一種數字集群通信系統及其構建方法
2023-06-04 20:14:11
一種數字集群通信系統及其構建方法
【專利摘要】本發明公開了一種數字集群通信系統及其構建方法，數字集群通信系統包括：終端、演進的基站(eNodeB)和集群調度子系統，集群調度子系統包括：調度伺服器(PDS)、歸屬寄存器(PHR)、調度臺伺服器(DAS)、調度臺客戶端(DAC)；eNodeB與PDS相連，為終端和PDS之間的集群通信提供空中無線承載；PDS連接DAS和PHR，DAS連接DAC；其中，PDS用於執行集群呼叫的建立和釋放、語音的匯集和轉發；PHR用於對集群中的集團、群組和用戶進行管理，並執行認證、鑑權和計費；DAS用於執行DAC接入，為用戶提供調度臺服務；DAC用於提供人機界面，對集團內的群組、用戶發起集群呼叫。本發明能夠隔離LTE?EPC核心網，兼容已有的集群系統。
【專利說明】一種數字集群通信系統及其構建方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及集群通信【技術領域】，尤其涉及一種數字集群通信系統及其構建方法。【背景技術】
[0002]集群通信系統是為了滿足行業用戶指揮調度需求而開發的、面向特定行業應用的專用無線通信系統；集群通信系統中，大量無線用戶共享少量無線信道，以指揮調度為主體應用；集群通信系統是一種多用途、高效能的無線通信系統。
[0003]集群通信系統經歷了與蜂窩移動通信系統類似的發展歷程:
[0004]第一代集群系統是模擬集群通信系統，主要支持語音通信；
[0005]第二代集群系統是窄帶數字集群通信系統，也是當前國內應用最廣泛的集群通信系統，窄帶數字集群通信系統支持語音和低速數據(最高28.8kbps)通信。
[0006]從目前集群通信系統的發展來看，集群通信系統的發展遠遠落後於公眾蜂窩系統的發展，其技術創新和產業鏈等方面都還不盡完備。在數據傳輸能力和多媒體業務的支持能力方面，目前的窄帶數字集群通信系統仍然比較落後；目前的窄帶數字集群通信系統均未達到Mbps數量級的數據傳輸速率，在頻譜利用率和覆蓋方面也不能很好的滿足需求。
[0007]隨著移動網際網路的飛速發展以及全球無線城市的大規模建設，寬帶化成為整個無線通信的發展趨勢。行業人員在應用集群通信系統進行指揮調度的過程中，已不僅僅要求「聽得見」，還要求「看得見」。相應地，集群通信系統在技術上也將向系統IP化、業務多樣化、數據寬帶化、終端多模化的方向發展。從具體的應用角度來看，主要體現在高速數據、視頻以及構建於此基礎之上的多種應用，包括移動辦公、多媒體集群調度、視頻監控、城市應急聯動等方面。
[0008]新的集群通信系統要求向著以下目標發展:更大的信道容量、更高的頻譜利用率、更好的傳輸性能，採用低成本、可伸縮、可配置的全IP無線多媒體網絡架構，兼容已有集群系統，並能夠實現平滑演進。
[0009]然而，目前基於長期演進(LTE, Long Term Evolution)的數字集群系統的典型實現方法是對目前的LTE所有網元進行重新設計，以適應於集群系統，其架構如圖1所示。在圖1所示的網絡架構中:
[0010]對演進的基站(eNodeB)進行改造，增加了無線集群調度功能模塊(RTDF)，負責集群業務的相關處理，從演進的移動性管理實體(eMME)接收集群控制指令，為終端分配無線資源，以及將從服務網關(SGW)接收到的業務發起終端發起的業務數據流傳送到業務接受終端；
[0011]對eMME進行改造，增加了集群控制功能模塊(TCF)，負責建立、維護和釋放集群業務，進行話語權的管理和調度；
[0012]對演進的分組數據網關(e-PGW)進行改造，增加了集群分組功能模塊(TPF)，負責集群業務數據流的映射、複製和分發；
[0013]對演進的歸屬用戶伺服器(eHSS)進行改造，增加了集群用戶服務(TSS)，負責存儲和管理與集群業務相關的組用戶信息。
[0014]另外，為支持調度臺功能，需要新增調度網關(D-GW)，與eMME、eHSS和ePGW連接。
