主頁（http://www.130131.com）：基于IP結(jié)構(gòu)的省域模擬集群通信網(wǎng)

一、前言

中國公安350兆模擬集群網(wǎng)是中國最大的專用移動通信網(wǎng)，迄今全國已有三分之二以上的地市建設(shè)了各自的模擬集群通信系統(tǒng)。這些系統(tǒng)正在朝兩個方向發(fā)展，經(jīng)濟實力雄厚且技術(shù)力量強大的省市如北京市公安局和上海市公安局已經(jīng)使用數(shù)字集群，但模擬集群仍保留下來，作為數(shù)字網(wǎng)的補充和備份;目前沒有條件上數(shù)字集群的地方，紛紛將獨立的同型或異型模擬集群聯(lián)網(wǎng)，特別是全省區(qū)域聯(lián)網(wǎng)，如寧夏回族自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)。在可預(yù)見的若干年內(nèi)，模擬集群仍將是中國警用無線通信的主力。

公安部一所在全國最早推出全市聯(lián)網(wǎng)的模擬集群系統(tǒng)，建設(shè)了青島大網(wǎng)、鄭州全市網(wǎng)等成功的警用通信網(wǎng)。在這些聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其他廠家的類似系統(tǒng)中，單個基站內(nèi)部符合MPT1327和CPS標準，從基站出來的模擬信號送進PCM復(fù)用器，通過E1接口，進入光纜或微波傳輸網(wǎng)，到達另一個或幾個基站，再經(jīng)PCM復(fù)用器解碼還原模擬信號。因此傳輸鏈路是一種基于E1的結(jié)構(gòu)。隨著計算機技術(shù)和IP技術(shù)飛速發(fā)展，有的廠家推出了所謂采用IP聯(lián)網(wǎng)的集群系統(tǒng)，信令傳輸采用TCP/IP協(xié)議，話音傳輸仍然采用E1方式。公安部一所聯(lián)合寧夏自治區(qū)公安廳，又一次走在同行前列，新近建設(shè)成真正基于IP結(jié)構(gòu)的模擬集群通信網(wǎng)。在這個先進的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中，單個基站內(nèi)部特性沒有改變，但從基站出來的信令、話音甚至網(wǎng)管數(shù)據(jù)，都是符合TCP/IP協(xié)議的數(shù)字信號，按照分組交換方式，進入公安計算機專用網(wǎng)傳輸并到達目的地。

二、一個基于IP結(jié)構(gòu)的集群通信網(wǎng)

寧夏自治區(qū)350兆警用集群網(wǎng)有這樣幾個特點：

● 聯(lián)網(wǎng)鏈路為全IP結(jié)構(gòu)。

● 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、覆蓋范圍大至全區(qū)(省)。參考城域網(wǎng)概念，稱之為省域網(wǎng)。

● 先進的補充子網(wǎng)。在主干網(wǎng)之外，建設(shè)了若干無線延伸站、智能常規(guī)站，與主干網(wǎng)互聯(lián)互通。

● 高可靠性。DC(移動數(shù)據(jù)中心)服務(wù)器采用雙CPU雙硬盤，各基站主控板雙備份。

● 建設(shè)成本低。采用現(xiàn)有公安計算機專網(wǎng)作為傳輸鏈路大大減少建網(wǎng)投資，盡量保留現(xiàn)有基站設(shè)備并加以改造也節(jié)省大量資金。

其中最大的特點是一個基于IP結(jié)構(gòu)的集群通信網(wǎng)。

1、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

(1)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

寧夏省域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)用圖1、圖2示意。

圖1 寧夏公安省域集群網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖2 寧夏公安省域集群網(wǎng)基站結(jié)構(gòu)圖

2、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)描述

(1)三級結(jié)構(gòu)

