（通信与信息系统专业论文）集群通信系统msc+pool技术研究.pdf

摘要 当今社会，通信在人们生活中的地位和作用越来越重要，通信已经成为社会 发展的重要战略手段。随着移动通信网络规模的不断扩大，网规网优成为人们越 来越重视的研究课题。 集群通信系统核心网的日益壮大，使得运营商对服务可靠性、网络稳定性及 可扩展性的要求愈加强烈。m s cp o o l 技术在分担话务负荷、均衡潮汐话务、减少 局间切换和位置更新、提升系统容量、简化网络规划建设、增加系统安全性能和 降低运维成本等方面优势突出，这些特点决定了集群通信系统m s cp o o l 技术研 究具有重大意义。 本文在集群通信系统中引入m s cp o o l 技术，以达到减少核心网节点信令流 量、负荷分担、容灾以及简化网络规划等目的。本文首先分析了集群通信系统西 门子组呼m s cp o o l 组网方案的优势和存在的问题，然后提出一种新的组呼m s c p o o l 组网方案，并给出了此方案的设计原理、可行性分析、具体实现、业务流程， 最后对两种组网方案进行了比较。结果表明，本文提出的组呼m s cp o o l 组网方 案可以将p o o l 内的组呼局间切换转化为组呼局内切换，减少了局间切换次数，并 实现了容灾。 关键词：网规网优集群通信系统v g c s v b sm s cp o o l切换 a b s t r a c t n o w a d a y s ，c o m m u n i c a t i o ni sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n tt op e o p l e ，a n d p l a y sam o r ea n dm o r ec r u c i a lr o l e i no u rs o c i e t y c o m m u n i c a t i o nh a sb e c o m e e s s e n t i a ls t r a t e g i cm e a n so fs o c i a ld e v e l o p m e n t a st h ec o n t i n u o u se x p a n s i o no ft h e m o b i l ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r k , n e t w o r kp l a n n i n g & o p t i m i z a t i o nb e c o m e sat o p i c t h a tm o r ea n dm o r ep e o p l ep u te m p h s i so n t h ec o r en e t w o r ko ft r u n k i n gc o m m 嘶c a t i o ns y s t e mh a sb e e ng r o w i n gr e c e n t y e a r s ，t h u se n a b l i n gt h er e q u i r e m e n t so fs e r v i c er e l i a b i l i t y , n e t w o r ks t a b i l i t y a n d e x t e n d i b i l i t yi n c r e a s i n g l yi n t e n s et on e t w o r ko p e r a t o r s m s cp o o lt e c h n o l o g yh a s o u t s t a n d i n ga d v a n t a g e si nt h es h a r i n go ft r a f f i cl o a d ，b a l a n c i n gt i d a lt r a f f i c ，r e d u c i n g t h ei n t e r - h a n d o v e ra n dl o c a t i o nu p d a t et i m e s ，e n h a n c i n gs y s t e mc a p a c i t y , s i m p l i f y i n g n e t w o r kp l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o n , i n c r e a s i n gs y s t e ms e c u r i t yp e r f o r m a n c ea n ds a v i n g o p e r a t i o na n dm a i n t e n a n c ec o s t ，w h i c hm a k es t u d yo fm s cp o o ln e t w o r k i n g t e c h n o l o g yi nt r u n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e mo fg r e a ts i g