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  • 集群

    集群通信系统是一种计算机系统, 它通过一组松散集成的计算机软件和/或硬件连接起来高度紧密地协作完成计算工作。在某种意义上,他们可以被看作是一台计算机。集群系统中的单个计算机通常称为节点,通常通过局域网连接,但也有其它的可能连接方式。集群计算机通常用来改进单个计算机的计算速度和/或可靠性。一般情况下集群计算机比单个计算机,比如工作站或超级计算机性能价格比要高得多。

    编辑摘要

    目录

    概述/集群 编辑

    集群集群

    集群通信的最大特点是话音通信采用PTT(Push To Talk),以一按即通的方式接续,被叫无需摘机即可接听,且接续速度较快,并能支持群组呼叫等功能,它的运作方式以单工、半双工为主,主要采用信道动态分配方式,并且用户具有不同的优先等级和特殊功能,通信时可以一呼百应。

    发展历程/集群 编辑

    集群集群

    中国在1989年开始引进模拟集群系统,1990年投入使用。随着数字通信技术的发展,

    集群通信系统也开始向第二代的数字技术发展,最主要的特点是采用了TDMA(时分多址)和CDMA(码分多址)通信方式。但是,中国的集群通信应用主要还停留在模拟技术水平,数字集群的应用较少。同时,由于各集群使用企业为了满足其各自不同的使用要求,采用了独立建设集群通信网络的方案,所以众多企业的集群网络在网间互联互通性、频率资源使用、整体建设等方面存在诸多问题。此外,国外通信巨头通过控制核心技术并设置专利等知识产权保护壁垒,使得内部接口基本不公开,技术开放性很差,系统和终端设备市场价格居高不下,也制约了中国数字集群的产业化进程和规模应用。针对中国数字集群产业发展的“尴尬”情况,信息产业部牵头制定了中国集群技术的发展规划,并在新的《电信管理条例》中第一次将数字集群纳入基本电信业务范畴,同时组织国内六大电信运营商在国内开展800兆数字集群商用实验。从运营商的实验情况来看,有中国卫通在济南、南京及天津开展了中兴基于CDMA技术体制的GoTa共网商用实验,中国铁通在沈阳、长春、重庆开展了中兴基于CDMA技术体制的GoTa和华为基于GSM技术体制的GT800两种技术体制的数字集群共网商用实验。从近几年的商用实验情况来看并不理想,在运营成本、市场需求、运营模式、有关标准的成熟性和适用性、与公众移动通信业务的关系上还没有探索出让国家满意的商用运营模式。

    阻碍因素

    集群集群

    从数字集群商用实验的实践情况来分析,造成我国数字集群共网发展缓慢的原因主要有以下几个方面。在发展数字集群技术上,考虑到国家的通信安全和几千亿元购买国外通信设

    备的投资成本,国家强调我们需要具有自主知识产权的数字集群通信系统,发挥民族企业的自主创新能力,发展民族的数字集群技术标准,控制核心技术,打破国外数字集群技术垄断。中兴推出的基于CDMA技术体制的GoTa虽然在国内取得了较快的发展,成功服务于天津港、潍坊城市应急联动、亚欧财长会议、南京十运会、青岛奥帆赛等国内重大项目和体育赛事,取得了100多项发明专利,并且已经走出国门,但也应看到同欧美传统数字集群技术体制TETRA、iDEN相比,我国数字集群技术体制从组网规模、呼叫延时、技术演进、终端质量和产业链上还存在一定差距。

    地方监管

    尽管2001年信息产业部无线电管理局下发信部无518号《关于800MHz集群频率使用管理有关事宜的通知》,规定所有模拟集群通信系统在2005年12月31日之前必须停止运行的通知,但时至今日在已经具备共网条件的实验城市,一些传统模拟专网仍在运转,当地无线电管理部门因为自身利益的原因,并没有切实按照518号文的《通知》要求履行职责。

