下一代智能无线宽带专网探讨

下一代智能无线宽带专网探讨张成文;王彬;苏阳淳B士增【摘要】为了更好地满足公安工作对未来警用无线宽带专网通信系统的多样化需求及减轻公安工作的工作量,在总结、分析现有典型窄带及宽带警用无线专网通信系统研究现状的基础上，提出了以智能化为核心的基于网络融合与业务融合的下一代智能无线宽带专网通信系统架构及核心研究问题.【期刊名称】《警察技术》【年(卷)，期】2016(000)002【总页数】4页(P25-28)【关键词】宽带专网;系统架构;指挥调度;智能化【作者】张成文;王彬;苏阳;郭士增【作者单位】哈尔滨工业大学;哈尔滨工业大学;黑龙江省公安厅科技信息化处;哈尔滨工业大学【正文语种】中文当前，在经济社会日益发展进步的同时，影响社会稳定的因素和矛盾也在不断凸显，大型群体性突发事件时有发生。为有效应对突发事件、群体性活动、自然灾害、处置刑事案件、治安案件等各类公共安全突发事件，提高工作效率，警用无线数字通信系统的研究与发展正日益受到广泛关注。警用无线通信系统的性能直接影响着公安机关的统一指挥调度水平、快速反应、协同作战和精确打击能力，已成为当前警务指挥领域的一项重要课题和紧迫任务［1］。传统的窄带警用无线通信系统以语音调度为主，可以满足警用指挥调度通信系统的基本调度需求。宽带多媒体集群通信系统集语音、数据、图像、视频等多媒体业务为一体，可以满足警用无线通信系统日益增长的业务多样性指挥调度需求。目前，警用无线通信系统的宽带化正成为专网发展的趋势之一，多数研究集中在窄带系统性能提升、宽带系统标准制定及产品设计、宽窄带系统融合等方面［2,3］。然而，随着公安工作的日益复杂，警用无线通信系统除宽带化外，智能化也显得格外重要。本文在总结、分析现有典型警用无线通信系统研究现状的基础上，提出满足公安机关对未来无线指挥通信系统应用需求、以高效智能化指挥调度为核心的下一代智能无线宽带专网系统。该系统可以解放生产力，为公安机关提供全方位、多手段的智能化信息获取及指挥调度。目前，警用无线通信系统的研究主要集中在以语音调度为主的窄带PDT数字集群系统、以多媒体调度为主的宽带多媒体集群系统及宽窄带融合系统。（一）窄带PDT数字集群系统警用无线数字通信（PDT）标准是由公安部主导的、国内众多警用通信设备制造商参与的具有自主知识产权的数字集群标准。该标准借鉴了无线通信系统相关国际标准，对相关技术进行了创新设计。遵循高性价比、安全保密、大区制、可扩展和可兼容五大原则。PDT标准有效解决了我国警用无线通信系统现有模拟网络的平滑升级、信息安全、建网成本等一系列问题，已成为我国公安机关警用无线通信专网建设的主流标准，并可在国内其他领域和其他发展中国家广泛应用。目前，虽然首套大规模组网和应用的PDT无线数字通信系统已经在黑龙江省大庆市正式建成并投入运行，取得了良好的效果。但PDT标准及系统仍需要进行持续优化，以适应不断增长的系统容量及新业务需求。PDT无线数字通信系统的进一步优化及其产业化仍需在以下方面深入研究。（1）提升系统数据传输能力：当前PDT警用无线数字通信系统承载数据能力有限，目前实际应用的是较小数据量的数据业务。有必要优化无线数据传输信道，对数据链路层、网络层以及资源分配等方面进行优化，以支持较大数据量查询、静态图像传输等更高要求的数据应用。（2）PDT警用无线数字通信系统与公安应用系统标准化接口：PDT警用无线数字通信系统可以通过标准化接口与图像监控系统、治安卡口系统、PGIS系统、警务综合平台系统实现对接，实现综合指挥调度，是警务指挥工作的发展趋势。PDT警用无线数字通信系统需要进一步完善与其它系统的互联互通，并制定系统集成接口标准，这有利于相关产业的推广。