专网从窄带迈向宽带是必由之路

【摘  要】随着公众网通信从4G开始迈向5G，数字集群专网也在逐步向宽带多媒体方向演进，为全面走向宽窄带奠定了基础。首先提出了专网宽窄带融合是必然趋势，介绍了我国B-TRUNC标准和国际主流标准，随后分析了宽窄带融合中的服务对象，最后总结出在宽窄带技术融合的进程中，宽带专网要快速发展，需深入了解行业特点、了解任务关键型用户的需求，从而有针对性地建设适合行业特点的应用平台。

【关键词】数字集群;宽窄带融合;任务关键型;行业应用

中图分类号：TN929.5

文献标志码：A        文章编号：1006-1010（2019）03-0018-06

引用格式：丁锐. 专网从窄带迈向宽带是必由之路[J]. 移动通信， 2019，43（3）： 18-23.

[Abstract] With the development of public network communications from 4G to 5G， the digital trunking private network is gradually evolving towards broadband multimedia， which lays the foundation for the overall movement to broadband and narrowband. Firstly， it is pointed out that narrowband and broadband convergence of private networks is an inevitable trend， and the B-TRUNC standard in China and the mainstream international standards are introduced. Then， the service objects in the process of broadband and narrowband convergence are analyzed. Finally， it is concluded that， in order to develop rapidly broadband private networks， it is important to know the industrial characteristics and the demands of mission-critical users in the process of broadband and narrowband technology convergence， and construct the application platform suitable for the industrial characteristics accordingly.

[Key words]digital trunking; broadband and narrowband integration; mission critical; industrial applications

1   引言

中国专网的发展从模拟到数字是一个不断提升和自我完善的过程。自2000年以来数字通信技术不断发展，数字集群专网以其稳定可靠的表现，保障了奥运会、亚运会、大运会、青运会等国际赛事，保障了财富论坛、亚欧峰会、中非论坛、上合峰会、世博会、东亚博览会、APEC峰会、G20峰会、一代一路峰会和党的十九大等重要会议，保障了建国六十周年阅兵、反法西斯胜利70周年阅兵。随着公众网通信从4G开始迈向5G，数字集群专网也在逐步向宽带多媒体方向演进，为全面走向宽窄带奠定了基础。

2   专网宽窄带融合是必然趋势

2.1  现存的窄带专网

在我国使用专网通信最早、最广泛的部门是公共安全部门，目前已经采用数字通信技术实现语音指挥调度。从80年代的150兆常规移动通信开始，发展到90年代的350兆MPT1327模拟集群通信，再到2013年开始建设350兆PDT数字集群通信系统。截止到2017年9月，全国公安机关共有252各地市建设了PDT窄带专网，交换中心366个、基站10 200个、终端603 100部，可以满足公安机关公安机关执法办案基本语音调度需求，到“十三五”末期，将全面建成全国统一PDT（网络、电台配备率达到80%）。

目前，国内800兆无线政务网主要采用TETRA技术标准，它是一个成熟、可靠的标准，能夠满足用户高品质的语音调度和短数据需求。窄带通信通常指对讲机和集群通信，网络接入速度低于64 kbit·s-1，以语音通话为主兼有短数据功能。迄今，TETRA在国际上有120个国家的数千个TETRA数字集群通信网络，包括政府及公共安全网络以及各行业的专用通信网络，为政府和专业用户提供通信服务。

世界上最大的国家级专网BOSNET从规划到建设经历十余年。从2008年开始进行网络部署到2013年5月核心网建设完成投入使用，2016年实现德国全国99%的覆盖，2018年用户数将超过80万（如图1所示）。用户构成10%为联邦机构，90%为各州政府机构。网络的规划、建设、运营、管理由BDBOS负责，网络的运维工作外包给阿尔卡特朗讯公司（目前的诺基亚公司）。网络有5 000个基站。核心网有66个交换机、4个汇接交换中心、2个网管中心，汇接交换机间采用全网状连接，接入交换机上联两个汇接交换机，网管中心连接到两个汇接交换中心。在汇接交换中心建有2个备用交换机，基站接入采用环形拓扑结构，接入两个交换中心，平均每个环有5个基站。指挥中心连接至2个交换中心，全网可以连接700个指挥中心，7 000个席位。

预计2020年专网用户将达到130万～150万。用户中警察占37%，非警察占60%，联邦用户占3%。在网注册用户近80万户，来自德国所有政府及安全部门和组织，如：联邦警察、地方警察机构、消防、救援、防灾、民防、海关等机构。

