CN102802277B - 一种宽带数字集群通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带数字集群通信系统，该系统基于时分双工的长期演进(TD-LTE)技术实现，主要通过增加多媒体集群调度子系统以及所需的接口和信令流程来实现集群的相关功能，对原有TD-LTE系统的架构、各网元功能、接口和信令流程等改动很小，因此产品实现相对简单且成本较低，并具有很好的可移植性和可扩展性。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信技术，特别涉及一种宽带数字集群通信系统。
背景技术
集群通信系统是为满足行业指挥调度需求而开发的、面向行业应用的专用无线通信系统。与公众移动通信系统类似，集群通信系统也经历了从第一代模拟集群通信系统到第二代窄带数字集群通信系统的发展历程。
窄带数字集群通信系统是当前应用最为广泛的集群通信系统，其代表有欧洲电信标准协会(ETSI，European Telecommunications Standards Institute)定义的陆上集群无线电(TETRA，Terrestrial Trunked Radio)系统、美国Motorola的综合数字增强网络(iDEN，Integrated Digital Enhanced Networks)系统、我国基于码分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)技术开发的开放式集群架构(GoTa，Global open Trunking Architecture)系统以及基于全球移动通信系统(GSM，Global System for Mobile Communication)开发的GT800系统等。
随着无线高速数据业务的飞速发展，宽带化已经成为无线通信网络发展的必然趋势，面向行业应用的集群通信系统对集语音、数据、图像和视频于一体的宽带多媒体集群业务的需求也更为显著，因此，集群通信系统也需要向数据宽带化、业务多样化、终端多模化、系统IP化的方向发展，可以说，集群通信系统将进入一个崭新的宽带数字集群通信系统的时代。宽带数字集群通信系统可定义为基于宽带无线通信技术，以多媒体集群业务形式，提供指挥调度功能的专用无线通信系统，具备语音调度、数据调度和视频调度等多种业务协同的融合调度能力。
图1为现有宽带数字集群通信系统的组成结构示意图。如图1所示，主要包括：终端、宽带无线接入子系统、网络子系统以及操作维护子系统等四个组成部分。
图1所示系统基于时分双工的长期演进(TD-LTE，Time Division Duplex-Long Term Evolution)技术实现，通过对现有TD-LTE系统中的基站(eNodeB)、移动性管理实体(MME，Mobility Management Entity)、归属用户服务器(HSS，Home Subscriber Server)和分组数据网网关(P-GW，Packet Data NetworkGateway)等网元的功能进行扩充来实现集群的相关功能，并新增了调度网关(D-GW，Dispatch Gateway)这一网元，用于接入有线调度台并与其它集群通信系统进行互联互通。其中，增强型MME(eMME)作为集群呼叫的调度控制中心，负责建立、维护和释放各种集群业务，并进行话权管理和调度，此外，还负责对终端进行鉴权以及集群业务的授权，为鉴权通过的终端建立业务承载等。
图1所示系统虽然具备宽带数字集群通信系统的众多优点，但在实际应用中也存在一定的问题，即需要对原有TD-LTE系统中的众多网元的功能和信令流程等进行较大的改动，并需要增加新的网元，因此导致产品的实现较为复杂、可扩展性降低，成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种宽带数字集群通信系统，实现简单，并能够提高可扩展性和降低成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种宽带数字集群通信系统，基于时分双工的长期演进TD-LTE技术实现，包括：终端、宽带无线接入子系统、网络子系统和操作维护子系统，其中，所述宽带无线接入子系统中包括基站eNodeB，所述网络子系统中包括移动性管理实体MME、服务网关S-GW、分组数据网网关P-GW、归属用户服务器HSS以及策略和计费规则功能实体PCRF；
所述宽带数字集群通信系统中进一步包括多媒体集群调度子系统，所述多媒体集群调度子系统中包括多媒体集群调度服务器MTDS、录音和录像服务器、应用服务器和互联互通网关；
