一种煤矿5G专网和外网的语音通讯装置的制作方法

一种煤矿5g专网和外网的语音通讯装置
技术领域
1.本实用新型属于无线通信技术领域，涉及一种煤矿5g专网和外网的语音通讯装置。


背景技术：

2.在智能矿山建设中，定位和通信技术发挥着纵向贯通、横向联动的核心作用，精准的定位和稳定可靠的通信技术是智能矿山建设的基础。5g是目前最先进的无线通信技术。传统的矿用5g无线通信系统采用独立组网的方式，不和其它语音系统互通。不能满足语音系统互联互通要求。传统的矿用5g无线通信直接和运营商相连，内网的语音和数据将产生费用，不能满足矿区生产建设。
3.中国专利cn115150423a公开了一种煤矿5g无线通讯系统，中国专利cn111866782a公开了一种基于5g/wi-fi技术的矿用无线通讯系统及方法，上述两件专利公开的技术方案存在以下问题：
4.无法在煤矿井上和井下环境中将5g专网和外网结合，且能独立组网和独立运行；
5.不能实现在煤矿井上和井下环境中的语音内部卸载的同时与运营商互联互通。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种煤矿5g专网和外网的语音通讯装置。
7.为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
8.一种煤矿5g专网和外网的语音通讯装置，包括5g核心网服务器、5g基站、ip多媒体子系统ims(ip multimedia subsystem)服务器、移动终端、fxo语音网关、pstn网络及运营商电话；
9.所述5g核心网服务器与ims服务器、fxo语音网关依次连接，还与5g基站连接；所述移动终端通过5g无线网与5g基站连接；
10.所述fxo语音网关通过运营商电话线与pstn网络连接；
11.所述pstn网络通过运营商电话线与运营商电话连接。
12.进一步，所述5g基站包括地面5g基站与井下融合基站；所述5g核心网服务器直接与地面5g基站有线连接，并通过5g基站控制器与井下融合基站连接；所述井下融合基站为4g和5g网络融合的基站。
13.进一步，所述5g核心网服务器将网络功能微服务化，控制面划分为多个网元功能，包括接入和移动性管理功能amf、会话管理功能smf、统一数据管理功能udm、认证服务器功能ausf、策略控制功能pcf、nf储存库功能nrf、网络切片选择功能nssf、用户面功能upf，网元功能之间采用服务化接口，每个网元支持独立部署，各个网元共同配合实现5g核心网功能。
14.进一步，所述ims服务器采用分离式架构设计，包括以下网元设备：i-cscf、s-cscf、p-cscf、bgcf、mgcf、mgw。
15.进一步，所述5g基站控制器为基带处理单元，用于处理核心网、用户的信令与数据。
16.本实用新型的有益效果在于：本方案采用ims下沉矿区的方式进行语音通信建设，具有专网内语音相互通信功能。ims具有sip中继功能，通过fxo语音中继网关实现专网和外网语音互通功能。5g专网语音内部卸载，不产生费用，同时又和外网语音系统互联互通。
17.本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
18.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：
19.图1为煤矿5g专网和外网的语音通讯装置拓扑示意图。
20.附图标记：5g核心网服务器1、地面5g基站21、5g/4g融合基站22、ims服务器3、移动终端4、fxo语音网关5、运营商语音系统6、运营商电话7、5g基站控制器8。
具体实施方式
21.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
23.本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
24.请参阅图1，本实用新型提供一种煤矿5g专网和外网的语音通讯装置，包括5g核心网服务器1、5g基站、ip多媒体子系统ims服务器3、移动终端4、fxo语音网关5、运营商语音系统6及运营商电话7。
25.5g网络除了能够满足个人通信外，还需要满足多样化的垂直行业专网通信需要。传统公网核心网面向规模庞大的个人用户，业务多，总体流量大，兼容2g/3g/4g网络，导致
核心网设备复杂不够简洁，价格昂贵，维护投入高。
26.本方案5g核心网服务器做了轻量化处理，将网络功能微服务化，网元间接口遵循3gpp标准，可一体化部署也可分离与运营商公网网元组合。基于典型的行业应用场景，满足行业核心网需求，提供按需开放、低时延、高可靠、确定性的高性能5g核心网。控制面划分为多个网元功能，主要包括amf、smf、udm、ausf、pcf、nrf、nssf、upf等多个网元功能，网元功能之间采用服务化接口，每个网元支持独立部署，各个网元共同配合实现5g核心网功能。