从2000年开始，英国国内政部（Home Office）提出了建设全国专用无线通信系统的计划，决定采用符合数字集群规范的TETRA系统，并为该项目取名为“Airwave”，由此开始了在世界上有较大影响的政府应急通信无线专网的建设。为了全面提升应急通信保障能力，英国内政部经过认真考虑之后，对过去的政府部门所用的集群系统的替代方案进行了评估并提出下一步计划，最终确定实施“公共安全无线通信计划”（PSRCP， Public Safety Radio Communications Project），该计划将在利用开放标准的 TETRA 技术建设全国性数字集群网络以取代各个区域性模拟系统。2000年内政部与英国电信公司（BT）签署了无线通信服务合同（BT Airwave 服务合同），标志着该项目正式启动。与此同时， 英国电信和摩托罗拉公司签订了一项设备供应合同，由摩托罗拉为英国电信提供Airwave所需要的、覆盖全国的TETRA政府应急通信专用网络。项目建设3 500多个基站（含有直升机应急基站）和7个大区，项目为不同用户配置了的调度台，全国共有4 500余个调度台。

2018年全球领先市场分析公司IHSMarkit发布了TETRA市场报告（如图2所示），数据显示，2017年全球TETRA出货量增长15%，远高于LMR/PMR技术的平均水平，所有主要地区均有强劲增长。2017年TETRA增长最快的市场是亚洲，2017年单独部署增加27%。未来五年，预计增长最大的市场是美洲。

目前为止最大的市场仍然是欧洲，大约占TETRA所有用户的一半。从意大利的PIT警察网络到保加利亚警察部队网络，建立国家TETRA网络的投资得到了各个欧洲国家的重视。德国拥有全球最大的TETRA用户数量，占欧洲TETRA用户的30%，而IHS Markit预计至2030年甚至之后的德国TETRA市场仍然强大。

2.2  发展中的宽带专网

近年来随着无线通信技术的飞速发展，专网通信系统对宽带通信的需求也在明显提升，日常工作和处理应急事件也会用到宽带数据业务，特别是语音、数据、图像和视频混合使用以满足协同作业、移动视频监控、城市应急联动等，使现场工作人员快速获得像办公室一样的信息资源。

（1）我国B-TrunC标准

目前宽带专网通信标准已经制定完成。国内主导的B-TrunC宽带标准已完成了阶段1的标准，它是基于LTE技术标准制定的。根据2017年8月7日工信部办公厅公开发布的《工业和信息化部办公厅关于印发2017年第二批行業标准制修订计划的通知》，相关起草单位将在2018年完成基于LTE技术的宽带集群通信（B-TrunC）第2阶段相关标准的制定，预计在2019年开始制定宽带集群通信（B-TrunC）第3阶段相关标准。国务院办公厅发布的国家突发事件应急体系建设“十三五”规划：制定不同类别通信系统的现场应急通信互联互通标准，研发基于4G/5G的应急通信手段，加快城市基于1.4G频段的宽带数字集群专网系统建设，加强无线电频率管理，满足应急状态下海量数据、高宽带视频传输和无线应急通信等业务需要。如今在北京、天津、南京、上海、广州等主要城市已经使用基于B-TrunC标准的LTE宽带集群系统构建无线政务专网，为用户提供城市管理与公共服务、政府移动办公、重大活动保障、政府公共安全和应急服务;上海、武汉、漓江、西安、齐齐哈尔等地公共安全部门采用基于B-TrunC标准的LTE宽带集群建设其新一代宽带无线网络，为公共安全领域提供更加贴近实战的场景;北京、郑州、杭州、温州、石家庄、武汉、青岛、乌鲁木齐等多个城市地铁线路已经采用基于B-TrunC标准的LTE系统作为车地无线通信系统进行业务承载，满足城市轨道交通通信综合业务需求;上海虹桥和浦东机场、三亚机场、新郑机场、南宁机场陆续采用基于B-TrunC标准的LTE宽带集群专网建设其新一代宽带无线网络，进行机坪移动作业管理应用。除了以上行业应用，基于B-TrunC标准的LTE宽带集群系统还在港口、铁路站场、电力、水利、石油石化、矿山和林业景区等众多行业实现了规模应用，满足各行业对集群调度和宽带数据业务应用的需求。

