一種分級組網時組成員向組主控伺服器進行登記的方法與流程

2023-12-07 03:54:56

本申請涉及移動通信技術領域，特別涉及集群通信技術，尤其涉及一種分級組網時組成員向組主控伺服器進行登記的方法。

背景技術：

集群通信系統是為了滿足行業用戶指揮調度的需求而開發、面向特定行業應用的專用無線通信系統。系統中大量無線用戶共享少量無線信道，以指揮調度業務為主體應用，是一種多用途、高效能利用頻率資源的無線通信系統。集群通信系統在政府部門、公共安全、應急通信、電力、民航、石油化工和軍隊等領域有著廣泛的應用市場。

基於TD-LTE的寬帶多媒體集群系統是以第四代移動通信技術TD-LTE為核心技術，將TD-LTE的高速率、大帶寬與數字集群技術中的資源共享、快速呼叫建立、指揮調度等特點進行融合的集語音、數據、視頻為一體的新一代寬帶數字多媒體集群系統。

在公共安全網絡的實際建設過程中，往往要求能按照上下級關係組建網絡系統。網絡按照層級關係組網，一方面可以保證不同層級網絡的核心網都通過上級核心網進行呼叫交換和控制，整個系統的安全性高，可控性好；另一方面，不同地區可以逐漸地、分層級的建設整個集群網絡。比如建設覆蓋某一省的集群通信網絡，可劃分為省級，市級，縣級三個層級網絡。先建設市級網絡，之後逐漸建立、完善縣級網絡，最後實現全省多地區的市縣網絡聯網互通的統一指揮調度系統。集群調度業務不僅可在本級內進行，也可以跨級和其他層級的集群系統進行互通。某一地區可以先期建設本級的公安寬帶無線多媒體集群網絡，內部的集群呼叫交換控制可以獨立進行。相比將多地區的呼叫控制集中部署在某一地區，可靠性更高。綜上所述，分級組網在實際建網中有迫切的需要。

集群組呼業務是集群通信系統指揮調度業務中最常用的呼叫業務。即多個終端組成一個群組，當組呼建立後所有組成員共享一個下行信道。上行信道由一個獲得話權的組成員佔用，其他組成員可以接收到話權方終端的語音和/或視頻。同時其他組成員也可申請話權。在多地區集群系統網絡互聯時，作為組成員的終端用戶可以分布在不同地區，歸屬不同地區集群系統管理。組呼發起時，整個組呼業務由一個專門的、指定的集群系統充當該組的呼叫業務控制中心點(即組主控伺服器)進行統一協調組呼 建立、組呼中話權分派、組呼釋放等組呼控制過程。每個組都會指定唯一的一個集群核心網充當組主控伺服器。

現有的寬帶或者窄帶集群系統尚沒有定義分級組網的網絡架構。目前我國窄帶數字集群主要是歐洲通信標準協會制訂的陸上集群無線電(Terrestrial Trunked Radio，TETRA)和中國公安部推動的專業數字集群((Professional Digital Trunking，PDT)標準，均沒有定義分級組網的網絡架構。中國工業和信息化部2013年發布的《基於LTE技術的寬帶集群通信(B-TrunC)系統總體技術要求(第一階段)》尚未定義多地區組網的網絡互聯架構。在2014年中國公安部發布《公安寬帶無線多媒體集群系統總體技術規範》雖然定義了漫遊架構，但是也沒有定義分級組網的網絡架構。在該規範中提出了公安寬帶無線多媒體集群系統的網絡系統架構，其系統架構圖1所示，該網絡系統由終端、基站、集群核心網和集群調度應用平臺組成，其中，終端包括但不限於多模終端、單模終端、數據終端和車載終端。基站包括警用數字集群基站(PDT Station)和T-eNB，T-eNB即為基於TD-LTE的集群系統基站。集群核心網(TC)中的網元包括：互聯互通網關(IGW)、集群控制功能模塊(TCF)、集群媒體功能模塊(TMF)、演進的歸屬用戶伺服器(eHSS)、演進的核心網網關(eXGW)、演進的移動管理實體(eMME)。集群調度應用平臺包括：調度臺(DC)、錄音錄像伺服器(RES)、安全加密伺服器(SES)、應用伺服器(APS)。