    传统用户

    一些靠国家财政拨款的强力部门和靠资源垄断经济实力较强的行业在国家数字集群运营政策还不太明朗的情况下存在自己建网的幻想,花钱不心疼,仅考虑部门和行业的利益,不算大帐,盲目自建专网,造成重复投资和资源的浪费,这也是中国数字集群共网建设很难推进的因素之一。

    市场需求

    中国企业经济形态还处于成本优先的初级阶段。改革开放20多年来,中国国民经济取得了较快的发展,GDP连续3年成两位数增长,很多民族企业快速发展起来,但同欧美发达国家相比,中国企业的经济形态还处于起步阶段,整体经济水平不高。在很多欧美企业已由成本优先过渡到效率优先阶段的时候,中国大部分企业还处于成本优先阶段,在面对成本和效率时,成本因素考虑的比较多。在美国,像建筑、物流等工作流动性比较多的行业对数字集群的应用相当普遍,而在中国却很难推广。

    运营商顾虑

    传统模拟专网用户一般都选择自己建网,像公安部门考虑通信安全、保密的因素需要建公安专网。一些没有经济实力建网的用户,成本因素考虑较多,很难说服用户入网,即使入网ARPU值也较低,资源贡献率十分有限。随着蜂窝技术的发展,公网运营商通过分组数据技术已能在2.5G网络上提供POC(PTToverCellular,简称POC)业务,虽说受接通时间过长、占用资源过大、影响公众用户通信的限制,但能满足对接通时间要求不高的小规模低端用户,这对共网集群运营商还是有不小的冲击力。面对不太理想的市场环境,运营企业顾虑重重。

    人才匮乏

    集群技术在我国发展已有10余年,但都是以专网的形式存在,主要是本单位内部使用,缺乏共网提供服务的运营经验。数字集群共网发展需要一种规模效应,国内主导电信运营商对数字集群兴趣不大,而非主导运营商又大量缺乏运营人才,更确切地说是缺乏数字集群运营专才,因此从某种程度上运营人才匮乏也是限制数字集群共网发展的因素。

    运营模式

    中国经济的发展和城市化进程的加快使得社会经济形态越来越追求高效,社会对于高效处理紧急突发事件、信息安全的要求不断提高,加之频率资源的日趋紧张,如何提高频率利用率,实现资源的最佳配置,加强政府应对紧急、突发事件的快速反应和抗风险能力已经成为我们面临的首要任务。在这种情况下,数字集群共网必将成为未来数字集群通信的发展方向,并且中国数字集群共网的运营必须是在体现社会效益的基础上体现经济效益,毕竟在面对非典、地震、恐怖活动等突发事件时,人的生命是第一位的,这种情况下是无法用经济来衡量集群共网的作用和价值的。

    运营案例

    在数字集群共网运营方面,欧美等发达国家已有比较成功的案例,美国Nextel是发展共网数字集群比较成功的运营商,但其诞生之时正值美国模拟移动通信标准混乱的时代,Nextel凭借类似于GSM的iDEN网络取得了较大成就,但我国却没有那么好的市场环境和机遇;欧洲芬兰政府选择芬兰电信SONERA作为运营商合作组建专门的运营公司经营VIRVE网,该公司由内务部出资60%,SONERA公司出资40%,运营公司只负责物理网络的运营,而用户的管理及通信的管理均由用户部门在各自的虚拟专网中进行;比利时政府于1998年专门成立了ASTRID公司,作为全国性数字集群政府共用网的运营商,在ASTRID公司中,联邦政府占有61%的股份,地方政府占有39%的股份,联邦政府每年向ASTRID公司拨款作为运营维护费用。