[0015]然而，這種實現方法的主要缺點在於:
[0016]1、對LTE EPC核心網進行了全面改造，接口為私有化，無法標準化；
[0017]2、對運營商代價比較大，為支持集群功能，需要對現有LTE網絡進行全面升級；維護成本高，LTE現有模塊或者新增集群模塊進行升級，都會帶來影響；
[0018]3、無法兼容已有的集群系統，對已建設有集群系統的運營商來說，無法做到平滑升級，為支持LTE集群，需要重新建設，帶來巨大的浪費；
[0019]4、為支持調度臺功能，需要新增D-GW網元，該網元需要與eMME、eHSS和ePGW都連接，造成了接口的複雜化，不易於維護。
【發明內容】
[0020]有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種數字集群通信系統及其構建方法，以解決現有技術中基於LTE的數字集群系統對LTE EPC核心網改動較大、無法兼容已有的集群系統等問題。
[0021]為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的:
[0022]本發明提供一種數字集群通信系統，包括:終端、演進的基站eNodeB和集群調度子系統，所述集群調度子系統包括:調度伺服器ros、歸屬寄存器PHR、調度臺伺服器DAS、調度臺客戶端DAC;
[0023]所述eNodeB與PDS相連，為所述終端和PDS之間的集群通信提供空中無線承載；所述PDS連接所述DAS和PHR，所述DAS連接所述DAC ；
[0024]其中，所述ros，用於執行集群呼叫的建立和釋放、語音的匯集和轉發；
[0025]所述PHR，用於對集群中的集團、群組和用戶進行管理，並執行認證、鑑權和計費；
[0026]所述DAS，用於執行DAC接入，為用戶提供調度臺服務；
[0027]所述DAC，用於提供人機界面，對集團內的群組、用戶發起集群呼叫。
[0028]所述ros包括控制面PDS和媒體面ros，所述控制面pds和媒體面ros之間通過基於控制面的通用分組無線服務隧道協議GTP-C實現的接口相連。
[0029]所述eNodeB與控制面PDS之間通過基於流控制傳輸協議SCTP實現的接口相連；
[0030]所述eNodeB與媒體面PDS之間通過基於用戶面的通用分組無線服務隧道協議GTP-U實現的接口相連。
[0031]所述控制面PDS用於至少執行以下處理:
[0032]集群用戶的註冊和鑑權；
[0033]集群業務的管理；
[0034]終端位置區的更新；
[0035]建立、釋放或修改終端上下文；
[0036]激活、去激活承載；
[0037]業務尋呼。
[0038]所述媒體面PDS用於至少執行以下處理:
[0039]激活、去激活承載；[0040]媒體流的轉發，將呼叫內發言用戶的媒體流轉發給呼叫內接聽用戶所在的eNodeBο
[0041]所述eNodeB用於至少執行以下處理:
[0042]將終端的集群狀態上報給ros ;
[0043]集群業務相關的終端和eNodeB之間的點對點信令承載；
[0044]集群業務相關的終端和PDS之間的點對點信令承載；
[0045]將ros的集群呼叫控制信令下發給終端；
[0046]集群業務承載建立和控制。
[0047]本發明還提供一種數字集群通信系統的構建方法，所述數字集群通信系統由終端、演進的基站eNodeB和集群調度子系統構成，所述集群調度子系統包括:調度伺服器H)S、歸屬寄存器PHR、調度臺伺服器DAS、調度臺客戶端DAC ;該方法包括:
[0048]將所述eNodeB與PDS相連，所述PDS與所述DAS和PHR分別相連，所述DAS與所述DAC相連；所述eNodeB為所述終端和PDS之間的集群通信提供空中無線承載。
[0049]所述PDS包括控制面PDS和媒體面H)S，該方法還包括:
[0050]在所述控制面PDS和媒體面PDS之間通過基於控制面的通用分組無線服務隧道協議GTP-C實現的接口相連。
[0051]該方法還包括:
