主頁(yè)（http://www.www.jjxinkai.com）：公網(wǎng)PoC軟對(duì)講與PDT數(shù)字集群互通方案原理

　　公網(wǎng)PoC(Push-to-Talk Over Cellular)軟對(duì)講由于其使用便利、沒(méi)有距離限制，越來(lái)越受到人們的歡迎，在各行各業(yè)應(yīng)用廣泛。

　　然而，公網(wǎng)對(duì)講不能完全替代傳統(tǒng)專網(wǎng)對(duì)講系統(tǒng)，特別是公安用350M PDT數(shù)字集群系統(tǒng)。在突發(fā)的極端情況下，公網(wǎng)通信設(shè)施常常會(huì)遭到嚴(yán)重破壞。因此，在進(jìn)行應(yīng)急救援或執(zhí)行緊急任務(wù)時(shí)，相關(guān)指揮部門(mén)的專網(wǎng)集群系統(tǒng)仍發(fā)揮著無(wú)法替代的作用。這為兩種不同的集群對(duì)講系統(tǒng)的互聯(lián)互通帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

1 傳統(tǒng)對(duì)講方案及對(duì)比

　　1.1 公網(wǎng) PoC 軟對(duì)講

　　公網(wǎng)PoC軟對(duì)講是依托運(yùn)營(yíng)商移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建立起來(lái)的一種用于指揮調(diào)度的移動(dòng)通信系統(tǒng)。PoC軟對(duì)講只要很少的流量就可以實(shí)現(xiàn)集群對(duì)講功能，并且具備比傳統(tǒng)對(duì)講機(jī)更強(qiáng)大的功能，如：即時(shí)消息、圖傳、實(shí)時(shí)視頻回傳等。公網(wǎng)PoC軟對(duì)講的實(shí)現(xiàn)原理也相對(duì)簡(jiǎn)單，采取 C/S(客戶端/服務(wù)器)模式。只須在網(wǎng)絡(luò)側(cè)部署PoC服務(wù)器，并開(kāi)發(fā)一個(gè)軟對(duì)講APP，就可以把智能手機(jī)變成一部功能強(qiáng)大的對(duì)講機(jī)。它的主要定位是為企事業(yè)單位、團(tuán)體部門(mén)提供工作管理和指揮調(diào)度業(yè)務(wù)，主要面對(duì)的是集團(tuán)用戶，如公安、消防、醫(yī)院、城管、政府機(jī)關(guān)、交通運(yùn)輸、機(jī)場(chǎng)航空、大型集會(huì)、軍事應(yīng)用等。由于其覆蓋廣、成本低等特點(diǎn)，可快速批量部署，以滿足這些集團(tuán)提高應(yīng)急響應(yīng)速度和工作效率的需求。

　　1.2 專網(wǎng)集群對(duì)講

　　公安行業(yè)專網(wǎng)對(duì)講通信系統(tǒng)主要是指350M常規(guī)模式、模擬集群模式(MPT1343、CPX)和數(shù)字集群對(duì)講機(jī)(PDT、TETRA)。這類自建中繼站系統(tǒng)， 并具有安全穩(wěn)定、接通率高、不易受網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)影響等優(yōu)勢(shì)。但是，系統(tǒng)受基站數(shù)量、建筑物阻擋等約束，覆蓋范圍有限，郊縣和偏遠(yuǎn)地區(qū)無(wú)法對(duì)講。

　　PDT(Professional Digital Trunking)，簡(jiǎn)稱PDT標(biāo)準(zhǔn)，是注入了中國(guó)廠商自主創(chuàng)新因素的全新數(shù)字集群體制，是一部具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)。PDT 標(biāo)準(zhǔn)制定時(shí)參考了MPT、Tetra、P25 和DMR標(biāo)準(zhǔn)，具有非常優(yōu)秀的集群功能。相比于TETRA標(biāo)準(zhǔn)，成本更為低廉。從產(chǎn)品的市場(chǎng)份額及長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展趨勢(shì)看，PDT數(shù)字集群具有較好前景。

　　近年來(lái)，全國(guó)各省市公安系統(tǒng)已充分認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)手段對(duì)公安工作的重要作用。公安系統(tǒng)經(jīng)常需要進(jìn)行緊急命令的傳遞、重要案情的通報(bào)、重要案件的分析、重大活動(dòng)的部署。但是，這些活動(dòng)均受到了專網(wǎng)系統(tǒng)不足的影響。