n i f i c a n c e i nt h i s t h e s i s ，m s c p o o l t e c h n o l o g y h a sb e e ni n t r o d u c e di n t o t h i n k i n g c o m m u n i c a t i o ns y s t e mi no r d e rt or e d u c es i g n a l l i n gt r a f f i ci nc o r en e t w o r kn o d e s ， r e a l i z el o a ds h a r i n g ，a s s u r ed i s a s t e rr e c o v e r ya n ds i m p l i f yt h en e t w o r kp l a n n i n g i nt h i s p a p e rf n s t l yt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fm s cp o o lt e c h n o l o g yi nt r u n k i n g c o m m u n i c a t i o ns y s t e ma l ea n a l y z e d ；s e c o n d l y , an e wa n dc o m p l e t eg r o u pc a l lm s c p o o ln e t w o r k i n gp r o g r a mh a sb e e np r o p o s e da n dt h ed e s i g np r i n c i p l e ，d e t a i l e d r e a l i z a t i o n , a n ds e r v i c em a n a g e m e n ta r eg i v e n ；f i n a l l y , w ed oc o m p a r i s o nb e t w e e n t h e s et w os c h e m e s t h er e s u l ts h o w st h a tt h es c h e m ep r o p o s e di nt h i sp a p e rn o to n l y i m p l e m e n t sd i s a s t e rr e c o v e r yb u ta l s ot r a n s f o r m sg r o u pc a l li n t e r - h a n d o v e ri n t og r o u p c a l li n t r a - h a n d o v e rt h u sr e d u c i n gt h ei n t e r - h a n d o v e rt i m e s k e y w o r d ：n e t w o r kp l a n n i n g o p t i m i z a t i o nt r u n k i n gc o m m u n i c a t i o ns y s t e m v g c s ，、，b sm s cp o o lh a n d o v e r 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：乏变幽日期鲨f ! ：! ! ! 垆 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕 业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名：立选目 导师签名 第一章绪论 第一章绪论 随着我国社会经济的全面健康发展，信息产业在推进国民经济发展的同时， 高速发展的现代生活对移动通信也提出了更高的需求，移动通信已经渗透到了我 们社会生活中的方方面面，它直接面向千家万户，与老百姓的生活、工作息息相 关，特别是近年的发展，使我们感受到移动通信正在越来越深刻地影响、改变着 我们的生活。网络安全性、可靠性成为人们的关注焦点，因此，网规网优成为越 来越受重视的研究课题。 1 1 课题研究背景及意义 集群通信是大型活动赛事调度指挥的重要通信手段。2 0 0 8 年北京奥运会和残 奥会集群通信保障工作，是迄今为止承担的保障要求最高，保障时间最长，保障 范围最广，保障难度最大的一次通信保障工作【3 。集群通信系统，是一种高级移 动调度系统，代表着通信体制之一的专用移动通信网发展方向。追溯到它的产生， 集群的概念是从有线电话通信中的“中继”概念而来。1 9 0 8 年，e c m 0 1 i n a 发表的 “中继”曲线的概念等级，证明了一群用户在采用若干中继线路的情况下可以大大 提高中继线的利用率的理论。“集群”的概念同样可以应用于无线电通信系统，它 把无线信道视为中继。这可以与机电式( 纵横制式) 交换机类比，把有线的中继视 为无线信道，把交换机的标志器视为集群系统的控制器，当中继为全利用度时， 就可认为是集群的信道。