[0052]在所述eNodeB與控制面PDS之間通過基於流控制傳輸協議SCTP實現的接口相連；
[0053]在所述eNodeB與媒體面PDS之間通過基於用戶面的通用分組無線服務隧道協議GTP-U實現的接口相連。
[0054]本發明所提供的一種數字集群通信系統及其構建方法，基於LTE系統，通過對集群調度子系統進行擴展，對LTE中的eNodeB進行改進，實現了基於LTE的數字集群系統；該系統完全隔離LTE EPC核心網，能夠做到業務完全隔離，且該系統架構靈活、易於擴展。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0055]圖1為現有技術中基於LTE實現數字集群通信系統的網絡架構示意圖；
[0056]圖2為本發明實施例的一種數字集群通信系統的網絡架構示意圖；
[0057]圖3為本發明實施例的一種集群用戶所在的終端開機註冊的流程圖。
【具體實施方式】
[0058]下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術方案進一步詳細闡述。
[0059]本發明實施例提供的一種數字集群通信系統，如圖2所示，主要包括:終端、演進的通用移動通信系統陸地無線接入網(E-UTRAN)、集群調度子系統。終端包括用戶設備(UE)、固定臺、車載臺、無線調度臺等；E-UTRAN包括eNodeB ;集群調度子系統包括調度伺服器(PDS)、歸屬寄存器(PHR)、調度臺伺服器(DAS)和調度臺客戶端(DAC)。
[0060]其中，eNodeB與PDS相連，為終端和PDS之間的集群通信提供空中無線承載；PDS連接DAS和PHR，DAS連接DAC。
[0061]ros，為集群服務的控制中心，用於執行集群呼叫的建立和釋放，如:鑑別一按即講(PTT, Push To Talk)用戶、建立PTT呼叫、判斷PTT請求等等；PDS還用於執行語音的匯集和轉發等處理，如:接收上行鏈路來的PTT語音包，並分發到下行鏈路；
[0062]PHR，用於對集群中的集團、群組和用戶進行管理，並執行認證、鑑權和計費；數字集群通信系統為集團提供集群服務，所述集團由多個群組和用戶組成，每個用戶可以屬於多個群組；
[0063]DAS，用於執行DAC接入，為用戶提供調度臺服務；
[0064]DAC，用於提供人機界面，對集團內的群組、用戶發起集群呼叫。
[0065]較佳的，為應對不同的組網場景要求和LTE扁平化的組網結構，PDS分為控制面PDS (C-PDS)和媒體面 PDS (M-PDS)。
[0066]相應的，eNodeB與C-PDS之間通過Tl-C接口相連，T1-C接口為SI接口的擴展，基於流控制傳輸協議(SCTP, Stream Control Transmission Protocol)實現；eNodeB 與M-PDS之間通過Tl-U接口相連，Tl-U接口為SI接口的擴展，基於用戶面的通用分組無線服務隧道協議(GTP-U, GPRS Tunneling Protocol for the user plane)實現；C_PDS 與M-PDS之間通過Tll接口相連，Tll接口為Sll接口的擴展，基於控制面的通用分組無線服務(GPRS)隧道協議(GTP-C, GPRS Tunneling Protocol for control plane)實現。
[0067]另外，C-PDS與DAS之間基於用戶數據報協議(UDP,User Datagram Protocol)通信；C_PDS與PHR之間基於遠程驗證撥入用戶服務(RADIUS, Remote Authentication DialIn User Service)協議通信；DAS與DAC之間基於UDP/超文本傳送協議(HTTP, HypertextTransport Protocol)通信；DAC 與 M-PDS 之間通過實時傳輸協議(RTP, Real-timeTransport Protocol)通信。eNodeB與終端之間通過LTE-Uu接口相連。
