基于自组织网络的无中心指挥调度系统研究

2018-05-10侯荣涛

数字通信世界 2018年4期

侯荣涛

（南京维科通信有限公司，南京 210038）

1 引言

传统通信网络包括4层结构[1]：增值业务层，通信层，传输层和终端层，其网络架构存在以下缺陷：一是网络架构是基于通信基础设施的金字塔型结构，属于有中心网络。网络中存在单点故障，任何中心网元发生损坏，网络的局部甚至全网将面临瘫痪的危险；二是网络都是基于固定设置，网络之间基于有线连接方式，网络无法移动，只有终端可以移动，这种类型的网络易被摧毁，无法机动灵活部署；三是网络的带宽较低，对视频等高带宽应用的支持无法提供可靠保证；四是对指挥调度业务的支持不足，无法支持PTT（Push To Talk）业务。虽然公网也推出了PoC（PTT over Cellular）业务，但对于专业的指挥调度需求，PoC的接续速度和业务能力还是无法满足要求。

本文提出一种基于全IP自组织网络的无中心指挥调度通信系统，克服了上述网络的缺点，可满足专网指挥调度系统机动、快速、灵活的部署要求。

2 系统组成与网络结构

2.1 系统组成

全系统包括四大模块：一是编解码模块：完成语音和视频信号的编解码处理；二是自组网模块：基于Ad-hoc自组织网络技术[2]，网络无中心、自组织、自愈合、抗摧毁，自组网模块对外提供标准的以太网接口；三是业务处理模块：实现点对点话音、点对多点话音、按键即讲（PTT）等指挥调度相关业务；四是以太网交换模块：提供系统内部和外部的IP交换。系统组成如图1所示。

2.2 网络结构

系统在传输层基于Ad-hoc自组织网络技术，实现多跳宽带数据传数，去掉传统网络架构中的交换机、路由器等中心设备网元设备。

系统在通信层基于全分布式设计思想[3]，去掉BS、MSC、LR、GW等核心通信基础设施网元，将其功能分布到网络边缘的智能终端中。

图1 无中心指挥调度系统组成

3 系统呼叫实现方法

指挥调度呼叫方法有4部分完成：终端注册；点对点呼叫；单点对多点呼叫；PTT话权抢占。如图2（a）～（d）所示。

图2 指挥调度呼叫方法

3.1 终端注册

注册流程在如下3种情况下触发：

（1）开机注册：终端开机后，向全系统广播注册消息，通知系统中的其他终端节点自己当前状态。

（2）状态更新注册：当终端的状态发生改变时，立即向全网广播注册消息。（3）周期注册：终端每隔一定的周期（可设），向全系统广播注册消息，告知自己的当前状态。周期注册是为了避免系统中其他终端暂时脱网接收不到其他终端的注册消息。

3.2 点对点呼叫

点对点呼叫是将主叫视为初始端，被叫视为呼终端，根据被叫号码，检索自己的数据库，计算出被叫终端的IP地址，然后向被叫终端发起呼叫。

3.3 单点对多点呼叫

单点对多点呼叫之前，系统会对终端进行编组，使每个组包含若干终端号码。组呼发起后，系统会根据组呼号码确认组内的终端地址，然后基于组播方式（为简单起见，也可以采用广播方式）向组内的终端发起呼叫请求。

在进行组呼时：呼叫确认消息Ack可选，组呼不必被叫确认，Ack消息的目的是为了组呼发起者统计有多少组内成员能够接听该呼叫；组呼中被叫用户没有振铃和摘机操作，是直接接听话音；Release信令为整个通话组的释放，不是一次PTT 抢占的释放。

3.4 PTT话权抢占

用户按下PTT键，系统会根据当前呼叫ID检索出该编组相关信息，然后基于组播（或广播）向组内用户发送PTT请求消息，随后基于同样的路径发送语音包。组内用户收到该PTT请求消息后，闭锁自己的PTT请求，并打开接收端口，准备接收话音信息。系统设备出线均采用连接器，坚固可靠。设备外出口包括电源、自组网天线（若干）、视频接口、音频接口、调试口、以太网接口等，同时为了散热，还包含通风口。设备外配电话手柄，手柄上包括数字按键和PTT按键，同时设备支持声音外放功能，全系统可以基于车载式和单兵背负式两种形态设计。