集群系统控制器能把有限的信道动态地、自动地最佳分 配给系统的所有用户，这实际上就是我们经常使用的术语“信道共用”【7 1 。 综上所述，所谓集群通信系统，即系统所具有的可用信道可为系统的全体用 户共用，具有自动选择信道功能，它是共享资源、分担费用、共用信道设备及服 务的多用途、高效能的无线调度通信系统【1 7 】。 集群通信系统是当前移动通信的一个重要分支，它不仅仅支持其系统中的组 呼业务，还兼容传统的呼叫业务。 随着移动通信的发展，系统中用户数量急剧增加，这就对网络性能、网络安 全可靠性以及资源利用率等方面提出新的要求。为了进一步提升g s m 网络性能， 提高网络安全可靠性，优化资源配置，提高资源利用率，未来公共移动通信系统 会采用m s cp o o l 组网技术来建设已有的网络。m s cp o o l 技术为运营商对移动网 络的运维带来了诸多优势，主要体现在以下几方面：减少核心网络信令开销负 荷；核心网设备负载均衡；网络规划扩容灵活、简化工程实施；实现网络 2 集群通信系统m s cp o o l 技术研究 级冗余备份保障l j 0 1 。 m s cp o o l 技术的这些特点决定了集群通信系统m s cp o o l 技术研究具有重大 意义。另外，从网规网优和集群通信的长远发展考虑，对集群通信系统m s cp o o l 技术研究也很有必要。集群通信系统中引入m s cp o o l 技术，以达到减少核心网 节点信令流量、负荷分担、容灾以及简化网络规划等目的。 集群通信系统引入m s cp o o l 技术是否能够支持当前集群通信系统实现的所 有功能，使集群通信系统做到技术先进、经济合理、安全适用、现实可行，从而 参与同其他电信业务的竞争，为网络覆盖区域内的用户提供高质量、方便、快捷、 多元化的电信服务，都需要进行分析后才能确定。 1 2 课题研究现状 自2 0 0 5 年以来，我国电信管理部门已经就电信业务分类、频率规划、数字集 群服务规划等方面问题先后制定了一系列相应政策，并修订、发布和补充了一批 技术、服务标准，为数字集群在国内的发展营造了良好的政策环境。 数字集群共网是肯定要发展起来的，但是按照目前的发展情况，共网并不是 一天、两天就能发展起来的。一方面，对有资格运营数字集群共网的运营商来说， 对数字集群业务和系统才刚刚开始接触，需要一段时间了解和提高；另一方面， 数字集群系统比较复杂，从设备到货、系统和网络的设计和安装、调试、试运行， 都要经过很长的一段时间。因此数字集群共网的发展尚需时日。 数字集群专网会很快兴起。由于专网具有它的特殊性、独立性和安全性等特 点，所以首先集群通信专网是不可取消的。专网是注重社会效益的，专网的建设 应着重考虑效费比，用效费比来衡量是否建设符合要求。因此专网的建设在系统 和设备的价格上虽然可能比共网要高，但只要满足实际的需要，该用还是要用。 从目前我国正在建设和已经建设的数字集群通信网来看，专网的数量正在上升。 2 0 0 9 年是集群通信专网快速发展的一年，铁道部将大力加强在铁路专网g s m r 的建设投入，并明确规划要建设1 9 个核心网，这对集群通信专网的兴起来说，无 疑是一个巨大的动力。 2 0 0 6 年，西门子公司在m s cp o o l 技术基础上，针对数字集群通信系统提出 将m s cp o o l 技术引入集群通信系统，并给出简要提案。目前，此提案已写入3 g p p t s 4 3 0 6 8 ：“v o i c eg r o u pc a l ls e r v i c e ( v g c s ) ；s t a g e 2 ”中。 由于集群通信系统m s cp o o l 技术尚不成熟，因此，还没有应用到实际组网 中。并且国内外对此项技术的研究也都处于起步阶段。 第一章绪论 3 1 3 本文研究内容和组织结构 本文从组网与业务处理角度，对集群通信系统m s cp o o l 技术进行研究。主 要包括以下工作： 第一，分析西门子组呼m s cp o o l 组网方案的优点与不足。 2 0 0 6 年西门子公司提出将m s cp o o l 技术引入集群通信系统，并给出了基本 方案。本文通过对西门子组呼m s cp o o l 组网方案的研究与分析，得出其优点与 缺陷。 由于集群系统引入的m s cp o o l 技术是在点呼m s cp o o l 技术上进行了改进， 提出了组呼服务m s c 的概念，因此，继承了很多点呼m s cp o o l 技术的优点。当 前组呼m s cp o o l 组网方案的优势有：( 1 ) 实现了负荷分担，在m s c 间分担网络负 荷，提升了整个核心网资源的利用率，节省设备投资；( 2 ) 减少了局间位置更新； ( 3 ) 简化了网络规划，接入网与核心网分开规划。 另外，从容灾和减少组呼局间切换角度进行分析，发现当前组呼m s cp o o l 组网方案具有两大缺陷：( 1 ) 无法实现容灾；( 2 ) p o o l 内组呼局间切换并未成功转化 为组呼局内切换，且p o o l 内组呼局间切换失败。 第二，提出一种新的组呼m s cp o o l 组网方案。 本文基于对西门子组呼m s cp o o l 组网方案研究与分析，提出一种新的组呼 m s cp o o l 组网方案。 