　　具體的，專網(wǎng)系統(tǒng)的不足可歸結(jié)為以下幾方面。

　　(1)350M常規(guī)系統(tǒng)：頻率不能復(fù)用，僅限于小范圍、小群組的簡(jiǎn)單對(duì)講，無(wú)任何安全保密性及系統(tǒng)擴(kuò)展性。

　　(2)模擬集群系統(tǒng)：覆蓋基站數(shù)量有限、信道數(shù)量有限、容易被竊聽(tīng)、經(jīng)常出現(xiàn)干擾雜音、安全性差；頻譜利用率低、集群應(yīng)用層次低下，技術(shù)陳舊，業(yè)務(wù)擴(kuò)展能力差。國(guó)家工信部已經(jīng)發(fā)文，明確要求模擬對(duì)講機(jī)在2017年12月31日退出市場(chǎng)應(yīng)用。

　　(3)數(shù)字集群系統(tǒng)：初步普及階段，未大規(guī)模應(yīng)用。它同樣存在覆蓋基站數(shù)量有限、遠(yuǎn)距離無(wú)法對(duì)講、信道數(shù)量有限的不足，且終端和基站建設(shè)成本及升級(jí)維護(hù)費(fèi)用非常高昂。

　　1.3 兩種對(duì)講方案的對(duì)比

　　兩種對(duì)講方案的優(yōu)劣對(duì)比，如表1所示。

表1 公網(wǎng)PoC軟對(duì)講和專網(wǎng)集群對(duì)講的對(duì)比

　　以上兩種對(duì)講方案有著各自的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景，可互相作為補(bǔ)充和備份。因此，互聯(lián)互通已成為集群對(duì)講領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。

2 對(duì)講互通方案

　　2.1 對(duì)講互通方案系統(tǒng)框架

　　本文重點(diǎn)關(guān)注公網(wǎng)PoC軟對(duì)講和PDT數(shù)字集群系統(tǒng)，屬于兩種可獨(dú)立運(yùn)行的集群對(duì)講方案。對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)作為互通方案中的關(guān)鍵網(wǎng)元，位于兩套傳統(tǒng)對(duì)講系統(tǒng)之間，將兩種對(duì)講方案的語(yǔ)音對(duì)講業(yè)務(wù)進(jìn)行融合。

　　對(duì)講互通方案系統(tǒng)框架圖，如圖1所示。對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)處于公網(wǎng)PoC軟對(duì)講系統(tǒng)和PDT數(shù)字集群系統(tǒng)之間，負(fù)責(zé)這兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立系統(tǒng)之間的互通。

圖1 對(duì)講互通方案系統(tǒng)框架

　　2.2 對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)原理

　　對(duì)講互通方案原理為一種使用互通網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)兩種不同網(wǎng)絡(luò)互連互通，繼而實(shí)現(xiàn)兩種網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程半雙工對(duì)講。網(wǎng)關(guān)通過(guò)軟對(duì)講內(nèi)部信令接入到公網(wǎng)PoC軟對(duì)講網(wǎng)絡(luò)。

　　(1)PDT數(shù)字集群系統(tǒng)發(fā)起呼叫，網(wǎng)關(guān)通過(guò)接入的專網(wǎng)對(duì)講車臺(tái)會(huì)自動(dòng)獲取呼叫狀態(tài)，并同時(shí)發(fā)起公網(wǎng)PoC軟對(duì)講呼叫，將語(yǔ)音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到公網(wǎng)PoC軟對(duì)講群組，實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)向公網(wǎng)PoC軟對(duì)講的語(yǔ)音實(shí)時(shí)傳輸；

　　(2)公網(wǎng)PoC軟對(duì)講發(fā)起呼叫，網(wǎng)關(guān)通過(guò)軟對(duì)講內(nèi)部信令檢測(cè)到PoC軟對(duì)講發(fā)起呼叫狀態(tài)，并同時(shí)發(fā)起專網(wǎng)呼叫，將語(yǔ)音數(shù)據(jù)通過(guò)專網(wǎng)車臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)到專網(wǎng)群組，實(shí)現(xiàn)PoC軟對(duì)講向?qū)＞W(wǎng)的語(yǔ)音實(shí)時(shí)傳輸；

　　(3)經(jīng)過(guò)以上步驟，實(shí)現(xiàn)了二個(gè)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，無(wú)縫對(duì)接。

　　對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)基于通用的服務(wù)器硬件平臺(tái)，通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)分別與PDT數(shù)字集群系統(tǒng)和PoC軟對(duì)講系統(tǒng)互聯(lián)。如圖2所示，對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)軟件由鏈路管理模塊、信令處理模塊、媒體處理模塊、服務(wù)監(jiān)控模塊和設(shè)備管理模塊五大部分組成。

