第06版:科技新闻

无线宽带集群接口互通技术发展趋势

作者:中国信息通信研究院技术与标准研究所 刘荣朵 杜斌

出版时间:2020-09-17

全文共3657字

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无线宽带集群与窄带集群系统互通接口示意图

  随着技术和标准的不断成熟,产业链的不断完善,无线宽带集群网络已经广泛应用于十多个重要行业领域。截至2019年年底,无线宽带集群网络在全球部署1205张,其中国内部署687张、国外部署518张,用户总数近50万。

  无线宽带集群系统支持宽带数据传输、语音单呼、语音组呼、视频单呼、视频组呼等多媒体集群调度应用。2015年无线宽带集群技术标准成为ITU推荐的公共安全与减灾(PPDR)国际标准,2016年成为ITU推荐的LTE集群无线空口标准,无线宽带集群系统的标准在完成一阶段标准化的基础上,进一步综合考虑各个行业的实际需求,从本地化组网向规模化组网方向发展。以城市轨道交通行业为例,每条轨道线路具有独立的通信系统。在跨线调车时,需要不同线路的网络互通以实现对列车的调度控制。这样的需求要求无线宽带集群通信系统在满足本地组网的基础上,支持跨区域或者跨本地网的规模化组网、实现统一管理用户数据、支持本地网之间的互通,以及在不同本地网之间漫游等。

  与此需求相对应,互通开放的接口包括一阶段的两个接口和二阶段的六个接口,共开放了八个接口。为了满足行业需求,标准发展到三阶段支持物联网应用,这一阶段没有新开放的接口,系统向融合化方向发展,包括宽窄融合、公网和专网融合以及一体化调度的方向。本文将介绍不同阶段开放的无线宽带集群接口技术及其未来的发展趋势。

一阶段无线宽带集群互通接口

  一阶段标准化的无线宽带集群系统一共定义了三个接口,分别是终端和基站之间的空中接口、基站和核心网络之间的S1-T接口,以及核心网络与调度台之间的D接口。定义的三个接口中,标准化开放两个接口,即空中接口和D接口。也就是,终端与不同设备商的基站之间能通过标准的空中接口技术实现互通;同样的道理,调度台与不同设备商的核心网之间能通过标准的D接口实现互通。无线宽带集群通信系统中,空中接口连接终端和基站,D接口连接核心网和调度台(DC)。

  无线宽带集群终端有多种类型,包括手持终端、车载终端以及提供数据连接的CPE终端。终端通过Uu-T接口连接到无线宽带集群网络,实现分组域基本业务和集群业务。无线宽带集群终端除了支持基于IP的分组数据传输业务之外,还支持宽带集群业务和功能,主要包括:集群业务功能、集群业务所需要的逻辑信道和传输信道、集群相关的系统信息和寻呼信息、集群业务的移动性。这些功能主要通过Uu-T接口实现。

  无线宽带集群基站支持标准的LTE空中接口技术,同时支持集群接口技术。基站通过Uu-T接口支持无线宽带集群终端接入,除支持LTE基本功能外,还支持集群功能,主要功能包括:集群业务相关的RRC信令、集群系统信息在空中接口的调度和发送、集群寻呼信息的调度与发送、集群业务相关信道的映射控制、集群业务无线承载的建立和控制、集群业务用户面数据转发、集群业务相关的点对点方式传输的空口无线接入信令的加密/完整性保护/数据加密、故障弱化。

  无线宽带集群核心网通过S1-T接口(集群S1接口)连接到集群基站,提供宽带集群业务,在不开放核心网与基站之间的S1-T接口的情况下,无线宽带集群核心网与无线宽带集群基站一起组成无线宽带集群通信网络。无线宽带集群核心网由多个实体组成,实现集群签约用户数据管理、集群业务信息管理、移动性管理、承载和路由管理以及安全管理的功能。

  调度台是集群系统中的特有终端,为调度员或特殊权限的操作人员提供集群业务的调度功能、管理功能。调度台的调度功能,包括单呼、组呼、强插/强拆、动态重组等;管理功能,包括信息获取、遥晕遥毙复活等;其他功能,包括界面显示、拨号等。这些功能通过调度台与无线宽带集群通信网络之间的D接口实现。

二阶段无线宽带集群互通接口

  二阶段标准化的无线宽带集群系统新增了核心网设备间的五个接口(分别为TC1、TC2、S6a、S5/S8、S10),同时开放了一阶段定义的S1T接口,一共开放了六个接口。

