Dimetra-IP数字集群通信系统的关键技术.doc

Dimetra-IP数字集群通信系统的关键技术开放分类： Dimetra-IP数字集群通信系统的关键技术 ， Dimetra-IP数字集群通信系统的关键技术 ， 数字集群移动通信系统 目录1. ·【Dimetra-IP数字集群通信系统的关键技术】 编辑本段Dimetra-IP数字集群通信系统的关键技术 827 Dimetra-IP数字集群通信系统的关键技术 TETRA标准代表了在专业无线通信领域进程中的一个重大里程碑。TETRA标准的制定倾向于明确系统边界的接口，而不是规定系统是如何实现的。目前定义的5类接口，用于保证TETRA系统间的可操作性和互连性，如图825所示。 各个生产厂商按照各自方式实现其TETRA系统，它们在性能表现上会有很大不同。 MOTOROLA的Dimetra-IP吸取数十年从事专业通信的精华，成为最好的TETRA系统之一。 早在2002年，MOTOROLA摒弃基于电路交换的集群网络技术，采用具备前瞻性的IP交换网络技术。Dimetra-IP基于IP的结构使得能够从这些发展中获益。移动台作为网络的用户从网络应用中获益，IP核心交换可以跟踪最新的技术和设备，随B,J保持系统的先进性。基于IP的核心设计，交换节点之间连接方式更加灵活，使得系统更便于扩展，目前系统可支持56个交换节点的互连，而且跨交换节点的组呼能够保持小于500 ms的呼叫建赢时间。同时可以在同样的网络平台上有效地支持话音、数据和多媒体服务。更为重要的是，基于IP的核心提供了更低的运行、管理和维护需求。 DimetraIP采用IP核心交换平台，使得不同业务类型(话音、数据、控制等)可以采用统一的核心网络的交换控制过程，各无线基站的各种业务都通过IP数据包的方式传送到核心网络并进行IP路由交换。这种方式更便于演进到支持TETRA第二版本标准的设备接入。 8271 DimetraIP系统采用的新技术 1IP(Internet Protoc01)技术 MOTOROLA公司采用先进的基于IP(Intemet Protocol，网际协议)的上层嘲结构，对比于电路交换的方案提供了很大的优势。由于IP的分布式结构解决了由电路交换机的物理限制而带来的瓶颈，IP上层网设备有与生俱来的可扩展性，因此Dimetra-IP满足了开发真正广域系统的需求。同时，IP上层网对于在整个网络内部集成话音和数据服务是很理想的，提供更大的带宽和更小的传输时延。通过采用非常广泛的IP标准，可以从互联网已经取得的很多成就中获益，提供高可靠性、快速和动力十足的方案。 采用的技术是单播IP和多播IP：点对点的通信、业务采用单播IP；组呼通信业务采用多播IP。由于多播IP将数据从一个源发送到多个目的，而不需要将所传送的信息进行多次拷贝，这对于实现组呼是非常理想的。同时MOTOROLA公司采用的一种方法可以精练这种分发方式，从而保证信息仅发送到对所发送数据感兴趣的路由器。所发信息因此仅被多播组分支L的各个成员所复制，组成员采用一种协议进行判别，这种协议允许广域网(WAN)上的本地主机加入或离开这些组。 DimetraIP系统仅在组呼期间建立需要的多播IP组，这样可以更有效地利用系统的路由器资源。 2优化业务质量 对于需要实时性传输的话音(图像)数据来说，服务质量(QoS)是首要问题。 DimetraIP系统从通信协议的选择和系统设计上都作了专门的考虑，使业务质量得到保障，避免标准IP的刚络存在时延、时延抖动和丢失等问题。它主要采用了以下3种方法：分片、压缩和优先级。 (1)分片(FRF12) 话音、图像传输对分组数据的时延、时延抖动和丢失特别敏感。在低速传输链路上，如64 kbs的链路，大量的短数据和相关的管理、控制分组数据造成的持续延迟被证明是不可接受的。为解决这个问题，Dimetra-IP系统采用了被称为帧中继分片实施协议12(FREl2)的分组数据分片和插入技术。这种技术将满足数据包长度和优先级要求的大管理和控制包分割成“分片”，然后将这些小的分片插入到话音数据包之间。从而能够将话音数据包的传输时延和时延抖动限制在可接受的范围内。 (2)压缩实时传输协议(cRTP) 压缩实时传输协议在基站间的低速WAN链路上使用，可以提高带宽的利用率。CRTP将RTP数据包的帧头进行压缩，在指定的范围(2-4字节至40字节)内使用UDP端口。