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RoIP技术在无线指挥调度通信中的应用

 一、 前言

    随着VoIP技术在通信行业中各种应用的迅速崛起,大家越来越体会到IP数据网络的巨大作用和应用潜力。VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境,提供比传统业务更多、更好的服务。VoIP可以在IP网络上便宜的传送语音、传真、视频和数据等业务,如统一消息、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、电视会议和各种信息的存储转发等。为了更好的将VoIP的技术模式和原理应用于日益扩大的专业无线通信领域,弥补VoIP技术在这个领域的不足,RoIP技术随之诞生,并逐步进入了快速发展的阶段。
    RoIP是Radio Over Internet Protocol的缩写,类似于Voice Over IP,即VoIP,但RoIP实现的是无线电台或转信台的双向通信,而不是网络电话。从用户的角度来看,它本质上是VoIP加上即按即讲(PTT/COR)的功能。RoIP技术是通过将模拟话音利用标准的G.711、G.723或GSM等话音编码技术进行编码,再将数字化的语音信号和控制信号打成UDP或RTP等传输层协议的数据包放在IP网上进行传输,由于遵循了标准的TCP/IP协议,所以承载网可以是任何符合IP协议的网络。
    鉴于RoIP技术在突破目前无线指挥调度网络发展的瓶颈中的实际意义和技术上的优势,为相关部门规划设计无线网络解决实际问题提供参考和借鉴,本文从多个方面介绍RoIP技术的应用范围和发展前景。
二、     RoIP技术出现的背景
    无线指挥调度网络从最早的模拟常规系统,模拟集群系统发展到现在的数字集群系统(主要指TETRA、iDEN、GoTa、GT800等),以及下一步在国内要推开的数字对讲机系统(主要指DMR、DPMR、PDT),这类专用无线调度网络凭借其接入速度、系统可靠性、专用调度功能等方面的优势,目前不论是在我国各地政府机构还是大中型企业的指挥调度中,发挥了重要的作用。但由于受不同地区经济和社会的发展水平,不同部门间业务需求不同以及技术标准化等方面因素的制约,这类专网的建设出现了“百家争鸣、百花齐放”的状态, 出现了“三个不通”的现状,即不同部门间的系统不通、不同地区间的系统不通、不同技术体制的系统不通,我们可以看到,发达地区的无线指挥调度系统已经进入了数字时代,而欠发达地区还在用模拟常规系统,所处的发展阶段存在巨大的差异。
    随着无线指挥调度通信的应用从传统的在公安、交通、消防、港口、市政等专业领域逐步发展到在抢险救灾、应急处置、大型活动、跨区联动等综合性社会服务,对无线指挥调度通信的要求也随之由原来单纯本部门独享通信资源,各自为战,发展到现在需要的资源共享,系统互联互通,满足统一指挥、多部门整体联勤联动、多单位相互配合的要求。废弃现有系统而新建统一的无线指挥调度共网是一种方式,但需要的财力、物力、人力都太大,周期太长,绝大多数地区不可行。因此,如何利用现有各个不能互通的系统满足这些需求是下一步无线指挥调度网络亟待解决的问题和发展的方向。
    另一方面,随着社会的进步以及互联网Internet发展,人们对信息和通讯服务的需求不断增长,特别是对高速数据传输应用有了强烈需求,IP技术凭借其广泛的应用和突出的性能脱颖而出,成为众多数据承载网络的首选技术。伴随着公共通信基础设施的不断完善和拓展,IP承载网络发展很快实现了从窄带、固定通信到了宽带、移动通信的飞跃。现有的IP承载网络包括互联网(Internet)、企业内部网(Intranet)、卫星通信网络、GPRS/CDMA、3G、Wi-Fi、WiMax等等。由于这类IP承载网服务的对象广、范围大、投资收益快、技术成熟,它的发展和技术演进速度要远远快于前面提到的无线专用调度网络,不论在系统的覆盖能力、接入范围、容量等方面较专用调度网络都有着巨大的优势。
