集群通訊發(fā)展歷程

　　自1897年馬可尼所完成的無線通信試驗(yàn)到上世紀(jì)20年代開始的現(xiàn)代移動(dòng)通信開始，距今移動(dòng)通訊已接近百年歷史。集群通訊是在移動(dòng)通訊的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，最早的集群通訊需求就來自于警察等公共強(qiáng)力部門。集群通訊最早可追溯到上世紀(jì)二十年代警察車載無線電系統(tǒng)，該系統(tǒng)雖不具備現(xiàn)代集群通訊的一呼百應(yīng)模式，但已初步響應(yīng)了當(dāng)時(shí)警察通訊的簡(jiǎn)單需求。隨著技術(shù)的發(fā)展尤其是數(shù)字移動(dòng)通訊的發(fā)展，先后出現(xiàn)了模擬集群通訊與數(shù)字集群通訊這兩大類集群通訊技術(shù)，模擬集群的代表如MPT1327系統(tǒng)，同時(shí)為了解決保密通話等特殊需求還引入了Tetra等專業(yè)集群通訊技術(shù)。至今在公安等部門還廣泛存在這兩種通訊技術(shù)，同時(shí)公安部集合多個(gè)廠家自行制定了中國(guó)公安的集群通訊標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱為PDT。

　　隨著歷史變遷及現(xiàn)代政府、交通等行業(yè)的需求，越來越多的部門需要除了語音之外的寬帶甚至超寬帶的大數(shù)據(jù)量集群，而目前的集群系統(tǒng)或方案都不能很好的解決這一難題，為此ITU在2012年正式確立了PPDR這一課題在各國(guó)家討論應(yīng)對(duì)策略及方案。至此集群從簡(jiǎn)單語音到群呼語音到群呼圖像或視頻與移動(dòng)通訊一樣也走過了幾乎百年的歷史，從其發(fā)展時(shí)間看略落后公共無線通訊的步伐，相信在LTE超寬帶通訊年代集群將乘著這艘寬帶大船越走越寬，在政府、交通、能源等行業(yè)將有更多更廣泛的應(yīng)用。

　　數(shù)字集群通訊

　　什么叫集群通訊

　　集群通訊有別于傳統(tǒng)無線通訊其在通訊方式及手段上都有較多不同之處，按照維基的解釋就是一種同時(shí)段可允許多人接入并偵聽語音的網(wǎng)絡(luò)，其有別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的多人單獨(dú)會(huì)話模式，是集合了電話與高頻廣播這兩種通訊模式的合成體。簡(jiǎn)而言之集群通訊是一呼百應(yīng)的語音或視頻的通訊模式。實(shí)際上集群通訊系統(tǒng)是多信道多用戶共用的調(diào)度通信系統(tǒng)。其具有四個(gè)要素，第一個(gè)要素就是多信道，第二個(gè)要素是多用戶，第三個(gè)要素是共用，網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的共用、網(wǎng)絡(luò)覆蓋的共用甚至是管理的共用，才能做到單用戶使用成本最小化，第四個(gè)要素就是其具有調(diào)度功能，即對(duì)系統(tǒng)中的用戶統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)度及指揮，而且每個(gè)集團(tuán)用戶又可分別設(shè)置調(diào)度臺(tái)來分管屬于自己的用戶。

　　數(shù)字集群的分類

　　數(shù)字集群通訊系統(tǒng)可分為兩類：一類是所謂的專用數(shù)字集群系統(tǒng)；另外一類就是公共數(shù)字接入集群系統(tǒng)。第一類數(shù)字集群系統(tǒng)供特定的專業(yè)部門使用，如警察、軍隊(duì)、鐵路、民航等部門使用。第二類數(shù)字集群系統(tǒng)提供需要專業(yè)調(diào)度通信的部門使用，它們可以共用一個(gè)通信網(wǎng)，例如政府市政部門、燃?xì)狻⑺�電、公交等部門，或者是臨時(shí)組建的民間小團(tuán)隊(duì)用于旅游等事務(wù)。

　　這兩類集群的所有權(quán)不同，用戶類有別(專網(wǎng)比較單一，公網(wǎng)用戶面較寬)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋要求不同(專網(wǎng)考慮投入時(shí)多采用中區(qū)制或大區(qū)制組網(wǎng)，公網(wǎng)一般都是小區(qū)制組網(wǎng))，保密性有別(專網(wǎng)保密程度高，公網(wǎng)保密級(jí)別低)。

