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警用无线宽窄融合通信应用研究

作者:深圳市鑫日升科技有限公司 浏览: 发表时间:2022-02-10 00:00:00 来源:特种安防网

1 我国警用无线通信发展历程

我国的警用无线通信开始于20世纪50年代,当时从捷克、苏联等***购买了少量的便携式无线通信装备。1988年,我国从芬兰的NOKIA公司引进***批模拟集群通信系统,其使用的MPT-1327信令协议作为国际标准在世界范围内得到广泛应用。MPT-1327的大区制特性和相对较低的建网成本能很好地满足了我国警用通信需求,该标准成为我国警用通信的行业标准。随着通信业务的不断深入,模拟集群系统的频谱利用率低、抗干扰能力弱、语音容易被监听等种种弊端逐渐显现,而以数字调制技术、数字话音编码、多址技术、抗衰落技术以及数字语音终端和数字信令控制等数字技术为代表的数字集群通信系统充分发挥其优越性能,完成了无线通信由模拟到数字的华丽转身。国际上比较成熟的数字集群通信技术有Tetra、DMR、P25等,但受到建网成本、专利门槛、安全加密等客观因素的制约,均不能完全适合我国公安行业应用。2010年,由公安部牵头,国内有良好技术基础的十多家集群通信领域的企业、科研机构联合成立了“专业数字集群产业技术创新战略联盟”,共同制定了符合我国国情的警用数字集群标准(以下简称PDT)[1]”。PDT具有***利用频谱资源和大区制组网的特点,实现了从模拟MPT1327到数字集群的平滑过渡[2]。其业务功能丰富,可扩展,向后兼容,同时系统和终端成本较低,网络建设速度较快,总体运维成本较低。由我国自主研发的高级别端到端的安全加密技术可支持鉴权、空口加密、端到端语音和数据加密,能提供一套具有自主知识产权的加密算法、完整的安全加密子系统以及全国联网安全加密解决方案,满足了公共安全部门对系统终端安全性的特殊需求[3-5]

如今的警用无线通信已不满足于语音、短消息、卫星定位等窄带业务功能,对视频、图像、物联网数据、互联网数据等宽带传输业务需求日益增多,警用无线通信由窄带向宽带化演进已是势在必行。但完全弃用现有已建成的窄带网络、采用宽带专网承载所有业务的方式,又会将公安无线通信专网的未来发展引向歧途。一方面,***建设宽带网络的高额基础设施投入与后期运维的庞大开销公共安全部门是否能够承担值得商榷;另一方面,PDT技术更趋成熟,同时经过多年部署与实战考验,其安全性与可靠性更令人放心。特别是遭遇重特大自然灾害或恐怖袭击时,PDT窄带系统保证了***基本也是***重要的语音通信,是重大安保、反恐处突、应急救援、抢险救灾的“***一道屏障”。因此,窄带专网系统与宽带专网系统长期共存发展有其合理性与必然性,通过宽窄带融合的方式实现专网无线通信系统的平滑演进已成为主流共识[6-9]

2 宽窄融合通信系统设计

宽窄融合通信系统包含宽带P-LTE基站、窄带PDT基站、模拟常规中转台、融合核心网设备、融合网管、统一指挥调度中心、终端设备以及公网站点,实现了公安宽窄带融合通信组网方案。其不仅可以实现窄带系统与专网宽带系统的互联互通,在宽窄带专网无法覆盖的地方,还可以通过公网进行补充,解决专网业务连续性的问题,进一步提高消息转发和融合的效率,组网方案如图1所示。

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图1 宽窄融合通信系统架构图

融合核心网通过多媒体融合通信(Multimedia Unified Communication,简称MUC)平台实现宽带系统与窄带系统的互联互通。MUC平台是多种复杂技术的集成应用,它可以屏蔽底层复杂的异构网络组网细节,将传输管道透明化,打破窄带系统、宽带专网系统和宽带公网系统等各类异构通信系统间的通信壁垒,构建一个具有强大兼容性的一体化融合通信系统[10]

指挥调度系统融合模拟常规、数字集群、公网宽带和专网宽带等系统,实现不同制式系统间的互联互通,提供远程统一调度与管理的数字调度解决方案。指挥调度系统可以实现对PDT终端用户和多模终端用户的统一指挥调度,包括单呼、组呼和短信等功能。

融合网络管理系统支持同时接入窄带系统和宽带系统,可以统一管理PDT终端和多模终端用户,支持对用户开户、开组和混合编组管理,可以管理网络内的设备,监控网内告警信息。