[0068]其中，C-PDS主要負責實現以下功能:
[0069]I)集群用戶的註冊和鑑權；
[0070]2)集群業務的管理；
[0071]4)終端位置區的更新；
[0072]5)建立、釋放或修改終端上下文；
[0073]6)激活、去激活承載；
[0074]7)業務尋呼。
[0075]M-PDS主要負責實現以下功能:
[0076]I)激活、去激活承載；
[0077]2)媒體流的轉發，將呼叫內發言用戶的媒體流轉發給呼叫內接聽用戶所在的eNodeBο
[0078]eNodeB主要負責實現以下功能:
[0079]I)將終端的集群狀態上報給ros，如獲取群組在當前小區的用戶個數，以進行下行資源的管理等；
[0080]2)集群業務相關的終端和eNodeB之間的點對點信令承載，即無線資源控制(RRC，Radio Resource Control)連接；
[0081]3)集群業務相關的終端和PDS之間的點對點信令承載，即上下文；
[0082]4)將PDS的集群呼叫控制信令下發給終端；
[0083]5)集群業務承載建立和控制。[0084]較佳的，數字集群通信系統還可以包括與集群調度子系統相連的操作維護子系統，用於集群業務相關的配置、性能統計、業務觀察等。
[0085]本發明實施例還提供一種構建上述數字集群通信系統的方法，主要包括:將eNodeB與PDS相連，PDS與DAS和PHR分別相連，DAS與DAC相連；eNodeB為終端和PDS之間的集群通信提供空中無線承載。
[0086]較佳的，PDS包括C-PDS和M-PDS，該方法還包括:在C-PDS和M-PDS之間通過Tll接口相連，Tl I接口為SI I接口的擴展，基於GTP-C實現；在eNodeB與C-PDS之間通過Tl-C接口相連，Tl-C接口為SI接口的擴展，基於SCTP實現；在eNodeB與M-PDS之間通過Tl-U接口相連，Tl-U接口為SI接口的擴展，基於GTP-U實現。
[0087]另外，C-PDS與DAS之間基於UDP建立連接；C_PDS與PHR之間基於RADIUS協議建立連接；DAS與DAC之間基於UDP/HTTP建立連接；DAC與M-PDS之間基於RTP建立連接。eNodeB與終端之間通過LTE-Uu接口相連。
[0088]在上述數字集群通信系統的基礎上，本發明實施例還提供了 一種集群用戶所在的終端開機註冊的流程，集群用戶所在的終端開機時，可以直接跳過現有技術中在EPC上的註冊流程，而直接在C-PDS上進行註冊。如圖3所示，UEA為集群用戶，eNodeB A為UEA所在的基站，UEA在C-PDS進行集群註冊的流程主要包括:
[0089]步驟101，UE A與其所在的eNodeB A建立RRC連接。
[0090]步驟102, UEA基於非接入層(NAS)協議,發送集群註冊請求(Trunking AttachRequest)消息給 eNodeB A ；eNodeB A 通過 Tl-C 接口將接收的 Trunking Attach Request消息發送給C-PDS處理。
[0091]Trunking Attach Request消息中攜帶UEA的國際移動用戶識別碼(IMSI,International Mobile Subscriber Identification Number)、國際行動裝置識別石馬(IMEI, International Mobile Equipment Identity)等內容。
[0092]步驟103, C-PDS 根據 Trunking Attach Request 消息中的 IMSI/IMEI 等信息對UEA進行鑑權，並存儲或更新UE的跟蹤區(TA，Tracking Area)信息。
[0093]步驟104，在對UEA的鑑權通過後，C-PDS基於NAS協議，向UEA返回集群註冊接受(Trunking Attach Accept)響應消息。