　　社會(huì)發(fā)展對(duì)寬帶或超寬帶的需求

　　以美國(guó)警察為例對(duì)應(yīng)警察每天執(zhí)勤時(shí)需要實(shí)時(shí)的視頻攝錄并傳輸，這些需求包含：交通執(zhí)勤、事故自動(dòng)告警、抓捕罪犯、自動(dòng)巡查。上述需求一直未能在美國(guó)警察中得到很好的滿足，盡管安裝了車載攝像頭但還是有62%的人希望提高車載攝像頭的能力，盡管有視頻監(jiān)控存在但還是有52%的人希望提高實(shí)時(shí)監(jiān)控的能力以滿足還原事故現(xiàn)場(chǎng)的需求。

　　再看國(guó)內(nèi)公安：仍以窄帶模擬集群、模擬常規(guī)系統(tǒng)為主，僅實(shí)現(xiàn)了區(qū)域聯(lián)網(wǎng)，不能做到全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，不能滿足多警種跨區(qū)、協(xié)同作戰(zhàn)的需要，不能加密，無法滿足公安警衛(wèi)、反恐、偵查等特殊需要，數(shù)據(jù)傳輸能力差，不能滿足查詢、定位等警用需求。由此可見國(guó)內(nèi)公安對(duì)數(shù)字化、寬帶化及超寬帶化需求同樣強(qiáng)烈。

　　超寬帶數(shù)字集群方案

　　LTE做為第四代移動(dòng)通信(簡(jiǎn)稱4G)的成功標(biāo)準(zhǔn)即將在國(guó)內(nèi)廣泛使用，由于其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并采用了諸多先進(jìn)技術(shù)其不僅在國(guó)際移動(dòng)通信領(lǐng)域內(nèi)為眾多運(yùn)營(yíng)商所承認(rèn)，同時(shí)也被眾多專業(yè)客戶所看重。LTE大大改善了控制信令與用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延，完全滿足專業(yè)集群所需要的低時(shí)延要求，在多載波特性下LTE上下行的速率甚至能達(dá)到500Mbps與1Gbps，完全可勝任任何嚴(yán)苛要求的大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)男枨蟆?/p>

　　在改造標(biāo)準(zhǔn)LTE并增加對(duì)語音與集群的支持后對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)就可支持超寬帶集群的功能，在標(biāo)準(zhǔn)LTE框架中加入集群控制中心并增加相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)接口后可實(shí)現(xiàn)集群語音及普通語音。除了集群語音外通過對(duì)應(yīng)網(wǎng)關(guān)還可實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)固定網(wǎng)絡(luò)或其它集群系統(tǒng)連接并做互操作。

　　該方案除了具備窄帶數(shù)字集群所擁有的集群語音及調(diào)度功能外同時(shí)具有高速數(shù)傳能力，能滿足多個(gè)行業(yè)所要求的寬帶數(shù)據(jù)傳輸需求。

　　超寬帶數(shù)字集群所需頻寬

　　雖然LTE技術(shù)可支持最小從1.4MHz帶寬的組網(wǎng)，但在1.4M帶寬下傳輸數(shù)據(jù)的能力有限，為了更好的服務(wù)行業(yè)客戶大數(shù)據(jù)量的傳輸需求，需要申請(qǐng)至少20MHz以上的頻譜。我們可做如下條件的假設(shè)：小區(qū)邊緣頻譜利用率為0.15bps/Hz，小區(qū)平均帶寬利用率為1.5bps/Hz，同一個(gè)小區(qū)中發(fā)生了兩起事故且一起在小區(qū)邊緣，另外一起以平均小區(qū)頻譜利用率來計(jì)算，且需要最低2Mbps的視頻(高清視頻所需的最低碼率值)，則最低的上行帶寬為2/0.15+2/1.5≈15。由上述計(jì)算可知為了滿足基本實(shí)用需求(預(yù)留25%的資源)需要給單小區(qū)20MHz的頻譜。

　　未來演進(jìn)的方向

　　數(shù)字集群演進(jìn)到超寬帶集群后的步伐相信不會(huì)停止，相反隨著承載變化后原先不能做的應(yīng)用將會(huì)如雨后春筍一樣迅速冒出，以下是幾個(gè)可能的演進(jìn)方向：

1. 統(tǒng)一融合的終端裝備，目前執(zhí)勤警察隨身攜帶的多種電子設(shè)備將不斷趨于融合以方攜帶執(zhí)勤。
2. 可支持大區(qū)組網(wǎng)的超寬帶集群，在沙漠、荒原等特殊場(chǎng)景同樣需要超寬帶數(shù)字集群用于邊防巡邏及公安執(zhí)法，而這些地區(qū)的網(wǎng)絡(luò)使用率比一般要低的多，為此會(huì)需要單站覆蓋超過20公里的大區(qū)制來組網(wǎng)。
3. 融合GIS、車載視頻監(jiān)控及語音為一體的全方位立體調(diào)度系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)在調(diào)度中心及分布式調(diào)度車中，對(duì)于國(guó)家維穩(wěn)遠(yuǎn)程執(zhí)法等帶來質(zhì)的改變。