CN109802950A - 一种mcptt集群系统架构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于集群通信技术领域，涉及一种MCPTT集群系统架构，所述集群系统架构包括：负责MCPTT终端接入、会话管理和地理位置上报的MCPTT参与服务器，负责呼叫状态机建立、维护和话语权仲裁的MCPTT控制服务器，负责数据查询的数据库代理服务器，提供群组信息的组管理服务器，提供个人信息的身份管理服务器，负责语音转发和预先建立会话系统资源分配的媒体转发服务器和负责存储通话录音的消息中间件服务器。本发明所述MCPTT集群系统架构有效地满足登录、鉴权、群组附属、单呼、组呼、紧急呼叫以及地理位置上报等MCPTT集群系统的基本业务和补充业务需求，并能够实现集群通信系统的控制信息与媒体流信息的相互独立。
Description
技术领域
本发明属于集群通信技术领域，尤其涉及一种MCPTT集群系统架构。
背景技术
数字集群通信系统是一种专业指挥调度系统，主要应用于政府、公安、交通以及军队等部门。
国外窄带数字集群通信标准有TETRA(Terrestrial Trunked Radio，陆上集群无线电标准)、DMR(Digital Mobile Radio，数字移动无线电标准)、IDEN(IntegratedDigital Enhanced Networks，集成数字增强型网络)；国内窄带数字集群通信标准有PDT(Police Digital Trunking，警用数字集群标准)、基于CDMA技术的GoTa(Global openTrunking architecture，全球开放式集群架构)以及基于GSM技术的GT800。
目前，国内外宽带数字集群系统正处于起步阶段。2012年11月，我国通信标准化协会启动了基于LTE的宽带集群系统(B-TrunC)系列标准制定。2016年3月，3GPP标准组织发布了基于LTE网络的“关键任务一键通”(MCPTT，Mission Critical Push To Talk)协议，该MCPTT协议被定义为ETSI-TS-124-379标准(版本13)的一部分，基于MCPTT协议的集群系统架构研究尤为重要。
基于MCPTT协议的集群系统主要由集群通信软件和硬件平台组成。硬件平台不但可以使用基于互联网的云平台，而且可以使用AC(接入控制器)、AP(无线接入点)和工控机等构成的物理平台；集群通信软件主要包括：集群通信协议栈软件、通信控制软件以及媒体分发软件。传统数字集群系统具有体积大、成本高和覆盖范围小等缺点，本发明基于现有的宽带集群硬件平台，分析了ETSI-TS-124-379标准(版本13)中MCPTT集群系统架构的相关规定，并结合数字集群行业用户的具体需求，设计并实现了一种控制信息与媒体流相互独立的MCPTT集群系统架构，能够解决传统数字集群系统具有的体积大、成本高和覆盖范围小等问题，实现了MCPTT协议规定的集群功能，为基于MCPTT的数字集群交换系统开发提供参考。
发明内容
为了解决传统数字集群系统具有的体积大、成本高和覆盖范围小等问题，实现MCPTT协议规定的集群功能，本发明提出一种全新的MCPTT集群系统架构，具体技术方案如下：
一种MCPTT集群系统架构，所述MCPTT集群系统架构基于MCPTT协议，用于实现MCPTT集群系统的基本业务和补充业务，包括：若干内部组件；
所述若干内部组件包括：若干MCPTT参与服务器、MCPTT控制服务器、数据库代理服务器、组管理服务器、身份管理服务器、媒体转发服务器以及消息中间件服务器；
所述数据库代理服务器与若干MCPTT参与服务器、MCPTT控制服务器、组管理服务器、身份管理服务器、媒体转发服务器、消息中间件服务器进行通信连接，所述若干MCPTT参与服务器与MCPTT控制服务器进行通信连接，所述MCPTT控制服务器与媒体转发服务器进行通信连接，所述媒体转发服务器与消息中间件服务器进行通信连接；所述MCPTT控制服务器与消息中间件服务器进行通讯连接；所述MCPTT参与服务器与若干MCPTT终端进行通信连接；
