浅谈公安350兆集群通信网建设_技术

浅谈公安350兆集群通信网建设

350兆警用集群通信系统自90年代初服务于公安部门以来，在各项重大保卫工作、抢险救灾以及日常警务活动中发挥了巨大的效能。其指挥调度的快速灵活性是任何公网移动通信系统无法比拟的，这一点在实践中已得到充分证明。
公安集群通信网建设的现状
公安部门的无线通信在八十年代末，九十年代初期基本以常规通信方式为主，随着MPT1327 信令体制的集群系统的成熟，九十年代中期各地开始了大规模的集群系统建设。目前在经济较发达的东部地区，警用集群系统基本上覆盖了地市以上的行政地区，在西部的广大地区集群系统仍有70%以上的地市为空白。
目前，各地所使用的集群对讲机系统均为MPT1327信令体制的集群系统，并且绝大多数系统是遵循公安部制定的行业标准《GA176－1998》建设的，早期建设的一些集群系统也在逐步地向该标准改进或升级。
现在虽然数字集群系统在各种媒体上炒得火热，也有一些商用系统在运营，但笔者认为就公安部门来说，警用集群系统的建设在近几年内还是要以模拟集群系统为主。因为：首先，模拟集群系统已经历了十多年的应用、磨合和改进，其使用功能应该说比目前的数字集群系统完善；其次，模拟集群系统早就实现了国产化，因此其价格是广大公安部门所能接受的，由于模拟集群系统的覆盖范围要比数字集群系统大，所以在同一个城市获得同样的覆盖范围，模拟集群对讲机系统的价格优势非常明显；再者数字集群系统主要是解决频率拥挤的问题，国家无委将350兆到370兆这一频段专门划为警用无线通信使用，共有160对双频点供集群系统使用，还预留了40对双频点，这些频点通过合理的复用规划完全可以满足绝大多数公安部门在今后几年中的使用。当然数字集群系统的应用是电子通信技术发展的必然趋势，只是目前和今后几年中还不适合在公安部门中推广使用。
公安集群通信网建设的需求
公安集群通信网建设的需求我们可以从三个方面讨论：
第一，集群网络的组网方式；
集群网络的组网方式主要包含用户拟配备的移动终端的数量、基站的数量、各基站的信道数量、各基站的位置选择、各基站天线的架设高度以及各基站与交换控制中心的连接方式等。
移动终端的数量直接决定了基站的信道数量，表一是单基站集群系统信道数量与所带的移动终端数量的对照表。该表是根据经验公式 A＝M.AA计算得出的。A为系统的总话务量，由系统的信道数量及呼损概率决定，调度呼叫的呼损概率通常取10%，由这两个指标通过查爱尔兰C表可得出系统的总话务量；M为系统移动用户终端的数量；AA为移动用户终端的平均话务量，通常取0.008Erl，它的含义是用户平均占用信道时长为28秒，平均每小时呼叫1次。

表一：

基站的数量主要取决于用户所在城市的地理环境以及所需覆盖的范围。一般大中城市因为高楼大厦较多，电磁环境又不太好，所以我们可以取工程的经验值即手持机的覆盖半径约为10公里左右。如果要求集群系统的服务半径大于10公里，那么通常需要架设多个基站。
基站位置的选择主要考虑所选位置的电磁环境是否满足要求，机房条件是否满足要求，是否具备足够高度的铁塔等因素。因为目前很多公安部门由于受经济条件的制约，不具备基础设施的建设能力，选择具备安装条件的地方作为基站不失为一个好方案。
集群系统属于大区制的无线通信系统，无线的架设高度直接影响到系统的覆盖距离，表二给出了基站天线架设高度与基站覆盖距离预测的经验值。该覆盖预测的计算是以移动通信工程电波传播的理论及电波传播损耗的工程经验公式为依据，该预测表适合于地形相对平坦的地区，如平坦地形的城市郊区，不适用于具有很多高大建筑物的城区内。