27.该系统提供关键的核心网功能的网元，包括udm、ausf、amf、smf、upf，遵循标准的3gpp核心网服务化架构。
28.ims(ip multimedia subsystem)是ip多媒体子系统，它能够满足5g系统下的多媒体业务需求，特别是vonr业务需求。5g专网内语音通信采用ims实现，内部语音相互交换，同时采用vonr技术，具有更强的抗丢帧、抗延时、抗抖动和高保真能力。ims具有sip中继功能。通过sip中继对接fxo语音网关。fxo语音网关具有外网电话线联接功能，通过运营商电话线连接运营商语音系统6，与运营商电话7通信，实现专网和外网语音通信。5g专网内部语音互联互通，不产生通话费用。5g专网和外网语音通信费用为运营商电话线费用。ims设备作为5g网络的多媒体业务功能，主要负责实现鉴权管理、会话管理和路由、业务触发、网络互通等功能。包括i-cscf、s-cscf、p-cscf/lrf、bsf/naf、bgcf、hss、mrf、mgcf/mgw和enum/dns等网元设备。采用分离式架构设计，可实现网络功能的分离，以软件化、模块化、服务化的方式构建网络，增强设备部署的灵活性，提升系统性能。ims设备包括以下网元设备：i-cscf、s-cscf、p-cscf、bgcf、mgcf、mgw；
29.i-cscf(interrogating-cscf)是ims归属网络的入口点；在注册过程中，i-cscf通过查询hss,为用户选择一个s-cscf；在呼叫过程中，去往ims网络的呼叫首先路由到i-cscf,由i-cscf从hss获取用户所注册的s-scscf地址，将消息路由到s-cscf；
30.s-cscf(serving-cscf)在ims网络会话控制中处于核心地位，它接受来自拜访网络通过p-cscf转发来的注册请求，与hss配合进行用户鉴权，并从hss处下载用户签约的业务数据；s-cscf对于用户主叫及被叫侧进行路由管理，根据用户签约的初始过滤规则(initialfilter criteria,ifc)，进行sip as触发，实现丰富的ims业务功能；
31.p-cscf(proxy-cscf)是ims拜访网络的统一入口点，所有ims终端发起和终止于ims终端的会话消息都要通过p-cscf；p-cscf作为一个sip proxy，负责与接入网络无关的用户鉴权与ipsec管理，网络防攻击与安全保护，为节约无线网络资源进行sip信令压缩与解压，用户的漫游控制，通过pdf(policy decision function)进行承载面的nat与qos等功能；
32.bgcf实体是一个具有路由功能的sip实体，是ims域与外部网络的分界点；当ims终端向pstn/cs域发起呼叫时，由bgcf决定向哪个网络转发信令，如果目的pstn/cs域为本地域，则bgcf向与pstn/cs域接口的mgcf转发信令；否则，向外地域的另一个bgcf转发信令；
33.mgcf(media gateway control function)是媒体网关控制功能媒体网关控制功能，是ip多媒体子系统ims的一个组成部分，与呼叫用户主叫及被叫侧进行路由管理，根据用户签约的初始过滤规则(initialfilter criteria,ifc)，进行sip as触发，实现丰富的ims业务功能；
34.mgw(media gateway)媒体网关，是一个连接不同类型网络的单元，执行全异网络，
例如pstn之间的转换；基于ip或atm的数据网络；2.5g和3g无线电接入网络或pbx；媒体网关使多媒体通信通过下一代网络通过多重传输协议例如atm，ip和tdm；mgw的一个主要功能是不同传输之间的转换和译码技术；媒体流功能例如回波消除、dtmf和语音发送者也位于mgw中；媒体网关由—个媒体网关控制器〔也叫做呼叫代理或软交换机)控制，它提供呼叫控制和信令功能。媒体网关和呼叫代理之间的通信依靠一些协议，例如mgcp或megaco或h.248完成。
35.本方案中5g基站分为地面5g基站21和井下5g/4g融合基站22，5g核心网服务器1直接与地面5g基站21有线连接，通过5g基站控制器8与井下的5g/4g融合基站22连接，其中5g基站控制器8为基带处理单元，是基站中最为核心的设备，部署在机房里，负责处理核心网、用户的信令与数据。作为5g基站的一个网元，需要配合远端射频单元rru以及扩展单元hub使用。硬件采用otii架构的x86服务器+fpga加速卡形态，软件基于nfv架构，可降低网络成本、实现业务敏捷高效部署，主要适用于井下分布式无线移动通信系统。
36.本方案适用于煤矿无线通信，具有独立组网、独立运行、5g专网语音内部互通，不产生费用。同时和其它外网语音系统互联互通等特点。可以为煤矿井下大巷、工作面、地面广场、洗选厂等提供语音服务。是煤矿生产、通信联络、应急救援的重要通信工具，在煤矿安全生产中起到重要的支撑作用。
37.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。