    如何充分利用IP承载网络的优势,并在不影响现有指挥调度网络应用的前提下,迎接无线指挥调度网络遇到的挑战,解决“三个不通”的问题,实现不同通信手段的互联成为很多人关注的焦点。RoIP技术正是在这样的背景下诞生的,它的意义在于能够较好的发挥两类网络的优势,整合不同系统,实现互联互通。
三、     RoIP技术原理
    在RoIP技术使用中,至少有一个网络节点是无线电台或转信台,通过IP网络连接到其它节点,其它节点可以是另外的电台和转型设备,也可以是调度台或传统的电话或在PC上的软件。 RoIP终端可以部署在私用网络(如公安网)或者公共互联网。VoIP技术仅仅将模拟话音进行IP打包,放在IP承载网络上传输,而RoIP除了模拟话音外,还需要将相关的控制信号进行同步传输,如PTT、COR或VOX,满足其半双工操作的需要。
    使用该技术的系统一般由多个RoIP接入控制器(RAC)、IP承载网络以及接入终端设备(如不同类型的电台、转信台等)组成,如果需网络管理和系统控制,还需要增加中心设备,包括网管、通信服务器以及调度台等。    举个例子,该系统可部署在边远地区指挥调度室(联通了IP承载网,可以是有线IP专网、卫星链路或3G公网),利用这里的本地电台,和RoIP接入控制器(RAC)进行连接,将电台语音和控制信号联入IP承载网络,与其它地方的电台实现语音互联互通,通过配置可以达到不同地区的、不同电台“一呼百应”的效果,使统一指挥调度成为可能。由于该RoIP接入控制器(RAC)采用了分布式计算的技术,支持点对点、点对多点等多种工作模式,所以每个地区的电台都能够独立的实现和其它地区电台互联的功能。
 四、     基于RoIP技术的无线指挥调度产品概览
    由于该技术在无线指挥调度方面具有较好应用前景,国际国内的多家公司利用该技术开发了相关产品,满足不同用户需求,以下是一些典型的产品及应用。
(一) 美国摩托罗拉公司的MOTOBRIDGE IP网关互联产品
    美国911后政府非常重视应急部门间通信设备的互联互通问题,制定了全国的应急通信互联计划,Motorola最近推出的该款产品也是在这个计划下诞生的,为不同部门的互联互通提供了一种技术解决方案。该产品作为该方案的核心设备,是连接不同系统、不同电台的网(RGU),采用RoIP技术,利用IP承载网络实现不同系统或设备的通信。该网关除了支持不同种类的基站、电台外,还支持调度台、IP电话、手机等设备,并且具备对不同基站信号强度的判选功能。
     该解决方案除了网关设备(RGU)外,还包含了连接网关的工作站(WGSU)、网络运行管理服务器、系统管理控制设备、SIP代理服务器等组件,为用户提供了一套整合了各种功能的联网系统。
(二)美国雷神公司(Raytheon)的JPS ACU-2000IP
     ACU-2000IP利用IP技术,不仅能够实现不同通信终端本地的互联互通,还能够与远程电台、SIP点换、调度终端、转信台等设备的联通,使该设备能够在更广的范围内进行部署和联网,是一款典型的利用RoIP技术的商业产品,在美国警方得到了广泛应用。该产品采用全模块化设计,通过不同板卡接入不同通信终端。它的基本组件是接口模块,每个模块连接一种通信终端(VHF/UHF电台、卫星电话、本地调度台等),同时包括控制模块、电源模块、容纳各类模块的插槽以及进行音频和控制信号路由的背板。
     该设备对于互联的各个细节考虑周全,内置了语音提示功能,引导用户方便的使用该设备;提供了可选插槽和扩展DTMF控制,提高了系统的可扩展性;高性能DSP芯片的处理能力为话音算法、语音识别技术、减噪提供了支持。以上的措施有效的解决了设备的吞音、话音延迟、信道阻塞、乒乓效应等常见问题,提高了系统的可靠性和稳定性。鉴于该设备的便携性和可靠性,911事件后美国联邦政府为多个应急处置部门进行了配备,并签订了多部门现场处置协作协议,定期开展联合演练,为该设备的实战应用进行准备。