此方案除了能够实现了负荷分担，减少了局间位置更新和简化网络规划之外， 还可以将p o o l 内的组呼局间切换转化为组呼局内切换，减少了局间切换次数，并 通过对组呼服务m s c 进行备份，提高了网络可靠性。 本文其它章节安排如下： 第二章主要介绍组呼相关知识。本文首先介绍集群通信的基本概念、集群通 信系统的特点及集群通信共网与专网的区别。然后，对国内外几种典型的集群通 信系统进行简介。最后，从组呼基础知识、组呼组网方案、基本业务处理流程以 及组呼切换等方面分别对组呼进行了阐述。 第三章围绕m s cp o o l 技术进行研究，本章首先给出m s cp o o l 技术的实现 原理和实现机制，然后结合现网应用，讨论了m s cp o o l 技术的优势。 第四章重点对西门子组呼m s cp o o l 组网方案进行研究。从业务处理角度， 分析了此组网方案的优点和缺陷。最后，针对此组网方案的缺陷，提出一种比较 完善的解决方案，将p o o l 内的组呼局间切换转化为组呼局内切换，减少了局间切 换次数，并实现了容灾。 第五章基于对西门子组呼m s cp o o l 组网方案的分析，提出一种新的组呼 4 集群通信系统m s cp o o l 技术研究 m s c p o o l 组网方案。本章首先给出组网方案的设计原理，提出组网方案的具体规 定，其次对此组网方案进行可行性分析，并提出在此组网方案情况下的组呼业务 处理过程，接着针对集群系统引入m s cp o o l 技术后网络管理方面的缺陷，提出 网络管理方面的解决方案，最后对两种方案进行了对比，说明两种方案在设计方 面的不同点，以及本文设计的组呼m s gp o o l 组网方案的优势所在。 第二章组呼 5 第二章组呼 本章介绍了组呼相关知识，主要围绕组呼中涉及的基本概念、组呼的两个业 务语音组呼业务( v o c s ) 和语音广播业务( v b s ) 、组呼组网方案、组呼业务处理流 程及组呼切换进行介绍。由于组呼是集群通信系统中特有的一种呼叫方式，因此 要学习组呼业务，必须对集群通信系统的基本知识及发展现状进行了解，从而加 深对组呼的认识和理解。 2 1 集群通信系统 移动通信是指移动用户之间，或移动用户与固定用户之间进行的通信。这里 所说的通信，不仅指双方的通话，还包括数据、传真、图象等通信业纠2 酬。 移动通信系统根据经营方式或用户性质的不同可分为专用的移动通信系统和 公共移动通信系统【1 1 1 。专网的发展经历了一对一的对讲系统，单信道一呼百应系 统，选呼系统，多信道多用户共享的专用调度系统，最后发展到专用无线调度系 统的最高阶段集群移动通信。 集群通信系统是移动通信系统的一个重要分支。它的发展经历了三个阶段： 2 0 世纪五六十年代的无线电对讲机方式，通信的双方或多方在约定的频点使用对 讲机完成通话，七八十年代的由单多频道、单多基地台构成的模拟通信系统， 九十年代的基于t d m a 方式的数字集群通信系统。 2 1 1 集群通信的基本概念 集群是从英文t r u n k i n g 或t r u n k e d 意译过来的。t r u n k 本意为中继或干线， 从t r u n k e d 的含义来说，应该是“系统所具有的全部可用信道都可为系统的全体用 户共用”，即系统内的任一用户想要和系统内另一用户通话，只要有空闲信道，他 就可以在中心控制台的控制下，利用空闲信道沟通联络，进行通话。所以从某种 意义上讲，集群通信系统是一个自动共享若干个信道的多信道中继( 转发) 通信系 统。它与普通多信道共用的通信系统并无本质的区别。但是，集群通信系统是多 个用户( 部门、群体) 共用一组无线电信道，并动态地使用这些信道的专用移动通 信系统，主要用于指挥调度通信。所以，集群通信系统是专用指挥调度通信系统。 而且集群通信系统是高级移动指挥调度通信系统，是一种共享资源、分担费用、 向用户提供优良服务的多用途、高效能而又廉价的先进的无线电移动通信系统。 对指挥调度功能要求较高的企事业、铁道、交通、民航、水利、电力、工矿、 油田、农场、港口、轻轨和地铁、公、检、法、司法、安全、海关以及军队、武 6 集群通信系统m s cp o o l 技术研究 警等等部门都需要这种系统。 2 1 2 集群通信系统的特点 集群通信系统的特点是： 1 集群通信主要是以单工或半双工方式来工作，故两用户通话只占一对频率 ( 一个信道) ，频率利用率高【l s l 。 2 传输集群( 或称发射集群) 方式是集群通信系统的主要手段。采用传输集群 方式工作，只有当用户按下按键讲话( p m 开关时才分配信道，松键则释放信道， 因此工作无线电信道利用率高【3 2 】。 3 集群通信系统主要采用信道动态分配方式( 单工或半x x i ) ，在一个区域内 集群通信系统可容纳更多的用户，所以有人称集群通信是一呼百应。 4 持续时间短，能快速获取信道和脱开信道。 5 集群通信系统主要是无线用户对无线用户( 包括调度台) ，而无线用户与有 线用户间通话是少量的。由于集群通信系统是指挥调度系统，所以通话时间不能 太长，并有限定的通话时间。 6 集群通信系统的用户具有不同的优先等级和特殊功能，高级别优先，高级 别优先分配信道工作。 7 集群通信系统发起速度快，一般为3 0 0 5 0 0 毫秒。 