在DimetraIP系统中只有话音数据包被定义为RTP数据包，从而减少r传输链路上的数据流量，提高了带宽的有效利用率。 在DimetraIP系统中，MS0之间的高速传输链路中没有使刖CRTP。虽然需要提高带宽利用率，但是也必须考虑到提高CPU利用率的费用(CRTP在高速链路中占用太多的CPU计算时问)。 (3)网间网协议服务级别(1PTOS) DimetraIP系统定义了5种路由优先传输级别，并与IPTOS中的优先级别对应。表85描述了日前DimetraIP系统中的优先级别。  (4)优先队列 在Dimetra-IP系统传输网络中，在核心路由器和基站路由器(EBTS TSC3)都使用了 一种被称为“严格优先队列(SPQ)”的算法以及上述的IP-TOS路由优先级别以控制数据流 量。这种算法按照传输优先级别分配网络带宽。它首先为最高优先级的队列进行服务，直到 该队列为空，然后为下一个次高优先级队列服务，依次类推，总是高优先级的业务在低优先 级业务之前处理。它为高优先级数据流提高服务质量(QoS)保障，并且不需要增加加权循 环(WRR)、加权公平队列(WFQ)等算法所需的处理器资源。 31P虚拟专网(VPN) Dimetra-lP系统支持VPN(Virtual Private NetwoNs，虚拟专用网)，允许不同的机构共享整 个上层网络的地址分配，每个机构均采用他们各自的IP地址。这一功能通过GPRS(General Packet Radio System，通用分组无线业务)的GTP(Tunneling Protocol，隧道协议)来实 现，系统设备中包括GGSN(GPRS Gateway Support Node，GPRS网关支持节点)。 因为节省费剧并且可以实现不同VPN问的私密性，隧道技术变得越来越受欢迎，一个 VPN的用户不能访问另一个VPN的数据。比如，隧道可按用户远程办公人员的需要建立连 接，远程办公室可通过专线建立永久的VPN连接。 每个接入到DimetraIP系统的组织可以在他们IP域的边界有一个接口路由器，它通过 一个或多个I嘲关的3层GRE(Generic Routing Encapsulation，通用路由封装)隧道连接到 GGSN，这些网关在GRE包头上实现NAT(Network Address Translation，网络地址翻译)， 而不对用户封装的IP数据包有任俐改动。每个隧道都有供移动台接入的访问点，每个隧道 具有自己的APN(Access Point Name，访问点名称)。一旦移动台传送数据，2个2层隧道 会被建立起来：从移动台到PDG的SNDCP隧道和从PDG到GGSN的隧道。 4永久虚电路(PVC) 每个EBTS基站都配备两条帧中继PVC，它始于核心路由器，通过高速串行接口(HSSI) 链路与WAN交换机连接，再通过与基站间的物理链路，终止于基站控制器(TSC)。为实现 冗余，两个PVC分别始于不同的核心路由器并构成主从热备份工作模式。也就是说，绝大 多数数据包(除了备份控制和其他的路由控制信息之外的所有信息)均在主PVC上传输。 在路由器或端口造成主PVC故障时，数据传输自动切换到备份PVC上。这种方法允许建立一个承诺信息速率(CIR)等于整个链路带宽的PVC，而不必关注链路的超载问题。  5.动态主机配置 作为对分组数据服务的增强，DimeVaIP系统支持VPN，允许不同的机构共享整个上层网的地址分配。这一功能通过GPRS的GTP实现，系统设备中包括GGSN。 GGSN支持DHCP(Dynamic Host Conouration Protocol，动态主机配置)，这样允许口地址可以动态地分配给分组数据的活动，此时用户内部网中存在一个DNSDHCP服务器，因此用户可以为他们的移动台维护一个别名列表，而不是针对每个移动台的ITSl映射其IP地址。 6数字信号处理技术 MOTOROLA公司的无线用户机已经远远超出了TETRA标准对性能的需求。它们将最新的数字信号处理器和线性射频功放技术结合在一起。除了采用ACELP算法进行的话音压缩外，DSP实施了更先进的功能来增强话音质量和收听者的舒适度，例如，回声抑制和音频过滤。 7Flash技术 Dimetra-IP采用Flash E2PROM技术，可以在现场对软件进行升级，这样允许对移动台进行升级，并从新的功能中获益，而不需要改变硬件平台。