    当前运营模式

    当前业内很多专家普遍认同的数字集群运营模式是“共网专用(服务于国家公共安全),专网共用(服务于企业生产调度)”的共网与专网并行的运营模式,本文认为在共网专用服务于公共安全通信方面不利于国家吸纳外部资金,为此将可能背上很大的投资包袱,同时造成通信资源不能有效利用的局面;在专网共用服务于企业生产指挥调度方面很可能又回到模拟集群发展时代,各自为政、自筹建网,因为中国当前的经济形态还不足以支撑运营一张数字集群共网,像机场、港口等经济实力较强的行业可能选择自己建网。

    适合模式

    中国在数字集群共网的运营模式上不妨借鉴参考芬兰和比利时的成功经验,结合中国国情,建立一支由政府控制的“国家队”来管理,必要时牺牲公众用户的通信需求,保证消防、警察、救援等重要部门的通信安全,形成自己的数字集群共网运营模式。我国未来数字集群的发展服务于公共安全指挥和生产调度,公共安全是重中之重,其次是生产调度,也就是说数字集群共网运营必须以体现社会效益为主,像欧洲芬兰、比利时政府,在以公共安全为主导的共网运营模式上,必须以政府为主导,建立一只以政府为主的国家公共安全运营队伍。

    为促进无线移动通信产业的健康发展,政府不妨引导公网运营企业在未来3G公众移动通信网上开放基于SIP协议的POC(PTToverCellular简称为POC)业务,作为公众移动通信的增值业务,在低端非专业集群用户市场上同集群共网展开竞争,处理好共网集群与公众移动通信网之间的竞争关系,促进无线移动通信产业的健康、良性发展。形成以数字集群共网为主服务于国家公共安全和高端企业生产调度,公网POC业务为辅服务于低端非专业用户;专业集群以体现社会效益为主经济效益为辅,公网POC以体现经济效益为主社会效益为辅,两者相互补充协调发展。

    发展策略

    由于集群通信和公众移动通信面对的目标客户不同,数字集群的发展不同于传统公众移动通信的发展,采取“先建网,后市场”的发展模式,毕竟市场才是检验一项产品最为客观的标准。考虑到我国区域和行业经济发展的不平衡,为降低风险避免盲目投资,数字集群共网的发展策略必须打破传统公众移动通信的发展模式,应遵循“先市场,后建网”的市场发展策略,采取分阶段、分行业、分区域的发展思路。

    1.分阶段就是当前数字集群共网的发展要以服务国家公共安全为己任,业务发展初期在全国副省级以上城市建设服务于公安、消防、交警、急救、城管为主体的城市应急联动系统。在条件成熟的情况下,逐步建成复盖全国主要省会城市、地级城市和县级城市的三级城市应急联动系统。

    2.分行业就是针对经济实力较强、有明确生产调度指挥需求的行业客户,采取专网公用的方式,定制满足特殊需求的虚拟专网解决方案吸引民航、铁路、港口、水利、交通等行业用户入网。

    3.分区域就是依托长三角、珠三角、环渤海经济圈的经济实力,发挥长三角、珠三角、环渤海经济圈的带 动和辐射作用,由东向西、由沿海到内陆逐步推进,最终建成复盖全国的数字集群共网。

    从服务潍坊应急联动、青岛奥帆赛、山东监狱、济南城市执法的发展情况来看,山东数字集群共网基本遵循了分阶段、分行业、分区域的“先市场,后建网”发展模式,在服务城市公共安全和企业生产调度方面得到了具体体现,并取得了逐步成效。

    关系/集群 编辑

    与PoC关系

    3G网络3G网络

    数字集群和3G网络PoC业务都可以实现PTT功能。数字集群是基于信令通道的解决方案,在通话过程中,语音数据和信令数据都汇集到事先建立好的通道上传输;3G网络的PoC业务采用V

    oIP技术,核心网基于IMS架构,在移动终端和业务应用服务器间运行高层信令协议,把话音数据捆绑到IP链路上。数字集群和PoC在技术实现、网络要求和市场定位方面都有很大的差异。数字集群主要应用于移动专网,而PoC业务主要是公众蜂窝移动通信系统的无线增值业务。

