基于IP网络的TETRA数字集群系统构建

 
　　日益增大的数据传输和高造价的网络系统，使得基于IP的TETRA系统的研究具有非常高的实用价值。在传统的TETRA网络交换中，底层的网络传输和上层的控制是融合在一起的，而在基于IP的TETRA系统中，底层的网络传输和上层的控制是分离的。  

　　网络采用的是分布式结构，所有的设备通过IP网络接入。不同的TETRA结构通过IP网络传送数据，可在不同厂商异构的网络间进行通信，从而建立高性能、高可靠性的TETRA共网。IP技术的应用极大地降低了网络的成本，同时带来了更多更新的网络应用，对TETRA这种通信系统体制今后的发展有很大的推动作用。由此，本文提出了在IP网络平台上构建集群系统的思想，可利用现有的网络设备，采用基于TCP/IP协议的IP交换技术，这样不但降低了成本，而且使系统更具开放性和标准性。 

　　总体方案设计 

　　收发信基站（BS） 

　　提供小区无线覆盖范围。组成部分包括 ：（1）收发信道机和基站控制器（BSC），保证无线设备与移动工作站的接口正常工作；（2）BTS控制单元（BCU），主要保证通信路由选择和移动性管理；（3）BTS网络接入单元（BNA），通过TCP-UDP/IP确保与地面传输链路的接口。监管系统解决方案中提供附加设备，包括塔架、RF馈线、天线系统、供电系统。 

　　移动工作站（MS） 

　　包括自动车辆装置、移动终端和无线终端。提供大量移动工作站以配合各种不同的用户需要。可用1W和3W移动MS，也可用10W车辆MS。可提供大量辅助设备，以适应不同的安装条件。连接数据终端设备（PEI）的标准接口能够连接应用设备，例如嵌入式膝上型电脑、随车PC设备或工业远程控制和管理设备。 

　　路由交换设备 

　　路由器采用思科公司的路由器（3600系列），并根据网络配置带有扩展板。这些设备是易于管理的SNMP。许多路由器通过IP网络连接到TETRA核心，通过传输网络建立TETRA无线基站的通信链路。路由器支持IP软件机制，用于多播、单播过程、业务保护代理、动态再路由。路由器间通过以太网接口连接。 

　　数据库服务器 

　　每个BCU和网关都有一个本地数据库。完全分布式的数据库比中心化系统更有效，并能提高网络的运行效率。一个呼叫建立或登记请求的接入通过数据库处理，呼叫可以在网络最通畅的情况下建立，避免了把通信路由到中心交换器和再返回。处理工作分布在数据库中。如果客户信息或位置发生改变，所有超高速缓冲存储器可自动从中心数据库获得更新。 

　　在TETRA的核心骨干网中，采用的是基于IP的传输体系。基站与网络交换和控制设备之间采用IP方式连接，而连接网络的互连设备包括路由器和各种网关。网络的传输采用TCP/IP协议，在各个节点上的交换设备采用以太网交换机。这种网络结构有效地节省了成本开支，对于基站较少的本地网络，可以由一台交换控制设备进行集中交换的网络结构。对于基站数量较多、覆盖范围较广、业务量较大的区域网络，也可以采用多台交换控制设备进行分散控制。各交换设备之间的连接应能灵活设置，例如可采用树型、星型、网型或环型连接，也可采用同步和异步混合的链路结构。网络如果需要连接各种其他网络，比如说Internet或其他网络，需要加各种网关以达到互联互通。同时网络管理、有线调度台和数据库服务器都可以接入到以太网中，无需为其位置考虑。 

　　在TETRA系统中的网络设备可以完全由IP网络设备代替，比如说路由器、交换机等。但有关TETRA呼叫控制和应用层上的设备全部是原先的TETRA设备，这与传统的TETRA网络是相同的。只是在下层的交换和控制层进行了改变，采用了IP架构。这样，在基于IP结构的TETRA网络对TETRA协议的使用是没有丝毫改变的。 

　　基于IP的TETRA网络 

　　可能存在的QoS问题 

　　在TETRA集群通信中，由于语音信息包的丢失导致紧急呼叫的中断所造成的影响是非常大的。因此，提高语音的服务质量是首要问题。对于以话音为主要业务的集群系统来说，当话音数据以IP包的形式在LAN总线上传输时，由于系统存在较大的随机性，又要满足话音的服务质量，因此有必要对系统进行性能分析，应该按照下面3个重要的规则：（1）语音包队列最小化，这样不会中断连续的语音包；（2）将语音包优先于其他数据包，确保语音包不会排队在其他低优先级包之后；（3）断开大的数据包，确保大的低优先级包不会影响到语音包。除此之外，需要路由器使用更快、更可靠的路由算法。 

　　可将一个IP网络中传送的数据分为3个优先级：高优先级数据包（语音、视频、实时控制）、中优先级数据包（包数据）、低优先级数据包（网络管理），这样就能基本解决语音的QoS问题。同时可在一些区域控制器中实行集中式的网络智能管理来提高组呼的呼叫速度，从而能同时完成一定服务质量的实时多媒体业务的传输、指挥调度、监控等功能，以适应多媒体通信要求。 

　　基于局域网平台的模拟与验证 

　　为了验证基于IP的数字集群网络可行性，在局域网平台上对集群网络进行了一定的简化，并编写了模拟软件，包括控制中心、管理中心、调度台等模块。为简化模拟，MS与BS均使用软件替代，同时根据TETRA协议，制定了该方案中的数据传输协议和模块功能。 

　　控制模块技术要求 

（1）从软件编程角度，完成除了MAC底层协议的完整数据定义； 
（2）在TETRA协议框架下，完成呼叫流程； 
（3）完成呼叫和简单鉴权机制的判断过程； 
（4）可以处理随机到达的大量信令； 
（5）提供与管理模块的数据/控制接口； 
（6）多基站切换的信令处理流程，建立单区多基站控制流程； 
（7）系统的软交换容量及性能分析； 
（8）集群系统性能分析，包括呼损、呼叫处理时间等指标的分析。 

　　管理中心技术要求 

　　（1）用户管理。可处理静态的用户信息：用户注册、权限设置、编组信息、各种地址和标识分配、业务管理等；以及动态的信息处理：增加或删除通话组的成员、创建新的通话组或临时通话组、改变已有用户的呼叫权限和其他参数、管理通话组及其服务区等。 

　　（2）设备管理的主要内容为定时监测网络设备的运行状况，给出不正常设备信息，可以提供多种方式禁止终端使用。 

　　调度台技术要求 

　　（1）发起和处理呼叫。包括标准呼叫、紧急呼叫、呼叫转移。 

　　（2）话音录音与回放。调度台可以自动或手动记录与移动台通信的话音数据，存储于硬盘中，以便日后查询与回放。可按各种属性进行查询，并应防止记录被篡改。 

　　（3）通信日志记录。调度台每一次通信记录（话音和数据）都被保存在网管单元的数据库中和调度台的通信日志中。记录包括：主叫和被叫方的号码、通话的起始时间和持续时间、通话类型等。    

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