擁塞，甚至網(wǎng)絡(luò)癱瘓等現(xiàn)象。隨著公安安全形勢(shì)日益嚴(yán)峻及自然災(zāi)害頻發(fā)，而傳統(tǒng)數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)根本無法滿足城市需要的多媒體視頻、大數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)，如今“一呼百應(yīng)”的集群系統(tǒng)在應(yīng)急通信及日常警務(wù)中發(fā)揮著重要作用。

隨著城市化進(jìn)程加速，規(guī)模日益擴(kuò)張，除日常公共管理外，還需要處理危難事件和重大活動(dòng)。在這種活動(dòng)中，通常需要跨部門調(diào)撥公共資源以及聯(lián)合指揮調(diào)度，提升及時(shí)性和準(zhǔn)確性。同時(shí)，在工業(yè)、交通、能源等行業(yè)領(lǐng)域，隨著行業(yè)的發(fā)展，在提高效率和安全生產(chǎn)前提下，行業(yè)信息化的要求對(duì)行業(yè)專用無線網(wǎng)絡(luò)通信提出了新的挑戰(zhàn)，即行業(yè)通信中日益出現(xiàn)的大數(shù)據(jù)傳輸和高帶寬的需求，同時(shí)行業(yè)無線通信的需求正在從“單一語音集群”向“語音集群、寬帶數(shù)據(jù)和視頻應(yīng)用融合調(diào)度”過渡，并且對(duì)時(shí)延、容量等性能指標(biāo)提出了更高的要求[7]。

3.1 功能

救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)，如何將信息快速回傳后方，及時(shí)組成指揮調(diào)度中心。利用4GTD-LTE核心技術(shù)的指揮車，在救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)可實(shí)現(xiàn)車輛與多部手持終端高帶寬的圖像、語音雙向傳輸，便于指揮人員有效的了解災(zāi)情現(xiàn)場(chǎng)的即時(shí)情況。可實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一指揮，將視頻、語音、數(shù)據(jù)調(diào)度融合為一，具備視頻回傳、監(jiān)控、分發(fā)等功能。同時(shí)還具有網(wǎng)絡(luò)可靠性高、網(wǎng)絡(luò)接入時(shí)間短、數(shù)據(jù)傳輸速率快等特性。

具有大帶寬、高速率等優(yōu)點(diǎn)，在滿足語音集群外，還能提供多媒體集群功能，實(shí)現(xiàn)以下業(yè)務(wù)功能：

實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的視頻：獲取犯罪現(xiàn)場(chǎng)的視頻圖像；從現(xiàn)場(chǎng)空中無人機(jī)，車載攝像設(shè)備，警員穿戴式攝像設(shè)備，獲取現(xiàn)場(chǎng)視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫訪問：能接入到包含各種信息的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫（例如，個(gè)人身份信息，駕駛證，犯罪記錄等）；或者遠(yuǎn)程調(diào)取病人醫(yī)療檔案，在救護(hù)車奔赴事故現(xiàn)場(chǎng)或在醫(yī)療救護(hù)過程中傳輸圖像，協(xié)助醫(yī)療救護(hù)。

圖像傳輸：在出警過程中，將失蹤人員照片發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)的警員；將發(fā)送火災(zāi)的建筑圖紙發(fā)送給在途的消防人員。

生物特征信息識(shí)別：利用專業(yè)設(shè)備，通過人像識(shí)別、虹膜掃描以及指紋識(shí)別等方法，讓警方迅速查明犯罪嫌疑人和事故幸存者的相關(guān)信息。

3.2 應(yīng)用

3.2.1單車覆蓋

一輛綜合指揮車開赴任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)，迅速開啟本系統(tǒng)，系統(tǒng)選擇一種最便利的傳輸回傳方式接入指揮中樞系統(tǒng)，多媒體手持終端接入綜合指揮車，實(shí)現(xiàn)區(qū)域范圍內(nèi)終端之間的語音集群、視頻調(diào)度，并將現(xiàn)場(chǎng)情況（音頻、視頻）及時(shí)傳輸?shù)街笓]中樞，方便決策部門及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)情況。

3.2.2多車聯(lián)合組網(wǎng)