　　具體的，對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)原理圖，如圖2所示。

圖2 對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)原理

　　對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)融合了信令和媒體兩大業(yè)務(wù)。為了高效、快速地完成信令接續(xù)和無(wú)損、流暢地完成媒體交互，按照上述總體設(shè)計(jì)，對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)需要解決以下兩個(gè)核心問(wèn)題。

　　(1)信令映射適配。PDT數(shù)字集群和PoC軟對(duì)講采用完全不同的信令流程，如何實(shí)現(xiàn)合理的信令映射適配是設(shè)計(jì)時(shí)需要解決的一個(gè)核心問(wèn)題。

　　(2)媒體轉(zhuǎn)換。PDT 數(shù)字集群和PoC軟對(duì)講的媒體格式不同，傳輸速率也不同，如何實(shí)現(xiàn)高效的速率匹配媒體轉(zhuǎn)換機(jī)制是設(shè)計(jì)時(shí)需要解決的又一個(gè)核心問(wèn)題。

　　2.3 信令映射適配

　　信令處理模塊中的呼叫控制采用統(tǒng)一的信令模型。PDT 數(shù)字集群與PoC終端的信令通過(guò)映射適配到呼叫控制的信令模型。

　　以點(diǎn)呼為例，呼叫信令流程包括PoC終端發(fā)起點(diǎn)呼建立呼叫、PDT終端發(fā)起點(diǎn)呼建立呼叫兩大類型。

　　2.3.1

　　類型一：PoC終端發(fā)起點(diǎn)呼建立呼叫

　　PoC終端發(fā)起點(diǎn)呼建立呼叫的信令映射適配流程，如圖3所示。

圖3 PoC終端發(fā)起點(diǎn)呼建立信令映射適配流程

　　圖3流程具體描述如下:

　　①PoC終端通過(guò)Invite向?qū)χv互通網(wǎng)關(guān)發(fā)起呼叫建立；

　　②對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)接收到Invite后，向PoC終端回復(fù)100trying，同時(shí)向PDT終端發(fā)送C_AHOY；

　　③PDT 終端收到C_AHOY之后，向?qū)χv互通網(wǎng)關(guān)回復(fù)C_ACKU和C_RAND；

　　④對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)接收到C_ACKU之后，向PoC終端發(fā)送180 ringing，并在接收到C_RAND之后向PoC終端發(fā)送200 OK；

　　⑤PoC終端收到200 OK之后，向?qū)χv互通網(wǎng)關(guān)回復(fù)ACK；

　　⑥對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)接收到ACK之后，向PDT終端發(fā)送PV_GRANT，至此呼叫正常建立。

　　2.3.2

　　類型二：PDT 終端發(fā)起點(diǎn)呼建立呼叫

　　PDT 終端發(fā)起點(diǎn)呼建立呼叫的信令映射適配流程，如圖 4 所示。

圖4 PDT終端發(fā)起點(diǎn)呼建立信令映射適配流程

　　圖4流程具體描述如下：

　　①PDT終端通過(guò)C_RAND向?qū)χv互通網(wǎng)關(guān)發(fā)起呼叫建立；

　　②對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)接收到C_RAND之后，向PoC終端發(fā)送Invite；

　　③PoC終端接收到Invite之后，向?qū)χv互通網(wǎng)關(guān)依次回復(fù)100 trying、180 ringing和200 OK；

　　④對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)接收到180 ringing 之后，向PDT 終端發(fā)送 C_ACKD，并在接收到200 OK之后向PDT終端發(fā)送PV_GRANT；

　　⑤PDT終端接收到PV_GRANT之后，向?qū)χv互通網(wǎng)關(guān)回復(fù)C_RAND；

　　⑥對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)接收到C_RAND之后，向PoC終端發(fā)送ACK，至此呼叫正常建立。

　　2.4 媒體轉(zhuǎn)換

　　根據(jù)PDT數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，PDT數(shù)字集群系統(tǒng)使用的國(guó)產(chǎn)NVOC聲碼器輸出為2.4 kb/s的壓縮語(yǔ)音。PoC終端可采用的語(yǔ)音編解碼有 AMR-nb、G711、G723和G729等。

　　下面以對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)支持PoC終端AMR-nb語(yǔ)音編解碼為例進(jìn)行描述。