（3）基于PDT警用无线数字通信系统基础平台的增值业务研究：围绕警务工作的实际需求，扩展基于数据库查询、GPS及北斗定位、基站协作的终端定位等业务。（4）PDT2标准及系统研究：借鉴TD-LTE等宽带无线通信标准，重点研究提高PDT系统数据传输能力的物理层接入技术、异构网络技术、无线QoS保障、资源控制技术、频谱分配、大区制的频谱效率及传输速率与传输距离及传输功率等，力争在10MHz带宽实现20Mbps上行峰值速率、40Mbps下行峰值速率。基于PDT标准的警用无线数字通信系统的研发及产业化推广，有助于突破警用无线数字通信关键技术，降低警用无线数字通信网的建网成本，有效提升全国公安无线数字通信网建网速度，扩大建网规模，从而提升我国公安机关的应急通信保障能力和信息安全水平，对维护社会稳定和国家安全、保障人民生命和财产安全具有重要意义。（二）宽带多媒体集群系统针对行业用户对专网系统宽带数据业务不断增长的应用需求，宽带多媒体集群系统基于TD-LTE系统架构、扩展空口及NAS消息、增加D接口消息，实现集语音、数据、图像、视频于一体的多业务融合的多媒体指挥调度，以扩展专网通信系统的数据传输能力为目标［4］。基于TD-LTE的宽带集群系统架构，如图1所示。由TD-LTE宽带集群终端、TD-LTE数据终端、TD-LTE宽带集群基站、TD-LTE宽带集群核心网和调度台组成。TD-LTE宽带集群核心网是实现集群业务控制的核心，包含eMME、xGW、eHSS、TCF、TMF五个逻辑实体，这些逻辑实体根据实际部署可形成实际网元设备。目前，各厂商核心网设计有以下四种模式。1.TMSE:TrunkingMobilitySessionEntity集群移动性会话实体。2.SCC:SwitchandControlCenter交换控制中心。TMME:TrunkingMobilityManagementEntity集群移动管理单元。TGW:TrunkingGateway集群网关。TCMFE:TrunkingControlandMediaFunctionEntity集群控制和媒体功能实体，该实体可以直接连接eNB。其中TCF执行集群NAS信令及其安全、集群承载管理、以及集群业务的移动性管理、接入控制和会话管理等功能；TMF执行集群承载建立、修改和删除，集群数据路由和转发，计费信息收集等功能。（三）宽窄带融合系统窄带集群系统的优势在于广域覆盖的高效语音指挥调度；宽带多媒体集群系统的优势在于热点覆盖的多媒体指挥调度及高速数据业务；宽窄带融合系统将是专网通信系统一定时期内的发展方向［5］。宽窄带融合系统将现有的窄带集群通信系统和宽带多媒体集群系统相融合，通过优化业务模型、统一信令接口、业务流程控制、无线网络覆盖、媒体格式转换等关键技术的研究，立足网络的融合，实现语音调度业务与多媒体调度业务及高速数据业务的高效融合、无线调度系统广域覆盖与热点接入的有效融合，以满足不同业务需求的指挥调度［6］。宽窄带融合系统具有不同的接入系统、统一的核心网平台及统一的指挥调度平台。宽窄带融合系统包括终端、接入子系统、交换控制平台、调度应用平台四个组成部分。宽窄带融合系统架构图如图2所示。宽带化是目前专用通信系统的发展趋势之一，本文在宽带化的基础上，提出基于网络融合与业务融合的下一代智能宽带警用无线通信系统。核心思想是突出下一代无线专网系统的智能调度。核心目标是打造具有高效多媒体指挥调度功能的下一代智能宽带警用无线通信系统。所谓智能调度，可分为人与人之间的传统调度，以及人与物、物与物之间的高级别调度。