基于自組織網(wǎng)絡(luò)的無中心指揮調(diào)度系統(tǒng)研究

侯榮濤

（南京維科通信有限公司，南京 210038）

1 引言

傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)包括4層結(jié)構(gòu)[1]：增值業(yè)務(wù)層，通信層，傳輸層和終端層，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在以下缺陷：一是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是基于通信基礎(chǔ)設(shè)施的金字塔型結(jié)構(gòu)，屬于有中心網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中存在單點故障，任何中心網(wǎng)元發(fā)生損壞，網(wǎng)絡(luò)的局部甚至全網(wǎng)將面臨癱瘓的危險；二是網(wǎng)絡(luò)都是基于固定設(shè)置，網(wǎng)絡(luò)之間基于有線連接方式，網(wǎng)絡(luò)無法移動，只有終端可以移動，這種類型的網(wǎng)絡(luò)易被摧毀，無法機動靈活部署；三是網(wǎng)絡(luò)的帶寬較低，對視頻等高帶寬應(yīng)用的支持無法提供可靠保證；四是對指揮調(diào)度業(yè)務(wù)的支持不足，無法支持PTT（Push To Talk）業(yè)務(wù)。雖然公網(wǎng)也推出了PoC（PTT over Cellular）業(yè)務(wù)，但對于專業(yè)的指揮調(diào)度需求，PoC的接續(xù)速度和業(yè)務(wù)能力還是無法滿足要求。

本文提出一種基于全IP自組織網(wǎng)絡(luò)的無中心指揮調(diào)度通信系統(tǒng)，克服了上述網(wǎng)絡(luò)的缺點，可滿足專網(wǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)機動、快速、靈活的部署要求。

2 系統(tǒng)組成與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)組成

全系統(tǒng)包括四大模塊：一是編解碼模塊：完成語音和視頻信號的編解碼處理；二是自組網(wǎng)模塊：基于Ad-hoc自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[2]，網(wǎng)絡(luò)無中心、自組織、自愈合、抗摧毀，自組網(wǎng)模塊對外提供標準的以太網(wǎng)接口；三是業(yè)務(wù)處理模塊：實現(xiàn)點對點話音、點對多點話音、按鍵即講（PTT）等指揮調(diào)度相關(guān)業(yè)務(wù)；四是以太網(wǎng)交換模塊：提供系統(tǒng)內(nèi)部和外部的IP交換。系統(tǒng)組成如圖1所示。

2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)在傳輸層基于Ad-hoc自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)多跳寬帶數(shù)據(jù)傳數(shù)，去掉傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的交換機、路由器等中心設(shè)備網(wǎng)元設(shè)備。

系統(tǒng)在通信層基于全分布式設(shè)計思想[3]，去掉BS、MSC、LR、GW等核心通信基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)元，將其功能分布到網(wǎng)絡(luò)邊緣的智能終端中。

圖1 無中心指揮調(diào)度系統(tǒng)組成

3 系統(tǒng)呼叫實現(xiàn)方法

指揮調(diào)度呼叫方法有4部分完成：終端注冊；點對點呼叫；單點對多點呼叫；PTT話權(quán)搶占。如圖2（a）～（d）所示。

圖2 指揮調(diào)度呼叫方法

3.1 終端注冊

注冊流程在如下3種情況下觸發(fā)：

（1）開機注冊：終端開機后，向全系統(tǒng)廣播注冊消息，通知系統(tǒng)中的其他終端節(jié)點自己當前狀態(tài)。

（2）狀態(tài)更新注冊：當終端的狀態(tài)發(fā)生改變時，立即向全網(wǎng)廣播注冊消息。（3）周期注冊：終端每隔一定的周期（可設(shè)），向全系統(tǒng)廣播注冊消息，告知自己的當前狀態(tài)。周期注冊是為了避免系統(tǒng)中其他終端暫時脫網(wǎng)接收不到其他終端的注冊消息。

3.2 點對點呼叫

點對點呼叫是將主叫視為初始端，被叫視為呼終端，根據(jù)被叫號碼，檢索自己的數(shù)據(jù)庫，計算出被叫終端的IP地址，然后向被叫終端發(fā)起呼叫。

3.3 單點對多點呼叫

單點對多點呼叫之前，系統(tǒng)會對終端進行編組，使每個組包含若干終端號碼。組呼發(fā)起后，系統(tǒng)會根據(jù)組呼號碼確認組內(nèi)的終端地址，然后基于組播方式（為簡單起見，也可以采用廣播方式）向組內(nèi)的終端發(fā)起呼叫請求。

在進行組呼時：呼叫確認消息Ack可選，組呼不必被叫確認，Ack消息的目的是為了組呼發(fā)起者統(tǒng)計有多少組內(nèi)成員能夠接聽該呼叫；組呼中被叫用戶沒有振鈴和摘機操作，是直接接聽話音；Release信令為整個通話組的釋放，不是一次PTT 搶占的釋放。

3.4 PTT話權(quán)搶占

用戶按下PTT鍵，系統(tǒng)會根據(jù)當前呼叫ID檢索出該編組相關(guān)信息，然后基于組播（或廣播）向組內(nèi)用戶發(fā)送PTT請求消息，隨后基于同樣的路徑發(fā)送語音包。組內(nèi)用戶收到該PTT請求消息后，閉鎖自己的PTT請求，并打開接收端口，準備接收話音信息。系統(tǒng)設(shè)備出線均采用連接器，堅固可靠。設(shè)備外出口包括電源、自組網(wǎng)天線（若干）、視頻接口、音頻接口、調(diào)試口、以太網(wǎng)接口等，同時為了散熱，還包含通風口。設(shè)備外配電話手柄，手柄上包括數(shù)字按鍵和PTT按鍵，同時設(shè)備支持聲音外放功能，全系統(tǒng)可以基于車載式和單兵背負式兩種形態(tài)設(shè)計。

4 結(jié)束語

本文基于寬帶自組網(wǎng)技術(shù)和無中心通信組網(wǎng)技術(shù)，提出一種無中心通信指揮調(diào)度系統(tǒng)，采用傳輸層基于自組網(wǎng)，通信層去中心化，全網(wǎng)基于IP的體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計了軟、硬件和設(shè)備形態(tài)，實現(xiàn)了呼叫方法，可用于公安、部隊、武警、消防等需要緊急部署和快速組網(wǎng)的行業(yè)需求。

[1] 沈慶國，于振偉，龔晶.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展動向[J].通信學(xué)報，2010，31（10）：3-16.

[2] 李建東，滕偉，盛敏，徐超.超高密度無線網(wǎng)絡(luò)的自組織技術(shù)[J].通信學(xué)報，2016，37（7）：30-37.

[3] Andrewsjg，Buzzi S，Choi W.What will 5G be?[J].IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2014，32（6）：1065-1082.