（2）国际主流标准

国际标准化组织3GPP推进的基于LTE的宽带专网通信标准尚在制定过程中，预计在2019年全部完成。3GPP组织以全球运营商为主，联合众多厂商推进国际主流标准的制定，但基于公众网层面仅能提供基本的集群对讲基本功能，标准工作要持续到2019年才能基本完成，真正将标准付诸实施还会有一定的时间，即使投入公网使用，也不会迅速达到目前专网集群的使用要求，公众网在保障政府和强力部门使用中的信息安全问题仍存在重大隐患。3GPP组织制定的技术标准考虑到了下一阶段的技术演进，目前的Rel13版本满足4G LTE技术，随着Rel 14、Rel 15、Rel 16版本的完成，能够在5G技术的网络中得到更广泛的应用。

3   宽窄带融合中的服务对象

常提到的专网用户可分为任务关键型和业务关键型，至今没有一个很权威完整的定义。但目前更倾向于喜欢将警察、武警、应急、救灾、消防等人群定义为任务关键型用户，因为他们的工作涉及到保护人民的生命安全和国家利益。将从事铁路、机场、油田、港口行业的用户称之为业务关键型用户，他们也会涉及保障生命安全，同时也涉及财产安全。任务关键型的用户使用的语音也被冠以任务关键型话音（mission critical voice），这个术语已经在公共安全行业使用数十年。到目前为止，也没有一个完整、准确的定义。因此，在宽窄带过渡这个融合期间时不时会被拿出来作为衡量的标尺。任务关键话音定义的关键要素包括以下几个方面：直通或常规对讲（Direct or Talk Around）、按即讲（Push-to-Talk（PTT））;全双工话音系统（Full Duplex Voice Systems）、组呼叫（Group Call）、呼叫辩识（Talker Identification）、紧急报警（EmergencyAlerting）、音频质量（Audio Quality）等做了一些规定，也仅仅是在行业内部将部分重要功能和性能做了约定。

当大众普遍认识到PMR（Public Mobile Radio）将会逐步过渡到宽带的时候，整个行业也正围绕不同标准进行整合，并提供不同的中间过渡解决方案。宽带和窄带在现阶段相互不可完全替代，采用融合的方式进行互为补充，如何将宽带中的任务关键型话音和数据进行融合是发展宽带集群的的基础，网络和业务的高度融合将为应急响应人员提供任务关键型话音、数据和视频（Mission Critical Voice and Data and Video）。在日常生活和工作中，从依赖单一的语音到重视利用图像和调用数据，是一个逐步递进的过程，也是社会发展的必要阶段。因此，宽带带来的不仅仅是一些功能上的改进与增加，更是在逐步改变我们的业务流程和工作习惯。同理，我们的工作方式和业务模式也正因为宽带的广泛使用而悄然改变：在电力行业，用230兆实现物联数据、智能电网为切入点;轨道交通采用1.8G突破CBTC关键瓶颈，辅以PIS、CCTV、语音调度;民航机场以旅客信息、物流传送为契机，推出移动应用;公共安全以视频、数据查询、综合指挥作为突破点，为一线民警提供了解决方案。

宽带的发展必须牢牢把握住行业应用这条重要的脉搏，这才是面向行业发展的突破口。从2018年首届上海进口博览会典型案例可以看到：针对室内场馆面积分布、占地面积大的特点，用LTE进行了全覆盖。无论是电动巡逻车，还是人员密集和临时重要区域都可以灵活使用LTE进行图传，配合可穿戴智能设备传送数据。在行进间解决方案中，开道车采用LTE实时传送元首车队行进的图像。场馆外民警增加手持LTE对人证進行快速核查，为会议提供了综合、高效的解决方案。同时还将350兆TETRA、B-TrunC宽带、公网宽带进行分组联动，充分地融合了语音业务，做到了“零差错、零失误、零瑕疵”。

在现阶段融合网络非常重要，因为它减少了开发和维护系统的费用，增加了应急响应人员在现场的响应效率。然而，融合将是一个彼此了解、借鉴，最终走向替代的过程。因此，无论处在融合的哪个阶段，改变业务模式、重塑业务流程是最为引人关注的焦点。