寧夏省域網(wǎng)為三級結(jié)構(gòu)，與自治區(qū)行政結(jié)構(gòu)和區(qū)域完全對應(yīng)。

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一級節(jié)點設(shè)在區(qū)公安廳，是整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心和管理中心。由一臺DC服務(wù)器(移動數(shù)據(jù)中心)負責(zé)管理轉(zhuǎn)接各市之間的信令傳送以及完成跨市間的呼叫數(shù)據(jù)查詢功能，一級網(wǎng)管中心負責(zé)全網(wǎng)基站參數(shù)和移動臺參數(shù)的設(shè)置、維護、遠程下載等。這個節(jié)點不設(shè)本地基站，只有對全網(wǎng)的話音指揮調(diào)度。一級節(jié)點的數(shù)據(jù)及話音通過公安二級網(wǎng)與其他各站互聯(lián)。

二級站設(shè)在五個地級市，分別是銀川、石嘴山、吳忠、中衛(wèi)和固原。每個二級站包括一個二級節(jié)點和一個本地基站，本地基站負責(zé)該地級市市區(qū)的話音通信，二級節(jié)點是全市的數(shù)據(jù)中心和交換中心，管理該地級市及下轄若干縣，構(gòu)成一個環(huán)。二級節(jié)點的話音和數(shù)據(jù)通過公安二級網(wǎng)與一級節(jié)點互聯(lián)，通過公安三級網(wǎng)與環(huán)內(nèi)各縣互聯(lián)，通過公安計算機專網(wǎng)與其他各環(huán)互聯(lián)。

三級站設(shè)在十四個縣，每個站都是標準的MPT1327集群基站，實現(xiàn)本縣城區(qū)的話音通信以及網(wǎng)絡(luò)管理。三級站的話音和數(shù)據(jù)通過公安三級網(wǎng)與二級節(jié)點互聯(lián)。

(2)站點結(jié)構(gòu)

參看圖2，每個站點配置一臺網(wǎng)絡(luò)交換機，這是基站設(shè)備與公安計算機專網(wǎng)的接入點，站點內(nèi)相關(guān)設(shè)備和模塊都有獨立IP地址，這些設(shè)備和模塊都掛在交換機上。網(wǎng)管計算機、調(diào)度計算機和CXU板是內(nèi)部IP地址，形成一個內(nèi)網(wǎng)，IPNU板是外部IP地址，接入外網(wǎng)。調(diào)度計算機可以指揮調(diào)度本站的無線用戶，也可以指揮調(diào)度下級站的無線用戶;網(wǎng)管計算機可以管理本站的用戶及參數(shù)，也可以通過公安專網(wǎng)管理下級站的用戶及參數(shù);主控模塊接受本級的管理;最重要的聯(lián)網(wǎng)模塊是名為IPNU的單元，信令在這里被組裝成IP包，發(fā)到網(wǎng)絡(luò)上請求呼叫或傳輸指令，話音也在這里被組裝成IP包，發(fā)到各聯(lián)網(wǎng)基站，實現(xiàn)跨站呼叫。CXU板以HDLC協(xié)議與IPNU板通信，將網(wǎng)管數(shù)據(jù)接收或發(fā)送到外網(wǎng)。

只要在各基站的覆蓋范圍內(nèi)，處于寧夏自治區(qū)某地的一位干警，可以與任一或若干異地的干警實現(xiàn)無線對講，傳達警情。寧夏省域網(wǎng)的信令、話音甚至網(wǎng)管數(shù)據(jù)都實現(xiàn)了IP聯(lián)網(wǎng)。

從管理意義上看，寧夏省域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)是一個樹形結(jié)構(gòu)，頂點是區(qū)廳一級節(jié)點，向下五個分支連到五個二級節(jié)點，每個二級節(jié)點有兩或三個分支連到三級節(jié)點。上級可以訪問本級和下級數(shù)據(jù)庫，增減用戶、設(shè)置權(quán)限、修改參數(shù)、規(guī)定組呼規(guī)模，下級不能訪問上級數(shù)據(jù)庫。

3、技術(shù)要點

(1)聯(lián)網(wǎng)協(xié)議

寧夏省域網(wǎng)信令采用面向連接的TCP協(xié)議，通過“出錯重傳”的機制保證信令的可靠性;話音采用無連接但實時性較好的UDP協(xié)議，由于音頻數(shù)據(jù)冗余量大，允許少量丟失，減少了重傳帶來的時延和網(wǎng)絡(luò)開銷。

