主頁（http://www.by236.com）：基于IP結構的省域模擬集群通信網

一、前言

中國公安350兆模擬集群網是中國最大的專用移動通信網，迄今全國已有三分之二以上的地市建設了各自的模擬集群通信系統。這些系統正在朝兩個方向發展，經濟實力雄厚且技術力量強大的省市如北京市公安局和上海市公安局已經使用數字集群，但模擬集群仍保留下來，作為數字網的補充和備份;目前沒有條件上數字集群的地方，紛紛將獨立的同型或異型模擬集群聯網，特別是全省區域聯網，如寧夏回族自治區、內蒙古自治區。在可預見的若干年內，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網的模擬集群系統，建設了青島大網、鄭州全市網等成功的警用通信網。在這些聯網系統及其他廠家的類似系統中，單個基站內部符合MPT1327和CPS標準，從基站出來的模擬信號送進PCM復用器，通過E1接口，進入光纜或微波傳輸網，到達另一個或幾個基站，再經PCM復用器解碼還原模擬信號。因此傳輸鏈路是一種基于E1的結構。隨著計算機技術和IP技術飛速發展，有的廠家推出了所謂采用IP聯網的集群系統，信令傳輸采用TCP/IP協議，話音傳輸仍然采用E1方式。公安部一所聯合寧夏自治區公安廳，又一次走在同行前列，新近建設成真正基于IP結構的模擬集群通信網。在這個先進的聯網系統中，單個基站內部特性沒有改變，但從基站出來的信令、話音甚至網管數據，都是符合TCP/IP協議的數字信號，按照分組交換方式，進入公安計算機專用網傳輸并到達目的地。

二、一個基于IP結構的集群通信網

寧夏自治區350兆警用集群網有這樣幾個特點：

● 聯網鏈路為全IP結構。

● 網絡規模、覆蓋范圍大至全區(省)。參考城域網概念，稱之為省域網。

● 先進的補充子網。在主干網之外，建設了若干無線延伸站、智能常規站，與主干網互聯互通。

● 高可靠性。DC(移動數據中心)服務器采用雙CPU雙硬盤，各基站主控板雙備份。

● 建設成本低。采用現有公安計算機專網作為傳輸鏈路大大減少建網投資，盡量保留現有基站設備并加以改造也節省大量資金。

其中最大的特點是一個基于IP結構的集群通信網。

1、網絡結構

(1)網絡結構圖

寧夏省域網的結構用圖1、圖2示意。

圖1 寧夏公安省域集群網網絡結構圖

圖2 寧夏公安省域集群網基站結構圖

2、網絡結構描述

(1)三級結構

寧夏省域網為三級結構，與自治區行政結構和區域完全對應。

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一級節點設在區公安廳，是整個網絡的數據中心和管理中心。由一臺DC服務器(移動數據中心)負責管理轉接各市之間的信令傳送以及完成跨市間的呼叫數據查詢功能，一級網管中心負責全網基站參數和移動臺參數的設置、維護、遠程下載等。這個節點不設本地基站，只有對全網的話音指揮調度。一級節點的數據及話音通過公安二級網與其他各站互聯。

二級站設在五個地級市，分別是銀川、石嘴山、吳忠、中衛和固原。每個二級站包括一個二級節點和一個本地基站，本地基站負責該地級市市區的話音通信，二級節點是全市的數據中心和交換中心，管理該地級市及下轄若干縣，構成一個環。二級節點的話音和數據通過公安二級網與一級節點互聯，通過公安三級網與環內各縣互聯，通過公安計算機專網與其他各環互聯。

三級站設在十四個縣，每個站都是標準的MPT1327集群基站，實現本縣城區的話音通信以及網絡管理。三級站的話音和數據通過公安三級網與二級節點互聯。

(2)站點結構

參看圖2，每個站點配置一臺網絡交換機，這是基站設備與公安計算機專網的接入點，站點內相關設備和模塊都有獨立IP地址，這些設備和模塊都掛在交換機上。網管計算機、調度計算機和CXU板是內部IP地址，形成一個內網，IPNU板是外部IP地址，接入外網。調度計算機可以指揮調度本站的無線用戶，也可以指揮調度下級站的無線用戶;網管計算機可以管理本站的用戶及參數，也可以通過公安專網管理下級站的用戶及參數;主控模塊接受本級的管理;最重要的聯網模塊是名為IPNU的單元，信令在這里被組裝成IP包，發到網絡上請求呼叫或傳輸指令，話音也在這里被組裝成IP包，發到各聯網基站，實現跨站呼叫。CXU板以HDLC協議與IPNU板通信，將網管數據接收或發送到外網。

只要在各基站的覆蓋范圍內，處于寧夏自治區某地的一位干警，可以與任一或若干異地的干警實現無線對講，傳達警情。寧夏省域網的信令、話音甚至網管數據都實現了IP聯網。

從管理意義上看，寧夏省域網的拓撲結構是一個樹形結構，頂點是區廳一級節點，向下五個分支連到五個二級節點，每個二級節點有兩或三個分支連到三級節點。上級可以訪問本級和下級數據庫，增減用戶、設置權限、修改參數、規定組呼規模，下級不能訪問上級數據庫。