表二：
浅谈公安350兆集群通信网建设,第3张

各基站与交换控制中心的连接方式通常有光纤和微波两种方式，如果基站站址选在城区，并具备光缆的地方最好采用光纤连接。如果基站站址选在山上，也不具备光缆的地方可采用微波设备连接。无论是光纤还是微波最终都要将E1接口转换为基站连接所需的模拟中继接口。如果条件允许，最好全部采用光纤连接，光纤中继设备运行稳定，基本上不需要维护，而微波设备会受到天气（如雨衰）和电磁环境的影响，所以采用光纤的好处不言而喻。
第二，集群网络可实现的调度及故障弱化功能；
公安部的部颁警用集群系统标准《GA176-1998》已经详尽地规定了集群系统的调度功能，但是随着用户需求的不断提高，又提出了一些新的功能，这里简单阐述一下。
话音呼叫调度功能，话音呼叫的调度功能主要用到的有单呼、组呼、队呼、全呼、紧急呼、转移呼、包容呼、遇忙排队自动回叫等。其中组呼是最主要的调度呼叫，临时编组呼和开放编组呼是在大型保卫活动中经常要用到的组呼。随着多基站系统的产生和多系统的联网，要求系统能实现跨多个基站和跨多个系统的组呼，能否实现跨多个基站和跨多个系统的组呼是体现一套集群系统技术先进性的重要指标，另外集群系统的最突出优势是呼叫接续建立的时间要短，目前跨多个系统的组呼呼叫接续时间可以做到700毫秒以内。
系统的网络调度功能，计算机网络技术已经广泛地应用于各个领域，集群通信系统也不例外，集群系统单一的PC终端的管理模式已经不适合金盾工程的总体需求。110联动指挥中心网络的建立是"科技强警"的一个重要组成部分，350兆集群系统作为该网络的一个重要分支，要求其必须采用具备网络结构的管理系统，通过网络接口以TCP／IP协议接入110联动指挥中心的网络平台，110联动指挥中心就可以实现对系统的远程指挥调度和远程监视，同时也方便用户或厂商对集群系统进行远程维护管理。举一个简单的实际案例大家就可以明白集群系统采用网络调度的重要性。有群众拨打110电话报警，该人的报警位置可以通过电信部门提供数据显示在110调度人员的调度终端上，调度人员通过鼠标点击报警位置，周围的巡逻车就可以显现出来，再点击最近的一辆空闲的巡逻车就可以实现报警人、调度人、巡逻人的三方通话。其中呼叫巡逻人员就是通过网络接口发起的调度呼叫。
集群系统的故障弱化功能，集群系统的故障弱化功能可以从网络的拓补结构及网络的软件设计两方面讨论。集群系统通常有集中控制和分部控制两种结构，每种结构各有千秋。集中控制系统在接续时间方面占有绝对优势，分部控制系统各基站的工作不受交换控制中心及中继链路的影响。如果集群系统的拓补结构能够将两者结合起来，那么才是一个完美的系统。采用集中控制与分部控制相结合的网络拓补结构也是实现市、县集群系统联网的重要手段之一。在软件设计方面可以采用信令信道定时切换技术或遇故障切换的技术保障信令信道的正常工作，还可以通过检测接收机受干扰的情况以及发射机发射的功率正常与否来自动关闭故障信道等等。一般集群系统都能做到：有线接口故障不影响无线用户间的通话，话音交换单元故障不影响本基站无线用户的通话，控制中心或链路故障不影响分基站的工作或分基站弱化为常规通信方式。
第三，集群网络可提供的增值区务。
集群网络建设完成后，如果只能提供本网络单纯的话音服务，并不能发挥出其应有的作用。这里从系统联网、移动数据传输、集群系统与常规系统互联几个方面讨论集群系统的增值服务。
系统联网，每个集群系统的服务范围是有限的，一般只限于本地使用，然而随着经济、交通、信息技术的高速发展，警务活动的范围已经不能局限于某一个地域，如一辆警车行驶在高速公路上，几分钟就可能离开自已所属的辖区或基站的覆盖范围。如果对讲机能将某一地区或省的集群系统联网，那么移动终端的使用范围将成倍地扩大，极大地方便警员外出执行任务。系统联网主要是将不同系统的话音连接起来以及移动用户终端的位置信息及时更新。金盾工程实施几年来，各省的公安专用数据通信网基本上都建立起来了，主要有两种形式，一种是传输网，一种是IP数据网，无论哪种网络，最终都能实现语音、数据、图像的三网合一。公安专用数据通信网的建立为集群系统的联网提供了物理基础通道。我们可以在省厅设立一个全省的集群系统话音汇接交换中心，通过专用数据网提供的话音通道将各分系统的话音会接到省厅。通过专用数据网提供的数据接口，将各分系统的网管系统组成一个专用的局域网络来自动更新用户的位置登记信息和跨系统的呼叫信息。