软件升级过程由用户编程软件(Customer Programming SoRware，CPS)实施，此软件运行在PC的WindowsTM环境下。 除此之外，DimetraIP版本继承了MOTOROLA公司传统专业无线调度通信系统中几乎所有的功能特色，并拓展了一些对用户来讲更加有效实用的功能。 8272多节点的互连和组网 DimetraIP单一交换节点的通信平台可以支持100个无线基站。全系统可支持56个交换节点和各种拓扑方式实现互联互通，从而形成一个完整的网络平台，如图8 26所示于150 ms。单站集群模式的组呼支持呼叫排队、紧急呼叫、新近用户优先、迟后加入、呼叫方显示，因此每个基站基本可以独立支持几乎全部Dimetra-IP组呼功能。 单站集群是DimetraIP系统的独特优势，MOTOROLA公司提供真正的单站集群功能而不是简单的回退模式(fall back)。因为有的TETRA系统当基站与主站之间的链路出现故障后，采用的简单回退模式丧失了集群的优势，用户组被事先指定到几个固定时隙，不能充分利用空闲的信道资源；不同的用户组在同一个时隙通信，彼此也不具备通话的私密性。 DimetraIP单站集群的回退模式如图827所示。 备用控制信道。系统能在每个基站配置多达4个信道作为具有控制信道能力的备用控制信道。控制信道能力只能分配给每个载频的时隙1。另外这4个备用控制信道可以具有14的优先级别。如果主控制信道失效，则将分配一个新的主控制信道。如果有不止一个能作为控制信道的信道正在服务，则根据优先权级别和信道的使用情况分配新的控制信道。如果没有具有控制信道能力的信道可用，则基站将不再支持集群操作。 坚固耐用的用户机。 高效的基站中继链路。DimetraIP系统可以采用多种链路接口方式实现基站和交换中心的连接，见图828。采用El链路传输时，根据载波数量采用l4个64 kbs链路数据传输，有效降低基站租用链路的长期昂贵费用，提高链路的使用效率。Dimetra-IP系统的链路带宽远低于与其他TETRA系统的带宽，例如，4载频(16个时隙)的基站仅需192kbs。 DimetraIP系统基站链路所需带宽如表86所示。 先进的静态、动态时隙分组数传。DimetraIP系统分组数据传输业务可以采用先进的固定、动态数传时隙相结合的信道指派方式。 每个基站可采用1个或多个时隙作为固定的分组数据信道(PDCH)或动态数据信道，每个固定的分组数据信道可同时支持60个以上分组数据用户。当需要交换数据时，移动台通过主控制信道(MCCH)导引到PDCH，一旦分配了PDCH后，移动台不需要在每次分组数据传输前申请再接入。所谓动态，就是系统将根据话音业务的繁忙情况，采用话音优先的原则，自动收回分配的数据信道，供话音通信使用。 Dimetra-IP系统的分组数据信道处理方式，具有最高的数据传输的效率，非常适合于应急指挥的数据业务使用。图829为DimetraIP分组数据信道分配示意图，图830为其他方案。通过对比就可以看到DimetraIP系统的分组数据信道分配的优越性。 DimetraIP系统实施方式的优越性可通过举例演示，如图831所示。1个基于43个移动台的模拟显示，采用其他分组数据方式的系统需要3个业务信道，而Dimeta-IP系统，所有这些业务都可由1个分组数据信道来完成。更为重要的是，DimeffaIP系统方案的MCCH负担要低很多。以两个相同规模的系统相比，即便是在同时提供话音服务的情况下，DimeeaIP的系统仍然可以提供更高的可用性.些新用户在必要的时候仍然能与其原有的模拟系统用户进行通信。 快速入网。对于应急指挥通信网来说，快速入网的要求是至关重要的，可以理解：系统的应用目的是“拯救生命”!无线终端的快速入网时间小于500 ms。MOTOROLA公司采用独特的分布式处理结构和IP网络结构，在数百套TETRA和APCO P25数字集群系统中已经得到证明。 双TSC基站控制器。MOTOROLA公司的MTS4基站设备采用了独特的双控制器设计，2个TSC控制器互为冗余热备份，大大提高_r无线基站的可靠性。 经历了火容量呼叫的考验。MOTOROLA公刊的Dimetra-IP数字集群系统已经经受过多次实战考验，在2002年韩日世界杯、2003年华沙北约峰会、2004年雅典奥运会、2006年八国峰会以及马德里和伦敦地铁爆炸案中经历了大容量呼叫的考验，充分证明了Dimetra-IP系统是可靠的，技术是成熟的。