所述eNodeB中进一步包括无线集群调度功能模块，用于进行集群业务的相关处理，包括：从MME接收集群控制信令、为终端分配无线资源，以及将从S-GW接收到的集群业务数据流通过下行共享信道传送给终端；
所述MME，用于完成控制面功能，包括：网络与用户之间的鉴权和密钥协商、用户移动性管理、会话承载的建立、修改和释放；
所述S-GW，用于进行数据包的路由和转发；
所述P-GW，用于进行集群业务数据流的映射、复制和分发，根据用户请求的集群业务特点和服务质量QoS需求发起业务承载的建立，并传送与MTDS之间的集群业务数据流；
所述HSS中进一步包括集群用户服务器，用于存储与集群业务相关的集群用户信息、组用户信息以及鉴权算法和加密密钥，并为网络侧提供集群用户开户、注销、鉴权、集群业务授权和计费的依据；
所述PCRF，用于根据用户发起的集群业务类型、请求的预定义的PCC规则，或针对集群用户特定的集群业务为所述MTDS提供动态的QoS策略控制决策；
所述MTDS，用于完成语音调度、数据调度和视频调度的统一会话控制和资源调度，包括：建立、维护和释放各种集群业务会话，进行话权管理和调度，并提供集群用户管理和集群业务数据流的分发功能，提供终端与集群通信系统之间的信令和数据通道。
可见，采用本发明的技术方案，主要通过增加多媒体集群调度子系统以及所需的接口和信令流程来实现集群的相关功能，对原有TD-LTE系统的架构、各网元功能、接口和信令流程等改动很小，产品实现相对简单且成本较低，并具有很好的可移植性和可扩展性。
附图说明
图1为现有宽带数字集群通信系统的组成结构示意图。
图2为本发明宽带数字集群通信系统实施例的组成结构示意图。
具体实施方式
针对现有技术中存在的问题，本发明中提出一种新的宽带数字集群通信系统，该系统基于TD-LTE技术实现。
TD-LTE技术是移动通信与宽带无线接入融合的典范，也是未来宽带移动通信的主流标准之一。基于TD-LTE技术的宽带数字集群通信系统将继承TD-LTE技术的高速率和大带宽等诸多优点，与现有窄带数字集群通信系统相比，具有更大的信道容量、更高的频谱利用率、更强的抗干扰能力以及更好的传输性能，而且在系统研发的自主性方面具有其它宽带无线技术不可比拟的优势。
另外，本发明所述宽带数字集群通信系统采用了先进的正交频分复用(OFDM，Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术，可实现下行100Mbps和上行50Mbps的峰值传输速率，能够提供丰富的具有QoS保证的宽带多媒体集群业务，如视频实时传输、可视群组呼叫、多媒体广播以及高速数据查询等，为行业应用提供实时、快捷的指挥调度服务。
为使本发明的技术方案更加清楚、明白，以下参照附图并举实施例，对本发明所述方案作进一步地详细说明。
图2为本发明宽带数字集群通信系统实施例的组成结构示意图。如图2所示，包括：终端、宽带无线接入子系统、网络子系统、多媒体集群调度子系统和操作维护子系统，分别介绍如下。
1)终端
所述终端包括用户终端和调度台；其中，用户终端包括手持终端、车载台和固定台，调度台包括有线调度台和无线调度台。其中，用户终端和无线调度台通过无线接口与宽带无线接入子系统相连，有线调度台通过有线连接与多媒体集群调度子系统相连。
手持终端是集群通信系统中用户常用的便携式设备，可在移动环境中为用户提供语音、数据、图像和视频等各种业务；车载台是安装在车、船等交通工具上，并利用车、船上的电源进行供电，使用车、船上的天线的一种移动终端，除了能够满足用户的通话需求外，还可供用户进行与具体行业相关的各种数据通信；固定台是在非移动环境下使用的一种终端，具备与手持终端相同的业务功能。
调度台是集群通信系统中特有的终端，可为调度员提供操作平台，支持调度员对多个群组或在特定区域内活动的人员的工作进行指挥调度，引入调度台的主要目的是为了提高指挥调度效率，通过调度台提供的业务能力以及有针对性的界面设计，调度员可以方便地建立与相关人员之间的通信联系；调度台支持的业务功能包括：组呼、可视组呼、单呼、可视单呼、广播呼叫、可视广播呼叫、紧急呼叫、强拆强插、动态重组等，为了提高调度员的工作效率，还可以在上述功能的基础上增加针对具体行业用户的应用。
2)宽带无线接入子系统
该子系统由一个或多个eNodeB组成，相比于现有TD-LTE系统中的eNodeB，本发明中的eNodeB(以下eNodeB均指本发明中的eNodeB)中增加了无线集群调度功能模块，用于进行集群业务的相关处理，包括：从MME接收集群控制信令、为终端分配无线资源(如为同一小区中的业务接收终端分配下行共享无线资源)，以及将从S-GW接收到的集群业务数据流通过下行共享信道传送给相应的业务接收终端等。