所述数据库代理服务器用于：为MCPTT集群系统中数据库代理服务器以外的其它内部组件提供数据查询与存储服务，所述数据库代理服务器包括：数据库；
所述MCPTT参与服务器用于：①接入若干MCPTT终端；②上报MCPTT终端的地理位置；③与MCPTT控制服务器交互MCPTT信令；
所述MCPTT参与服务器包括：上行模块、下行模块、HTTP模块以及FloorControl转发模块；
所述上行模块与若干MCPTT终端进行通信连接；
所述上行模块与下行模块、HTTP模块、FloorControl转发模块、进行通信；
所述下行模块与MCPTT控制服务器进行通信连接；
所述下行模块与HTTP模块、FloorControl转发模块进行通信；
所述HTTP模块与数据库代理服务器进行通信连接；
所述FloorControl转发模块与若干MCPTT终端进行通信连接；
所述上行模块用于：与MCPTT终端进行MCPTT信令交互；所述MCPTT信令交互包括：上行模块接收并处理来自MCPTT终端的SIP信令；
所述下行模块用于：与MCPTT控制服务器进行MCPTT信令交互；
所述HTTP模块用于：通过上行模块与MCPTT终端进行MCPTT信令交互，并将MCPTT终端上报的位置信息通过数据库代理服务器写入所述数据库；
所述FloorControl转发模块用于：与MCPTT终端进行话语权控制信令交互；
所述MCPTT控制服务器用于：①建立呼叫状态机；②维护呼叫状态机的正常运行；③仲裁MCPTT呼叫的话语权；④与媒体转发服务器进行媒体控制信息交互；
所述MCPTT控制服务器包括：移动链路模块、移动性管理模块、呼叫控制模块以及FloorControl控制模块；
所述移动链路模块与移动性管理模块、呼叫控制模块、FloorControl控制模块进行通信连接；所述FloorControl控制模块与FloorControl转发模块进行通信连接；
所述移动链路模块用于：识别信令类型；
所述信令类型包括：呼叫控制信令和移动性管理信令；
所述移动性管理模块用于：①MCPTT终端的注册；②确定MCPTT终端的群组附属，并附属MCPTT终端至MCPTT群组
所述呼叫控制模块用于：控制MCPTT集群系统呼叫业务，所述MCPTT集群系统呼叫业务包括：单呼、组呼、优先级呼叫和紧急呼叫业务等；
所述FloorControl控制模块用于：仲裁MCPTT呼叫的话语权；
所述组管理服务器用于：为MCPTT终端提供MCPTT集群系统为其配置的群组信息，并为MCPTT终端提供群组信息查询的功能；
所述群组信息包括；群组名称、群组优先级、群组已附属的MCPTT终端(MCPTT终端用户)和群组可附属的MCPTT终端等；
所述身份管理服务器用于：为MCPTT终端提供MCPTT终端的个人信息，并为MCPTT终端提供个人信息查询的功能；
所述个人信息包括：MCPTT终端的用户名、密码以及业务权限等；
所述媒体转发服务器用于：①转发来自MCPTT终端的语音或视频消息和分配预先建立会话的系统资源；②与消息中间件服务器进行媒体流信息交互；
所述系统资源包括：转发语音或视频消息的带宽和端口号等；
所述媒体流信息包括：音频消息和视频消息；
所述消息中间件服务器用于：存储MCPTT集群系统中每次呼叫业务的通话录音或视频。
在上述技术方案的基础上，所述MCPTT集群系统在云平台上搭建，所述若干MCPTT终端与云平台连接，接入至MCPTT集群系统。
在上述技术方案的基础上，所述若干MCPTT终端通过公众移动通信网络与云平台连接。
在上述技术方案的基础上，所述公众移动通信网络包括：3G和4G。
在上述技术方案的基础上，所述若干MCPTT参与服务器通过UDP协议，与MCPTT控制服务器交互MCPTT信令；
所述MCPTT控制服务器通过UDP协议，与媒体转发服务器进行媒体控制信息交互；
所述媒体转发服务器通过UDP协议，与消息中间件服务器进行媒体流信息交互；
所述下行模块通过UDP协议，与MCPTT控制服务器进行MCPTT信令交互；
所述FloorControl转发模块通过UDP协议，与若干MCPTT终端进行话语权控制信令交互。