圖1中各個接口含義如下：

PU——終端和基站之間的接口，此接口是開放接口；

PS——基站和集群核心網之間的接口，此接口是開放接口；

PD——集群核心網和集群調度應用平臺之間的接口，此接口是開放接口；

PI——集群核心網和集群核心網之間的接口，此接口是開放接口；

SGi——集群核心網和數據業務網之間的接口，此接口應符合3GPP TS 23401的要求。

PG——集群核心網和網際網路關之間的接口，此接口暫未定義。

集群核心網邏輯網元之間的接口如圖2所示，其中，

Th——TCF與eHSS之間的接口；

Mh——eMME與eHSS之間的接口；

Tm——TCF與eMME之間的接口；

Tt——TCF與TMF之間的接口；

Tx——TMF與eXGW之間的接口；

Mx——eMME與eXGW之間的接口。

註：集群調度應用平臺中所含網元功能和接口協議棧定義詳見《公安寬帶無線多媒體集群系統總體技術規範》。

此外，組成員歸屬在不同地區核心網管理，組主控伺服器需通過某種方式獲知組 成員歸屬哪個核心網管理，以便當組呼發起時可以尋呼組成員。但這種方式在已有系統中多是通過在系統中靜態配置方式實現。一旦網絡結構變化，就需要修改相關靜態的配置。

現有的《公安寬帶無線多媒體集群系統總體技術規範》所規定的集群通信系統存在如下缺陷：

1.分級組網下，層級核心網之間的呼叫信令需經過上級核心網轉發、控制，現有的集群系統未定義這種層級核心網互聯互通方式。

2.分級組網下，組主控伺服器如何獲知組成員在哪個層級的核心網管理的方式沒有定義。若組主控伺服器通過靜態配置方式獲知組成員所在核心網的信息，當組成員漫遊時或網絡節點有變化時，就需要修改配置，工作繁複、效率較低。

3.分級組網下，組主控伺服器不僅要知道組成員在哪個層級核心網下管理，而且組主控伺服器還需獲取呼叫信令如何傳遞到該核心網的呼叫信令的路由路徑。當組成員漫遊或網絡節點變化時，該路由路徑還會隨之變化。在這些場景時，組主控伺服器通過靜態配置的方式處理較複雜。

技術實現要素：

本申請提供了一種分級組網時組成員向組主控伺服器進行登記的方法，提供了分級組網下組主控伺服器對各個分級集群核心網中的組成員進行管理的基礎。

本申請實施例提供的一種分級組網時組成員向組主控伺服器進行登記的方法，所述分級組網中，每個地區的集群核心網既負責本地區集群呼叫調度業務，也負責和上級核心網系統進行互通。上級集群核心網既負責本地區集群呼叫調度業務，也負責與下級核心網以及下級核心網之間的集群呼叫業務控制；該方法包括：

A、管理組成員的集群核心網代表組成員向組主控伺服器發起登記過程；

B、從管理組成員的集群核心網到組主控伺服器沿途經過的所有集群核心網節點動態生成相應組成員和直接下一級集群核心網對應關係的信息，以此作為後續呼叫信令路由的依據。

較佳地，步驟B包括：

B1、第n+1級集群核心網接收到來自第n級集群核心網的代表組成員的登記請求消息後，記錄組成員信息和對應的直接第n級核心網對應關係的信息；其中，第n級集群核心網位於第n+1級集群核心網的下一級；

B2、第n+1級集群核心網判斷自身是否為該組的主控伺服器，若是，將該組對應的組號從所述登記請求消息中刪除；否則直接執行步驟B3；

B3、所述第n+1級集群核心網判斷登記請求消息中是否還包含有組號，若是，令 n＝n+1，返回步驟B1；否則，停止轉發所述登記請求消息。

較佳地，該方法進一步包括：

組成員向集群核心網發起註銷請求後，集群核心網代表組成員向組主控伺服器發起去登記請求消息；

從管理組成員的集群核心網到組主控伺服器沿途經過的所有集群核心網節點將組成員信息和對應的路由信息刪除。

較佳地，步驟A包括：

A1、第一組成員UE向其歸屬的第一集群核心網發起集群註冊；

A2、第一集群核心網向其上一級第二集群核心網發送SIP登記請求，攜帶一個或多個組號。

從以上技術方案可以看出，組主控伺服器動態獲知組成員在哪個層級的核心網管理，以及如何通過層級轉發路由到該核心網。在終端完成集群註冊後，組成員歸屬的集群核心網向上級組主控伺服器發送登記請求消息，沿途所有層級的集群核心網記錄組成員信息和對應的直接下一級集群核心網信息，作為之後呼叫信令進行路由的依據。如果某一層級的集群核心網發現其是組的組主控伺服器，則將請求消息中的組號刪除。當消息中不再含有任何組號時，則停止向上級核心網發送消息。

