CN103533513A - 一种数字集群通信***及其构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字集群通信***及其构建方法，数字集群通信***包括：终端、演进的基站(eNodeB)和集群调度子***，集群调度子***包括：调度服务器(PDS)、归属寄存器(PHR)、调度台服务器(DAS)、调度台客户端(DAC)；eNodeB与PDS相连，为终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载；PDS连接DAS和PHR，DAS连接DAC；其中，PDS用于执行集群呼叫的建立和释放、语音的汇集和转发；PHR用于对集群中的集团、群组和用户进行管理，并执行认证、鉴权和计费；DAS用于执行DAC接入，为用户提供调度台服务；DAC用于提供人机界面，对集团内的群组、用户发起集群呼叫。本发明能够隔离LTE EPC核心网，兼容已有的集群***。

Description

一种数字集群通信***及其构建方法
技术领域
本发明涉及集群通信技术领域，尤其涉及一种数字集群通信***及其构建方法。
背景技术
集群通信***是为了满足行业用户指挥调度需求而开发的、面向特定行业应用的专用无线通信***；集群通信***中，大量无线用户共享少量无线信道，以指挥调度为主体应用；集群通信***是一种多用途、高效能的无线通信***。
集群通信***经历了与蜂窝移动通信***类似的发展历程：
第一代集群***是模拟集群通信***，主要支持语音通信；
第二代集群***是窄带数字集群通信***，也是当前国内应用最广泛的集群通信***，窄带数字集群通信***支持语音和低速数据(最高28.8kbps)通信。
从目前集群通信***的发展来看，集群通信***的发展远远落后于公众蜂窝***的发展，其技术创新和产业链等方面都还不尽完备。在数据传输能力和多媒体业务的支持能力方面，目前的窄带数字集群通信***仍然比较落后；目前的窄带数字集群通信***均未达到Mbps数量级的数据传输速率，在频谱利用率和覆盖方面也不能很好的满足需求。
随着移动互联网的飞速发展以及全球无线城市的大规模建设，宽带化成为整个无线通信的发展趋势。行业人员在应用集群通信***进行指挥调度的过程中，已不仅仅要求“听得见”，还要求“看得见”。相应地，集群通信***在技术上也将向***IP化、业务多样化、数据宽带化、终端多模化的方向发展。从具体的应用角度来看，主要体现在高速数据、视频以及构建于此基础之上的多种应用，包括移动办公、多媒体集群调度、视频监控、城市应急联动等方面。
新的集群通信***要求向着以下目标发展：更大的信道容量、更高的频谱利用率、更好的传输性能，采用低成本、可伸缩、可配置的全IP无线多媒体网络架构，兼容已有集群***，并能够实现平滑演进。
然而，目前基于长期演进(LTE，Long Term Evolution)的数字集群***的典型实现方法是对目前的LTE所有网元进行重新设计，以适应于集群***，其架构如图1所示。在图1所示的网络架构中：
对演进的基站(eNodeB)进行改造，增加了无线集群调度功能模块(RTDF)，负责集群业务的相关处理，从演进的移动性管理实体(eMME)接收集群控制指令，为终端分配无线资源，以及将从服务网关(SGW)接收到的业务发起终端发起的业务数据流传送到业务接受终端；
对eMME进行改造，增加了集群控制功能模块(TCF)，负责建立、维护和释放集群业务，进行话语权的管理和调度；
对演进的分组数据网关(e-PGW)进行改造，增加了集群分组功能模块(TPF)，负责集群业务数据流的映射、复制和分发；
对演进的归属用户服务器(eHSS)进行改造，增加了集群用户服务(TSS)，负责存储和管理与集群业务相关的组用户信息。
另外，为支持调度台功能，需要新增调度网关(D-GW)，与eMME、eHSS和ePGW连接。
然而，这种实现方法的主要缺点在于：
1、对LTE EPC核心网进行了全面改造，接口为私有化，无法标准化；
2、对运营商代价比较大，为支持集群功能，需要对现有LTE网络进行全面升级；维护成本高，LTE现有模块或者新增集群模块进行升级，都会带来影响；
3、无法兼容已有的集群***，对已建设有集群***的运营商来说，无法做到平滑升级，为支持LTE集群，需要重新建设，带来巨大的浪费；
