一种数字集群通信系统及其构建方法
【专利摘要】本发明公开了一种数字集群通信系统及其构建方法，数字集群通信系统包括：终端、演进的基站(eNodeB)和集群调度子系统，集群调度子系统包括：调度服务器(PDS)、归属寄存器(PHR)、调度台服务器(DAS)、调度台客户端(DAC)；eNodeB与PDS相连，为终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载；PDS连接DAS和PHR，DAS连接DAC；其中，PDS用于执行集群呼叫的建立和释放、语音的汇集和转发；PHR用于对集群中的集团、群组和用户进行管理，并执行认证、鉴权和计费；DAS用于执行DAC接入，为用户提供调度台服务；DAC用于提供人机界面，对集团内的群组、用户发起集群呼叫。本发明能够隔离LTE?EPC核心网，兼容已有的集群系统。
【专利说明】一种数字集群通信系统及其构建方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及集群通信【技术领域】，尤其涉及一种数字集群通信系统及其构建方法。【背景技术】
[0002]集群通信系统是为了满足行业用户指挥调度需求而开发的、面向特定行业应用的专用无线通信系统；集群通信系统中，大量无线用户共享少量无线信道，以指挥调度为主体应用；集群通信系统是一种多用途、高效能的无线通信系统。
[0003]集群通信系统经历了与蜂窝移动通信系统类似的发展历程:
[0004]第一代集群系统是模拟集群通信系统，主要支持语音通信；
[0005]第二代集群系统是窄带数字集群通信系统，也是当前国内应用最广泛的集群通信系统，窄带数字集群通信系统支持语音和低速数据(最高28.8kbps)通信。
[0006]从目前集群通信系统的发展来看，集群通信系统的发展远远落后于公众蜂窝系统的发展，其技术创新和产业链等方面都还不尽完备。在数据传输能力和多媒体业务的支持能力方面，目前的窄带数字集群通信系统仍然比较落后；目前的窄带数字集群通信系统均未达到Mbps数量级的数据传输速率，在频谱利用率和覆盖方面也不能很好的满足需求。
[0007]随着移动互联网的飞速发展以及全球无线城市的大规模建设，宽带化成为整个无线通信的发展趋势。行业人员在应用集群通信系统进行指挥调度的过程中，已不仅仅要求“听得见”，还要求“看得见”。相应地，集群通信系统在技术上也将向系统IP化、业务多样化、数据宽带化、终端多模化的方向发展。从具体的应用角度来看，主要体现在高速数据、视频以及构建于此基础之上的多种应用，包括移动办公、多媒体集群调度、视频监控、城市应急联动等方面。
[0008]新的集群通信系统要求向着以下目标发展:更大的信道容量、更高的频谱利用率、更好的传输性能，采用低成本、可伸缩、可配置的全IP无线多媒体网络架构，兼容已有集群系统，并能够实现平滑演进。
[0009]然而，目前基于长期演进(LTE, Long Term Evolution)的数字集群系统的典型实现方法是对目前的LTE所有网元进行重新设计，以适应于集群系统，其架构如图1所示。在图1所示的网络架构中:
[0010]对演进的基站(eNodeB)进行改造，增加了无线集群调度功能模块(RTDF)，负责集群业务的相关处理，从演进的移动性管理实体(eMME)接收集群控制指令，为终端分配无线资源，以及将从服务网关(SGW)接收到的业务发起终端发起的业务数据流传送到业务接受终端；
[0011]对eMME进行改造，增加了集群控制功能模块(TCF)，负责建立、维护和释放集群业务，进行话语权的管理和调度；
[0012]对演进的分组数据网关(e-PGW)进行改造，增加了集群分组功能模块(TPF)，负责集群业务数据流的映射、复制和分发；
[0013]对演进的归属用户服务器(eHSS)进行改造，增加了集群用户服务(TSS)，负责存储和管理与集群业务相关的组用户信息。
[0014]另外，为支持调度台功能，需要新增调度网关(D-GW)，与eMME、eHSS和ePGW连接。
[0015]然而，这种实现方法的主要缺点在于:
[0016]1、对LTE EPC核心网进行了全面改造，接口为私有化，无法标准化；
[0017]2、对运营商代价比较大，为支持集群功能，需要对现有LTE网络进行全面升级；维护成本高，LTE现有模块或者新增集群模块进行升级，都会带来影响；
[0018]3、无法兼容已有的集群系统，对已建设有集群系统的运营商来说，无法做到平滑升级，为支持LTE集群，需要重新建设，带来巨大的浪费；
[0019]4、为支持调度台功能，需要新增D-GW网元，该网元需要与eMME、eHSS和ePGW都连接，造成了接口的复杂化，不易于维护。
【发明内容】
[0020]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种数字集群通信系统及其构建方法，以解决现有技术中基于LTE的数字集群系统对LTE EPC核心网改动较大、无法兼容已有的集群系统等问题。
[0021]为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的:
[0022]本发明提供一种数字集群通信系统，包括:终端、演进的基站eNodeB和集群调度子系统，所述集群调度子系统包括:调度服务器ros、归属寄存器PHR、调度台服务器DAS、调度台客户端DAC;
[0023]所述eNodeB与PDS相连，为所述终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载；所述PDS连接所述DAS和PHR，所述DAS连接所述DAC ；
[0024]其中，所述ros，用于执行集群呼叫的建立和释放、语音的汇集和转发；
[0025]所述PHR，用于对集群中的集团、群组和用户进行管理，并执行认证、鉴权和计费；
[0026]所述DAS，用于执行DAC接入，为用户提供调度台服务；
[0027]所述DAC，用于提供人机界面，对集团内的群组、用户发起集群呼叫。
[0028]所述ros包括控制面PDS和媒体面ros，所述控制面pds和媒体面ros之间通过基于控制面的通用分组无线服务隧道协议GTP-C实现的接口相连。
[0029]所述eNodeB与控制面PDS之间通过基于流控制传输协议SCTP实现的接口相连；
[0030]所述eNodeB与媒体面PDS之间通过基于用户面的通用分组无线服务隧道协议GTP-U实现的接口相连。
[0031]所述控制面PDS用于至少执行以下处理:
[0032]集群用户的注册和鉴权；
[0033]集群业务的管理；
[0034]终端位置区的更新；
[0035]建立、释放或修改终端上下文；
[0036]激活、去激活承载；
[0037]业务寻呼。
[0038]所述媒体面PDS用于至少执行以下处理:
[0039]激活、去激活承载；[0040]媒体流的转发，将呼叫内发言用户的媒体流转发给呼叫内接听用户所在的eNodeBο
[0041]所述eNodeB用于至少执行以下处理:
[0042]将终端的集群状态上报给ros ;
[0043]集群业务相关的终端和eNodeB之间的点对点信令承载；
[0044]集群业务相关的终端和PDS之间的点对点信令承载；
[0045]将ros的集群呼叫控制信令下发给终端；
[0046]集群业务承载建立和控制。
[0047]本发明还提供一种数字集群通信系统的构建方法，所述数字集群通信系统由终端、演进的基站eNodeB和集群调度子系统构成，所述集群调度子系统包括:调度服务器H)S、归属寄存器PHR、调度台服务器DAS、调度台客户端DAC ;该方法包括:
[0048]将所述eNodeB与PDS相连，所述PDS与所述DAS和PHR分别相连，所述DAS与所述DAC相连；所述eNodeB为所述终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载。
[0049]所述PDS包括控制面PDS和媒体面H)S，该方法还包括:
[0050]在所述控制面PDS和媒体面PDS之间通过基于控制面的通用分组无线服务隧道协议GTP-C实现的接口相连。
[0051]该方法还包括:
[0052]在所述eNodeB与控制面PDS之间通过基于流控制传输协议SCTP实现的接口相连；
[0053]在所述eNodeB与媒体面PDS之间通过基于用户面的通用分组无线服务隧道协议GTP-U实现的接口相连。
[0054]本发明所提供的一种数字集群通信系统及其构建方法，基于LTE系统，通过对集群调度子系统进行扩展，对LTE中的eNodeB进行改进，实现了基于LTE的数字集群系统；该系统完全隔离LTE EPC核心网，能够做到业务完全隔离，且该系统架构灵活、易于扩展。
【专利附图】
【附图说明】
[0055]图1为现有技术中基于LTE实现数字集群通信系统的网络架构示意图；
[0056]图2为本发明实施例的一种数字集群通信系统的网络架构示意图；
[0057]图3为本发明实施例的一种集群用户所在的终端开机注册的流程图。
【具体实施方式】
[0058]下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。
[0059]本发明实施例提供的一种数字集群通信系统，如图2所示，主要包括:终端、演进的通用移动通信系统陆地无线接入网(E-UTRAN)、集群调度子系统。终端包括用户设备(UE)、固定台、车载台、无线调度台等；E-UTRAN包括eNodeB ;集群调度子系统包括调度服务器(PDS)、归属寄存器(PHR)、调度台服务器(DAS)和调度台客户端(DAC)。
[0060]其中，eNodeB与PDS相连，为终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载；PDS连接DAS和PHR，DAS连接DAC。
[0061]ros，为集群服务的控制中心，用于执行集群呼叫的建立和释放，如:鉴别一按即讲(PTT, Push To Talk)用户、建立PTT呼叫、判断PTT请求等等；PDS还用于执行语音的汇集和转发等处理，如:接收上行链路来的PTT语音包，并分发到下行链路；