[0094]綜上所述，本發明實施例通過對集群調度子系統進行擴展、對LTE中的eNodeB進行改進，所實現的基於LTE系統的數字集群系統，對現有LTE EPC核心網的影響不大，能夠完全隔離LTE EPC核心網，能夠做到業務完全隔離；且本發明實施例的數字集群系統能夠提供更大的信道容量、更高的頻譜利用率、更好的傳輸性能，採用低成本、可伸縮、可配置的全IP無線多媒體網絡架構，能夠很好的兼容已有的集群系統，實現業務隔離，並能夠實現平滑演進。
[0095]以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種數字集群通信系統，其特徵在於，包括:終端、演進的基站eNodeB和集群調度子系統，所述集群調度子系統包括:調度伺服器ros、歸屬寄存器PHR、調度臺伺服器DAS、調度臺客戶端DAC ； 所述eNodeB與PDS相連，為所述終端和PDS之間的集群通信提供空中無線承載；所述PDS連接所述DAS和PHR，所述DAS連接所述DAC ； 其中，所述ros，用於執行集群呼叫的建立和釋放、語音的匯集和轉發； 所述PHR，用於對集群中的集團、群組和用戶進行管理，並執行認證、鑑權和計費； 所述DAS，用於執行DAC接入，為用戶提供調度臺服務； 所述DAC，用於提供人機界面，對集團內的群組、用戶發起集群呼叫。
2.根據權利要求1所述數字集群通信系統，其特徵在於，所述PDS包括控制面PDS和媒體面H)S，所述控制面PDS和媒體面PDS之間通過基於控制面的通用分組無線服務隧道協議GTP-C實現的接口相連。
3.根據權利要求2所述數字集群通信系統，其特徵在於， 所述eNodeB與控制面PDS之間通過基於流控制傳輸協議SCTP實現的接口相連； 所述eNodeB與媒體面PDS之間通過基於用戶面的通用分組無線服務隧道協議GTP-U實現的接口相連。
4.根據權利要求3所述數字集群通信系統，其特徵在於，所述控制面PDS用於至少執行以下處理: 集群用戶的註冊和鑑權； 集群業務的管理； 終端位置區的更新； 建立、釋放或修改終端上下文； 激活、去激活承載； 業務尋呼。
5.根據權利要求3所述數字集群通信系統，其特徵在於，所述媒體面PDS用於至少執行以下處理: 激活、去激活承載； 媒體流的轉發，將呼叫內發言用戶的媒體流轉發給呼叫內接聽用戶所在的eNodeB。
6.根據權利要求1至5任一項所述數字集群通信系統，其特徵在於，所述eNodeB用於至少執行以下處理: 將終端的集群狀態上報給PDS ； 集群業務相關的終端和eNodeB之間的點對點信令承載； 集群業務相關的終端和PDS之間的點對點信令承載； 將PDS的集群呼叫控制信令下發給終端； 集群業務承載建立和控制。
7.一種數字集群通信系統的構建方法，其特徵在於，所述數字集群通信系統由終端、演進的基站eNodeB和集群調度子系統構成，所述集群調度子系統包括:調度伺服器H)S、歸屬寄存器PHR、調度臺伺服器DAS、調度臺客戶端DAC ;該方法包括: 將所述eNodeB與PDS相連，所述PDS與所述DAS和PHR分別相連，所述DAS與所述DAC相連；所述eNodeB為所述終端和PDS之間的集群通信提供空中無線承載。
8.根據權利要求7所述數字集群通信系統的構建方法，其特徵在於，所述PDS包括控制面PDS和媒體面ros，該方法還包括: 在所述控制面PDS和媒體面PDS之間通過基於控制面的通用分組無線服務隧道協議GTP-C實現的接口相連。
9.根據權利要求8所述數字集群通信系統的構建方法，其特徵在於，該方法還包括: 在所述eNodeB與控制面PDS之間通過基於流控制傳輸協議SCTP實現的接口相連； 在所述eNodeB與媒體面PDS之間通過基於用戶面的通用分組無線服務隧道協議GTP-U實現的接 口相連。
【文檔編號】H04W4/10GK103533513SQ201210231730
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月5日 優先權日:2012年7月5日
【發明者】王小平, 王璐, 王芳 申請人:中興通訊股份有限公司