“TETRA 5G”公专融合通信研究.pdf

2023 年 7 月通信设计与应用野冶公专融合通信研究陆俊超袁徐灿辉袁苏耀星（中通服中睿科技有限公司，广东 广州 510630）【摘要】现有的陆地集群无线电渊terrestrial trunked radio,TETRA冤窄带集群通信专网受带宽限制,已无法满足日益增长的宽带业务需求,向宽带化演进是必然趋势遥 以某市 TETRA 窄带集群通信专网为例袁探讨采用TETRA 窄带集群通信专网与 5G 公网融合渊简称野耶TETRA+5G爷公专融合冶冤构建集群共网的可行性袁并对野TETRA+5G冶公专融合的具体方案和关键问题进行了分析遥【关键词】TETRA曰5G曰融合通信【中图分类号】TN929.5【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）07-0031-030 引言集群通信专网也称为专用移动通信，是为行政管理、抢险救灾、应急救援而建立的综合无线调度移动通信专用网络。集群通信专网完全独立于公共网络，仅用于承载行政管理、抢险救灾、应急救援等通信需求，其可保障数据安全性和网络可靠性。1 某市集群通信专网现状和需求1.1 某市统一现状当前我国某市已建成陆地集群无线电（terrestrialtrunked radio,TETRA）窄带集群通信专网，主要用于该市城市管理、应急处置突发事件的集群通信。TETRA 是基于数字时分多址接入（time divisionmultiple access,TDMA）技术的无线集群移动通信专用技术，能通过鉴权、空中接口加密和端对端加密等方式确保通信安全，主要用于实现多群组的语音调度、短数据信息服务、分组数据服务、数字化全双工移动电话及脱网直通服务1。TETRA 窄带集群通信标准是一个成熟、可靠的标准，可满足用户高品质的语音调度和少量数据传输需求。自建成以来，TETRA 窄带集群通信专网为该市大型活动和应急事件指挥调度提供了可靠保障。尤其是在一些突发事件中，该市公安局依托 TETRA窄带集群通信专网在短时间内调动集结上万名公安、武警，解决了小区域内大量用户集结导致的指挥通信拥塞问题，保障了应急人员的正常指挥调度通信。但目前 TETRA 窄带集群通信专网为窄带制式，仅支持语音、短信等低速数据业务，无法为各用户单位提供宽带集群业务服务。1.2 某市集群通信需求近年来随着无线通信技术的飞速发展，专网通信系统对宽带通信的需求也明显提升，工作人员日常工作和处理应急事件也会用到宽带数据业务。特别是语音、数据、图像和视频等业务混合使用，能满足协同作业、移动视频监控、城市应急联动等的需求，使现场工作人员快速获得信息资源2。根据该市集群用户调研结果显示，该市集群用户对宽带集群业务的需求不断增长，近九成 TETRA 窄带集群通信专网用户需要使用宽带集群调度应用。但目前该市绝大部分集群用户对 TETRA 窄带集群通信专网的使用需求仍然很高，现有的 TETRA窄带集群通信专网难以在短期内被完全取代。而且目前该市所有应急预案涉及的应急指挥调度平台都是基于 TETRA 窄带集群通信专网部署的，如果停止使用现有的 TETRA 窄带集群通信专网，应急预案将难以顺利实施，不利于城市整体应急保障体系的建设。因此该市 TETRA 窄带集群通信专网具有很高的存续价值。随着日常城市管理和应急处置对宽带集群业务需求的日益增长，向宽带多媒体方向演进成为该市TETRA 窄带集群通信专网发展的必然趋势，因此实现 TETRA 窄带集群通信专网宽带化演进成为该市专网通信系统建设的当务之急。2 某市 TETRA 窄带集群通信专网宽带化演进路径TETRA 窄带集群通信专网向宽带化演进的路径主要可分为以下两种：淤TETRA 窄带集群通信专网替换为宽带集群通信（broadband trunking communi谣cation,B谣TrunC）专网演进方式，除满足个呼、组呼等语音集群业务外，还支持视频通话等宽带数据业务，最为典型的方式是将原有 TETRA 系统替换为B谣TrunC 系统；于“TETRA+5G”公专融合通信的演进方式，由电信运营商的 5G 公网承载宽带集群业务，仍由 TETRA 窄带集群通信专网承载语音集群等窄带业务。