(三)英国Trilogy公司的Mercury IP综合应急语音指挥通信互联平台
     该产品是英国Trilogy公司研发的一款语音互联交换设备,基于IP交换,支持VoIP国际标准(SIP),兼容的设备包括了各类电台(HF/VHF/UHF/TETRA)、模拟电话(PSTN)、SIP电话、卫星电话、GSM/CDMA/3G手机、麦克风/喇叭、模拟或IP录音设备等等。支持异类通信设备互通互连,可应用于网络级联,全网络集中/分级指挥调度;支持点对点通信架构,确保系统的高可靠性;具备一键通功能,无需拨号和排队等待;支持点对点、点对多点和多方会议以及多路监听,强拆、强插和用户调度;具备网络化管理和控制。而且,提供了较为丰富的外围产品和二次开发接口,方面了用户的使用,增强了其适用性。
     除了国外公司的商业产品外,国内一些公司也先后研发了相关采用RoIP技术的无线指挥调度通信设备,如北京达因瑞康公司的IP智能同播设备、安世创通公司的网络驳接器、巡易科技的IP无线调度控制系统、南京旋谷通信公司的IP互联互通设备等,并在多个行业无线指挥调度应用中取得了较好的效果。
五、     RoIP技术在无线指挥调度通信中的应用模式
    RoIP技术拥有多种应用模式,不仅可以完成不同无线电台终端的互联和指挥调度,还可以将转信台、基站、电话等多种通信方式进行集成,使用户能够在调度中心灵活进行指挥,而不用担心不同通信方式和手段不能兼容的问题。采用RoIP技术的系统至少都会有一对RoIP接入控制器或网关,负责电台或其它无线终端的接入,不同的应用模式会有不同的系统组成。
    典型的RoIP技术应用一般有如下几种模式:
(一)点对点联通模式
    该模式是RoIP应用的最基本的模式,可以完成不同地理位置、不同电台间的互联互通,该模式常应用于无线覆盖的延伸或不同制式电台的互联。系统仅有两端的电台和RoIP接入控制器组成,完成点对点的通信。
 (二)网状拓扑模式
    所谓网状拓扑模式是指所有电台的接入控制器都具备直接和其它节点通信的能力,不需要服务器的直接支持(可以有网管服务器),在事先配置好的情况下,各个控制器连接的电台可以直接呼叫其它远端电台,做到一呼百应的效果。该结构应用灵活方便、实用性强,系统稳定性好,但系统容量有限制,连接的节点数量不宜太多;调度和管理配置功能比较简单;网络的扩展性不及星型拓扑结构,调整起来较复杂。
(三)星型拓扑模式
    所谓星型拓扑模式是指所有分布在远端的网络接入控制器RAC都和中心调度服务器直接通信,通过服务器端的调度软件,实现对所有连接远端节点的电台单呼、组呼等功能,同时能够实现任意远端电台的派接,这种模式系统功能强、安全性好,系统容量大、扩展性好,但必须要有中心调度服务器和调度软件的支持,否则所有节点将失效。而且由于网管服务器统管所有远端RAC节点,所有语音的交换由通信服务器承担,因此一旦该服务器出现故障,将造成全网瘫痪,这是一个单点故障。为确保系统稳定运行,建议采用双机热备的方式,有效保证服务器正常运转。
 六、     RoIP技术在无线指挥调度通信中的典型应用案例
    RoIP技术在实用性、安全性和可靠性等方面有着较为突出的优势,因此在无线指挥调度通信中得到了较为广泛的实际应用。这里提供两个案例供读者参考。
(一)地市级公安机关无线常规系统联网应用
    某省公安厅所辖了多个地市级公安局,这些各个地方的公安局为满足本地区无线指挥调度的需求,各自分别建设了350兆常规转信系统覆盖本地区。由于没有统一的建设标准,这些不同地区的系统和电台终端分别采用了不同公司的产品。省厅目前希望将这些地市级建设的系统进行联网,既要求不影响现有本地区的无线指挥调度工作,又能够在需要的时候实现全省的无线指挥调度,满足全省性质的大型活动,如火炬接力、汽车拉力赛等的公安调度需要。经过综合考虑,决定采用RoIP技术实施联网。