附圖說明

圖1為公安寬帶無線多媒體集群系統架構圖；

圖2為集群核心網邏輯網元接口示意圖；

圖3為分級組網下非漫遊的市縣兩級組網架構圖；

圖4為本申請實施例中組成員向組主控伺服器登記的業務模型示意圖；

圖5所示為分級組網時組成員向組主控伺服器進行登記的方法流程圖。

具體實施方式

本申請提供的在寬帶集群系統分級組網時組成員向組主控伺服器進行登記的方法的基本設計思想是：

A、管理組成員的集群核心網代表組成員向組主控伺服器發起登記過程；

B、從管理組成員的集群核心網到組主控伺服器沿途經過的所有集群核心網節點動態生成相應組成員和直接下一級集群核心網對應關係的信息，以此作為後續呼叫信令路由的依據。

其中步驟B包括：

B1、第n+1級集群核心網接收到來自第n級集群核心網的代表組成員的登記請求消息後，記錄組成員信息和對應的直接第n級核心網對應關係的信息；其中，第n級集群核心網位於第n+1級集群核心網的下一級；

B2、第n+1級集群核心網判斷自身是否為該組的主控伺服器，若是，將該組對應的組號從所述登記請求消息中刪除；否則直接執行步驟B3；

B3、所述第n+1級集群核心網判斷登記請求消息中是否還包含有組號，若是，令n＝n+1，返回步驟B1；否則，停止轉發所述登記請求消息。

去登記過程與登記過程類似，當組成員向集群核心網發起註銷請求後，集群核心網代表組成員向組主控伺服器發起去登記請求SIP(MESSAGE)消息。從管理組成員的集群核心網到組主控伺服器沿途經過的所有集群核心網節點將組成員信息和對應的路由信息刪除。

為使本申請技術方案的技術原理、特點以及技術效果更加清楚，以下以公安寬帶無線多媒體集群系統為例，並結合具體實施例對本申請技術方案進行詳細闡述。

分級組網的核心是不同地區的集群核心網相互連接為上下層級關係的網絡，主要體現為：

每個地區的集群核心網既負責本地區集群呼叫調度業務，也負責和上級核心網系統進行互通。

上級集群核心網既負責本地區集群呼叫調度業務，也負責與下級核心網以及下級核心網之間的集群呼叫業務控制。

分級組網時，多地區集群核心網通過《公安寬帶無線多媒體集群系統總體技術規範》中的PI3接口互聯互通。PI3接口是不同TCF之間和不同TMF之間的接口。圖3所示為基本的市縣兩級組網的網絡架構。圖3中C市包含A，B兩個縣。整個集群通信系統在C市、A縣和B縣分別有3套TD-LTE寬帶多媒體集群系統。每個網絡包括獨立的集群核心網和應用平臺。圖3中每個地區的網絡省略了基站和終端部分。每個網絡系統獨立管理自己所直屬用戶和組的籤約數據，跨核心網的基本集群調度業務通過核心網之間PI3接口完成。C市核心網邏輯上充當父節點，A縣和B縣的核心網充當子節點。父子節點的關係通過在各自核心網內靜態配置方式設置。即子節點核心網配置唯一父節點核心網提供服務的IP和埠號。父節點核心網配置所有的子節點核心網服務的IP和埠號。A縣、B縣是平級的集群調度系統，相互之間不能直接進行集群調度業務。C市的集群調度系統通過PI3接口分別連接A縣和B縣的核心網，不僅負責市直轄的集群終端間的調度業務，還負責A與B縣之間或C市與A、B縣之間的集群終端調度業務。