8 集群通信系统主要是为集团用户服务的【1 8 1 。 9 具有指挥调度、电话、短信息功能【3 捌。 1 0 可以进行紧急呼叫【3 2 1 。 2 1 3 集群通信共网与专网 我国的集群通信工作频率开始在8 0 0 m h z 的频段分配为8 0 6 8 2 1 m h z 和 8 5 1 8 6 6 m h z t 2 7 1 ，它共有6 0 0 个信道( 信道间隔为2 5 k h z ) 。随着使用集群通信的部 门的增多和范围的扩大，后来国家无线电管理局又分配了3 5 0 m h z 频段( 信道间隔 也为2 5 k h z ) 专门供公、检、法、司法、安全、海关、军队和武警等八个部门使用， 共有5 6 0 对频点。 由于集群通信的工作频段是有限的，而需要建集群通信专网的部门和单位却 越来越多，导致频率不够分配。于是出现了集群通信一种新的形式的网，即集群 通信共网。集群通信共网是一种新发展起来的集群通信系统运营模式【1 9 j 。几年前， 国际移动通信协会( i t m a ) 对集群通信的发展曾提出过“商用集群无线电通信”这 一个术语。商用集群无线电通信实际是一种集群通信共网，共网的英文应该是 c o m m o nn e t w o r k ，而不是通常译成公网的p u b l i cn e t w o r k 。近几年来集群通信共 网已得到越来越多的认可，这种建网的形式也多了起来。但需要明确的是蜂窝通 第二章组呼 7 信公网是无线电话系统，而集群通信共网是指挥调度系统，它是集群通信专网的 共用形式。 集群通信共网的概念是随着对集群通信认识的深化而形成的。这样的一个网 通常是由一个大部门或运营公司来运营，主要由投资商来投资，在某个区域内构 成一个几万或十几万用户的大网。这个网的用户主要是集团用户，他们可以象使 用蜂窝手机那样到运营公司去购买用户终端，缴纳入网费和通信费等。这种集群 共网己和原来由某个部门、单位或公司所拥有的仅供内部使用的专网不同了，它 的用户分布面是很广的。在这个大网中这些不同的部门和行业又可各自组成一个 虚拟专网进行各自的调度指挥，而群组之间相互不会干扰。这种网真正能发挥集 群通信的特点，即：共用频率、共用信道、共享覆盖区、共享通信业务和“集小群 为大群”等。所以集群共网是在体现社会效益的基础上以体现经济效益为主的。这 样有些要建网的部门就不必为频率、中继线、资金的筹划而伤脑筋，也不必为设 计、建网而花功夫了1 7 j 。 集群通信共网与集群通信专网的不同处在于：共网是商业性实体，由运营公 司来运营，向用户提供服务，而专网是仅供一个部门内部使用的网络；共网是在 体现社会效益的基础上以体现经济效益为主的，而专网主要是为了本部门工作需 要而建的，它主要是体现社会效益的；共网的用户( 集团用户) 范围分布面很广， 而专网的用户只限本部门使用，范围比较狭窄；共网可以集中使用频率，使这些 频率能为更多的用户服务，提高了频率利用率，专网的频率利用率较低。 2 2 国内外集群通信系统 集群通信系统中具有代表性的系统有g s m r 、i d e n 、t e t r a 等。下文中将 依次对这些系统进行介绍。 2 2 1g s m r 系统 g s m r 是一种专门为铁路设计的专业无线数字集群通信系统，基于g s m 系 统技术平台，针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点，为铁路 运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统，并将铁路移动通 信所具有的特色( 组呼、优先级别、强插、强拆等功能) 加进去，构成g s m r 用于 铁路的全球移动通信系统的解决方案。 目前g s m r 已实现的关键技术主要有：工作频段的分配、时分多址( t d m a ) 技术、时分多址帧结构、空间分集、时间色散和均衡、基站与移动台间的时间调 整、话音编码、信道编码、交织技术、跳频技术、保密措施等。就核心网部分来 说，目前已实现了移动软交换技术，容灾备份则采用y x 2 归属技术【2 0 1 。 8 集群通信系统m s cp o o l 技术研究 基于t d m a 技术的g m s r 系统网络结构大概包括如下几大网络单元：m s c 、 b s c 、b t s 、h l r 、s c p 等。g s m r 的网络结构如图2 1 所示。 图2 1g s m r 系统网络结构 m s c ：移动交换中心。m s c 对呼叫进行控制，是集群调度通信的控制中心， 管理移动用户在本网络内以及与其他网络( 如p s t n i s d n ，其它移动网等) 的通信 业务，并提供计费信息1 1 4 1 。 v l r ：拜访位置寄存器。v l r 存储进入控制区域内已登记用户的相关信息， 为移动用户提供呼叫接续所需要的必要信息，可以看作一个动态数据库。 g c r ：组呼寄存器。g c r 用来存储语音组呼的相关数据，为在控制区域内进 行语音组呼业务( v o c s ) 和语音广播业务c u b s ) 等集群调度通信提供必要信息。 h l r ：归属位置寄存器。