在上述技术方案的基础上，所述数据库代理服务器通过TCP协议，为MCPTT集群系统中数据库代理服务器以外的其它内部组件提供数据查询与存储服务；
所述上行模块通过TCP协议，与若干MCPTT终端进行MCPTT信令交互；
所述HTTP模块采用TCP协议，通过上行模块与若干MCPTT终端进行MCPTT信令交互。
在上述技术方案的基础上，所述组管理服务器通过HTTP协议或HTTPS协议，为MCPTT终端提供群组信息，并为MCPTT终端提供群组信息查询的功能；
所述身份管理服务器通过HTTP协议或HTTPS协议，为MCPTT终端提供MCPTT终端的个人信息，并为MCPTT终端提供个人信息查询的功能。
在上述技术方案的基础上，所述上行模块与下行模块、HTTP模块、FloorControl转发模块通过共享内存进行通信；
移动链路模块通过计算机的共享内存，与移动性管理模块、呼叫控制模块、FloorControl控制模块进行通信。
在上述技术方案的基础上，所述数据库代理服务器使用MySQL，实现数据的存储与查询。
在上述技术方案的基础上，所述组管理服务器使用Nginx，实现：为MCPTT终端提供群组信息查询的功能；
所述身份管理服务器使用Nginx，实现：为MCPTT终端提供个人信息查询的功能。
一种应用上述MCPTT集群系统架构建立组呼的方法，包括以下步骤：
S1MCPTT参与服务器发送SIP-INVITE信令至MCPTT控制服务器；
S2MCPTT控制服务器建立用于组呼状态指示的呼叫状态机，并从媒体转发服务器获取转发媒体流消息的系统资源；
S3MCPTT控制服务器发送200OK信令至MCPTT参与服务器；
S4MCPTT参与服务器发送200OK信令至主叫MCPTT终端，并且发送SIP-INVITE信令至被叫MCPTT终端。
一种应用上述MCPTT集群系统架构进行消息中间件服务器录音的方法，包括以下步骤：
S5消息中间件服务器在接收到MCPTT控制服务器发送的呼叫建立信令之后，消息中间件服务器开启一个新的录音线程；
S6消息中间件服务器将语音数据写入录音文件；
S7在接收到MCPTT控制服务器发送的呼叫挂断信令之后，消息中间件服务器关闭步骤S5开启的录音线程；
S8消息中间件服务器将所述录音文件固化，并保存录音文件。
本发明的有益技术效果如下：
本发明所述的MCPTT集群系统架构实现了MCPTT终端的登录、鉴权、组附属、单呼、组呼、紧急呼叫以及地理位置上报等MCPTT集群系统基本功能，使控制信息(包括：各类信令)与媒体流信息(包括：音频消息和视频消息)相互独立，具有呼叫响应时间短和集群系统架构灵活等特点。
附图说明
本发明有如下附图：
图1为本发明MCPTT集群系统架构示意图。
图2为本发明MCPTT参与服务器内部结构示意图。
图3为本发明MCPTT控制服务器内部结构示意图。
图4为本发明MCPTT集群系统建立组呼的流程示意图。
图5为本发明消息中间件服务器录音的工作流程示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行描述，有必要在此指出的是，本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据以上发明的内容做出一些非本质的改进和调整。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，具体描述如下：
本发明提出一种全新的MCPTT集群系统架构，符合MCPTT协议的规定，并实现了MCPTT集群系统的基本功能。
在本实施例中，在云平台上搭建MCPTT集群系统，通过3G或4G等公众移动通信网络，将MCPTT终端与云平台连接，接入至MCPTT集群系统。
图1为本发明中MCPTT集群系统架构示意图。如图1所示，本发明中的MCPTT集群系统架构包括：若干MCPTT参与服务器、MCPTT控制服务器、数据库代理服务器、组管理服务器、身份管理服务器、媒体转发服务器以及消息中间件服务器。