B谣TrunC 是由我国宽带集群产业联盟组织制定、基于长期演进（long term evolution，LTE）的“LTE 数312023 年 7 月通信设计与应用字传输+集群语音通信”专网宽带集群系统标准3。新建 B谣TrunC 专网虽可以取代 TETRA 窄带集群通信专网承载该市集群指挥调度的宽、窄带业务，但新建 B谣TrunC 专网需要高昂的建网成本，而且存在频率获取、用户迁移和数据安全等方面的风险。并且 B谣TrunC 专网仍属于 LTE 制式，而非主流的 5G制式。采用“TETRA+5G”公专融合通信的演进方式可继续将 TETRA 窄带集群通信专网作为关键语音通信手段，同时引入 5G 公网作为补充覆盖手段和承载数据业务。相比于新建 B谣TrunC 专网的演进方式，既保护了原有 TETRA 窄带集群通信专网投资，又减少了升级所需的投资。“TETRA+5G”公专融合依托运营商 5G 公网满足关键通信宽带需求，可复用现有运营商 5G 网络资源，通过 5G 网络切片等方式为集群共网用户配置相应的网络服务体系，提供不同的服务等级协议保障。在数据安全方面，宽带集群业务在 5G 公网通过专用载波、用户面功能等网络分流手段和切片安全隔离等措施，来保障与公网业务之间的安全隔离传输，并将 5G 公网的认证鉴权、数据加密、数据完整性等安全手段与集群共网业务安全融合，形成统一的数据安全保障措施。在运营运维方面，集群共网用户通过 5G 公网对外能力开放平台进行配置管理、用户开户、网络监测、网络能力调用等网络运营运维。3 野TETRA+5G冶公专融合通信的具体方案“TETRA+5G”公专融合通过建设融合通信平台，实现 TETRA 窄带集群通信专网与运营商 5G 公网互联互通，以低成本方式满足集群通信宽带化需求。TETRA 窄带集群通信专网得以保留，提供关键语音集群通信功能。依托运营商 5G 公网，可采用 5G 网络切片等方式部署虚拟专用网（virtual private network,VPN），用以承载集群共网用户保密性及时延要求较低的宽带数据业务，以及室内覆盖薄弱区域的宽带集群业务。融合通信平台将原有 TETRA 窄带集群通信专网和 5G 公网组合成一个多元化的指挥通信系统，实现公网与专网、宽带与窄带的融合，充分发挥 TETRA窄带集群通信专网的广覆盖优势和 5G 公网的高速率、低时延应用优势。集群共网用户在任何应用场景均可接入，扩宽了 TETRA 窄带集群通信专网覆盖广度和深度。用户能够实时掌控其当前状态与所处位置，当出现突发事件时，即可根据既定预案进行统一指挥调度，实现全员应急联动。3.1 TETRA 窄带集群通信专网与 5G 公网的互联互通TETRA 窄带集群通信专网与 5G 公网依赖融合通信平台的融合网关实现互联互通，融合网关分为融合协议网关和背靠背网关。“TETRA+5G”公专融合通信业务流如图 1 所示。融合协议网关通过应用程序解读各种通信技术的协议，把一种协议的信号分解后按另一种协议打包再传输。融合协议网关可以传递语音、短消息、位置信息、信令等复杂信息，效果好且稳定可靠，但开发难度较大，需要两种制式网络的厂家公开协议。背靠背网关采用最简单的语音互通技术实现异网互联，将一种通信技术的语音信号输出简单转换为另一种通信技术的语音输入。例如，将两种制式的音频输出与麦克风输入搭配，或者通过车载台串口互搭即可实现，不依赖控制信令和协议内容，其实现图 1 野TETRA+5G冶公专融合通信业务流工业和信息化部用户4G 融合终端4G LTE 基站虚拟专有拨号网络专线防火墙过滤超文本传输协议、文本传输协议端口多业务传送平台100 Mbit/s工业和信息化部用户编程终端交换机防火墙4G 融合终端公安用户4G LTE 基站多媒体数据业务虚拟专有拨号网络专线公安移动警务接入平台多业务传送平台50 Mbit/s交换机防火墙5G 融合终端5G NR 基站5G 网络切片专线集群语音业务多媒体融合应用平台公安用户编程终端TETRA 窄带集群通信专网集群语音业务322023 年 7 月通信设计与应用方式简单、快捷。但语音传输难免受信号衰减、噪声等影响。集群共网由应用层、核心控制层、接入层和终端组成。应用层不仅提供应用业务，包括多媒体集群调度、视频上传、位置、数据、维护管理等业务，还提供二次开发的接口，可以进一步扩展新业务4。