多輛綜合指揮車開赴任務(wù)現(xiàn)場(chǎng)，每輛綜合指揮車單獨(dú)負(fù)責(zé)某塊區(qū)域的覆蓋，綜合指揮車之間通過光纖或無線鏈路進(jìn)行連接。共同構(gòu)建一個(gè)較大范圍內(nèi)的區(qū)域覆蓋。多輛綜合指揮車上的無線寬帶集群通信系統(tǒng)采用分級(jí)調(diào)度機(jī)制，采用樹形結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，一輛綜合指揮車作為第一級(jí)調(diào)度服務(wù)器，其他綜合指揮車作為二級(jí)或三級(jí)調(diào)度服務(wù)器，上級(jí)調(diào)度服務(wù)器保存下級(jí)調(diào)度服務(wù)器的連接信息，歸屬于上級(jí)調(diào)度服務(wù)器的調(diào)度臺(tái)，可對(duì)下級(jí)調(diào)度服務(wù)器進(jìn)行管理，下級(jí)調(diào)度服務(wù)器可以將本地信息傳輸?shù)缴霞?jí)調(diào)度臺(tái)。

3.2.3延伸覆蓋

在某些任務(wù)場(chǎng)景下，比如山地、丘陵等綜合指揮車無法到達(dá)的地方，需要采用其他手段來擴(kuò)展無線寬帶集群通信系統(tǒng)的覆蓋范圍。可采用一體化基站解決覆蓋延伸問題。到達(dá)任務(wù)場(chǎng)地后可以迅速實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域的無線信號(hào)覆蓋，通過使用衛(wèi)星、有線、無線鏈路就近接入綜合指揮車或者指揮中樞。

3.2.4互聯(lián)互通

綜合指揮車借助衛(wèi)星、有線、無線等傳輸通道與指揮中樞等現(xiàn)有的交換設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)本地業(yè)務(wù)和信息到指揮中樞的傳遞，以及指揮調(diào)度命令從指揮中樞的下達(dá)。采用標(biāo)準(zhǔn)IP技術(shù)和SIP協(xié)議實(shí)現(xiàn)和目前的公共4G網(wǎng)絡(luò)或2/3G網(wǎng)絡(luò)的連接，業(yè)務(wù)包括G.711/G.729編碼方式的音頻流和H.264編碼方式的視頻流，實(shí)現(xiàn)與公網(wǎng)終端的業(yè)務(wù)互通。

4G寬帶集群系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)SIP中繼方式通過衛(wèi)星通信網(wǎng)和遠(yuǎn)端軟交換系統(tǒng)互通，提供語音業(yè)務(wù)的互聯(lián)；采用標(biāo)準(zhǔn)SIP中繼方式通過衛(wèi)星通信網(wǎng)和遠(yuǎn)端的視頻處理單元（MCU）以標(biāo)準(zhǔn)的SIP協(xié)議互通，提供視頻業(yè)務(wù)[8]。

3.2.5廣域組網(wǎng)

多地區(qū)聯(lián)合執(zhí)行任務(wù)，或終端發(fā)生廣域漫游時(shí)，需要進(jìn)行跨區(qū)協(xié)作。網(wǎng)絡(luò)可劃分為多級(jí)，建議按照行政區(qū)域、或行政單位分為三級(jí)：在廣域網(wǎng)中設(shè)置一個(gè)指揮中樞，作為一級(jí)指揮中心；將廣域網(wǎng)劃分為多個(gè)本地子網(wǎng)，每個(gè)本地子網(wǎng)包括多輛綜合指揮車，在每個(gè)本地子網(wǎng)中設(shè)置一個(gè)指揮中樞，作為二級(jí)指揮中心；本地子網(wǎng)內(nèi)的綜合指揮車作為指揮末梢，為第三級(jí)。

指揮末梢可調(diào)度接入本車的終端，二級(jí)指揮中心可調(diào)度歸屬于本網(wǎng)絡(luò)的綜合指揮車和所有接入本子網(wǎng)的終端，一級(jí)指揮中心可調(diào)度全網(wǎng)的二級(jí)指揮中心、及其下的所有綜合指揮車和終端[9]。

本地子網(wǎng)通過二級(jí)指揮中心接入回傳網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)本地子網(wǎng)之間的信息共享，也可以將本地子網(wǎng)的信息傳送到一級(jí)指揮中心。

全網(wǎng)的所有綜合指揮車統(tǒng)一編號(hào)，統(tǒng)一設(shè)置參數(shù)，全網(wǎng)的所有調(diào)度臺(tái)、終端設(shè)備統(tǒng)一設(shè)置號(hào)碼和IP地址，方便實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)互通和終端的全網(wǎng)漫游。