4、为支持调度台功能，需要新增D-GW网元，该网元需要与eMME、eHSS和ePGW都连接，造成了接口的复杂化，不易于维护。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种数字集群通信***及其构建方法，以解决现有技术中基于LTE的数字集群***对LTE EPC核心网改动较大、无法兼容已有的集群***等问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种数字集群通信***，包括：终端、演进的基站eNodeB和集群调度子***，所述集群调度子***包括：调度服务器PDS、归属寄存器PHR、调度台服务器DAS、调度台客户端DAC；
所述eNodeB与PDS相连，为所述终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载；所述PDS连接所述DAS和PHR，所述DAS连接所述DAC；
其中，所述PDS，用于执行集群呼叫的建立和释放、语音的汇集和转发；
所述PHR，用于对集群中的集团、群组和用户进行管理，并执行认证、鉴权和计费；
所述DAS，用于执行DAC接入，为用户提供调度台服务；
所述DAC，用于提供人机界面，对集团内的群组、用户发起集群呼叫。
所述PDS包括控制面PDS和媒体面PDS，所述控制面PDS和媒体面PDS之间通过基于控制面的通用分组无线服务隧道协议GTP-C实现的接口相连。
所述eNodeB与控制面PDS之间通过基于流控制传输协议SCTP实现的接口相连；
所述eNodeB与媒体面PDS之间通过基于用户面的通用分组无线服务隧道协议GTP-U实现的接口相连。
所述控制面PDS用于至少执行以下处理：
集群用户的注册和鉴权；
集群业务的管理；
终端位置区的更新；
建立、释放或修改终端上下文；
激活、去激活承载；
业务寻呼。
所述媒体面PDS用于至少执行以下处理：
激活、去激活承载；
媒体流的转发，将呼叫内发言用户的媒体流转发给呼叫内接听用户所在的eNodeB。
所述eNodeB用于至少执行以下处理：
将终端的集群状态上报给PDS；
集群业务相关的终端和eNodeB之间的点对点信令承载；
集群业务相关的终端和PDS之间的点对点信令承载；
将PDS的集群呼叫控制信令下发给终端；
集群业务承载建立和控制。
本发明还提供一种数字集群通信***的构建方法，所述数字集群通信***由终端、演进的基站eNodeB和集群调度子***构成，所述集群调度子***包括：调度服务器PDS、归属寄存器PHR、调度台服务器DAS、调度台客户端DAC；该方法包括：
将所述eNodeB与PDS相连，所述PDS与所述DAS和PHR分别相连，所述DAS与所述DAC相连；所述eNodeB为所述终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载。
所述PDS包括控制面PDS和媒体面PDS，该方法还包括：
在所述控制面PDS和媒体面PDS之间通过基于控制面的通用分组无线服务隧道协议GTP-C实现的接口相连。
该方法还包括：
在所述eNodeB与控制面PDS之间通过基于流控制传输协议SCTP实现的接口相连；
在所述eNodeB与媒体面PDS之间通过基于用户面的通用分组无线服务隧道协议GTP-U实现的接口相连。
本发明所提供的一种数字集群通信***及其构建方法，基于LTE***，通过对集群调度子***进行扩展，对LTE中的eNodeB进行改进，实现了基于LTE的数字集群***；该***完全隔离LTE EPC核心网，能够做到业务完全隔离，且该***架构灵活、易于扩展。
附图说明
图1为现有技术中基于LTE实现数字集群通信***的网络架构示意图；
图2为本发明实施例的一种数字集群通信***的网络架构示意图；
图3为本发明实施例的一种集群用户所在的终端开机注册的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。
本发明实施例提供的一种数字集群通信***，如图2所示，主要包括：终端、演进的通用移动通信***陆地无线接入网(E-UTRAN)、集群调度子***。终端包括用户设备(UE)、固定台、车载台、无线调度台等；E-UTRAN包括eNodeB；集群调度子***包括调度服务器(PDS)、归属寄存器(PHR)、调度台服务器(DAS)和调度台客户端(DAC)。
其中，eNodeB与PDS相连，为终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载；PDS连接DAS和PHR，DAS连接DAC。
PDS，为集群服务的控制中心，用于执行集群呼叫的建立和释放，如：鉴别一按即讲(PTT，Push To Talk)用户、建立PTT呼叫、判断PTT请求等等；PDS还用于执行语音的汇集和转发等处理，如：接收上行链路来的PTT语音包，并分发到下行链路；
