淺談公安350兆集群通信網(wǎng)建設
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350兆警用集群通信系統(tǒng)自90年代初服務于公安部門以來,在各項重大保衛(wèi)工作、搶險救災以及日常警務活動中發(fā)揮了巨大的效能。其指揮調度的快速靈活性是任何公網(wǎng)移動通信系統(tǒng)無法比擬的,這一點在實踐中已得到充分證明。
公安集群通信網(wǎng)建設的現(xiàn)狀
公安部門的無線通信在八十年代末,九十年代初期基本以常規(guī)通信方式為主,隨著MPT1327 信令體制的集群系統(tǒng)的成熟,九十年代中期各地開始了大規(guī)模的集群系統(tǒng)建設。目前在經(jīng)濟較發(fā)達的東部地區(qū),警用集群系統(tǒng)基本上覆蓋了地市以上的行政地區(qū),在西部的廣大地區(qū)集群系統(tǒng)仍有70%以上的地市為空白。
目前,各地所使用的集群對講機系統(tǒng)均為MPT1327信令體制的集群系統(tǒng),并且絕大多數(shù)系統(tǒng)是遵循公安部制定的行業(yè)標準《GA176-1998》建設的,早期建設的一些集群系統(tǒng)也在逐步地向該標準改進或升級。
現(xiàn)在雖然數(shù)字集群系統(tǒng)在各種媒體上炒得火熱,也有一些商用系統(tǒng)在運營,但筆者認為就公安部門來說,警用集群系統(tǒng)的建設在近幾年內還是要以模擬集群系統(tǒng)為主。因為:首先,模擬集群系統(tǒng)已經(jīng)歷了十多年的應用、磨合和改進,其使用功能應該說比目前的數(shù)字集群系統(tǒng)完善;其次,模擬集群系統(tǒng)早就實現(xiàn)了國產(chǎn)化,因此其價格是廣大公安部門所能接受的,由于模擬集群系統(tǒng)的覆蓋范圍要比數(shù)字集群系統(tǒng)大,所以在同一個城市獲得同樣的覆蓋范圍,模擬集群對講機系統(tǒng)的價格優(yōu)勢非常明顯;再者數(shù)字集群系統(tǒng)主要是解決頻率擁擠的問題,國家無委將350兆到370兆這一頻段專門劃為警用無線通信使用,共有160對雙頻點供集群系統(tǒng)使用,還預留了40對雙頻點,這些頻點通過合理的復用規(guī)劃完全可以滿足絕大多數(shù)公安部門在今后幾年中的使用。當然數(shù)字集群系統(tǒng)的應用是電子通信技術發(fā)展的必然趨勢,只是目前和今后幾年中還不適合在公安部門中推廣使用。
公安集群通信網(wǎng)建設的需求
公安集群通信網(wǎng)建設的需求我們可以從三個方面討論:
第一,集群網(wǎng)絡的組網(wǎng)方式;
集群網(wǎng)絡的組網(wǎng)方式主要包含用戶擬配備的移動終端的數(shù)量、基站的數(shù)量、各基站的信道數(shù)量、各基站的位置選擇、各基站天線的架設高度以及各基站與交換控制中心的連接方式等。
移動終端的數(shù)量直接決定了基站的信道數(shù)量,表一是單基站集群系統(tǒng)信道數(shù)量與所帶的移動終端數(shù)量的對照表。該表是根據(jù)經(jīng)驗公式 A=M.AA計算得出的。A為系統(tǒng)的總話務量,由系統(tǒng)的信道數(shù)量及呼損概率決定,調度呼叫的呼損概率通常取10%,由這兩個指標通過查愛爾蘭C表可得出系統(tǒng)的總話務量;M為系統(tǒng)移動用戶終端的數(shù)量;AA為移動用戶終端的平均話務量,通常取0.008Erl,它的含義是用戶平均占用信道時長為28秒,平均每小時呼叫1次。
表一:

基站的數(shù)量主要取決于用戶所在城市的地理環(huán)境以及所需覆蓋的范圍。一般大中城市因為高樓大廈較多,電磁環(huán)境又不太好,所以我們可以取工程的經(jīng)驗值即手持機的覆蓋半徑約為10公里左右。如果要求集群系統(tǒng)的服務半徑大于10公里,那么通常需要架設多個基站。
基站位置的選擇主要考慮所選位置的電磁環(huán)境是否滿足要求,機房條件是否滿足要求,是否具備足夠高度的鐵塔等因素。因為目前很多公安部門由于受經(jīng)濟條件的制約,不具備基礎設施的建設能力,選擇具備安裝條件的地方作為基站不失為一個好方案。