包括泛在触发的信息获得途径、灵活的无线及网络接入方式、视频监控及行为识别等信息处理方式、高效的综合指挥调度。下一代智能宽带警用无线通信系统的结构框图及核心技术，如图3所示。整个下一代智能宽带警用无线通信系统以多媒体智能调度平台为核心，以泛在触发、智能终端、多模式无线接入、多网络融合、多业务融合为支撑。多媒体智能调度平台分为信息处理中心、智能处理中心、调度控制中心三部分。涉及安全、绿色通信、认知、资源分配、QoS保障、IP软交换、音视频调度、行为识别、云计算等技术。信息处理中心由短信数据中心、AVPLS服务器、GIS服务器、录音服务器、主系统空口数据信息服务器、终端管理服务器、终端状态信息服务器、SAN存储系统、数据库服务器、网络管理服务器、话务统计服务器、安全管理服务器、防病毒服务器、网络数据分析平台、调度台服务器和调度台、测试开发应用服务器等设备组成，实现各种信息的预处理。智能处理中心基于传感网络技术、视频监控技术、行为识别技术等实现某些特殊应用的自动检测与处理，提高事件响应的及时性及可靠度。调度控制中心基于信息处理中心、智能处理中心提供的各种信息，实现公安110、消防119、急救120、GIS、AVPLS、视频监控等的联动指挥调度。下一代智能宽带警用无线通信系统的主要研究内容如下：（一）泛在触发利用多种途径获得报警信息，包括电话报警、多媒体报警、传感网络报警。涉及传感器技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术、能量管理、移动性管理、QoS、网络安全等技术。（二）智能终端多模：常规、集群、WiFi；多业务：音视频、数据；多角色：直通、中继、协作分集、Adhoc、WPAN、WLAN。涉及多模终端芯片、多天线增强、虚拟MIMO、嵌入式实时操作系统等技术。（三）多模式无线接入支持常规、同播、窄带集群、宽带多媒体集群、蜂窝等系统的混合接入；兼容中速、高速、超高速业务传输；支持WLAN的短距离热点接入；支持中继方式接入、Adhoc方式、卫星方式接入。涉及宽带接入、载波与频谱聚合、频谱感知、频率复用、干扰协调及抑制、基站自组网、卫星组网等技术。（四）多网络融合实现专网、蜂窝网、PSTN、WLAN、WiMax的核心网融合。涉及IP传输、分布式对等网络、NGN架构、路由、移动性管理、扩展SIP及Diameter协议等技术。（五）多业务融合支持语音业务、数据业务、多媒体业务、Internet业务等多任务的并行操作。涉及视频编解码、视频容错、视频加密、音视频同步、跨层资源调度等技术。（六）宽带专网智能指挥调度利用GPS、北斗卫星系统、无线小区、WiFi、终端等辅助定位方法，研究适于宽带无线指挥调度应用的协同定位算法，改进GIS等系统的性能。结合传感网络的信息获取及数据融合技术、物联网技术的智能控制及视频监控的行为识别技术，扩展传统指挥调度系统的人与人的指挥调度应用。实现全方位的智能指挥调度，以提高指挥调度系统的效率、减轻人员的工作量为目标。以智能化为核心的下一代警用无线数字通信系统理论及技术的研究，可促进我国专业通信产业技术升级，并有望引领国际专用通信系统的发展方向，将有效地提升我国在全球专业通信领域，特别是警用无线数字通信领域的学术地位及产业地位。【相关文献】蒋庆生,刘文静.PDT数字集群系统的宽带演进技术探讨.数字通信世界,2010(11):31-34.周运伟.警用宽带数字集群的技术路线分析.中国人民公安大学学报(自然科学版),2013(01):87-91.CCSA.2013-0931T-YD_基于LTE技术的宽带集群通信(BTrunC)系统总体技术要求(第一阶段).郑祖辉.我国专网LTE的发展探讨.移动通