h l r 是g s m r 系统的中心数据库，存储着该h l r 控制区域内的所有移动用户的相关数据。 b s c ：基站控制器。b s c 主要负责无线网络资源的管理、小区配置数据管理、 功率控制、切换等，实现强大的业务控制功能。 b t s ：基站收发信台。b t s 是无线接口设备，它由b s c 控制，主要负责无线 接续，完成无线与有线信号的转换、无线分集、无线信道加密、跳频等功能。 f n ：f o l l o w m e 功能节点。f n 存储着功能号码与相关用户号码问的对应关系， 并以此为根据完成功能号码寻址过程中功能号码到真实用户号码的翻译。 m s ：移动台。m s 是移动用户设备部分，需要支持v g c s 、v b s 、f n 等集 群通信调度业务【1 4 1 。 由于g s m r 系统是专网系统，因此与共网系统相比，更注重网络的可靠性和 安全性。 第二章组呼 9 2 2 2i d e n 系统 i d e n ：i n t e g r a t e dd i g i t a le n h a n c e dn e t w o r k ( 集成数字增强型网络) 系统是由美 国m o t o r o l a 公司研制和生产的8 0 0 m h z 数字集群移动通信系统。它的前身是 m i r s ，在它的产品国际化后才改称i d e n 。最初设计是作集群共网应用，因此i d e n 除了以指挥调度业务为主外，还兼有双工电话互联、数据和短消息等功能。它将 数字调度通信和数字蜂窝通信综合在一套系统内【7 1 。 i d e n 是世界上最早的数字集群网，目前的网络主要集中在北美和日韩，国 内唯一运行的网络是上海国脉卫通。 这个系统是利用先进的m 一1 6 q 州、t d m a 、v s e l p 及越区跟踪等技术， 能在2 5 k h z 的信道内容纳6 个话音信道，在现有的8 0 0 m h z 模拟集群信道上增容 6 倍，再加之频率复用技术和蜂窝组网技术，从而使得有限频点的集群通信网具 有大容量、大覆盖区、高保密和高通话清晰度的特点。其集群功能中，虽然能实 现一对多、一对一等基本调度功能，支持本区和广区的调度服务，但是用户不分 优先等级且不能直通，远离基站或无线链路故障时，对于调度系统是一大缺陷。 由于i d e n 由摩托罗拉独家生产制造，接口没有公开，并且i d e n 网络设备 主要由摩托罗拉供应，因此其系统设备采购、建网和终端的成本也比较高。另 外，由于i d e n 研究比较早，技术比较成熟，因此对新业务的扩展能力比较弱。 2 2 3t e t r a 系统 t e t r a ( 泛欧无线数字集群标准) 由e t s i ( 欧洲电信标准协会) 下的r e s 0 6 分会 负责制定，是一种专网( p m r ) 和共用网( p a m r ) 的开放性数字集群标准，旨在满足 集群用户在不断发展环境中的多种需求。t e t r a 是e t s i 标准化工作中的最新范 例，于1 9 9 5 年公布第一个核心标淮，1 9 9 8 年开始接受商用系统订货，目前已先 后制定了3 批1 0 0 多个标准。t e t r a 整套设计规范可提供集群、非集群以及具有 话音、电路数据、短数据信息、分组数据业务的直接模式( 移动台对移动台) 的通 信。t e t r a 可支持多种附加业务，其中大部分是t e t r a 独有的。 t e t r a 系统是一种非常灵活的数字集群标准，它的主要优点是兼容性好、开 放性好、频谱利用率高、保密功能强，是目前国际上制定得最周密、开放性好、 技术最先进、参与生产厂商最多的数字集群标准。 由于t e t r a 系统具有较大灵活性，指挥调度功能比较齐全，加密和脱网功 能较强，4 0 0 m h z 频段的t e t r a 系统在欧洲和其他地区建的专网已较多，因此 它比较适宜于专网。另外，t e t r a 也是一个比较成熟的系统。 在几种数字集群通信技术体制中，目前t e t r a 系统的应用相对占多数，主 要用于政府、铁路、地铁、航空、机场、水利等部门。但是其系统设备采购、建 网成本和终端价格特别高。 1 0 集群通信系统m s cp o o l 技术研究 2 3 组呼基础知识 组呼是集群通信系统中的一种特有的呼叫方式，也是集群通信系统中的最基 本业务。因此，要进行集群通信系统m s cp o o l 技术研究，了解组呼非常必要。 组呼是一种区别于点呼的电信业务，其特点在于：使用资源少，一个组呼 只需为组呼区域内的每个小区分配一条a 接口电路及一条组呼信道，小区内的所 有用户共享组呼信道的下行链路；发起速度快，组呼的发起时间小于1 s ；参 与用户多，传统的点呼只有主被叫两个用户参与，而对于组呼来说，接入呼叫的 人理论上可以是无穷多个。组呼包含语音组呼业务v g c s ( v o i c eg r o u pc a l l s e r v i c e ) l l 】和语音广播业务v b s ( v o i c eb r o a d c a s ts e r v i c e ) f 。下面将对组呼基本概 念、v g c s 业务和v b s 业务进行介绍。 2 3 1 组呼基本概念 业务用户：签约了v g c s 业务的移动用户。 