[0062]PHR，用于对集群中的集团、群组和用户进行管理，并执行认证、鉴权和计费；数字集群通信系统为集团提供集群服务，所述集团由多个群组和用户组成，每个用户可以属于多个群组；
[0063]DAS，用于执行DAC接入，为用户提供调度台服务；
[0064]DAC，用于提供人机界面，对集团内的群组、用户发起集群呼叫。
[0065]较佳的，为应对不同的组网场景要求和LTE扁平化的组网结构，PDS分为控制面PDS (C-PDS)和媒体面 PDS (M-PDS)。
[0066]相应的，eNodeB与C-PDS之间通过Tl-C接口相连，T1-C接口为SI接口的扩展，基于流控制传输协议(SCTP, Stream Control Transmission Protocol)实现；eNodeB 与M-PDS之间通过Tl-U接口相连，Tl-U接口为SI接口的扩展，基于用户面的通用分组无线服务隧道协议(GTP-U, GPRS Tunneling Protocol for the user plane)实现；C_PDS 与M-PDS之间通过Tll接口相连，Tll接口为Sll接口的扩展，基于控制面的通用分组无线服务(GPRS)隧道协议(GTP-C, GPRS Tunneling Protocol for control plane)实现。
[0067]另外，C-PDS与DAS之间基于用户数据报协议(UDP,User Datagram Protocol)通信；C_PDS与PHR之间基于远程验证拨入用户服务(RADIUS, Remote Authentication DialIn User Service)协议通信；DAS与DAC之间基于UDP/超文本传送协议(HTTP, HypertextTransport Protocol)通信；DAC 与 M-PDS 之间通过实时传输协议(RTP, Real-timeTransport Protocol)通信。eNodeB与终端之间通过LTE-Uu接口相连。
[0068]其中，C-PDS主要负责实现以下功能:
[0069]I)集群用户的注册和鉴权；
[0070]2)集群业务的管理；
[0071]4)终端位置区的更新；
[0072]5)建立、释放或修改终端上下文；
[0073]6)激活、去激活承载；
[0074]7)业务寻呼。
[0075]M-PDS主要负责实现以下功能:
[0076]I)激活、去激活承载；
[0077]2)媒体流的转发，将呼叫内发言用户的媒体流转发给呼叫内接听用户所在的eNodeBο
[0078]eNodeB主要负责实现以下功能:
[0079]I)将终端的集群状态上报给ros，如获取群组在当前小区的用户个数，以进行下行资源的管理等；
[0080]2)集群业务相关的终端和eNodeB之间的点对点信令承载，即无线资源控制(RRC，Radio Resource Control)连接；
[0081]3)集群业务相关的终端和PDS之间的点对点信令承载，即上下文；
[0082]4)将PDS的集群呼叫控制信令下发给终端；
[0083]5)集群业务承载建立和控制。[0084]较佳的，数字集群通信系统还可以包括与集群调度子系统相连的操作维护子系统，用于集群业务相关的配置、性能统计、业务观察等。
[0085]本发明实施例还提供一种构建上述数字集群通信系统的方法，主要包括:将eNodeB与PDS相连，PDS与DAS和PHR分别相连，DAS与DAC相连；eNodeB为终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载。
[0086]较佳的，PDS包括C-PDS和M-PDS，该方法还包括:在C-PDS和M-PDS之间通过Tll接口相连，Tl I接口为SI I接口的扩展，基于GTP-C实现；在eNodeB与C-PDS之间通过Tl-C接口相连，Tl-C接口为SI接口的扩展，基于SCTP实现；在eNodeB与M-PDS之间通过Tl-U接口相连，Tl-U接口为SI接口的扩展，基于GTP-U实现。
[0087]另外，C-PDS与DAS之间基于UDP建立连接；C_PDS与PHR之间基于RADIUS协议建立连接；DAS与DAC之间基于UDP/HTTP建立连接；DAC与M-PDS之间基于RTP建立连接。eNodeB与终端之间通过LTE-Uu接口相连。
[0088]在上述数字集群通信系统的基础上，本发明实施例还提供了 一种集群用户所在的终端开机注册的流程，集群用户所在的终端开机时，可以直接跳过现有技术中在EPC上的注册流程，而直接在C-PDS上进行注册。如图3所示，UEA为集群用户，eNodeB A为UEA所在的基站，UEA在C-PDS进行集群注册的流程主要包括:
[0089]步骤101，UE A与其所在的eNodeB A建立RRC连接。
[0090]步骤102, UEA基于非接入层(NAS)协议,发送集群注册请求(Trunking AttachRequest)消息给 eNodeB A ；eNodeB A 通过 Tl-C 接口将接收的 Trunking Attach Request消息发送给C-PDS处理。