4   宽带专网发展要充分重视其特有规律

欧洲、美国、中国三个极具影响力的国家地区非常重视宽窄带的使用和发展，在技术标准的制定和对频谱的规划方面有领先地位（如图3所示）。频率规划部门将宽、窄带频率进行了详细的划分，把分配给专网通信的频率定义得非常清楚。欧洲无线电委员会（ERC）确定在380 MHz—470 MHz范围内部署公共安全和救灾无线窄带和宽带（中速）通信（TETRA、DMR、TETRA、TEDS）系统，建议在5 GHz频段分配50 MHz用于数字救灾通信（同时也在考虑700 M频率的使用），通过公众网运营商来实现。美国联邦通信委员会（FCC）确定769 MHz—775 MHz/794 MHz—805 MHz为公共安全窄带频段，采用（APCO）通信系统;规定763 MHz—768 MHz/788 MHz—793 MHz为公共安全窄带频段。FIRSTNET和AT&T之间签署长达25年的合同来实现网络的宽带化。我国工信部无线电管理局（SRRC）确定330 MHz—400 MHz为公共安全窄带频段，806 MHz

—866 MHz为政府和行业通信窄带频段，采用（TETRA、PDT、IDEN、Gota、GT800）通信系统;规定1 447 MHz—1 467 MHz为宽带数字集群专网系统频率，满足政务、公共安全、社会管理、应急通信等，规定1 785 MHz—1 805 MHz为无线接入系统频率，分配给电力、交通、能源、水利等行业。从各个国家和地区地频率划分可以得到，窄带专网主要用于语音和短数据方面，宽带专网主要用于视频、图像、高速率数据方面。

未来宽带将会沿着两个方向发展，一个是以3GPP为代表，主要依托公众通信网络4G/5G进行部署，由运营商提供符合MCPPT（MCData/MCVideo）标准的宽带业务服务;另外是以所在国专有的技术标准（如我国的B-TrunC标准，依托专用通信网400 M/700 M/1.4 G/1.8 G等）进行部署。前者标准统一，网络覆盖广、使用成本低，形成良好的上下游产业链;后者强调信息安全、网络安全，管理者易于控制。如果仅仅是为业务关键型用户（铁路、机场、油田、港口行业）提供宽带服务，选择专网和公网来实现自身业务的发展都无可厚非。如果面对任务关键型用户（警察、武警、应急、救灾、消防等），采用专网和公网实现宽带业务目前仍有很大的争议，其中焦点就是网络的安全和信息安全方面。

前面所述的任务关键型语音、数据和视频在3GPP标准中已经有了明确的定义，但采用什么样的网络没有一个统一的说法。即使全球方面在今后会逐步制定相关标准，但每个国家在网络安全和信息安全方面的定义、侧重点又有其特殊的理解和规定，不会简单照抄照搬。如果仅从具备了MCPPT功能就可以选择任何网络实现对任务关键型用户提供服务是不全面的。在我国常常采用专网来解决任务关键型用户的需求，每个专网都有符合该网络自身信息安全和网络安全的内部标准（公安专网有公安内部的要求、政务专网由政府内部的要求），这些在窄带专网（350 M、800 M等）已经被证明和使用。随着我国宽带专网技术不断完善，在网络安全得到有效保障，加密措施更加完备的情况下，任务关键型用户可以放心地通过宽带专网与行业内部数据库进行更直接的业务融合，不断完善自身的业务需求，支持更多的业务应用和推送，这是一个符合国情发展专网的方向。

随着基于LTE宽带网络的技术标准不断完善，重点工作就变成解决宽带如何应用的问题。专网通信与公众网通信最大区别在一个“专”字上，由于专网所处的行业特殊性，其管理、流程、服务、应用等都有其本身的特点，并不能像公众网那样可以统一采用相同的应用软件和应用平台，专网用户则很少采用公用、统一平台。在电力行业，电力业务应用涉及用电信息的采集、配变监测、视频传送、故障指示器、移动过程的应用、配电自动化、分布式电源、充换电（站）桩信息上传、路灯管理、集群语音等增强了智能电网的管理水平和工作效率。采用宽带系统接入后传输能力提高了50～60倍，数据采集和控制效率大大提升，实现了企业用电数据采集与反馈的实时化和电力负荷控制、配电监测、低压集抄等三大功能的集成化。在轨道交通行业，利用LTE宽带技术解决了地铁列调和信号系统相互干扰的问题，满足地铁各专业（行车调度、CBTC、PIS、列车视频监控等）车地无线传输需求。