(2)占用帶寬

一個IP包的基本帶寬為6.4kbps，考慮其他開銷，應(yīng)保證17kbps。假如一個環(huán)包含4個基站，當環(huán)內(nèi)某個三級站發(fā)起本環(huán)跨站組呼，從該站同時發(fā)出3個IP包，分別發(fā)給3個被叫基站，因此主叫基站占用17k×3 =51 kbps帶寬。如果這個三級站發(fā)起一個包含本環(huán)和其他環(huán)的跨站組呼，從該站仍同時發(fā)出3個IP包，分別發(fā)給環(huán)內(nèi)3個被叫基站，二級站將收到的IP包復(fù)制后傳給下一個或幾個二級站，這些二級站繼續(xù)復(fù)制IP包并傳給本環(huán)的三級站。由于寧夏省域網(wǎng)一共5個二級站，如果從區(qū)公安廳調(diào)度臺發(fā)起一個包含全網(wǎng)所有基站的組呼，區(qū)廳出口可能占用的最大帶寬是17k×5 =85kbps。

(3)核心模塊

主控模塊CXU板是基站的核心部分，負責(zé)呼叫處理、信道控制和監(jiān)控系統(tǒng)其他部分操作狀態(tài)，提供實時的系統(tǒng)和用戶管理。提供512×512路數(shù)字交換，用于系統(tǒng)各種話音及數(shù)據(jù)交換。提供一個10M以太網(wǎng)絡(luò)接口與計算機通信。

IP聯(lián)網(wǎng)模塊IPNU板是各個基站間聯(lián)網(wǎng)的核心模塊。將CXU板過來的64k的 PCM信號，在AC48105型高速處理器中壓縮成6.4k的IP Packege(IP包)，傳到公安計算機專網(wǎng)，實現(xiàn)集群基站聯(lián)網(wǎng)。為保證通信質(zhì)量，基站間的話音數(shù)據(jù)采用G.723.1編碼方式壓縮�？赏瑫r發(fā)起最多5路的IP話音呼叫。

三、寧夏省域網(wǎng)的意義

1、現(xiàn)代信息網(wǎng)及發(fā)展趨勢

自電報發(fā)明以來，人類社會經(jīng)過約180年發(fā)展，通信的概念已遠遠超出最初的涵義，已經(jīng)建設(shè)了電話通信網(wǎng)、計算機通信網(wǎng)和電視通信網(wǎng)三個龐大的通信網(wǎng)，構(gòu)成人類賴以生存的現(xiàn)代信息網(wǎng)。特別是進入二十一世紀，信息與通信技術(shù)為核心的技術(shù)革命對世界各國的經(jīng)濟、社會與文化生活正產(chǎn)生著更復(fù)雜而深刻的影響。

長期以來科技界、產(chǎn)業(yè)界和政府部門一直探索將各種電信網(wǎng)絡(luò)融為一體，使人類信息交流更快速、更便利、更經(jīng)濟。得益于近幾年來通信技術(shù)、計算機技術(shù)和IP技術(shù)的巨大進步，人們找到了三網(wǎng)融合的有利條件——TCP/IP通信協(xié)議，它為三網(wǎng)在業(yè)務(wù)層面的融合奠定了基礎(chǔ)。我國在《十一五規(guī)劃建議》中著重指出，要“加強寬帶通信網(wǎng)、數(shù)字電視網(wǎng)和下一代互聯(lián)網(wǎng)等信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進‘三網(wǎng)融合’，健全信息安全保障體系。”摩托羅拉已與上海電信簽約共同搭建上海市800兆數(shù)字集群政務(wù)共網(wǎng)，該網(wǎng)采用基于全IP技術(shù)的TETRA數(shù)字集群系統(tǒng)。這些事例說明，現(xiàn)代信息網(wǎng)的發(fā)展趨勢是三網(wǎng)融合，其共同的橋梁就是TCP/IP技術(shù)。