3 宽窄融合通信关键技术

3.1 双模同号技术

智能多模终端融合了窄带DMR/PDT、TETRA等技术和宽带3G/LTE、Wi-Fi 等技术,是一款宽窄带结合的产品,具有专网和公网双通特性,既能与专网对讲机通信,也能与公网电话通信,语音业务和数据业务能够同时进行。多模终端具有接入PDT窄带系统和宽带公网对讲系统的双重能力,在PDT窄带系统和宽带公网对讲系统中可以采用相同号码接入,系统根据业务类型自动寻呼终端,不论多模终端登记在PDT窄带系统还是宽带公网对讲系统,终端号码始终惟一。如图2所示。

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图2 双模同号技术方案

在PDT窄带系统覆盖盲区,多模终端会侦测窄带信号的强弱,自动切换到覆盖范围更广的公共移动网络,保证应急通信的畅通。同时,多模终端强大数据传输功能将极大提高公共安全人员处理应急事件的能力。多模终端利用双模同号双通策略充分发挥自身宽窄融合的优势,可以在窄带系统与宽带系统之间实现语音无缝对接,双模同号双通策略如下:

一是多模终端采用一个号码,归属在窄带系统。二是多模终端的注册分为语音业务注册、多媒体业务注册。三是多模终端处于纯窄带覆盖区(仅有窄带信号,没有宽带信号)时,多模终端仅向窄带系统注册语音业务。四是多模终端处于宽窄重叠区(既有宽带信号,也有窄带信号)时,多模终端向窄带系统注册语音业务,并向宽带系统注册多媒体业务。五是多模终端处于纯宽带覆盖区(仅有宽带信号,没有窄带信号)时,多模终端向宽带系统同时注册语音业务和多媒体业务。

3.2 宽窄互通加密

语音的端到端加密是指窄带终端、双模终端、宽带终端之间传输语音信息时,始终以密文形式存在和传输,信息在被传输到达目的终端之前不进行解密,在整个传输过程中均受到保护,即发送终端加密,接收终端解密,网络和系统均不参与加解密过程,只负责透传。端到端加密一般分为硬加密方式和软加密方式,硬加密技术方案图3所示。整个硬加密系统由KMS(Key Management System,密钥管理系统)、MDM (Mobile Device Management,移动终端管理系统)、加密TF卡组成。双模终端通过插入加密TF卡实现对宽带音视频媒体流的加解密,宽带系统及PDT系统对加密后的音视频媒体流进行透传。密钥管理则通过KMS系统根据加密策略实时更新密钥,并经过MDM系统下发到各双模终端的TF卡上,从而实现密钥创建、更新、删除等操作。

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图3 硬加密技术方案

软加密技术方案如图4所示。整个软加密系统由密钥加载客户端、MDM服务器和加密Lib库组成。双模终端通过加密Lib库实现对音视频媒体流的加解密,宽带系统及窄带系统对加密后的音视频媒体流进行透传。密钥通过加载客户端下发到MDM服务器,MDM根据终端管理策略下发给各终端。

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图4 软加密技术方案

4 宽窄融合实验局应用

宽窄带融合实验局落地在某市交警大队,覆盖太阳岛景区、冰雪大世界、湿地公园、市政府、万宝大道、润恒批发市场等交警勤务量大、业务集中的区域。另外,在某省公安厅也建立演示站点。实验局共部署5个宽带站点和3个窄带站点,宽带站点分别是省公安厅站点、太阳岛1号塔、太阳岛3号塔、某企业站点和某区交警大队站点;3个窄带站点分别是交警大队站点、某企业站点和省公安厅站点。另外部署了网管客户端2套,调度台客户端3套,实验局核心网部署在某企业。实验局通信覆盖情况如图5所示。

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图5 实验局通信覆盖范围

通过对实验局宽窄融合通信的深入研究,实现了宽窄系统间的混合语音单呼、混合语音组呼等语音集群业务,实时短数据、组播短数据等集群数据业务,还实现了紧急呼叫、组播呼叫、动态重组等集群补充业务,以及宽带系统侧的视频上拉、视频组呼等多媒体集群业务。完成了窄带集群和宽带集群的深度融合,有利于宽窄带资源互补,综合发挥两种通信系统优势,在广域覆盖于区域重点覆盖相结合的需求中节约成本。

5 结束语

通过宽窄带融合网络的建设和部署,将从根本上解决公安机关对移动宽带业务的需求,在保护现有窄带网络基础建设的同时,提供宽带网络的补充覆盖和业务升级,充分发挥宽、窄系统各自优势。宽窄融合实验局的成功建设为我国公安的专网通信宽带化演进提供指导借鉴作用。


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