集群系統(tǒng)屬于大區(qū)制的無線通信系統(tǒng),無線的架設高度直接影響到系統(tǒng)的覆蓋距離,表二給出了基站天線架設高度與基站覆蓋距離預測的經(jīng)驗值。該覆蓋預測的計算是以移動通信工程電波傳播的理論及電波傳播損耗的工程經(jīng)驗公式為依據(jù),該預測表適合于地形相對平坦的地區(qū),如平坦地形的城市郊區(qū),不適用于具有很多高大建筑物的城區(qū)內。
表二:
各基站與交換控制中心的連接方式通常有光纖和微波兩種方式,如果基站站址選在城區(qū),并具備光纜的地方最好采用光纖連接。如果基站站址選在山上,也不具備光纜的地方可采用微波設備連接。無論是光纖還是微波最終都要將E1接口轉換為基站連接所需的模擬中繼接口。如果條件允許,最好全部采用光纖連接,光纖中繼設備運行穩(wěn)定,基本上不需要維護,而微波設備會受到天氣(如雨衰)和電磁環(huán)境的影響,所以采用光纖的好處不言而喻。
第二,集群網(wǎng)絡可實現(xiàn)的調度及故障弱化功能;
公安部的部頒警用集群系統(tǒng)標準《GA176-1998》已經(jīng)詳盡地規(guī)定了集群系統(tǒng)的調度功能,但是隨著用戶需求的不斷提高,又提出了一些新的功能,這里簡單闡述一下。
話音呼叫調度功能,話音呼叫的調度功能主要用到的有單呼、組呼、隊呼、全呼、緊急呼、轉移呼、包容呼、遇忙排隊自動回叫等。其中組呼是最主要的調度呼叫,臨時編組呼和開放編組呼是在大型保衛(wèi)活動中經(jīng)常要用到的組呼。隨著多基站系統(tǒng)的產(chǎn)生和多系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng),要求系統(tǒng)能實現(xiàn)跨多個基站和跨多個系統(tǒng)的組呼,能否實現(xiàn)跨多個基站和跨多個系統(tǒng)的組呼是體現(xiàn)一套集群系統(tǒng)技術先進性的重要指標,另外集群系統(tǒng)的最突出優(yōu)勢是呼叫接續(xù)建立的時間要短,目前跨多個系統(tǒng)的組呼呼叫接續(xù)時間可以做到700毫秒以內。
系統(tǒng)的網(wǎng)絡調度功能,計算機網(wǎng)絡技術已經(jīng)廣泛地應用于各個領域,集群通信系統(tǒng)也不例外,集群系統(tǒng)單一的PC終端的管理模式已經(jīng)不適合金盾工程的總體需求。110聯(lián)動指揮中心網(wǎng)絡的建立是"科技強警"的一個重要組成部分,350兆集群系統(tǒng)作為該網(wǎng)絡的一個重要分支,要求其必須采用具備網(wǎng)絡結構的管理系統(tǒng),通過網(wǎng)絡接口以TCP/IP協(xié)議接入110聯(lián)動指揮中心的網(wǎng)絡平臺,110聯(lián)動指揮中心就可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的遠程指揮調度和遠程監(jiān)視,同時也方便用戶或廠商對集群系統(tǒng)進行遠程維護管理。舉一個簡單的實際案例大家就可以明白集群系統(tǒng)采用網(wǎng)絡調度的重要性。有群眾撥打110電話報警,該人的報警位置可以通過電信部門提供數(shù)據(jù)顯示在110調度人員的調度終端上,調度人員通過鼠標點擊報警位置,周圍的巡邏車就可以顯現(xiàn)出來,再點擊最近的一輛空閑的巡邏車就可以實現(xiàn)報警人、調度人、巡邏人的三方通話。其中呼叫巡邏人員就是通過網(wǎng)絡接口發(fā)起的調度呼叫。
集群系統(tǒng)的故障弱化功能,集群系統(tǒng)的故障弱化功能可以從網(wǎng)絡的拓補結構及網(wǎng)絡的軟件設計兩方面討論。集群系統(tǒng)通常有集中控制和分部控制兩種結構,每種結構各有千秋。集中控制系統(tǒng)在接續(xù)時間方面占有絕對優(yōu)勢,分部控制系統(tǒng)各基站的工作不受交換控制中心及中繼鏈路的影響。如果集群系統(tǒng)的拓補結構能夠將兩者結合起來,那么才是一個完美的系統(tǒng)。采用集中控制與分部控制相結合的網(wǎng)絡拓補結構也是實現(xiàn)市、縣集群系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的重要手段之一。在軟件設計方面可以采用信令信道定時切換技術或遇故障切換的技術保障信令信道的正常工作,還可以通過檢測接收機受干擾的情況以及發(fā)射機發(fā)射的功率正常與否來自動關閉故障信道等等。一般集群系統(tǒng)都能做到:有線接口故障不影響無線用戶間的通話,話音交換單元故障不影響本基站無線用戶的通話,控制中心或鏈路故障不影響分基站的工作或分基站弱化為常規(guī)通信方式。
