一种基于4G和5G融合信令网关接入的浮空平台应急通信系统组网方式

张立新　程行军　黄晓明　黄成富　范文博

关键词：浮空平台；应急通信；4G 和5G 融合信令网关；非陆地接入网络NTN

一、引言

针对当前运营商应急通信系统的组网方式存在的问题，本文提出了一种新型的基于4G 和5G 融合信令网关接入的浮空平台应急通信系统组网方式。相比于传统的应急通信车作为移动通信基站的载体并通过光纤、微波或卫星传输手段直接接入4G/5G 核心网的方式，这种方案可以组建全国一张应急通信大网，为应急通信基站接入和管理提供了统一的平台和标准，更加方便快捷地进行扩容和管理，同时能够更好地发挥信令网关接入的技术特点，支持应急通信特色功能的开发。

二、基于4G 和5G 融合信令网关接入的浮空平台应急通信系统组网方式概述

（一）组网架构

基于4G 和5G 融合信令网关接入的浮空平台应急通信系统组网架构如图1 所示，基站不需要安全网关的IPSec 隧道的安全保护，直接接入4G 和5G 融合信令网关，业务通过统一接入到核心网，信令网关的作用是增加4G/5G 基站和EPC/5GC 间S1/NG 接口的扩展性，在信令网关处引入控制面的集中功能。

当大量基站部署时，核心网不会受到由于基站的频繁开关所引发的SCTP 连接的建立和释放所产生大量信令带来的冲击。

另外，信令网关可通过扩展，支持对接MEC 和部分应急服务平台能力，为接入网关的基站用户之间提供低时延的应急通信特色服务，如UE 接入控制、LAC/TAC 接入限制、灾情信息推送和广播和灾区用户之间的VoIP 业务等。

（二）协议栈架构

1. 4G 控制面协议栈

2. 4G 用户面协议栈

三、采用4G 和5G 融合信令网关接入组网的浮空平台应急通信实验系统

图6 是正在广东联通网络技术创新工作室搭建调试的应急通信实验系统实际组网架构图（注：这里信令网关前增加了安全网关，也可根据现网组网实际需要去掉）。

四、采用4G 和5G 融合信令网关接入组网的浮空平台应急通信系统部署方式的特点和优势

（一）控制面链路汇聚

网关聚合4G/5G 基站的S1AP/NGAP 链路为一条链路，接入EPC/5GC。保护核心网MME/AMF 免受外部冲击、MME/AMF 不易受到无线侧信令影响，也使应急通信基站快速部署成为可能。

（二）用户面数据汇聚

网关聚合4G/5G 基站用户面数据，使用信令网关配置的用户面IP，分配TEID，提供接入侧和网络侧的中继隧道，转发上行和下行用户面数据。保护核心网SGW/UPF 免受外部冲击、SGW/UPF 不易受到无线侧隧道影响，也使应急通信基站快速部署成为可能（因可以使用私网IP 地址）。

（三）容量弹性部署

网关采用虚拟化或容器方式部署，可根据不同应用场景需要的性能和容量弹性启动服务。比如，支持虚拟网关功能或硬件堆叠功能，实现一个信令网关对接多个核心网以完成组建全国一张网的应急通信系统。

（四）基站接入方面

网关预先对接核心网接口和数据，新增基站无需在核心网侧接口做任何改动，方便基站扩容，缩短应急通信场景下基站的部署时间。

（五）灵活选择接入核心网

网关可以根据PLMN，網络切片、配置策略等对接入核心网进行选择。

（六）IPv4/IPv6 灵活组网支持IPv4 单栈、IPv6 单栈，以及IPv4 和IPv6 双栈。

（七）统一管理平台

网关和基站支持统一管理平台，提供本地命令行、WebUI、网管OMC 进行管理和维护：配置管理；告警管理；性能统计；日志管理；本地/ 远程软件升级。可以对应急通信系统的数据和资源进行高效管理。

五、结束语

本文在基于空间平台的应急通信系统研发项目中提出基于4G 和5G 融合信令网关接入的浮空平台应急通信系统组网方式，为建立适应空间平台特殊环境的新型应急通信系统网络提供技术解决方案，为提升组网灵活性、增强系统可用性以及支持应急通信系统特色解决方案的功能开发奠定了基础。

作者单位：张立新 程行军 黄晓明 黄成富 范文博

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