  宽带集群核心网由eHSS设备、eMME设备、xGW设备以及TCF/ TMF设备组成。各个设备之间的接口及其实现的功能如下:TC1接口连接TCF与eHSS,采用Diameter协议,完成用户鉴权、用户注册、用户注销、用户位置更新、用户和业务数据管理,以及重启通知;TC2接口连接两个TCF,控制面采用SIP协议,用户面采用RTP协议,完成用户注册注销、组信息管理、单呼、组呼、话权管理、视频调度、实时短数据、强插强拆、遥晕遥毙复活,以及切换等业务过程;S6a接口是eHSS与集群核心网中eMME设备之间的接口,采用Diameter协议,用于传输与用户相关的数据和鉴权信息;S5/S8接口是集群核心网中xGW设备之间的接口,采用GTP协议,提供xGW间的用户面隧道和隧道管理功能;S10接口是集群核心网中eMME设备之间的接口,采用GTP-C协议,用于传递重定位信息和eMME之间的信息,在LTE S10接口的基础上增加集群相关的功能,即补充对集群注册的信源指示,在移动性管理过程中,如果集群终端已经注册,源核心网应通过S10接口的特定标志位向目标核心网进行指示;S1-T接口是基站与集群核心网eMME设备之间的接口,在S1接口基础上增加集群相关的功能,提供宽带集群的信令连接和数据连接。

  TC1接口连接TCF与eHSS设备。eHSS设备是增强的签约数据管理实体,是用户签约数据管理中心和鉴权中心,包括LTE签约数据管理HSS和集群签约数据管理THSS两个逻辑功能。HSS功能实体与MME实体通过S6a接口相连,执行LTE的数据业务过程。THSS与TCF实体通过TC1接口连接,执行集群用户的鉴权、注册、集群用户管理、群组管理以及数据管理的相关过程。

  TCF实体是集群网络特有的功能,提供集群业务的管理和控制,通过TC1接口与eHSS相连,实现集群用户的鉴权、注册/注销、用户签约数据管理等功能。在集群业务执行过程中,通过TC2接口与eMME相连,实现业务调度、话权管理等功能。

  eMME是移动性控制实体,负责移动性管理和承载管理。基本的LTE功能是eMME首先要具备的,同时需要具备集群相关功能,支持基本数据业务和集群业务的建立和释放过程,以及两种业务的并发过程。eMME执行基本业务数据过程中与eHSS之间采用S6a接口相连,执行集群业务过程中与eHSS之间采用TC1接口相连。

  xGW提供承载管理、数据路由和转发的功能,包括LTE基本数据业务和集群业务的功能。

  TMF负责集群业务的媒体面数据传输,包括集群用户面资源管理,集群业务数据的路由和转发。

宽窄互通接口技术

  无线宽带集群系统因为提供宽带数据传输、语音以及视频等多媒体集群调度,得到了越来越广泛的应用和关注。而无线窄带集群系统已经在多个行业部署,从保护现有窄带网络投资等角度考虑,窄带集群系统和宽带集群系统将在一定的时间内共存、融合互补。新建的无线宽带集群系统与已有无线窄带集群系统的互通是支持行业用户实现更好体验的重要一步。

  如图所示,无线宽带集群系统与窄带集群系统通过互联互通网关相连,网关与无线宽带集群通信系统之间开放的接口为TC3接口或者TC4接口。如果无线宽带集群系统与窄带集群系统采用唯一的呼叫控制方,这种方式称为集中式控制方式,那么网间开放的接口采用TC3接口;如果无线宽带集群系统和窄带集群系统采用不同的呼叫控制方,这种方式称为分布式控制方式,网间开放的接口采用TC4接口。网关负责两侧系统的协议转换、媒体路由、媒体格式转换以及码号映射。在此架构下,两侧系统的业务实现可不受影响。

  目前,该架构已支持单呼、短数据、紧急呼叫等业务,还可支持宽窄用户混合编组的语音组呼、组播短数据等业务。

  对于已经建设的宽带和窄带集群系统,可以通过宽窄融合的方式实现互通,对于新建网络,可以采用融合统一的集群核心网络,同时支持宽带技术和窄带技术的接入,实现宽带用户和窄带用户的统一管理,以及业务的融合控制。

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  面向行业专网的无线宽带集群系统历经多年的发展,产业不断壮大,受到行业用户的信任和青睐。无线宽带集群系统呈现出技术不断发展、业务不断增多、接口不断开放、与更多网络逐渐融合的发展趋势。无线宽带集群通信系统的开放接口目前已经达到八个,开放接口的宽窄互通系统的标准化工作也已经完成。

  受到投资规模、用户数的影响,无线宽带集群通信网络的覆盖可能存在盲区,与公众通信网的融合可以在专网覆盖不足的地区使用公网提供一般的行业服务,在一定程度上解决网络覆盖和业务可达性问题。公专融合通过融合业务服务平台,实现专网核心网和公网核心网的互联。目前宽窄融合以及公专融合的技术正在研究过程中。

  在充分考虑公网和专网融合发展、宽带和窄带融合应用的基础上,无线宽带集群系统将结合5G、大数据、人工智能和边缘计算等新技术,共同为行业用户提供全面服务,更好地实现行业信息化发展目标。

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