[0091]Trunking Attach Request消息中携带UEA的国际移动用户识别码(IMSI,International Mobile Subscriber Identification Number)、国际移动设备识别石马(IMEI, International Mobile Equipment Identity)等内容。
[0092]步骤103, C-PDS 根据 Trunking Attach Request 消息中的 IMSI/IMEI 等信息对UEA进行鉴权，并存储或更新UE的跟踪区(TA，Tracking Area)信息。
[0093]步骤104，在对UEA的鉴权通过后，C-PDS基于NAS协议，向UEA返回集群注册接受(Trunking Attach Accept)响应消息。
[0094]综上所述，本发明实施例通过对集群调度子系统进行扩展、对LTE中的eNodeB进行改进，所实现的基于LTE系统的数字集群系统，对现有LTE EPC核心网的影响不大，能够完全隔离LTE EPC核心网，能够做到业务完全隔离；且本发明实施例的数字集群系统能够提供更大的信道容量、更高的频谱利用率、更好的传输性能，采用低成本、可伸缩、可配置的全IP无线多媒体网络架构，能够很好的兼容已有的集群系统，实现业务隔离，并能够实现平滑演进。
[0095]以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种数字集群通信系统，其特征在于，包括:终端、演进的基站eNodeB和集群调度子系统，所述集群调度子系统包括:调度服务器ros、归属寄存器PHR、调度台服务器DAS、调度台客户端DAC ； 所述eNodeB与PDS相连，为所述终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载；所述PDS连接所述DAS和PHR，所述DAS连接所述DAC ； 其中，所述ros，用于执行集群呼叫的建立和释放、语音的汇集和转发； 所述PHR，用于对集群中的集团、群组和用户进行管理，并执行认证、鉴权和计费； 所述DAS，用于执行DAC接入，为用户提供调度台服务； 所述DAC，用于提供人机界面，对集团内的群组、用户发起集群呼叫。
2.根据权利要求1所述数字集群通信系统，其特征在于，所述PDS包括控制面PDS和媒体面H)S，所述控制面PDS和媒体面PDS之间通过基于控制面的通用分组无线服务隧道协议GTP-C实现的接口相连。
3.根据权利要求2所述数字集群通信系统，其特征在于， 所述eNodeB与控制面PDS之间通过基于流控制传输协议SCTP实现的接口相连； 所述eNodeB与媒体面PDS之间通过基于用户面的通用分组无线服务隧道协议GTP-U实现的接口相连。
4.根据权利要求3所述数字集群通信系统，其特征在于，所述控制面PDS用于至少执行以下处理: 集群用户的注册和鉴权； 集群业务的管理； 终端位置区的更新； 建立、释放或修改终端上下文； 激活、去激活承载； 业务寻呼。
5.根据权利要求3所述数字集群通信系统，其特征在于，所述媒体面PDS用于至少执行以下处理: 激活、去激活承载； 媒体流的转发，将呼叫内发言用户的媒体流转发给呼叫内接听用户所在的eNodeB。
6.根据权利要求1至5任一项所述数字集群通信系统，其特征在于，所述eNodeB用于至少执行以下处理: 将终端的集群状态上报给PDS ； 集群业务相关的终端和eNodeB之间的点对点信令承载； 集群业务相关的终端和PDS之间的点对点信令承载； 将PDS的集群呼叫控制信令下发给终端； 集群业务承载建立和控制。
7.一种数字集群通信系统的构建方法，其特征在于，所述数字集群通信系统由终端、演进的基站eNodeB和集群调度子系统构成，所述集群调度子系统包括:调度服务器H)S、归属寄存器PHR、调度台服务器DAS、调度台客户端DAC ;该方法包括: 将所述eNodeB与PDS相连，所述PDS与所述DAS和PHR分别相连，所述DAS与所述DAC相连；所述eNodeB为所述终端和PDS之间的集群通信提供空中无线承载。
8.根据权利要求7所述数字集群通信系统的构建方法，其特征在于，所述PDS包括控制面PDS和媒体面ros，该方法还包括: 在所述控制面PDS和媒体面PDS之间通过基于控制面的通用分组无线服务隧道协议GTP-C实现的接口相连。
9.根据权利要求8所述数字集群通信系统的构建方法，其特征在于，该方法还包括: 在所述eNodeB与控制面PDS之间通过基于流控制传输协议SCTP实现的接口相连； 在所述eNodeB与媒体面PDS之间通过基于用户面的通用分组无线服务隧道协议GTP-U实现的接 口相连。
【文档编号】H04W4/10GK103533513SQ201210231730
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2012年7月5日 优先权日:2012年7月5日
【发明者】王小平, 王璐, 王芳 申请人:中兴通讯股份有限公司