3、技術要點

(1)聯網協議

寧夏省域網信令采用面向連接的TCP協議，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協議，由于音頻數據冗余量大，允許少量丟失，減少了重傳帶來的時延和網絡開銷。

(2)占用帶寬

一個IP包的基本帶寬為6.4kbps，考慮其他開銷，應保證17kbps。假如一個環包含4個基站，當環內某個三級站發起本環跨站組呼，從該站同時發出3個IP包，分別發給3個被叫基站，因此主叫基站占用17k×3 =51 kbps帶寬。如果這個三級站發起一個包含本環和其他環的跨站組呼，從該站仍同時發出3個IP包，分別發給環內3個被叫基站，二級站將收到的IP包復制后傳給下一個或幾個二級站，這些二級站繼續復制IP包并傳給本環的三級站。由于寧夏省域網一共5個二級站，如果從區公安廳調度臺發起一個包含全網所有基站的組呼，區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，負責呼叫處理、信道控制和監控系統其他部分操作狀態，提供實時的系統和用戶管理。提供512×512路數字交換，用于系統各種話音及數據交換。提供一個10M以太網絡接口與計算機通信。

IP聯網模塊IPNU板是各個基站間聯網的核心模塊。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，實現集群基站聯網。為保證通信質量，基站間的話音數據采用G.723.1編碼方式壓縮。可同時發起最多5路的IP話音呼叫。

三、寧夏省域網的意義

1、現代信息網及發展趨勢

自電報發明以來，人類社會經過約180年發展，通信的概念已遠遠超出最初的涵義，已經建設了電話通信網、計算機通信網和電視通信網三個龐大的通信網，構成人類賴以生存的現代信息網。特別是進入二十一世紀，信息與通信技術為核心的技術革命對世界各國的經濟、社會與文化生活正產生著更復雜而深刻的影響。

長期以來科技界、產業界和政府部門一直探索將各種電信網絡融為一體，使人類信息交流更快速、更便利、更經濟。得益于近幾年來通信技術、計算機技術和IP技術的巨大進步，人們找到了三網融合的有利條件——TCP/IP通信協議，它為三網在業務層面的融合奠定了基礎。我國在《十一五規劃建議》中著重指出，要“加強寬帶通信網、數字電視網和下一代互聯網等信息基礎設施建設，推進‘三網融合’，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800兆數字集群政務共網，該網采用基于全IP技術的TETRA數字集群系統。這些事例說明，現代信息網的發展趨勢是三網融合，其共同的橋梁就是TCP/IP技術。

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，也為公安機關快速反應、跨區作戰、處置突發事件、搶險救災和大型警衛安保任務創造了條件，公安無線通信必須緊跟和適應新形勢的需要。寧夏公安省域集群網正是在這種新形勢下誕生的新事物，用最先進的技術構建了一個大規模的集群通信網，使寧夏公安的話音調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，為維護穩定、打擊犯罪、服務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統一指揮、快速反應、協同作戰的能力，顯著提高了寧夏公安無線通信現代化水平。

寧夏省域網符合現代信息網發展趨勢。

四、存在的問題和發展前景

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。在發達地區如青島市，公安二、三級網均為百兆，有足夠的資源支持集群聯網。寧夏目前二級網帶寬4M，三級網帶寬2M，要傳輸計算機人口信息、電視電話會議等多種業務，本身已非常繁忙，再加上集群聯網，帶寬嚴重不足。即便是帶寬充足，由于計算機網絡的突發性特點，也會造成信息延遲甚至丟失，不如電路交換能確保話音質量。在帶寬如此緊張情況下，話音質量更難保證，很容易出現呼叫失敗、話音延時大、斷續等問題。

值得期待的是寧夏公安廳正在對全區公安計算機專網擴容，今年內就可將二級網一步擴到100M，三級網擴到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質量。

采用公安計算機專網作為聯網鏈路也是一種很好的方式。由于公安計算機專網與互聯網相互獨立，公安領導部門可以根據需要分配帶寬，保證鏈路暢通，而互聯網是無法控制的，容易出現傳輸受阻的問題。

可以相信，金盾工程的實施和IT產業的發展將很快突破網絡帶寬的制約，為集群系統聯網提供一個優良的平臺，寧夏公安省域集群網一定是一個先進、快速、通暢的無線通信大網。

五、結束語

公安部一所通信事業部最近為寧夏回族自治區公安廳建設了全省規模的警用模擬集群通信網。該網在聯網技術上是最先進的，在網絡規模上是前所未有的。該網的最大特點是一個基于IP結構的省域模擬集群通信網。雖然對IP結構傳輸話音的效果仍存在不同看法，但在人類社會進入數字化時代的大趨勢下，在新理論、新技術飛速發展中，三網融合遲早將實現，IP結構必定是模擬集群以及數字集群聯網的方向。