    技术特点

    1.中国几种数字集群技术

    中国主要应用的几种数字集群技术包括欧洲的TETRA,美国的iDEN,以及国内自主知识产权的GoTa和GT800。

    (1)TETRA

    TETRA是由欧洲电信标准协会(ETSI)推荐的标准。TETRA系统是一个空中接口信令开放的系统,并大量借鉴了GSM的概念。它基于TDMA方式,在25kb/s带宽内分4个信道,采用较先进的ACELP语音编码方式和(π/4)QPSK数字调制技术。它支持连续复盖和大区复盖,并且支持脱网直通和端到端加密功能。TETRA系统在调度功能上是比较完善的,所以它非常适合做专网,尤其是军队、武警、公检法等单位。

    (2)iDEN

    iDEN是由摩托罗拉公司推出的,它也采用TDMA制式,在25kHz的信道上分6个时隙(已经开发出25kHz带宽上分成12个时隙)。它的VSELP语音编码和16QAM调制技术都比较先进。iDEN系统的起源设计就是作共网用的,所以它是集指挥调度、双工互连、分组数据和短消息于一体的工作方式。

    iDEN系统是以调度为主的,又是根据公网考虑设计的系统,所以它的基本调度系统功能包括:组呼通话、私密通话、通话提示、来电显示。调度的先进功能包括:优先级、紧急呼叫、状态信息、多组扫描、区域限制、孤立站运行、调度台等。iDEN系统也有虚拟网功能,通过虚拟专网(VPN),最终用户可以管理其终端用户的终端配置,包括开户,增加新业务,更改调度私密号、组号、电话号码,重新编组以及随时取得详细通话清单和使用统计等。

    (3)GoTa

    GoTa(全球开放式集群架构)是由中兴公司自主研发,基于CDMA1X技术面向新技术演进的数字集群通信系统,目标是满足共网集群需要,兼顾专网集群应用。

    GoTa系统基于CDMA多址方式,它采用16QAM和QPSK的调制方式和QCELP语音编码技术,频分双工,上下行各1.25MHz带宽,间隔45MHz。GoTa的空中接口在cdma2000技术基础上进行了优化和改造,核心网采用独立的分组数据域,基于A8/A9和A10/A11标准接口,可以公开并标准化。

    GoTa具有一定的技术优势,解决了基于CDMA技术实现集群业务的关键技术。在处理通信连接时也采用了共享的方式,减少网络处理呼叫的时延。GoTa具有快速接入、高信道效率和频谱使用率、较高的用户私密性、易扩展和支持业务种类多等技术优点。

    在GoTa系统的设计中充分考虑了数字集群通信共网的特点,面向移动运营商开发设计,充分考虑了移动商务用户的需求,可以用一部终端将集群调度业务、普通语音业务、分组数据业务、众多增值业务(短信、定位)等多种通信服务集成于一个网络中。GoTa系统的灵活性高、性价比优异和功能全面等特征,为运营商开辟出更多的赢利空间。

    (4)GT800

    GT800系统是由华为公司研发的基于GSM技术的数字集群系统。GT800是基于GPRS和GSMR技术开发的系统,其第二阶段将与TD-SCDMA技术结合。华为公司研发GT800系统是面向国内数字集群市场需求,参考现有数字集群系统的业务特性,尤其是在快速呼叫、群组业务、优先级控制、安全保密、故障弱化方面进行了大量工作,可提供满足国内专业移动通信需求的完整集群调度业务。同时,为满足用户对高速数据业务的需求,GT800通过GPRS技术,实现可变速率的数据传输功能。GT800的第二阶段通过引入TD-SCDMA,进一步提供最高速率为2Mb/s的数据业务。

    GT800可以提供广泛的业务,包括基本通话、短信、集群调度、优先级抢占、快速接续以及基于位置的路由等,同时还提供基于GPRS的数据业务。GT800适合集群通信的共网运营,也适合民航、铁道、水利、市政、交通、建筑、抢险救灾、矿区等专业部门自建专网。