核心控制层主要完成语音、视频、数据、调度等业务的交换控制，主要由 TETRA 交换机、公网核心网组成。TETRA 交换机及公网核心网控制各自接入网，互联互通后通过 TETRA 交换机与应用层存在的接口，由应用层进行统一控制并上报用户状态和业务数据。3.2 5G 公网承载宽带集群业务方案“TETRA+5G”公专融合方案可通过运营商的 5G网络切片承载集群共网用户保密性高及时延要求较低的宽带业务。5G 网络切片可针对不同业务应用，根据业务对带宽、时延、速率及安全的要求，将一个物理网络切割成多个虚拟的端到端网络，每一个都可获得逻辑独立的网络资源，而且各切片之间可相互隔离5。运营商的 5G 网络切片可高效满足差异化网络服务需求，从而实现一网多用。针对应急调度需求，5G 网络切片可以提供固定化配置、弹性配置等灵活的配置。切片分等级原则如表 1 所示。除了 5G 网络切片的逻辑隔离方式，集群共网还可以通过双域专网方式保障用户在公网和专网两个环境下均可安全办公。无须通过令牌、VPN 等途径也可满足用户专网专用的安全要求，随时随地实现高效移动办公。双域专网用户鉴权通过终端用户身份识别（subscriber identity module,SIM）卡的智能鉴权来识别用户身份，只有合法用户（白名单用户）才有权限访问专网。在“TETRA+5G”公专融合方案中引入双域专网可以实现隔离访问，确保集群共网的核心数据不外流，保证宽带集群业务的安全性。而当人员处于公网环境下，可以实现无感知的公网、专网切换，增强了宽带集群业务的便利性、高效性。4 结语TETRA 窄带集群通信专网早已成为城市日常管理和应急处突不可或缺的联动通信指挥平台，如今用户对宽带集群业务的需求日益增长，大部分用户在日常工作中需要同时使用窄带集群业务与宽带集群业务。TETRA 窄带集群通信专网的宽带化演进需在保障各用户单位现有业务的基础上，选用先进且成熟的技术，逐步实现关键通信的宽带化，使集群用户能够快速获得宽带服务，并且仍然拥有可靠的窄带语音服务，保证用户业务需求的可持续平稳承载。“TETRA+5G”公专融合可实现 TETRA 窄带集群通信专网向宽带化的平滑演进，沿用 TETRA 窄带集群通信专网作为关键语音通信手段，引入 5G 公网作为补充覆盖手段和承载宽带数据业务。相比于新建B谣TrunC 专网的演进方式，“TETRA+5G”公专融合既保护了原有 TETRA 窄带集群通信专网投资，也减少了升级所需的投资。因此，“TETRA+5G”公专融合可作为 TETRA 窄带集群通信专网宽带化演进的方式，实现宽窄带集群融合通信。参考文献1 高有.公安集群通信系统语音加密技术研究D.哈尔滨：哈尔滨理工大学，2005.2 丁锐.专网从窄带迈向宽带是必由之路J.移动通信，2019，43（3）：18-23，27.3 沈强，王征.有线无线融合的城轨可视化调度研究J.铁路技术创新，2019，6：6-16.4 于伟峰.宽窄带集群融合通信解决方案J.电信网技术，2015（1）：10-13.5 于仰源.5G 网络切片技术驱动力分析J.通讯世界，2019，26（12）：120-121.作者简介院陆俊超（1983），男，汉族，广东广州人，本科，高级工程师，主要从事无线网络通信工程规划咨询及设计工作。徐灿辉（1982），男，汉族，广东广州人，本科，高级工程师，主要从事通信工程、信息系统规划咨询及设计工作。苏耀星（1987），男，汉族，广东肇庆人，本科，高级工程师，主要从事无线网络通信工程规划咨询及设计工作。网络类型等级划分分级定义业务体验安全设计运营运维 定制服务公网普通（无差异化）基于 5G 公网基础设施，无特殊需求基本安全无无VIP（部分差异化）基于 5G 公网基础设施，叠加定制化需求增强移动宽带安全无局部定制专网普通（有条件差异化）基于专网基础设施，提供增值服务业务特性安全可视局部定制VIP（有条件确定性）基于专网基础设施，提供资源部分独占及高级服务业务特性高阶安全可视可管全定制特需（超高确定性）基于专网基础设施，提供资源全部独占及可靠性服务全面高阶安全 可视可管全定制资源定制资源隔离完全共享完全共享(或有部分独占)完全共享（或有部分独占）部分独占完全独占表 1 切片分等级原则33