四、集群通信技術(shù)在應(yīng)急通信指揮中的應(yīng)用

為滿足多應(yīng)急處置部門高效聯(lián)動(dòng)、重要用戶優(yōu)先呼叫等應(yīng)急指揮需求，集群通信是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行無線指揮調(diào)度和應(yīng)急聯(lián)動(dòng)的有效手段。集群通信的快速呼叫、群呼組呼、強(qiáng)查強(qiáng)拆、優(yōu)先呼叫、脫網(wǎng)直通等特點(diǎn)，特別適用于城市應(yīng)急聯(lián)動(dòng)一級(jí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急通信指揮[10]。

4.1 集群應(yīng)急通信指揮調(diào)度平臺(tái)的應(yīng)用

多個(gè)固定集群基站采用多區(qū)組網(wǎng)方式實(shí)現(xiàn)城市中心及周邊地的無線覆蓋，能夠?qū)⒐病⒔痪?、消防、急救等重要部門納入統(tǒng)一的城市固定應(yīng)急聯(lián)動(dòng)平臺(tái)。另外，集群車載臺(tái)、便攜臺(tái)、手持機(jī)等用戶終端通常能夠第一時(shí)間進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，快速開通，進(jìn)行移動(dòng)通信指揮調(diào)度。。

集群政務(wù)共網(wǎng)可按服務(wù)需求，設(shè)置若干政府應(yīng)急聯(lián)動(dòng)或行業(yè)調(diào)度的VPN系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持網(wǎng)管虛擬專網(wǎng)功能，即可由各部門的用戶管理員管理自己的用戶，進(jìn)行功能配置，如調(diào)度通信、數(shù)據(jù)通信等。不同部門間彼此互不干涉，在管理終端上也看不到其他VPN用戶的信息和資料，相當(dāng)于彼此獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)VPN的管理權(quán)限和范圍有系統(tǒng)超級(jí)管理員設(shè)定。

4.2 集群應(yīng)急呼叫的應(yīng)用

集群應(yīng)急呼叫允許群組內(nèi)部門用戶之間的通話，允許優(yōu)先級(jí)高的重要通話強(qiáng)插強(qiáng)拆優(yōu)先級(jí)別低的通話，允許呼叫動(dòng)態(tài)分組，允許集群用戶與公網(wǎng)用戶通話，提升應(yīng)急聯(lián)動(dòng)能力[11]。

4.3 集群通信的抗毀性應(yīng)用

集群通信系統(tǒng)具有鼓掌弱化功能，在基站與集中控制系統(tǒng)斷開連接的情況下，以單站模式繼續(xù)維持基站內(nèi)的通話。同時(shí)，若基站發(fā)生故障，集群通信終端之間能夠像對(duì)講機(jī)一樣脫網(wǎng)直接完成無線通話。

4.4現(xiàn)狀

截止2015年底，全球已經(jīng)建成1000+個(gè)PS-LTE基站，10+萬在網(wǎng)用戶美國2012年規(guī)劃建設(shè)全國性的公共安全寬帶網(wǎng)絡(luò)FirstNet，總投資100+億美元。2014年3月，洛杉磯啟動(dòng)建設(shè)231個(gè)基站，投資1.75億美元；英國計(jì)劃10年（2015-2025年）建設(shè)全國公共安全寬帶LTE網(wǎng)絡(luò)。2015年啟動(dòng)一期建設(shè)，投資金額達(dá)到12億英鎊；韓國2014年啟動(dòng)國家寬帶應(yīng)急防災(zāi)網(wǎng)建設(shè)，總投資預(yù)計(jì)20+億美元，2015年啟動(dòng)一期建設(shè)，計(jì)劃在平昌區(qū)域建設(shè)205個(gè)基站并投入使用5000部終端，投資4千萬美金；肯尼亞2014年啟動(dòng)建設(shè)國家PS-LTE網(wǎng)絡(luò)，一期建設(shè)覆蓋內(nèi)羅畢和蒙巴薩已經(jīng)建設(shè)完成，100+個(gè)基站和7000部終端投入使用；中國2013年啟動(dòng)建設(shè)PS-LTE網(wǎng)絡(luò)，包括北京、上海、南京、深圳、廣州等10多個(gè)城市，其中南京已經(jīng)分三期累計(jì)建設(shè)了256個(gè)基站，10000+部終端投入使用[12]。