    该方案在省厅指挥中心部署系统通信服务器、网管调度服务器和调度台等中心设备;每个地市级公安局以公安网为IP承载网络,将RAC接入控制器连接本地的一个无线电台(基地台或车台)即可。省厅的网管服务器和调度台上配置好各个地方的RAC,就可以灵活的进行调度和控制,既可以全网呼叫、也可以个别地方公安局进行互联通信,还可以进行监听、录音等操作,同时,完全不影响各地市的日常使用,而且不需要各个地方更换任何设备和终端,保证了投入产出比。
    点评:各地建设了大量用于无线指挥调度的常规转信系统,将这些分离的系统联网有效提升网络的覆盖范围和使用率。目前常规联网普遍采用了同播的方式,利用有线或无线链路实现联网,但这种需要在每个现有转信台上加装链路设备,部署起来难度大、工期长,而且如果是多个公司的产品联网,实现兼容也是一个大问题。RoIP技术为这类联网提供了更优的选择,不需要在改变现有设备,只需在覆盖区内任一电台加装控制设备,即可实现联网,最大限度的保证了现有系统的正常运行。相比其它联网方式,RoIP技术不论从成本还是操作性上,都有着不可比拟的优势。
(二)边防海岸巡逻无线指挥调度应用
    目前,某武警边防部队后方总部通过有线电话与60余个分布在各沿海边防站间进行联络,各边防站使用电台以无线直通的方式,与一定距离内的巡逻艇进行半双工通信。当总部需要向巡逻艇下达指挥命令时,需要先知道目前巡逻艇的大致位置,然后通过有线电话通知就近的边防站,边防站再通过电台直通的方式,呼叫巡逻艇。这种方式存在很多弊端,如信息沟通时间太长,不可靠,保密性不强等。为改变现有的无线指挥调度模式,而且考虑到边防站没有现成IP链路的现实状况,因此利用现有覆盖面广的3G公网做IP承载链路,采用RoIP技术构建无线指挥调度网络。
    在边防站将现有的无线电台与RAC电台接入控制器相连,再将RAC与3G链路模块连接,接入现有3G网络,并在后方总部搭建无线指挥调度中心,安装一台通信服务器、网管调度服务器和一台调度台。该项目搭建完成后,将可以实现后方总部通过边防站电台直接呼叫巡逻艇或巡逻艇直接呼叫总部,同时也可以不改变现有的应用模式。该系统建成了集音频互联、通播、监听、录音、强插等调度功能于一体的无线指挥系统,有效提高了指挥和管理效率。
    点评:该项目可以看出,对于分布点多、范围大,但通信量小的情况,建设无线集群系统或常规系统在投资和产出比上不合算,而且还存在链路建设的问题。结合公网覆盖广的特点和RoIP技术指挥调度功能强的优势,能够实现低投入、高产出的效果。当然,利用公网作链路,需要考虑安全性方面的问题。
七、     结束语
    综上所述,RoIP技术在系统的部署、性价比、可靠性、安全性等方面有着其它技术不可比拟的优势,可以将不同通信手段进行有效的整合,已经在公安、消防、边防、武警、油田、机场、应急救援等行业的无线指挥调度领域得到了实际应用,发挥了重要作用。
    我们也清楚的看到,要进一步发挥该技术的优势还需要解决一些技术方面的难点,比如IP网络的QoS问题,一旦承载的IP网络出现了多种传输业务,如何保证RoIP中话音的优先和可靠性;同时,由于该技术是构建在IP承载网络下的调度应用,如何做好链路和系统的备份,确保在应急突发或灾难发生的情况系统不中断,也是需要研究解决的问题。
    虽然RoIP技术不能替代传统的无线指挥调度专网技术,只是作为无线专网技术的一种有益的补充和备份,但鉴于该技术的固有特性,笔者认为该技术在实现不同地区、不同部门、不同频率、不同制式的无线指挥调度系统的互联互通方面,具有其它技术手段不可比拟的优势,因此,在目前无线指挥调度通信发展从模拟到数字,分散到整合,各自为战到联动共享的大背景下,该技术具有很强的市场应用需求和前景。
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