第三,集群網(wǎng)絡可提供的增值區(qū)務。
集群網(wǎng)絡建設完成后,如果只能提供本網(wǎng)絡單純的話音服務,并不能發(fā)揮出其應有的作用。這里從系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、移動數(shù)據(jù)傳輸、集群系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)互聯(lián)幾個方面討論集群系統(tǒng)的增值服務。
系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),每個集群系統(tǒng)的服務范圍是有限的,一般只限于本地使用,然而隨著經(jīng)濟、交通、信息技術的高速發(fā)展,警務活動的范圍已經(jīng)不能局限于某一個地域,如一輛警車行駛在高速公路上,幾分鐘就可能離開自已所屬的轄區(qū)或基站的覆蓋范圍。如果對講機能將某一地區(qū)或省的集群系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),那么移動終端的使用范圍將成倍地擴大,極大地方便警員外出執(zhí)行任務。系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)主要是將不同系統(tǒng)的話音連接起來以及移動用戶終端的位置信息及時更新。金盾工程實施幾年來,各省的公安專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)基本上都建立起來了,主要有兩種形式,一種是傳輸網(wǎng),一種是IP數(shù)據(jù)網(wǎng),無論哪種網(wǎng)絡,最終都能實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)、圖像的三網(wǎng)合一。公安專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的建立為集群系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)提供了物理基礎通道。我們可以在省廳設立一個全省的集群系統(tǒng)話音匯接交換中心,通過專用數(shù)據(jù)網(wǎng)提供的話音通道將各分系統(tǒng)的話音會接到省廳。通過專用數(shù)據(jù)網(wǎng)提供的數(shù)據(jù)接口,將各分系統(tǒng)的網(wǎng)管系統(tǒng)組成一個專用的局域網(wǎng)絡來自動更新用戶的位置登記信息和跨系統(tǒng)的呼叫信息。
移動數(shù)據(jù)傳輸,移動數(shù)據(jù)查詢是當前警務活動不可缺少的重要組成部分,工作在一線的警員經(jīng)常要實時查詢如車牌號、駕駛證、常住人口、暫住人口、犯罪嫌疑人資料等信息。這些信息的查詢可以充分利用350兆集群系統(tǒng)提供的空中傳輸通道,不需要對系統(tǒng)及終端設備作任何改動,只是在移動終端上增加一個微型調制解調器和掌上電腦,用戶數(shù)據(jù)庫增加一個無線網(wǎng)關接口即可。現(xiàn)已投入使用的移動數(shù)傳系統(tǒng)速率為1200bit/s,查詢一條200字的信息大約需要8秒鐘時間。借助于350兆集群系統(tǒng)進行移動數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲蠛锰幨枪?jié)省資金、組網(wǎng)快速、查詢方便、實用性強。該方式完全可以勝任2K字節(jié)以下的移動數(shù)據(jù)傳輸。技術發(fā)展永無止境,更先進的調制解調技術可能會提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?,但我們還要衡量其性價比如何。
