融合通信系统架构设计及应用探讨

李燕春，谢家林，毛卓华

（1.华信咨询设计研究院有限公司，浙江 杭州 310013；2.上海复旦大学 航空航天系，上海 200433）

0 引 言

专网通信技术数字化、宽带化变革趋势明显，但早期部署的大量窄带系统如果得不到有效的利用和保护，就会造成社会资源的极大浪费[1]。如轨道交通行业上的陆上集群无线电（Trans European Trunked Radio，TETRA）数字集群系统和公安机关上的警用数字集群（Police Digital Trunking，PDT）数字集群系统等，这些窄带通信网络在全国范围内建设规模很大，原有通信系统依据行业用户定制的一整套软硬件设施，因此从保证用户利益，技术标准、频谱资源和投资成本等因素考虑，建设支持多种接入技术的融合通信系统显得尤为重要。同时，在专网宽带化发展的过程中需要实现广域覆盖和向下兼容的要求，使得行业各类制式的专网和公众移动通信将长期共存，共同发展[2]。

1 融合通信服务功能设计

融合通信系统主要由基于语音的调度子系统、基于视频的调度子系统、基于空间的调度子系统、基于预案的调度子系统、综合调度子系统以及综合网管子系统组成，完成综合语音、视频、空间以及预案等融合调度业务的交换控制和存储，并对系统进行统一的运维管理。融合通信服务功能如图1所示。

图1 融合通信服务功能

专网通信可为行业提供深度定制化的服务，各个行业的业务千差万别，用户对系统融合的需求也各不相同。及时响应、精准下达、融合调度以及移动指挥是应急指挥调度的核心特点，这就要求融合通信系统可以提供语音、视频、空间、预案以及综合等多种方式的调度，可直接在地图上选定用户，对该用户同时发起语音和视频的调度，也可以在地理信息系统（Geographic Information System，GIS）地图上显示摄像头信息，并调出该摄像头的图像。融合通信系统整合多种接入技术、多种传输手段，实现多种业务的统一通信、集中控制，全面实现多终端（音视频）的连通，将远程作业现场、远程巡检，利用可视化技术，进行全局态势的呈现，实现数据互联互通、分析一眼可查、现场实时可见的综合管控。

2 融合通信组网架构

融合通信系统架构如图2所示。利用音视频融合技术、多媒体网际互连协议（Internet Protocol，IP）通信技术、数据通信技术以及智能中控技术等，构建一个统一的融合通信管理系统。该系统主要作用如下：实现全省乃至全国的应急指挥的“统一通信调度、统一信息调度、外网统一场景调度”管理功能，将各类行业专网、公众通信、卫星通信系统、视频会议系统、安防监控系统以及外部应急资源等原本“烟囱式”架构整合成一个综合应用平台；实现天、地、空一体化通信；为应急指挥和救援提供语音、数据、视频通信支撑，达到对突发事件的进行语音、图像、视频以及定位等信息的联合调度管理。在统一管理平台下可实现公安、高速公路、安监局、煤监局等各行业监控视频、移动应急平台采集的现场视频等视频源的统一接入与调度管理[3]。在地图显示区域显示其地理信息、各类具有定位功能的终端的位置信息、应急资源信息以及重点防护目标信息等各种应急信息，可以实时显示监控探头的视频图像，实现基于GIS的可视化空间调度业务功能，甚至可与无人机系统互通，实时回传各类数据。支持Web浏览器、语音、短信以及专用客户端等多种接入方式。实现统一身份鉴权访问权限控制。实现4G宽带集群系统、北斗位置服务系统、北斗预警通信系统以及海洋短波通信系统的网络管理功能，可进行监控管理、资源管理、运维管理以及最终展示等。

图2 融合通信系统架构

（1）终端层。终端层包含模拟集群终端、数字集群终端、宽带集群终端、车载终端、客户终端设备（Customer Prerise Equpment，CPE）以及通用模组等形态。可在不同的场景下，为用户提供语音、短数据、图像以及视频等服务。

（2）接入层。接入层可支持多制式的混合接入，支持窄宽数字集群专网接入统一的交换控制中心实现互通，支持模拟集群系统与窄宽数字集群业务互通。公众移动通信中的用户可通过互通网关实现互联。在遵循标准协议支持下，终端通过Wi-Fi、WiMAX、卫星连接、光纤网络连接、微波或者光纤连接接入集群专网，实现集群业务功能。