與公網(wǎng)從2G、3G、4G的逐步演進(jìn)不同，PS-LTE從2G專網(wǎng)跳躍發(fā)展到4G專網(wǎng)。經(jīng)過了5年發(fā)展，大規(guī)模建設(shè)的必要條件已經(jīng)成熟：

針對(duì)公共安全行業(yè)的LTE標(biāo)準(zhǔn)逐步確定：在全球，3GPP已經(jīng)在2016年3月發(fā)布了R13，明確基于PS-LTE的關(guān)鍵特性，并將在2017年Q1發(fā)布R14，明確基于PS-LTE的緊急視頻、緊急數(shù)據(jù)等關(guān)鍵特性；在中國，2014年中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）完成基于TD-LTE的寬帶集群通信（B-TrunC）系列標(biāo)準(zhǔn)的制定，同時(shí)B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被吸納為ITU國際標(biāo)準(zhǔn)。

國內(nèi)鐵路客運(yùn)站場(chǎng)首次應(yīng)用eLTE 4G寬帶集群專網(wǎng)

基于4G技術(shù)建設(shè)的鄭州鐵路客運(yùn)站eLTE應(yīng)急通信網(wǎng)，為鄭州鐵路局建立起一套完善的無線專用網(wǎng)絡(luò)，是4G寬帶集群專網(wǎng)在全國鐵路客運(yùn)站場(chǎng)的首次應(yīng)用。此次網(wǎng)絡(luò)建設(shè)同時(shí)實(shí)現(xiàn)語音集群、視頻調(diào)度和監(jiān)控等業(yè)務(wù)，并與現(xiàn)有的鄭州客運(yùn)站窄帶集群和PLMN實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的互連互通，真正意義上使鐵路公共安防部門做到了第一時(shí)間的“現(xiàn)場(chǎng)可視，決策可達(dá)”[13]。

公共安全領(lǐng)域全球盛會(huì)

第四屆eLTE產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟峰會(huì)在2016年5月30日舉辦，來自3GPP、行業(yè)組織、第三方分析師、行業(yè)客戶和聯(lián)盟成員將在將在荷蘭阿姆斯特丹齊聚一堂，共述行業(yè)專網(wǎng)發(fā)展新未來。同時(shí)，全球規(guī)模最大的世界應(yīng)急通信大會(huì)（Critical Communications World，簡(jiǎn)稱CCW）也在阿姆斯特丹同期舉行。吸引了來自超過120個(gè)國家的175家廠商參展，并由超過200名專家進(jìn)行發(fā)言，匯聚超過4000名業(yè)內(nèi)人士參展，體現(xiàn)出各國對(duì)應(yīng)急通信的重視[14]。

五、結(jié)束語

LTE寬帶集群支持寬帶數(shù)據(jù)、語音集群和多媒體集群調(diào)度等業(yè)務(wù)，已成為政府管理、應(yīng)急指揮調(diào)度、以及交通和能源等大型行業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域信息化重要發(fā)展方向，成為全球無線專網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識(shí)。在災(zāi)難應(yīng)急和重大事件情況下，專用的無線寬帶網(wǎng)絡(luò)是政府部門的重要通信和應(yīng)急手段，無線寬帶也是交通、能源等重點(diǎn)行業(yè)信息化的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。我國率先制定了基于LTE技術(shù)的寬帶集群（B-TrunC）標(biāo)準(zhǔn)，并成為國際電信聯(lián)盟（ITU）推薦的首個(gè)PPDR國際標(biāo)準(zhǔn)。2015年初，工信部發(fā)布了1.4GHz寬帶數(shù)字集群專網(wǎng)和1.8GHz無線接入系統(tǒng)頻率規(guī)劃，主要設(shè)備商也陸續(xù)推出了符合B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品和解決方案，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。B-TrunC標(biāo)準(zhǔn)在寬帶集群通信市場(chǎng)具有廣泛的應(yīng)用前景，目前正在軌道交通、政務(wù)專網(wǎng)、電力等領(lǐng)域開展商用。

4G寬帶集群系統(tǒng)具有大帶寬、高速率、保密性能高、組網(wǎng)靈活、業(yè)務(wù)綜合能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，可有效解決應(yīng)急通信領(lǐng)域目前面臨的末端通信手段單一、業(yè)務(wù)能力薄弱、保密性能差等問題，該系統(tǒng)的應(yīng)用可大幅提升部隊(duì)、國安、公安等強(qiáng)力部門執(zhí)行任務(wù)過程中的信息保障能力。

參 考 文 獻(xiàn)

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