PHR，用于对集群中的集团、群组和用户进行管理，并执行认证、鉴权和计费；数字集群通信***为集团提供集群服务，所述集团由多个群组和用户组成，每个用户可以属于多个群组；
DAS，用于执行DAC接入，为用户提供调度台服务；
DAC，用于提供人机界面，对集团内的群组、用户发起集群呼叫。
较佳的，为应对不同的组网场景要求和LTE扁平化的组网结构，PDS分为控制面PDS(C-PDS)和媒体面PDS(M-PDS)。
相应的，eNodeB与C-PDS之间通过T1-C接口相连，T1-C接口为S1接口的扩展，基于流控制传输协议(SCTP，Stream Control Transmission Protocol)实现；eNodeB与M-PDS之间通过T1-U接口相连，T1-U接口为S1接口的扩展，基于用户面的通用分组无线服务隧道协议(GTP-U，GPRS Tunneling Protocolfor the user plane)实现；C-PDS与M-PDS之间通过T11接口相连，T11接口为S11接口的扩展，基于控制面的通用分组无线服务(GPRS)隧道协议(GTP-C，GPRS Tunneling Protocol for control plane)实现。
另外，C-PDS与DAS之间基于用户数据报协议(UDP，User DatagramProtocol)通信；C-PDS与PHR之间基于远程验证拨入用户服务(RADIUS，Remote Authentication Dial In User Service)协议通信；DAS与DAC之间基于UDP/超文本传送协议(HTTP，Hypertext Transport Protocol)通信；DAC与M-PDS之间通过实时传输协议(RTP，Real-time Transport Protocol)通信。eNodeB与终端之间通过LTE-Uu接口相连。
其中，C-PDS主要负责实现以下功能：
1)集群用户的注册和鉴权；
2)集群业务的管理；
4)终端位置区的更新；
5)建立、释放或修改终端上下文；
6)激活、去激活承载；
7)业务寻呼。
M-PDS主要负责实现以下功能：
1)激活、去激活承载；
2)媒体流的转发，将呼叫内发言用户的媒体流转发给呼叫内接听用户所在的eNodeB。
eNodeB主要负责实现以下功能：
1)将终端的集群状态上报给PDS，如获取群组在当前小区的用户个数，以进行下行资源的管理等；
2)集群业务相关的终端和eNodeB之间的点对点信令承载，即无线资源控制(RRC，Radio Resource Control)连接；
3)集群业务相关的终端和PDS之间的点对点信令承载，即上下文；
4)将PDS的集群呼叫控制信令下发给终端；
5)集群业务承载建立和控制。
较佳的，数字集群通信***还可以包括与集群调度子***相连的操作维护子***，用于集群业务相关的配置、性能统计、业务观察等。
本发明实施例还提供一种构建上述数字集群通信***的方法，主要包括：将eNodeB与PDS相连，PDS与DAS和PHR分别相连，DAS与DAC相连；eNodeB为终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载。
较佳的，PDS包括C-PDS和M-PDS，该方法还包括：在C-PDS和M-PDS之间通过T11接口相连，T11接口为S11接口的扩展，基于GTP-C实现；在eNodeB与C-PDS之间通过T1-C接口相连，T1-C接口为S1接口的扩展，基于SCTP实现；在eNodeB与M-PDS之间通过T1-U接口相连，T1-U接口为S1接口的扩展，基于GTP-U实现。
另外，C-PDS与DAS之间基于UDP建立连接；C-PDS与PHR之间基于RADIUS协议建立连接；DAS与DAC之间基于UDP/HTTP建立连接；DAC与M-PDS之间基于RTP建立连接。eNodeB与终端之间通过LTE-Uu接口相连。
在上述数字集群通信***的基础上，本发明实施例还提供了一种集群用户所在的终端开机注册的流程，集群用户所在的终端开机时，可以直接跳过现有技术中在EPC上的注册流程，而直接在C-PDS上进行注册。如图3所示，UEA为集群用户，eNodeB A为UEA所在的基站，UEA在C-PDS进行集群注册的流程主要包括：
步骤101，UE A与其所在的eNodeB A建立RRC连接。
步骤102，UEA基于非接入层(NAS)协议，发送集群注册请求(TrunkingAttach Request)消息给eNodeB A；eNodeB A通过T1-C接口将接收的TrunkingAttach Request消息发送给C-PDS处理。