具体的，在本发明所述的MCPTT集群系统架构中，一个MCPTT控制服务器可以注册多个MCPTT参与服务器。MCPTT控制服务器利用UDP协议，与MCPTT参与服务器交互MCPTT信令。
具体的，在本发明所述的MCPTT集群系统架构中，数据库代理服务器利用TCP协议，与MCPTT集群系统中数据库代理服务器以外的其它内部组件进行控制信息的交互，即：提供数据查询与存储服务。
具体的，在本发明所述的MCPTT集群系统架构中，MCPTT控制服务器利用UDP协议，与媒体转发服务器进行媒体控制信息交互。
具体的，在本发明所述的MCPTT集群系统架构中，媒体转发服务器利用UDP协议，与消息中间件服务器进行媒体流信息交互。
图2为本发明中MCPTT参与服务器内部结构示意图。如图2所示，本发明中所述的MCPTT参与服务器包括：上行模块、下行模块、HTTP模块、FloorControl转发模块四个部分。
具体的，上行模块接收并处理来自MCPTT终端的SIP信令；下行模块接收并处理来自MCPTT控制服务器的信令；HTTP模块将MCPTT终端的位置信息写入数据库代理服务器中的数据库；FloorControl转发模块接收并处理来自MCPTT终端的话语权控制信令。
具体的，在本发明所述的MCPTT参与服务器的内部结构中，下行模块利用UDP协议，与MCPTT控制服务器进行MCPTT信令交互；FloorControl转发模块利用UDP协议，与MCPTT终端进行话语权控制信令交互；上行模块和HTTP模块利用TCP协议，与MCPTT终端进行MCPTT信令交互。
图3为本发明中MCPTT控制服务器内部结构示意图。如图3所示，本发明中所述的MCPTT控制服务器包括：移动链路模块、移动性管理模块、呼叫控制模块以及FloorControl控制模块四个部分。
具体的，移动链路模块完成信令类型识别功能；移动性管理模块完成MCPTT终端注册和附属功能；呼叫控制模块完成单呼、组呼以及优先级呼叫等功能；FloorControl控制模块完成MCPTT终端的话语权仲裁功能。
具体的，在本发明所述的MCPTT控制服务器内部结构中，移动链路模块通过计算机的共享内存，与移动性管理模块、呼叫控制模块以及FloorControl控制模块进行交互(通信)。
在具体实施的过程中，MCPTT集群系统具有单呼、组呼、优先级呼叫以及地理位置上报等功能。
如图4所示，MCPTT集群系统组呼建立的流程包括以下步骤：
S1MCPTT参与服务器发送SIP-INVITE信令至MCPTT控制服务器；
S2MCPTT控制服务器建立用于组呼状态指示的呼叫状态机，并从媒体转发服务器获取转发媒体流消息的系统资源；
S3MCPTT控制服务器发送200OK信令至MCPTT参与服务器；
S4MCPTT参与服务器发送200OK信令至主叫MCPTT终端，并且发送SIP-INVITE信令至被叫MCPTT终端。
所述数据库代理服务器负责MCPTT集群系统中数据库代理服务器以外的其它内部组件的数据查询与存储。在具体实施的过程中，数据库代理服务器使用MySQL，实现了数据的存储与查询。
所述组管理服务器通过HTTP协议或HTTPS协议为MCPTT终端提供MCPTT终端的群组信息。
在具体实施的过程中，组管理服务器使用Nginx，实现了MCPTT集群系统为MCPTT终端提供群组信息查询的功能。
所述身份管理服务器通过HTTP协议或HTTPS协议为MCPTT终端提供MCPTT终端的个人信息。
在具体实施的过程中，身份管理服务器使用Nginx，实现了MCPTT集群系统MCPTT为终端提供个人信息查询的功能。
所述媒体转发服务器负责转发来自MCPTT终端的语音或视频消息和分配预先建立会话的系统资源。
所述消息中间件服务器负责存储MCPTT集群系统中每次呼叫业务的通话录音或视频。
在具体实施的过程中，消息中间件服务器保存每次呼叫的语音至一个录音文件。
图5为消息中间件服务器录音的工作流程示意图。如图5所示，消息中间件服务器实现录音功能的流程包括以下步骤：
S5消息中间件服务器在接收到MCPTT控制服务器发送的呼叫建立信令之后，消息中间件服务器开启一个新的录音线程；
S6消息中间件服务器将语音数据写入录音文件；