    2.3G网络的PoC业务 3G网络的PoC业务标准主要由OMA来制定,并基于3GPP和3GPP2的IMS网络架构。

    (1)PoC业务概念和业务特征

    PoC是一种双向、即时、多方通信方式,允许用户与一个或多个用户进行通信。该业务类似移动对讲业务——用户按键与某个用户通话或广播到一个群组的参与者那里,接收方收听到这个发言声音后,可以没有任何动作,例如不应答这个呼叫,或者在听到发送方声音之前,被通知并且必须接收该呼叫。在该初始语音完成后,其他参与者可以响应该语音消息。PoC通信是半双工的,每次最多只能有一个人发言,其他人接听。

    PoC的业务特性包括:

    ●PoC群组可以是预先定义的,也可以是临时建立(Adhoc)方式的,或者类似聊天室的方式,用户自行加入聊天组。

    ●用户通过请求发言权实现发言,发言权的控制有一套严格控制机制。

    ●发言权由PoC业务实体授予,如果在一段时间(业务提供商设置)之后用户没有发言,发言权将会超时而失效。

    ●PoC业务实体可以在其他被叫用户接受会话邀请之前,先给发起用户发送指示,如果没有用户接收到媒体流,PoC参与者可以获得提示。

    ●PoC可以与互联网现有类似语音性质的业务进行交互,如在线游戏,包括音频功能的即时消息等。

    在PoC体系结构中,对用户的发言权控制是非常重要的概念。发言权控制主要是在用户平面来完成,基于RTP/RTCP,同时OMA又定义了RTCP的一种APP应用,称为TBCP协议,从而实现了PoC媒体流的分发和发言权的控制。对于会话的信令控制主要是应用SIP/SDP,实现SIP注册、路由和安全方面的管理,从而保证PoC会话的完成。

    (2)IMS对PoC的支持

    I MS对PoC的支持主要实现在PoC业务的注册和安全、SIP信令路由、SIP信令压缩、地址解析、对标识隐藏的管理以及计费等功能。

    在IMS的注册中,首先用户建立PDP上下文,通过GPRS请求或者DNS解析过程发现IMS中的P-CSCF。P-CSCF把注册请求转发给I-CSCF,通过I-CSCF问询HSS而找到S-CSCF。在S-CSCF中实现注册过程。在这个过程中PoC用户和S-CSCF通过AKA算法实现双方的认证和鉴权。

    当用户注册和鉴权成功后,PoC用户可以发起组呼请求。在会话邀请的SIP消息头Contact的Tag中添加“+g.poc.talkburst”或者“+g.poc.groupad”,从而标明这是一个PoC群组会话。P-CSCF把呼叫邀请转发给I-CSCF,问询归属的S-CSCF的地址,从而把邀请转发给S-CSCF。S-CSCF通过从HSS下载的iFC(初始过虑规则),根据业务触发点,把会话邀请转交给响应的PoCserver。PoCserver进行会话控制,并通过IMS把会话邀请转发给组内其他用户,在经过媒体授权和协商后,组呼可以建立。

    PoC业务的计费基于IMS的计费框架,可以根据事件计费、组会话计费、发言计费等。

    另外PoC业务还应用了IMS中的SIP信令压缩功能,信令压缩是为了节约链路资源,减少延时,在PoCClient和P-CSCF上实现SIP信令的压缩和解压缩。同时IMS还支持对其他用户或部分用户实现用户标识隐藏。另外,在IMS中考虑到PoC会话媒体承载响应时间和媒体QoS平衡,使用了SIP信令的QoS等级。

    业务关系

    1.技术差异

    数字集群要求前后向资源共享,即在一个小区复盖范围内所有同组集群用户共同占用一个无线和有线信道。一个信道承载的用户数对于集群手机数量是没有限制的,这样可以极大的增加资源的承载能力。单信道资源情况下,理论上可以支持无穷多个集群手机进行调度。