2、作用和意義

當今中國高速公路四通八達，信息傳輸快捷便利，為罪犯流動作案帶來方便，也為公安機關(guān)快速反應(yīng)、跨區(qū)作戰(zhàn)、處置突發(fā)事件、搶險救災(zāi)和大型警衛(wèi)安保任務(wù)創(chuàng)造了條件，公安無線通信必須緊跟和適應(yīng)新形勢的需要。寧夏公安省域集群網(wǎng)正是在這種新形勢下誕生的新事物，用最先進的技術(shù)構(gòu)建了一個大規(guī)模的集群通信網(wǎng)，使寧夏公安的話音調(diào)度通信躍上一個新臺階，為新世紀的公安信息通信提供強有力支持，為維護穩(wěn)定、打擊犯罪、服務(wù)群眾和行政管理提供強有力手段，顯著提高了寧夏公安機關(guān)統(tǒng)一指揮、快速反應(yīng)、協(xié)同作戰(zhàn)的能力，顯著提高了寧夏公安無線通信現(xiàn)代化水平。

寧夏省域網(wǎng)符合現(xiàn)代信息網(wǎng)發(fā)展趨勢。

四、存在的問題和發(fā)展前景

IP交換的主要問題是時延、擁塞甚至丟包。寧夏公安省域集群網(wǎng)基于IP交換，必然受這些問題影響，當前最敏感的是傳輸帶寬不夠。在發(fā)達地區(qū)如青島市，公安二、三級網(wǎng)均為百兆，有足夠的資源支持集群聯(lián)網(wǎng)。寧夏目前二級網(wǎng)帶寬4M，三級網(wǎng)帶寬2M，要傳輸計算機人口信息、電視電話會議等多種業(yè)務(wù)，本身已非常繁忙，再加上集群聯(lián)網(wǎng)，帶寬嚴重不足。即便是帶寬充足，由于計算機網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)性特點，也會造成信息延遲甚至丟失，不如電路交換能確保話音質(zhì)量。在帶寬如此緊張情況下，話音質(zhì)量更難保證，很容易出現(xiàn)呼叫失敗、話音延時大、斷續(xù)等問題。

值得期待的是寧夏公安廳正在對全區(qū)公安計算機專網(wǎng)擴容，今年內(nèi)就可將二級網(wǎng)一步擴到100M，三級網(wǎng)擴到4M.這將大大緩解目前傳輸帶寬緊張的狀況，明顯提高集群通信的服務(wù)質(zhì)量。

采用公安計算機專網(wǎng)作為聯(lián)網(wǎng)鏈路也是一種很好的方式。由于公安計算機專網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)相互獨立，公安領(lǐng)導(dǎo)部門可以根據(jù)需要分配帶寬，保證鏈路暢通，而互聯(lián)網(wǎng)是無法控制的，容易出現(xiàn)傳輸受阻的問題。

可以相信，金盾工程的實施和IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將很快突破網(wǎng)絡(luò)帶寬的制約，為集群系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)提供一個優(yōu)良的平臺，寧夏公安省域集群網(wǎng)一定是一個先進、快速、通暢的無線通信大網(wǎng)。

五、結(jié)束語

公安部一所通信事業(yè)部最近為寧夏回族自治區(qū)公安廳建設(shè)了全省規(guī)模的警用模擬集群通信網(wǎng)。該網(wǎng)在聯(lián)網(wǎng)技術(shù)上是最先進的，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模上是前所未有的。該網(wǎng)的最大特點是一個基于IP結(jié)構(gòu)的省域模擬集群通信網(wǎng)。雖然對IP結(jié)構(gòu)傳輸話音的效果仍存在不同看法，但在人類社會進入數(shù)字化時代的大趨勢下，在新理論、新技術(shù)飛速發(fā)展中，三網(wǎng)融合遲早將實現(xiàn)，IP結(jié)構(gòu)必定是模擬集群以及數(shù)字集群聯(lián)網(wǎng)的方向。