　　PDT數(shù)字集群系統(tǒng)每間隔60 ms進(jìn)行一次NVOC話音打包，PoC軟對(duì)講系統(tǒng)每間隔20 ms進(jìn)行一次AMR-nb話音打包，兩者話音打包頻率不同。 如圖5所示，對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)以20 ms為基礎(chǔ)時(shí)間單位，對(duì)AMR-nb采取緩沖機(jī)制、對(duì)NVOC采取分片機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了話音打包頻率的匹配。

圖5 AMR與NVOC語(yǔ)音打包速率匹配

　　為了提升媒體轉(zhuǎn)換話音編解碼的并發(fā)能力，媒體轉(zhuǎn)換采用多進(jìn)程并行處理的實(shí)現(xiàn)方式。軟件啟動(dòng)過(guò)程中，自動(dòng)檢測(cè)通用服務(wù)器硬件平臺(tái)的內(nèi)核數(shù)量，根據(jù)內(nèi)核數(shù)量N，啟動(dòng)N-1個(gè)媒體轉(zhuǎn)換進(jìn)程，并將進(jìn)程與內(nèi)核綁定，以提升話音編解碼效率。

　　2.5 互通方案安全性

　　公網(wǎng)PoC終端，僅針對(duì)特定的安卓智能終端并輔以相應(yīng)的安全手段進(jìn)行部署。業(yè)內(nèi)當(dāng)前比較常見(jiàn)的方式是采用安全雙域終端，并將PoC軟對(duì)講APP安裝于安全終端的工作域，“公私隔離”確保PoC軟對(duì)講在智能終端側(cè)的安全。

　　PoC軟對(duì)講在系統(tǒng)內(nèi)采取信源加密的方式，滿足通過(guò)公網(wǎng)使用PoC業(yè)務(wù)的安全要求。

　　公專網(wǎng)對(duì)講業(yè)務(wù)互通時(shí)，PoC服務(wù)器將軟對(duì)講業(yè)務(wù)的密文轉(zhuǎn)化為明文后，發(fā)送給對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)；反之，PoC服務(wù)器將對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)傳過(guò)來(lái)的明文轉(zhuǎn)化為密文后發(fā)送給PoC終端。

　　PoC服務(wù)器和對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)往往部署在同一網(wǎng)絡(luò)。如果兩者異地部署，則通過(guò)IPSec VPN來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩�。以上兩種方式，可確保互通方案中“明密轉(zhuǎn)換”的安全。

3 結(jié)語(yǔ)

　　本文針對(duì)專網(wǎng)集群對(duì)講現(xiàn)階段建設(shè)狀況和使用特點(diǎn)，提出了將公網(wǎng)PoC軟對(duì)講和專網(wǎng)對(duì)講進(jìn)行互聯(lián)互通的方案，解決了專網(wǎng)覆蓋不足的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了在不改變、不淘汰原有系統(tǒng)的前提下，使用公網(wǎng)PoC終端對(duì)專網(wǎng)大范圍通訊的一種補(bǔ)充。對(duì)講互通網(wǎng)關(guān)具有快速部署、安全可靠以及操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可方便應(yīng)用于城市應(yīng)急、公安、武警等行業(yè)應(yīng)急指揮中心以及應(yīng)急通信指揮車等各種應(yīng)急通信環(huán)境中。在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)迅速構(gòu)建應(yīng)急指揮調(diào)度通信平臺(tái)，解決通信互聯(lián)互通難題，體現(xiàn)真正的“一機(jī)在手，通信無(wú)憂”。

　　基于目前通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)共存的狀況，更需要有跨網(wǎng)絡(luò)、跨平臺(tái)的融合互通方案，打破各種通信網(wǎng)絡(luò)、制式和頻段之間的障礙，徹底消除“信息孤島”，使應(yīng)急通信系統(tǒng)可以真正做到與應(yīng)急預(yù)案保持同步的節(jié)奏。一些諸如衛(wèi)生、公安、武警、能源和生產(chǎn)型企業(yè)，為了提升自身的反應(yīng)速度和管理效率，也需要讓各級(jí)應(yīng)急系統(tǒng)之間能夠順利平滑聯(lián)接。公專網(wǎng)集群對(duì)講互通方案的推出，必然給應(yīng)急救援以及應(yīng)急聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng)工作注入強(qiáng)勁活力。（作者 / 龔樂(lè)中、閆路平、王俊人；作者單位 / 龔樂(lè)中、王俊人：成都衛(wèi)士通信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司，閆路平：成都三零瑞通移動(dòng)通信有限公司）