目的地业务用户：被接续到v g c s 呼叫中的业务用户。 主叫业务用户：发起v g c s 呼叫的业务用户。 主叫调度员：发起v c , - c s 呼叫的调度员。 目的地调度员：被接续到v g c s 呼叫中的调度员。 组呼成员：加入正在进行的v g c s 呼叫中的任何一个业务用户或调度员。 组i d ( g r o u pi d e n t i f i c a t i o n ) ：在一个p l m n 中能够定义的组i d 的最大数量取决 于组呼区域的最大数量。组i d 和组呼区域组合起来的最大数量为1 0 8 。每个业务 用户最多能够签5 0 个组【2 1 。 组呼区域：v g c s v b s 呼叫所覆盖的地理范围，以无线蜂窝小区为基本单位，是 预先定义好的由一个或一簇小区组成的区域。某个特定的组呼分布在此区域上。 网络中会提前定义好组呼区域。组呼区域的范围可能在一个m s c 区域内，也可 能超出一个m s c 范围。目前一个组呼区域最多可有1 0 2 4 个小区。 组呼区域i d ：组呼区域i d 是一个十进制数字的序列，它用来唯一地标识某个组 呼区域。 组呼参考( g r o u pc a l lr e f e r e n c e ) ：网络中的每个组呼都能被一个组呼参考唯一地标 识。组呼参考是一个由组i d ( 最低有效位部分) 和组呼区域i d ( 最高有效位部分) 组 成的级联序列。组呼参考的最大长度为8 位十进制数字 4 1 ，其组成如下图2 1 所 示： l g r o u pc a l la r e ai d l g r o u pi d i 图2 1 组呼参考组成示意图 第二章组呼 当组d 的长度为8 位十进制数字时，组呼参考就等同于组d 。目前，华为公司 自主研发的g t 8 0 0 系统中，组i d 的长度为8 位十进制数字；g s m r 系统中，组 i d 的长度为3 位十进制数字，组呼区域长度为5 位十进制数字。 组呼前缀：用来在网络中标识某一呼叫为组呼，路由时需要用到。 听者业务用户：当前正在进行的组呼中，正在接听的业务用户。 讲者业务用户：当前正在进行的组呼中，正在说话的业务用户。 调度员：网络中一些特定的固定用户或移动用户被定义为调度员。调度员能够接 收到在组呼区域内某个组i d 的所有呼叫。另外，它们也可以发起组呼。调度员 通过标准链路( 无线或者是i s d n ) 接续到组呼。当调度员发起组呼时，需要拔打一 个特殊的m s i s d n 号码，这个号码为组呼前缀加组呼参考。调度员是网络中的业 务提供者提前定义好的，一个组呼中可以没有或有多个调度员，最多不超过5 个。 组呼a n c h o rm s c ：组呼锚定m s c 。此m s c 负责管理和维护某个特定的组呼。 组呼a n c h o rm s c 控制其区域内的所有组呼小区。当组呼区域超过一个m s c 的范 围时，就需要在网络中提前定义组呼a n c h o rm s c 。 组呼r e l a ym s c - 组呼中继m s c 。当组呼区域超过一个m s c 范围时，就需要定 义组呼r e l a ym s c 。组呼r e l a ym s c 负责控制不在组呼a n c h o rm s c 控制范围内 的组呼区域内的小区。 组呼属性数据：包括组呼区域、调度员身份、导致组呼释放的非激活定时器的时 长等组呼数据。 组呼寄存器( g c r ) ：存储组呼属性数据的功能实体。 2 3 2v g c s 业务 语音组呼业务( v g c s ) 是集群通信系统提供的一种高级语音呼叫业务，它定义 了一种由多方参a n ( 移动台或固定电话) ，其中一部分人可以讲话、多方聆听的点 对多点的语音通信方式。v g c s 业务突破了点对点通信的局限性，能够以简捷的 方式建立组呼，实现调度指挥、紧急呼叫等功能。下图2 2 从逻辑的角度解释了 v g c s 业务。 v g c s 业务中包含调度员和移动业务用户两种身份的成员。调度员可以是移 动用户也可以是固网用户，移动业务用户是指签约了某组i d 的移动用户。两者 均可以发起v g c s 呼叫。v g c s 主叫业务用户通过拨打组i d 或者主叫调度员拔 打一个特殊的m s i s d n 号码( 组呼前缀加组呼参考) ，呼叫在组呼区域内签约了该 组i d 的所有该组成员。参与同一个v g c s 呼叫的移动用户可以分布在多个小区 内。当主叫业务用户发起v g c s 呼叫时，其组呼区域由业务用户发起呼叫时所在 的小区和组i d 唯一确定，并且只要主叫业务用户所在小区的组呼信道建立完成， 就认为组呼建立成功；当调度员发起组呼时，负责管理v g c s 业务的网络单元将 1 2 集群通信系统m s cp o o l 技术研究 会对调度员的权限进行检查，组呼区域内任一小区的组呼信道建立完成，就认为 组呼建立成功。此时，网络侧需要指示主叫业务用户或者主叫调度员组呼建立成 功，可以开始讲话。然后，网络侧会继续为组呼区域内的其它小区分配组呼信道， 并接续被叫调度员。该组成员接收到n c h 或f a c c h 信道上的通知消息即可加入 呼叫，非本组成员则忽略此消息。