組成員向組主控伺服器登記所要達到的技術目的包括：

組主控伺服器動態獲知組成員在哪個層級的核心網管理；

組主控伺服器動態獲知呼叫信令發送到組成員所在核心網路徑的路由信息；

從管理組成員的集群核心網到組主控伺服器沿途經過的所有集群核心網在此過程中動態生成相應的組成員信息以及信令如何路由的信息。

圖4示例了一個由多個集群核心網的TCF連接組成的3級的網絡模型。TCF1、TCF6是TCF2的子節點，TCF4是TCF3的子節點，TCF2、TCF3是TCF5的子節點。組號為GDN1的組的組成員包括UE1-UE5，其中，UE1、UE5歸屬TCF1管理,UE2歸屬TCF2管理,UE3、UE4歸屬TCF4管理，UE5歸屬TCF6管理。TCF5充當組的組主控伺服器。

UE1註冊到TCF1後，TCF1向上級的組主控伺服器發送SIP(MESSAGE)登記請求消息。其他終端UE2～UE5的登記過程省略描述。

基於圖4所示網絡模型，本申請實施例提供的分級組網時組成員向組主控伺服器進行登記去登記的方法流程如圖5所示，包括如下步驟：

步驟501：UE1向歸屬的TCF1發起集群註冊。

步驟502：TCF1向上級TCF2發送SIP(MESSAGE)登記請求，攜帶一個組號GDN1(也可以是多個GDN)。

步驟503：TCF2記錄GDN1的組成員UE1來自TCF1，這就是UE1的信令路由信息。因為TCF2不是GDN1的組主控伺服器，所以繼續向上級TCF5投遞。

圖4中上級TCF正好是組主控TCF。如果TCF2發現自己是某個組的組主控，則將該組號從消息中刪除。如果還有其他組，則繼續向上一級TCF發送。TCF2向TCF1返回200OK響應。

步驟504：組主控TCF5收到消息後，記錄GDN1的組成員UE1來自TCF2。因為TCF5是GDN1的組主控伺服器，所以從消息中刪除GND1組號。

步驟505：如果刪除該組號後，消息中不再包含任何組號，則TCF5停止向上一級集群核心網發送消息。否則繼續發送。

同理，其他組成員(UE2～UE5)都通過其歸屬的TCF向上級TCF發起組主控伺服器登記過程。途經所有層級的TCF記錄組成員來自直接下一級哪個TCF。同樣組主控TCF記錄組成員來自哪個直接的下一級TCF節點。組主控TCF並不獲知終端具體歸屬在哪個TCF管理。

最終經過上述過程，組主控伺服器可生成組成員及其路由的直接下一級TCF節點對應關係，具體關係如圖4所示。同時在TCF2,TCF3,TCF4,TCF6節點也會生成組成員及其對應的TCF路由信息，如圖4所示。

需要強調的是，如果組成員來自不同子節點網絡時，組主控伺服器應配置為父節點網絡。

去登記過程同登記過程。當終端向集群核心網發起註銷請求後，集群核心網代表終端向組主控伺服器發起去登記請求SIP(MESSAGE)消息。從管理組成員的集群核心 網到組主控伺服器沿途經過的所有集群核心網節點將組成員信息和對應的路由信息刪除。

本申請提供的分級組網時組成員向組主控伺服器進行登記去登記的方法可以實現如下較佳技術效果：

分級組網下，終端向集群核心網進行集群註冊後，集群核心網代表終端向組主控伺服器發送登記請求，組主控伺服器可以獲知組成員相關信息。整個過程隨終端註冊而動態完成，能很好地適應終端漫遊以及網絡節點發生變化的情況。

在集群核心網代表終端向組主控伺服器登記時，沿途經過的每級核心網都會記錄相關的組信息和對應的組成員路由信息。組成員相應的路由信息在每級核心網動態建立，能很好地適應終端漫遊以及網絡節點發生變化的情況。

每級核心網所保存的組成員路由信息只是其直接下一級核心網的相關信息。不必保存其下級所有節點的路由路徑信息，存儲開銷較小，路由查找時較快捷。

集群核心網代表終端向組主控伺服器發送請求，該請求中攜帶多個組號，每級核心網只處理相關組的信息，如果該核心網本身就是組主控伺服器則刪除對應組號。這種處理方式有效避免了在組登記過程中可能由一個網絡節點發出多個請求的信令風暴的情況。

以上所述僅為本申請的較佳實施例而已，並不用以限制本申請的保護範圍，凡在本申請技術方案的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請保護的範圍之內。