将不同专业的应用整合在一个平台上，各种数据信息、视频流、控制信息和指挥调度信息便是融合通信的最好体现。特别是PIS网络系统在这个平台上，从中心到各车站、地铁车辆的各种数据信息、视频信息和控制信息得到了充分应用。地铁乘客信息系统需要传送乘车须知、服务时间、列车到发时间、列车时刻表、管理者的公告、政府的公告、媒体新闻、出行告知、股票信息、体育赛事、现场直播、媒体广告等实时动态的多媒体信息。一旦地铁遇到火灾或恐怖袭击，提供动态紧急疏散提示是非常重要的，与此同时，视频信息由各个列车的监视器进行采集，并采用将视频进行IP封包的方式通过无线传送至控制中心。整个网络必须支持语音、数据、视频的融合，同时拥有稳定和可靠性的运行。面向政府，政务网通常包含了应急部门、公安、交管、武警等任务关键型用户，依托强大的无线宽带网络平台为政府提供各类应用是下一步发展的关键。随着大数据、政务云等在政府部门间被广泛使用，核心业务推送、政务微信群、重要通知快速下达等一系列有效应用，需要提供一个满足政府日常办公、贴近政府使用特点的综合信息平台来支撑。在面对城市应急、各类自然灾害和反恐突袭时，在第一时间快速为任务关键型用户提供现场环境需要的信息。如火灾现场，利用VR技术向一线救援和指挥者及时推送消防栓位置信息、楼宇建筑信息、楼层改装图纸、应急逃生通道等，准确、高效地实施灭火和救人。

当人们对行业有了深入的了解時，各种应用会被不断挖掘与整合，只有围绕企业需求去研究、开发、集成各种相适应的产品才是宽带真正走向发展和成熟的重要一环。由于众多厂商此前对专网行业接触和了解的机会不多，各行业的特点和运行模式了解有限，行业涉及的专业知识繁多复杂，要全面掌握这些领域要付出很大的代价和时间。如果不深入了解用户的需求，就不可能发现行业应用的特点，也就不能提供有效的应用。

不管宽窄带专网在演进中选择哪一种模式，其对网络的要求是在不降低公共安全通信的可靠性、可用性、坚固性、强韧性、效率、 有效性、协同互通性和安全性的前提下，提供任务关键型话音、数据和视频（Mission Critical Voice and Data and Video），确保网络健康、安全、稳定、可靠的运行。进入到2018年，B-TrunC宽带集群有了快速的发展，宽窄融合的演进路线也越来越清晰，要达到真正宽带网络规定的任务关键型语音和任务关键型数据传输标准，还需要花费一些时间。用户和运营商都在期盼完整标准的颁布和完备产品的推出，与此同时，一些介于宽窄带之间可以实现语音互联互通的产品不断涌现，基于公网并在智能终端上安装APP的解决方案不断呈现，大家都在积极探讨宽窄带的融合之路。

在全球宽窄带融合进程中，可以清楚地看到（如图3所示）：存在I、II象限中的公网从1G～5G稳步迈进;存在III、IV象限的专网技术从2G直接跨入4G阶段（3G几乎是断层）;由于公网和专网在4G层面拥有近似的技术（LTE）标准，实现公专互通和业务融合相对容易。而在另外一个维度上，我国窄带专网因为DMR、PDT、TETRA等不同技术体制的存在，既要沿着专网从窄到宽这条特定的技术路线（BTrunC）演进，同时还要考虑与公众网的互联互通和业务融合。因此，在这个维度上逐步形成了“2+4”的演进模式，体现出具有我国专网特色的演进路线。

5   结束语

目前随着我国LTE专网逐步建设，大数据、视频流陆续被广泛使用，用户希望的应用正在悄然改变着他们对传统语音呼叫的使用态度。在地铁行业采用了无人驾驶技术，传统语音调度的使用受到限制;在自动化码头铺设更多的无线信标和传感器，集装箱吊装和运送已被自动化设备取代，以往常用的语音调度功能逐步丧失。宽带要想取得长足进步，只有更广泛、更深入地了解行业用户的真实需求，不断创新、锐意进取，开发出适合用户各类应用。在未来几年中，将迎来建国70周年国庆阅兵活动、迎接建党100周年百年庆典、2022年北京冬季奥运会等一系列重要保障活动，将会给宽带专网创造更多的展示机会，也是综合历练、检验的机会，相信在不远的将来，一个可靠、安全、运行稳定的专网将会发挥更大的作用。

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