    而PoC中每一个用户要占用独立的无线和有线资源,也就意味着资源占用在业务实现时有多少用户进入组呼,就要占用多少信道资源,对于PTT来说要成倍地增加资源占用。如果只有一个无线信道,则PoC业务就不能提供,至少要提供2个无线信道才能保证一对一的PoC呼叫。

    2.关键指标差异

    数字集群和PoC最根本的差异就是其关键指标——接续时延的差异。

    PoC的接续时间一般都在2-3秒以上,有时候甚至达到10秒以上,如果用户较多、使用频率增加或网络信号较差,接续时间会更长。而数字集群的接续时间都被控制在1秒或者更短的时间之内,这也是数字集群一直没有被移动公网所取代的根本原因,也是其核心的竞争力。

    国外几种数字集群网络的时延指标都在1秒之内,一般的组建立时延400ms~700ms、PTT<300ms,一般一次组呼建立和维持时间分布在5-12s即结束,而PoC基本不能满足这种要求。

    3.市场定位不同

    数字集群的市场定位分为两种:一是专业用户市场,二是公众用户市场。专业的数字集群用户一般估计为移动用户的10%左右,按照中国3亿移动用户估算,也有3000万用户的数字集群市场空间。

    PoC业务面对的主要是个人用户,主导的语音和综合业务是其创造收入的主要来源,而语音和综合业务也是目前全球移动运营商面对竞争压力最大的业务。

    4.利润率不同

    首先,数字集群由于服务对象以政府、单位等集团客户为主,对于价格不是十分敏感;其次,专业的集群调度业务所产生的任何收入都是在几乎没有竞争下产生的,同时调度业务主要在网内实现,不存在网间结算成本;另外由于专业需要,产品的可取代性很低,这些用户的忠诚度很高,离网率很低,这些都为数字集群运营商节约一定的运营成本。

    而基于移动公网的PoC业务与运营商其他业务相比基本上都是雷同的,具有可取代的特点,所以PoC业务的经营活动和产品都面临市场的有力竞争,产品、业务价格不断下降,利润率不高,结算成本也占据了很大的比例,这些直接导致了产品、业务定价时必须考虑的承受底线。

    5.复盖重点不同

    数字集群客户主要以工作为主,需要在工作区域进行有效复盖,比如市区室外复盖、工作区域的重点区域复盖,同时对于农村等偏远区域集群用户基本上没有复盖需要,数字集群的这种简单复盖要求完全可以利用成熟的无线通信手段予以满足,比如所有的基站都支持大区制建网,这样就在很大程度上节约了系统投资,对于局部重点区域的复盖手段也很成熟,如政府大楼,工厂总部等等,只需要较低的成本就能满足复盖要求。

    对于突发情况带来的调度需求,通过孤立站运行和脱网直通就可以满足需要,但是这种情况比例极低。

    对于PoC业务来说由于用户的移动性很大,分布很广,可以说凡是有人存在的地方都需要进行复盖,所以要求大量的网络投入,即使仅仅考虑基本的复盖,粗略估计至少也是数字集群网络的2-4倍复盖投入。

    6.容量需求不同

    根据市场占有率的分析,即使按照10%的比例进行考虑,足以说明数字集群对容量的要求不高,所以在建设数字集群网络初期的时候根本不必考虑容量的压力,可以理解为在容量上数字集群系统只需要移动公网10%的容量资源,就可以正常运行并满足数字集群用户的容量要求,这对于建设一个数字集群网来说无疑是一大优势。

    而对于PoC业务来说,为了保证容量需求,移动运营商不得不使用小区制规划建网,通过降低基站发射功率,下调俯仰角,降低基站天线高度等方式,增加基站密度,提高区域用户容量。

    相关文献

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    扩展阅读
    1http://www.cww.net.cn/tech/tech.asp?id=12
    2数字集群和POC的差异分析

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