Trunking Attach Request消息中携带UEA的国际移动用户识别码(IMSI，International Mobile Subscriber Identification Number)、国际移动设备识别码(IMEI，International Mobile Equipment Identity)等内容。
步骤103，C-PDS根据Trunking Attach Request消息中的IMSI/IMEI等信息对UEA进行鉴权，并存储或更新UE的跟踪区(TA，Tracking Area)信息。
步骤104，在对UEA的鉴权通过后，C-PDS基于NAS协议，向UEA返回集群注册接受(Trunking Attach Accept)响应消息。
综上所述，本发明实施例通过对集群调度子***进行扩展、对LTE中的eNodeB进行改进，所实现的基于LTE***的数字集群***，对现有LTE EPC核心网的影响不大，能够完全隔离LTE EPC核心网，能够做到业务完全隔离；且本发明实施例的数字集群***能够提供更大的信道容量、更高的频谱利用率、更好的传输性能，采用低成本、可伸缩、可配置的全IP无线多媒体网络架构，能够很好的兼容已有的集群***，实现业务隔离，并能够实现平滑演进。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种数字集群通信***，其特征在于，包括：终端、演进的基站eNodeB和集群调度子***，所述集群调度子***包括：调度服务器PDS、归属寄存器PHR、调度台服务器DAS、调度台客户端DAC；
所述eNodeB与PDS相连，为所述终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载；所述PDS连接所述DAS和PHR，所述DAS连接所述DAC；
其中，所述PDS，用于执行集群呼叫的建立和释放、语音的汇集和转发；
所述PHR，用于对集群中的集团、群组和用户进行管理，并执行认证、鉴权和计费；
所述DAS，用于执行DAC接入，为用户提供调度台服务；
所述DAC，用于提供人机界面，对集团内的群组、用户发起集群呼叫。
2.根据权利要求1所述数字集群通信***，其特征在于，所述PDS包括控制面PDS和媒体面PDS，所述控制面PDS和媒体面PDS之间通过基于控制面的通用分组无线服务隧道协议GTP-C实现的接口相连。
3.根据权利要求2所述数字集群通信***，其特征在于，
所述eNodeB与控制面PDS之间通过基于流控制传输协议SCTP实现的接口相连；
所述eNodeB与媒体面PDS之间通过基于用户面的通用分组无线服务隧道协议GTP-U实现的接口相连。
4.根据权利要求3所述数字集群通信***，其特征在于，所述控制面PDS用于至少执行以下处理：
集群用户的注册和鉴权；
集群业务的管理；
终端位置区的更新；
建立、释放或修改终端上下文；
激活、去激活承载；
业务寻呼。
5.根据权利要求3所述数字集群通信***，其特征在于，所述媒体面PDS用于至少执行以下处理：
激活、去激活承载；
媒体流的转发，将呼叫内发言用户的媒体流转发给呼叫内接听用户所在的eNodeB。
6.根据权利要求1至5任一项所述数字集群通信***，其特征在于，所述eNodeB用于至少执行以下处理：
将终端的集群状态上报给PDS；
集群业务相关的终端和eNodeB之间的点对点信令承载；
集群业务相关的终端和PDS之间的点对点信令承载；
将PDS的集群呼叫控制信令下发给终端；
集群业务承载建立和控制。
7.一种数字集群通信***的构建方法，其特征在于，所述数字集群通信***由终端、演进的基站eNodeB和集群调度子***构成，所述集群调度子***包括：调度服务器PDS、归属寄存器PHR、调度台服务器DAS、调度台客户端DAC；该方法包括：
将所述eNodeB与PDS相连，所述PDS与所述DAS和PHR分别相连，所述DAS与所述DAC相连；所述eNodeB为所述终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载。
8.根据权利要求7所述数字集群通信***的构建方法，其特征在于，所述PDS包括控制面PDS和媒体面PDS，该方法还包括：
在所述控制面PDS和媒体面PDS之间通过基于控制面的通用分组无线服务隧道协议GTP-C实现的接口相连。
9.根据权利要求8所述数字集群通信***的构建方法，其特征在于，该方法还包括：
在所述eNodeB与控制面PDS之间通过基于流控制传输协议SCTP实现的接口相连；
在所述eNodeB与媒体面PDS之间通过基于用户面的通用分组无线服务隧道协议GTP-U实现的接口相连。
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