组呼区域外的本组成员在呼叫进行时进入组呼 区域也会收到通知消息并可以加入。 g r o u p c a l l a 悖ai b a c b g r o u pc a l la r e ai v n o t e ：v g c s l ，v g c s 2 ，v g c s 3 分别是网络中提前定义好的组呼及其属性数据； a ，b ，c 分别签约了组i d 为a ，b ，c ； i ，i i ，i i i ，均为组呼区域； w ，x ，y ，z 为调度员。 图2 2 逻辑概念的v g c s 业务 在v g c s 通信过程中，每个调度员分别使用一对专用信道，移动用户使用半 双工无线信道，即同一个小区内的用户共享一条下行链路，只有讲话的移动业务 用户才使用相应的上行链路。业务用户通过抢占上行链路来实现讲者和听者身份 之间的转变，组呼的上行信道会在用户请求上行后的3 0 0 m s 内分配给申请上行的 业务用户。这样，可以节省网元间的空中接口和信令链路上的可用资源，因此频 第二章组呼 1 3 谱利用率很高。某一时刻一个v g c s 呼叫中，只能有一个“非调度身份”的移动用 户讲话，任何调度身份的用户都可以随时讲话。 调度员能够听到除自己声音外的所有声音，听者业务用户能够听到所有的声 音。如果讲者业务用户存在时，存在调度员讲话，则网络侧需要给讲者业务用户 指示。网络运营商要求调度员在希望讲话时通知网络侧，因此，当调度员结束讲 话时也需要通知网络侧。听者业务用户想成为讲者时也需要通知网络侧，业务用 户只有在此组呼中没有讲者时才能请求成为讲者，并且遵循先来先被服务的原则。 一旦某业务用户成为讲者业务用户，那么当他结束讲话成为听者业务用户时也需 要通知网络侧。另外，网络侧还会通过定时器超时或其他一些机制来检测是否此 业务用户不再是讲者业务用户1 2 1 。 主叫业务用户、授权调度员、网络侧可以结束组呼。并且对于主叫业务用户 来说，只有其占用上行时，才能够释放组呼。非激活定时器超时后，网络侧能够 自动结束组呼。 2 3 3v b s 业务 语音广播业务( v b s ) 是v g c s 业务的一种特殊情况【2 3 1 ，其业务处理流程与 v g c s 业务大致相同，不同点主要在于： 1 v b s 是广播业务，在整个呼叫存在过程中，只有主叫业务用户或者主叫调 度员可以讲话【2 4 1 ，其他用户一直在业务信道的下行链路进行接听，不能够通过抢 占上行链路实现听者和讲者身份的转变；而v g c s 业务中，在主叫业务用户释放 上行后，其它业务用户可以通过申请上行成为讲者业务用户讲话； 2 v b s 业务中，只有主叫业务用户或主叫调度员才能结束组呼，而v g c s 业 务中，除主叫业务用户或主叫调度员外，有结束组呼权限的调度员也可以结束组 呼； 3 v b s 业务不存在上行管理【2 5 1 ，而v g c s 业务中由于存在占用上行、释放上 行等情况，需要进行上行管理。 2 4 组呼组网方案 目前，g s m 系统的核心网已均采用r 4 架构组网，r 4 架构与之前的r 9 9 架 构相比，实现了呼叫控制与承载分离。下图2 3 为g s m 系统的组网方案。其中 m s c ( m o b i l es w i t c h i n gc e n t e r ) 的作用是对呼叫进行控制；m g w ( m e d i ag a t e w a y ) 为媒体网关，作用是管理呼叫所需的承载和对承载进行操作；b s c ( b a s es t a t i o n c o n t r o l l e r ) 为基站控制器，负责无线网络资源的管理、小区配置数据管理、功率控 制、切换等，下挂一个或多个b t s ；b t s ( b a s et r a n s c e i v e r ) 为基站收发信台，是无 1 4 集群通信系统m s cp o o l 技术研究 线接口设备，它由b s c 控制，主要负责无线接续，完成无线与有线信号的转换、 无线分集、无线信道加密、跳频等功能，每个b t s 管理着其覆盖范围内的一簇小 区。 图2 3g s m 系统组网图 集群通信系统与传统的g s m 系统相比，需要增加了个专门为组呼业务服 务的功能实体，即组呼寄存器g c r ( g r o u pc a l lr e g i s t e r ) ，负责对组呼业务的相关 信息统一管理。g c r 的物理实现类似于归属位置寄存器h l r ，可以集成在m s c 内，也可以置于与移动业务交换中心m s c 相连的专有自动交换机p a b x 内。g c r 主要是数据库功能，存储每个v g c s b s 呼叫的组呼属性、组呼区域、优先级和 路由等信息。协议中提到g c r 和m s c 的接口为i 接口，但是并没有对此接口进 行标准化。目前，g c r 一般都是和m s c 集成在一起，采用内部接口进行通信。在 一个特定组的组呼数据创建开始，数据就被设定到了g c r 中，并且这些数据能 够一直被修改。图2 4 为组呼组网方案。 e x t e r n a ln e t w o r k ； 图2 4 组呼组网方案 第二章组呼 1 5 在实际组网中，一个a n c h o rm s c 可以下挂多个r e l a ym s