另外，eNodeB可支持故障弱化功能，即能够在eNodeB与网络子系统失去联系时，处理覆盖范围内的终端的部分指定集群业务。
eNodeB通过无线接口与用户终端及无线调度台相连，实现无线信号的发送、接收和无线资源管理，与网络子系统中的MME通过S1-MME接口相连，与S-GW通过S1-U接口相连，实现移动终端之间或移动终端与固网终端之间的通信连接，传送系统信令、用户信息和集群业务数据等。
3)网络子系统
该子系统由MME、服务网关(S-GW，Serving Gateway)、P-GW、HSS，以及策略和计费规则功能实体(PCRF，Policy and Charging Rules Function)等组成，用于完成用户移动性管理、安全控制、网络资源管理、集群会话资源管理、集群业务数据流的传送，以及用户签约数据、集群信息等数据的管理。
其中，MME用于完成用户移动性管理和网络资源管理等控制面功能，具体来说，包括网络与用户之间的鉴权和密钥协商等安全控制，用户移动性管理、会话承载的建立、修改和释放等资源管理。
S-GW是连接宽带无线接入子系统的分组数据接口的终点，主要用于进行数据包的路由和转发。
P-GW用于进行集群业务数据流的映射、复制和分发，根据用户请求的集群业务特点和QoS需求发起业务承载的建立，并传送与MTDS之间的集群业务数据流。
HSS是负责用户鉴权控制和管理用户信息，包括用户签约信息和用户安全信息的数据库系统，相比于现有TD-LTE系统中的HSS，本发明中的HSS(以下HSS均指本发明中的HSS)中增加了集群用户服务器，用于存储与集群业务相关的集群用户信息、组用户信息以及鉴权算法和加密密钥等，并为网络侧提供集群用户开户、注销、鉴权、集群业务授权和计费的依据。
RCPF用于根据用户发起的集群业务类型、请求的预定义的PCC规则，或针对集群用户特定的集群业务为MTDS提供动态的QoS策略控制决策，以保证按照用户签约的要求进行用户面数据的映射和处理。
4)多媒体集群调度子系统
该子系统由多媒体集群调度服务器(MTDS，Multimedia Trunking DispatchServer)、录音和录像服务器、应用服务器以及互联互通网关组成，主要用于完成集群业务的调度处理、集群用户开户、注销控制，以及集群业务的鉴权、授权和计费等。
其中，MTDS基于SIP server构建，是集群业务调度的控制中心，用于完成语音调度、数据调度和视频调度的统一会话控制和资源调度，包括：建立、维护和释放各种集群业务会话(如组呼、可视组呼、单呼、可视组呼、视频监控等)，进行话权管理和调度等，并提供集群用户管理和集群业务数据流的分发功能，提供有线调度台与集群通信系统之间的信令和数据通道。
录音和录像服务器用于完成语音、数据和视频的存储与查询。
应用服务器包括语音服务器、数据服务器、视频服务器和图像智能分析服务器等各种服务器，用于为集群用户提供各种行业应用。
互联互通网关可实现与公共电话交换网络(PSTN，Public Switched TelephoneNetwork)、蜂窝移动通信网(如TD-SCDMA、GSM等)以及其它集群通信系统(如GoTa、GT800等)的互联互通。
5)操作维护子系统
该子系统提供对网络设备的维护接口，可收集和监视网络的运行信息和状况，并能够按照行业用户的要求生成系统运行报告，为网络规划和调整提供依据。
根据业务划分，操作维护子系统中共包括五个功能部件，分别为：安全管理、配置管理、故障管理、性能管理和其它管理。另外，为支持虚拟专用网功能，操作维护子系统需要提供行业集团内用户使用的用户管理终端，以实现对行业集团内用户的管理功能。
由于图2所示系统基于TD-LTE技术实现，因此接口仍可沿用现有TD-LTE系统的接口定义，协议栈与现有TD-LTE系统中相同，信令流程可根据提供的集群业务等进行扩充。
如图2所示，各网元之间的接口分别如下：
手持终端、车载台、固定台和无线调度台通过LTE-Uu接口与eNodeB相连；
eNodeB和eNodeB之间通过X2接口相连；
eNodeB与MME之间通过S1-MME接口相连；
eNodeB与S-GW之间通过S1-U接口相连；
MME与S-GW之间通过S11接口相连；
MME与MTDS之间通过Tc接口相连；
MME与HSS之间通过S6a接口相连；
HSS与PCRF之间通过Sp接口相连；
HSS与MTDS之间通过T6a接口相连；
PCRF与MTDS之间通过Rx接口相连；
PCRF与P-GW之间通过Gx接口相连；