S7在接收到MCPTT控制服务器发送的呼叫挂断信令之后，消息中间件服务器关闭步骤S5开启的录音线程；
S8消息中间件服务器将所述录音文件固化，并保存录音文件。
以上所述仅为本发明的优选实施例，而不是全部实施例。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
本说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种MCPTT集群系统架构，其特征在于：所述MCPTT集群系统架构基于MCPTT协议，包括：若干内部组件；
所述若干内部组件包括：若干MCPTT参与服务器、MCPTT控制服务器、数据库代理服务器、组管理服务器、身份管理服务器、媒体转发服务器以及消息中间件服务器；
所述数据库代理服务器与若干MCPTT参与服务器、MCPTT控制服务器、组管理服务器、身份管理服务器、媒体转发服务器、消息中间件服务器进行通信连接，所述若干MCPTT参与服务器与MCPTT控制服务器进行通信连接，所述MCPTT控制服务器与媒体转发服务器进行通信连接，所述媒体转发服务器与消息中间件服务器进行通信连接；所述MCPTT控制服务器与消息中间件服务器进行通讯连接；所述MCPTT参与服务器与若干MCPTT终端进行通信连接；
所述数据库代理服务器用于：为MCPTT集群系统中数据库代理服务器以外的其它内部组件提供数据查询与存储服务，所述数据库代理服务器包括：数据库；
所述MCPTT参与服务器用于：①接入若干MCPTT终端；②上报MCPTT终端的地理位置；③与MCPTT控制服务器交互MCPTT信令；
所述MCPTT参与服务器包括：上行模块、下行模块、HTTP模块以及FloorControl转发模块；
所述上行模块与若干MCPTT终端进行通信连接；
所述上行模块与下行模块、HTTP模块、FloorControl转发模块、进行通信；
所述下行模块与MCPTT控制服务器进行通信连接；
所述下行模块与HTTP模块、FloorControl转发模块进行通信；
所述HTTP模块与数据库代理服务器进行通信连接；
所述FloorControl转发模块与若干MCPTT终端进行通信连接；
所述上行模块用于：与MCPTT终端进行MCPTT信令交互；所述MCPTT信令交互包括：上行模块接收并处理来自MCPTT终端的SIP信令；
所述下行模块用于：与MCPTT控制服务器进行MCPTT信令交互；
所述HTTP模块用于：通过上行模块与MCPTT终端进行MCPTT信令交互，并将MCPTT终端上报的位置信息通过数据库代理服务器写入所述数据库；
所述FloorControl转发模块用于：与MCPTT终端进行话语权控制信令交互；
所述MCPTT控制服务器用于：①建立呼叫状态机；②维护呼叫状态机的正常运行；③仲裁MCPTT呼叫的话语权；④与媒体转发服务器进行媒体控制信息交互；
所述MCPTT控制服务器包括：移动链路模块、移动性管理模块、呼叫控制模块以及FloorControl控制模块；
所述移动链路模块与移动性管理模块、呼叫控制模块、FloorControl控制模块进行通信连接；所述FloorControl控制模块与FloorControl转发模块进行通信连接；
所述移动链路模块用于：识别信令类型；
所述信令类型包括：呼叫控制信令和移动性管理信令；
所述移动性管理模块用于：①MCPTT终端的注册；②确定MCPTT终端的群组附属，并附属MCPTT终端至MCPTT群组
所述呼叫控制模块用于：控制MCPTT集群系统呼叫业务，所述MCPTT集群系统呼叫业务包括：单呼、组呼、优先级呼叫和紧急呼叫业务；
所述FloorControl控制模块用于：仲裁MCPTT呼叫的话语权；
所述组管理服务器用于：为MCPTT终端提供MCPTT集群系统为其配置的群组信息，并为MCPTT终端提供群组信息查询的功能；
所述群组信息包括；群组名称、群组优先级、群组已附属的MCPTT终端和群组可附属的MCPTT终端；
所述身份管理服务器用于：为MCPTT终端提供MCPTT终端的个人信息，并为MCPTT终端提供个人信息查询的功能；