移动数据传输，移动数据查询是当前警务活动不可缺少的重要组成部分，工作在一线的警员经常要实时查询如车牌号、驾驶证、常住人口、暂住人口、犯罪嫌疑人资料等信息。这些信息的查询可以充分利用350兆集群系统提供的空中传输通道，不需要对系统及终端设备作任何改动，只是在移动终端上增加一个微型调制解调器和掌上电脑，用户数据库增加一个无线网关接口即可。现已投入使用的移动数传系统速率为1200bit/s，查询一条200字的信息大约需要8秒钟时间。借助于350兆集群系统进行移动数据传输的最大好处是节省资金、组网快速、查询方便、实用性强。该方式完全可以胜任2K字节以下的移动数据传输。技术发展永无止境，更先进的调制解调技术可能会提高数据传输的速率，但我们还要衡量其性价比如何。
集群系统与常规系统互联，很多地方目前还在大量地使用常规通信设备，150兆、350兆、450兆频段都有，我们可以在这些常规转信台上增加集群的接口控制设备，赋予集群接口设备一个集群ID号码和几个参与组号码。集群接口设备将常规终端发出的DTMF呼叫信号转成MPT1327格式的信令转发向集群系统，就可以实现常规终端呼叫集群终端。集群终端通过呼叫集群接口设备的ID号码就可以实现集群终端呼叫常规终端。图二给出了不同频段的常规系统与集群系统的互联示意图，从图中可以看出集群终端可以调度任何一部常规终端，常规终端之间也可以通过集群系统实现互通。

浅谈公安350兆集群通信网建设,第4张
扩大集群系统覆盏范围的几种方式
单区多基站，将集群系统的基站分为若干个基站，把每个基站用微波、光纤等中继链路拉开并安放在不同的地点，从而扩大整个系统的覆盖范围，每个分基站的调度功能与主基站相同，因此是功能最全的扩大集群覆盖的解决方案，我们称之为单区（同一个系统台号PFIX）多基站系统。
智能延伸基站，智能延伸基站是一种延伸集群系统覆盖范围的组网方式，它是利用频率可控链路信道机与远端的MPT1327集群系统相连并解决本地集群覆盖的智能基站。是一种安装方便，不需要微波中继设备且投入较低的集群系统延伸覆盖的解决方案。主要适用于微波设备无法联通的高山基站或隧道中等地方。智能延伸基站由控制器、本地无线信道和链路信道三部分组成。延伸站控制器不对移动用户作任何监权处理，所有登记、呼叫信令都转向施主基站，廷伸站工作时会增加施主基站的开销，因此延伸站的信道数量配置不宜过多。使用延伸站时要注意：本地信道的频率要尽可能与施主基站频率差开，间隔越大越好，并采用与施主基站无三阶互调的频率组，以减少本地信道与链路信道的相互干扰。延伸基站因为与施主基站采用的频率不同，因此用户终端在重叠覆盖区中使用不受影响。延伸站在调度功能上有局限性，不能实现开放编组，连续信道更新等功能。
集群智能延伸系统，集群智能延伸系统顾名思义本身是一套自成体系的集群系统，它是在集群系统的基础上增加了智能无线接口设备，延伸系统挂接在主系统下，与主系统组成集中控制与分部控制相结合的网络拓补结构。有线呼叫直接进入本地PBX，只有跨系统的呼叫才向主系统发起，同时延伸系统可以屏蔽不需要的跨系统组呼。移动用户可以在主系统与延伸系统之间自动漫游，但前题是该用户为两个系统的合法用户。由于延伸系统是以 MPT1327信令格式接入主系统的，因此可以挂接在任何不同型号的MPT1327集群系统上。廷伸系统可以采用查询的方式刷新已漫游走的移动用户的位置信息。延伸系统主要适用于县级集群系统的建设上，通过无线链路信道与上级集群系统互联，也可以通过有线方式将自主系统与链路机拉开，这样解决了延伸系统与主系统过远，无线信号连接不上的问题。图三给出了智能延伸系统与任何型号主系统互联的示意图。如果延伸系统与主系统是同一型号的系统，那么可以去掉链路机，通过有线直接接入到主系统中。