P-GW与S-GW之间通过S5接口相连；
P-GW与MTDS之间通过Tu接口相连；
P-GW与IMS、Internet等之间通过SGi接口相连；
MTDS与应用服务器、录音和录像服务器以及互联互通网关之间通过TGi接口相连；
MTDS与有线调度台之间通过T-Uu接口相连。
其中，LTE-Uu接口、S1-MME接口和S6a接口均需要在原有功能的基础上进行扩充，具体来说：
LTE-Uu接口扩充的功能包括：传输手持终端、车载台、固定台和无线调度台与eNodeB之间的集群业务数据和调度控制信令，所述调度控制信令包括：集群呼叫、遥毙和复活以及动态重组等过程中的控制信令；
S1-MME接口扩充的功能包括：传输系统对手持终端、车载台、固定台和无线调度台的相关控制命令，包括：集群呼叫、遥毙和复活以及动态重组等过程中的控制命令；
S6a接口扩充的功能包括：进行集群用户和集群业务相关的安全性数据传递，包括集群用户鉴权和认证过程以及群组信息管理过程中的数据传递。
由于新增了多媒体集群调度子系统，因此需要新定义多媒体集群调度子系统与网络子系统之间的接口，具体如下：
Tc接口，用于传输调度控制信令，包括：集群注册、集群会话建立与释放、话权授权和释放、迟后接入以及更新用户面信息等过程中的控制信令；
T6a接口，用于传输集群相关的用户信息和安全性数据等；
Tu接口，用于传输和转发集群业务数据；
T-Uu接口，用于传输集群业务数据和调度控制信令，所述调度控制信令包括：集群注册、集群业务请求与释放，以及话权申请与释放等过程中的控制信令；
TGi接口，用于传输各种集群业务相关的控制信令和集群业务数据；
MTDS与PCRF之间的Rx接口仍沿用现有TD-LTE系统中的接口定义，可根据具体应用和实现对其进行扩充和改进，本发明中该接口主要用于传输集群业务相关的QoS信息。
需要说明的是，在实际应用中，上述各网元和接口可能还具备其它功能，由于与本发明所述方案无直接关系，故不作介绍。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (5)
1.一种宽带数字集群通信系统，基于时分双工的长期演进TD-LTE技术实现，包括：终端、宽带无线接入子系统、网络子系统和操作维护子系统，其中，所述宽带无线接入子系统中包括基站eNodeB，所述网络子系统中包括移动性管理实体MME、服务网关S-GW、分组数据网网关P-GW、归属用户服务器HSS以及策略和计费规则功能实体PCRF；
其特征在于，所述宽带数字集群通信系统中进一步包括多媒体集群调度子系统，所述多媒体集群调度子系统中包括多媒体集群调度服务器MTDS、录音和录像服务器、应用服务器和互联互通网关；
所述eNodeB中进一步包括无线集群调度功能模块，用于进行集群业务的相关处理，包括：从MME接收集群控制信令、为终端分配无线资源，以及将从S-GW接收到的集群业务数据流通过下行共享信道传送给终端；
所述MME，用于完成控制面功能，包括：网络与用户之间的鉴权和密钥协商、用户移动性管理、会话承载的建立、修改和释放；
所述S-GW，用于进行数据包的路由和转发；
所述P-GW，用于进行集群业务数据流的映射、复制和分发，根据用户请求的集群业务特点和服务质量QoS需求发起业务承载的建立，并传送与MTDS之间的集群业务数据流；
所述HSS中进一步包括集群用户服务器，用于存储与集群业务相关的集群用户信息、组用户信息以及鉴权算法和加密密钥，并为网络侧提供集群用户开户、注销、鉴权、集群业务授权和计费的依据；
所述PCRF，用于根据用户发起的集群业务类型、请求的预定义的PCC规则，或针对集群用户特定的集群业务为所述MTDS提供动态的QoS策略控制决策；
所述MTDS，用于完成语音调度、数据调度和视频调度的统一会话控制和资源调度，包括：建立、维护和释放各种集群业务会话，进行话权管理和调度，并提供集群用户管理和集群业务数据流的分发功能，提供终端与集群通信系统之间的信令和数据通道。
2.根据权利要求1所述的宽带数字集群通信系统，其特征在于，所述终端包括：用户终端和调度台；
所述用户终端包括：手持终端、车载台和固定台；
所述调度台包括：有线调度台和无线调度台。
3.根据权利要求2所述的宽带数字集群通信系统，其特征在于，
所述手持终端、车载台、固定台和无线调度台通过LTE-Uu接口与所述eNodeB相连；
所述eNodeB和eNodeB之间通过X2接口相连；
所述eNodeB与所述MME之间通过S1-MME接口相连；
所述eNodeB与所述S-GW之间通过S1-U接口相连；
所述MME与所述S-GW之间通过S11接口相连；