所述个人信息包括：MCPTT终端的用户名、密码以及业务权限；
所述媒体转发服务器用于：①转发来自MCPTT终端的语音或视频消息和分配预先建立会话的系统资源；②与消息中间件服务器进行媒体流信息交互；
所述系统资源包括：转发语音或视频消息的带宽和端口号；
所述媒体流信息包括：音频消息和视频消息；
所述消息中间件服务器用于：存储MCPTT集群系统中每次呼叫业务的通话录音或视频。
2.如权利要求1所述的MCPTT集群系统架构，其特征在于：所述MCPTT集群系统在云平台上搭建，所述若干MCPTT终端与云平台连接，接入至MCPTT集群系统。
3.如权利要求1所述的MCPTT集群系统架构，其特征在于：所述若干MCPTT参与服务器通过UDP协议，与MCPTT控制服务器交互MCPTT信令；
所述MCPTT控制服务器通过UDP协议，与媒体转发服务器进行媒体控制信息交互；
所述媒体转发服务器通过UDP协议，与消息中间件服务器进行媒体流信息交互；
所述下行模块通过UDP协议，与MCPTT控制服务器进行MCPTT信令交互；
所述FloorControl转发模块通过UDP协议，与若干MCPTT终端进行话语权控制信令交互。
4.如权利要求1所述的MCPTT集群系统架构，其特征在于：所述数据库代理服务器通过TCP协议，为MCPTT集群系统中数据库代理服务器以外的其它内部组件提供数据查询与存储服务；
所述上行模块通过TCP协议，与若干MCPTT终端进行MCPTT信令交互；
所述HTTP模块采用TCP协议，通过上行模块与若干MCPTT终端进行MCPTT信令交互。
5.如权利要求1所述的MCPTT集群系统架构，其特征在于：所述组管理服务器通过HTTP协议或HTTPS协议，为MCPTT终端提供群组信息，并为MCPTT终端提供群组信息查询的功能；
所述身份管理服务器通过HTTP协议或HTTPS协议，为MCPTT终端提供MCPTT终端的个人信息，并为MCPTT终端提供个人信息查询的功能。
6.如权利要求1所述的MCPTT集群系统架构，其特征在于：所述上行模块与下行模块、HTTP模块、FloorControl转发模块通过共享内存进行通信；
移动链路模块通过计算机的共享内存，与移动性管理模块、呼叫控制模块、FloorControl控制模块进行通信。
7.如权利要求1所述的MCPTT集群系统架构，其特征在于：所述数据库代理服务器使用MySQL，实现数据的存储与查询。
8.如权利要求1所述的MCPTT集群系统架构，其特征在于：所述组管理服务器使用Nginx，实现：为MCPTT终端提供群组信息查询的功能；
所述身份管理服务器使用Nginx，实现：为MCPTT终端提供个人信息查询的功能。
9.一种应用权利要求1-8任一权利要求所述MCPTT集群系统架构建立组呼的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1 MCPTT参与服务器发送SIP-INVITE信令至MCPTT控制服务器；
S2 MCPTT控制服务器建立用于组呼状态指示的呼叫状态机，并从媒体转发服务器获取转发媒体流消息的系统资源；
S3 MCPTT控制服务器发送200OK信令至MCPTT参与服务器；
S4 MCPTT参与服务器发送200OK信令至主叫MCPTT终端，并且发送SIP-INVITE信令至被叫MCPTT终端。
10.一种应用权利要求1-8任一权利要求所述MCPTT集群系统架进行消息中间件服务器录音的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S5 消息中间件服务器在接收到MCPTT控制服务器发送的呼叫建立信令之后，消息中间件服务器开启一个新的录音线程；
S6 消息中间件服务器将语音数据写入录音文件；
S7 在接收到MCPTT控制服务器发送的呼叫挂断信令之后，消息中间件服务器关闭步骤S5开启的录音线程；
S8 消息中间件服务器将所述录音文件固化，并保存录音文件。
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