（3）交换控制层。该层主要完成各类交换业务的控制和转发，设备包括集群核心网、多媒体交换控制中心和各类接入网关。其中，集群核心网负责集群专网下的各类终端的业务控制，多媒体交换控制中心负责外网终端的语音业务接入，接入网关则主要负责不同网络制式的接入。集群核心网和多媒体交换控制中心分别和应用层进行连接，由应用层进行统一控制，并向应用层上报用户和业务相关的状态信息。同时，外网云计算平台上新建立“应急专用域”，主要存储融合通信管理系统的相关数据，并实现数据共享交换功能，包括语音调度、视频调度、空间调度、预案调度以及综合调度，并提供二次开发的接口，以便未来有新业务接入时扩展。

3 接入方案

融合通信接入方案如图3所示。PDT数字集群、宽带集群终端通过相关设备厂商开放系统联网接口协议直接与集群核心网联接实现互通；其他窄带集群系统（数字/模拟）的互通也需要相关设备厂商开放系统联网接口协议；集群核心网和多媒体交换控制平台分别和综合调度服务器存在接口，由综合调度服务器进行统一控制，多媒体交换控制中心侧用户通过网关或直接接入多媒体交换控制中心与集群核心网侧用户互联互通，实现融合调度。融合后的集群核心网系统可以实现PDT、TETRA等传统窄带数字集群通信系统的互联互通。在多媒体交换控制中心实现其他公共网络之间的互联互通，例如通过网关的方式实现卫星网络和公众通信网络的语音互通；通过基于会话发起协议（Session initialization Protocol，SIP）标准将语音网关、中继网关设备、基于IP的公司电话（Private Branch eXchange，IP-PBX）等设备进行对接，实现与传统公共交换电话网络（Public Switched Telephone Network，PSTN）、下一代网络（Next Generation Network，NGN）、综合业务数字网络（Integrated Services Digital Network，ISDN）的融合。

图3 融合通信接入方案

4 专网与公网的融合

受到投资规模和用户数的影响，专网一般只覆盖特定区域，在必要时用户需要借助公众通信网的广域覆盖能力延伸专网的一般性服务功能，这就需要专网与公网进行融合，解决移动通信业务的可靠性问题。公网与专网是通过融合管理平台，实现专网核心网和公网核心网的互联互通，建立通信与信息化业务连接的桥梁，彻底消除“烟囱式”专网系统，使得各类通信系统各施所长，发挥系统整体优势[4]。公专网互联互通示意如图4所示。

图4 公专网互联互通

基于语音的调度子系统包含专网集群系统和公网集群系统，两个集群系统可以实现语音融合、视频融合、统一定位、录音和统一调度。系统中包含集群核心网进行交换控制的集群专网系统和由多媒体交换控制中心控制的公网集群系统，控制面基于扩展的SIP协议，用户面基于实时传输协议（Real-time Transport Protocol，RTP）协议。集群核心网和多媒体交换控制中心上层为综合调度服务器。综合调度服务器与多媒体交换控制中心之间为内部接口，与集群核心网之间控制面为扩展SIP接口，用户面为RTP接口，实现调度台对系统的调度与控制，语音调度服务器通过此接口获取系统中用户的状态等信息。语音调度服务器与集群核心网之间的接口需要开放，与厂商进行协议对接，从而支持其他厂商的交换控制中心接入[5]。基于语音的调度子系统通过无线网络外部接口（见表1）与不同制式、不同网络、不同类型的终端连接，实现集群专网终端与其他接入方式下终端的互联互通。

表1 无线网络外部接口列表

专网与公网的融合是传统专网的资源利用得到进一步提升，5G技术的发展又为专网提供充足的技术储备，相互取长补短，共同服务于行业用户。

5 结 论

随着宽带集群技术不断演进、业务类型越来越丰富、接口标准规范化，将与更多的网络逐渐融合。目前，开放接口已经达到8个，宽窄互通系统的第二阶段标准化工作也已经完成。如PDT数字集群、宽带集群终端通过相关设备厂商开放系统联网接口协议直接与集群核心网联接实现互通；其他窄带集群系统（数字/模拟）的互通也需要相关设备厂商开放系统联网接口协议，通过网关接到集群核心网实现；集群核心网和多媒体交换控制平台分别和综合调度服务器存在接口，由综合调度服务器进行统一控制，多媒体交换控制中心侧用户通过网关或直接接入多媒体交换控制中心与集群核心网侧用户互联互通，实现融合调度。融合后的集群通信系统，可以实现网络间的无缝漫游，不仅保护了客户现有投资，同时极大地提升了用户的体验。