集群系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)互聯(lián),很多地方目前還在大量地使用常規(guī)通信設備,150兆、350兆、450兆頻段都有,我們可以在這些常規(guī)轉信臺上增加集群的接口控制設備,賦予集群接口設備一個集群ID號碼和幾個參與組號碼。集群接口設備將常規(guī)終端發(fā)出的DTMF呼叫信號轉成MPT1327格式的信令轉發(fā)向集群系統(tǒng),就可以實現(xiàn)常規(guī)終端呼叫集群終端。集群終端通過呼叫集群接口設備的ID號碼就可以實現(xiàn)集群終端呼叫常規(guī)終端。圖二給出了不同頻段的常規(guī)系統(tǒng)與集群系統(tǒng)的互聯(lián)示意圖,從圖中可以看出集群終端可以調度任何一部常規(guī)終端,常規(guī)終端之間也可以通過集群系統(tǒng)實現(xiàn)互通。

擴大集群系統(tǒng)覆盞范圍的幾種方式
單區(qū)多基站,將集群系統(tǒng)的基站分為若干個基站,把每個基站用微波、光纖等中繼鏈路拉開并安放在不同的地點,從而擴大整個系統(tǒng)的覆蓋范圍,每個分基站的調度功能與主基站相同,因此是功能最全的擴大集群覆蓋的解決方案,我們稱之為單區(qū)(同一個系統(tǒng)臺號PFIX)多基站系統(tǒng)。
智能延伸基站,智能延伸基站是一種延伸集群系統(tǒng)覆蓋范圍的組網(wǎng)方式,它是利用頻率可控鏈路信道機與遠端的MPT1327集群系統(tǒng)相連并解決本地集群覆蓋的智能基站。是一種安裝方便,不需要微波中繼設備且投入較低的集群系統(tǒng)延伸覆蓋的解決方案。主要適用于微波設備無法聯(lián)通的高山基站或隧道中等地方。智能延伸基站由控制器、本地無線信道和鏈路信道三部分組成。延伸站控制器不對移動用戶作任何監(jiān)權處理,所有登記、呼叫信令都轉向施主基站,廷伸站工作時會增加施主基站的開銷,因此延伸站的信道數(shù)量配置不宜過多。使用延伸站時要注意:本地信道的頻率要盡可能與施主基站頻率差開,間隔越大越好,并采用與施主基站無三階互調的頻率組,以減少本地信道與鏈路信道的相互干擾。延伸基站因為與施主基站采用的頻率不同,因此用戶終端在重疊覆蓋區(qū)中使用不受影響。延伸站在調度功能上有局限性,不能實現(xiàn)開放編組,連續(xù)信道更新等功能。
集群智能延伸系統(tǒng),集群智能延伸系統(tǒng)顧名思義本身是一套自成體系的集群系統(tǒng),它是在集群系統(tǒng)的基礎上增加了智能無線接口設備,延伸系統(tǒng)掛接在主系統(tǒng)下,與主系統(tǒng)組成集中控制與分部控制相結合的網(wǎng)絡拓補結構。有線呼叫直接進入本地PBX,只有跨系統(tǒng)的呼叫才向主系統(tǒng)發(fā)起,同時延伸系統(tǒng)可以屏蔽不需要的跨系統(tǒng)組呼。移動用戶可以在主系統(tǒng)與延伸系統(tǒng)之間自動漫游,但前題是該用戶為兩個系統(tǒng)的合法用戶。由于延伸系統(tǒng)是以 MPT1327信令格式接入主系統(tǒng)的,因此可以掛接在任何不同型號的MPT1327集群系統(tǒng)上。廷伸系統(tǒng)可以采用查詢的方式刷新已漫游走的移動用戶的位置信息。延伸系統(tǒng)主要適用于縣級集群系統(tǒng)的建設上,通過無線鏈路信道與上級集群系統(tǒng)互聯(lián),也可以通過有線方式將自主系統(tǒng)與鏈路機拉開,這樣解決了延伸系統(tǒng)與主系統(tǒng)過遠,無線信號連接不上的問題。圖三給出了智能延伸系統(tǒng)與任何型號主系統(tǒng)互聯(lián)的示意圖。如果延伸系統(tǒng)與主系統(tǒng)是同一型號的系統(tǒng),那么可以去掉鏈路機,通過有線直接接入到主系統(tǒng)中。
總結
以上從幾個方面討論了公安350兆集群系統(tǒng)的建設問題。系統(tǒng)建設的組網(wǎng)方式靈活多樣,用戶在集群網(wǎng)絡規(guī)劃時首先應該充分了解自己的實際情況、所在廠商的設備情況和技術支持情況,制定出最適合自己的、性價比最高的組網(wǎng)方案。希望以上這些觀點能對公安350兆集群系統(tǒng)的建設提供一些幫助對講機。
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