所述MME与所述MTDS之间通过Tc接口相连；
所述MME与所述HSS之间通过S6a接口相连；
所述HSS与所述PCRF之间通过Sp接口相连；
所述HSS与所述MTDS之间通过T6a接口相连；
所述PCRF与所述MTDS之间通过Rx接口相连；
所述PCRF与所述P-GW之间通过Gx接口相连；
所述P-GW与所述S-GW之间通过S5接口相连；
所述P-GW与所述MTDS之间通过Tu接口相连；
所述MTDS与所述应用服务器、录音和录像服务器以及互联互通网关之间通过TGi接口相连；
所述MTDS与所述有线调度台之间通过T-Uu接口相连。
4.根据权利要求3所述的宽带数字集群通信系统，其特征在于，所述LTE-Uu接口、S1-MME接口和S6a接口为进行功能扩充后的接口；
所述LTE-Uu接口扩充的功能包括：传输手持终端、车载台、固定台和无线调度台与所述eNodeB之间的集群业务数据和调度控制信令，所述调度控制信令包括：集群呼叫、遥毙和复活以及动态重组过程中的控制信令；
所述S1-MME接口扩充的功能包括：传输系统对手持终端、车载台、固定台和无线调度台的相关控制信令，所述控制信令包括：集群呼叫、遥毙和复活以及动态重组过程中的控制信令；
所述S6a接口扩充的功能包括：进行集群用户和集群业务相关的安全性数据传递，包括集群用户鉴权和认证过程以及群组信息管理过程中的数据传递。
5.根据权利要求3或4所述的宽带数字集群通信系统，其特征在于，所述Tc接口、T6a接口、Tu接口、T-Uu接口和TGi接口为新定义的接口；
所述Tc接口，用于传输调度控制信令，所述调度控制信令包括：集群注册、集群会话建立与释放、话权授权和释放、迟后接入以及更新用户面信息过程中的控制信令；
所述T6a接口，用于传输集群相关的用户信息和安全性数据；
所述Tu接口，用于传输和转发集群业务数据；
所述T-Uu接口，用于传输集群业务数据和调度控制信令，所述调度控制信令包括：集群注册、集群业务请求与释放，以及话权申请与释放过程中的控制信令；
所述TGi接口，用于传输各种集群业务相关的控制信令和集群业务数据；
所述Rx接口，用于传输集群业务相关的QoS信息。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Owner name: CHINA POTEVIO CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: POTEVIO INFORMATION TECHNOLOGY CO., LTD. Effective date: 20150417 |
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Address after: 100080 Beijing, Haidian, North Street, No. two, No. 6, No. Applicant after: POTEVIO INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 100080 Beijing, Haidian, North Street, No. two, No. 6, No. Applicant before: PETEVIO INSTITUTE OF TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: PUTIAN IT TECH INST CO., LTD. TO: POTEVIO INFORMATION TECHNOLOGY CO., LTD. |
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Effective date of registration: 20150417 Address after: 100080, No. two, 2 street, Zhongguancun science and Technology Park, Beijing, Haidian District Applicant after: CHINA POTEVIO CO.,LTD. Address before: 100080 Beijing, Haidian, North Street, No. two, No. 6, No. Applicant before: POTEVIO INFORMATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150513 |