集群通訊發(fā)展歷程
自1897年馬可尼所完成的無(wú)線(xiàn)通信試驗到上世紀20年代開(kāi)始的現代移動(dòng)通信開(kāi)始，距今移動(dòng)通訊已接近百年歷史。集群通訊是在移動(dòng)通訊的基礎上發(fā)展而來(lái)的，最早的集群通訊需求就來(lái)自于警察等公共強力部門(mén)。集群通訊最早可追溯到上世紀二十年代警察車(chē)載無(wú)線(xiàn)電系統，該系統雖不具備現代集群通訊的一呼百應模式，但已初步響應了當時(shí)警察通訊的簡(jiǎn)單需求。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展尤其是數字移動(dòng)通訊的發(fā)展，先后出現了模擬集群通訊與數字集群通訊這兩大類(lèi)集群通訊技術(shù)，模擬集群的代表如MPT1327系統，同時(shí)為了解決保密通話(huà)等特殊需求還引入了Tetra等專(zhuān)業(yè)集群通訊技術(shù)。至今在公安等部門(mén)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(chǎng)家自行制定了中國公安的集群通訊標準，簡(jiǎn)稱(chēng)為PDT。
隨著(zhù)歷史變遷及現代政府、交通等行業(yè)的需求，越來(lái)越多的部門(mén)需要除了語(yǔ)音之外的寬帶甚至超寬帶的大數據量集群，而目前的集群系統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這一課題在各國家討論應對策略及方案。至此集群從簡(jiǎn)單語(yǔ)音到群呼語(yǔ)音到群呼圖像或視頻與移動(dòng)通訊一樣也走過(guò)了幾乎百年的歷史，從其發(fā)展時(shí)間看略落后公共無(wú)線(xiàn)通訊的步伐，相信在LTE超寬帶通訊年代集群將乘著(zhù)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用。
數字集群通訊
什么叫集群通訊
集群通訊有別于傳統無(wú)線(xiàn)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(tīng)語(yǔ)音的網(wǎng)絡(luò )，其有別于傳統網(wǎng)絡(luò )的多人單獨會(huì )話(huà)模式，是集合了電話(huà)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的語(yǔ)音或視頻的通訊模式。實(shí)際上集群通訊系統是多信道多用戶(hù)共用的調度通信系統。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(hù)，第三個(gè)要素是共用，網(wǎng)絡(luò )設施的共用、網(wǎng)絡(luò )覆蓋的共用甚至是管理的共用，才能做到單用戶(hù)使用成本最小化，第四個(gè)要素就是其具有調度功能，即對系統中的用戶(hù)統一進(jìn)行調度及指揮，而且每個(gè)集團用戶(hù)又可分別設置調度臺來(lái)分管屬于自己的用戶(hù)。
數字集群的分類(lèi)
數字集群通訊系統可分為兩類(lèi)：一類(lèi)是所謂的專(zhuān)用數字集群系統；另外一類(lèi)就是公共數字接入集群系統。第一類(lèi)數字集群系統供特定的專(zhuān)業(yè)部門(mén)使用，如警察、軍隊、鐵路、民航等部門(mén)使用。第二類(lèi)數字集群系統提供需要專(zhuān)業(yè)調度通信的部門(mén)使用，它們可以共用一個(gè)通信網(wǎng)，例如政府市政部門(mén)、燃氣、水電、公交等部門(mén)，或者是臨時(shí)組建的民間小團隊用于旅游等事務(wù)。
這兩類(lèi)集群的所有權不同，用戶(hù)類(lèi)有別(專(zhuān)網(wǎng)比較單一，公網(wǎng)用戶(hù)面較寬)，網(wǎng)絡(luò )覆蓋要求不同(專(zhuān)網(wǎng)考慮投入時(shí)多采用中區制或大區制組網(wǎng)，公網(wǎng)一般都是小區制組網(wǎng))，保密性有別(專(zhuān)網(wǎng)保密程度高，公網(wǎng)保密級別低)。
社會(huì )發(fā)展對寬帶或超寬帶的需求
以美國警察為例對應警察每天執勤時(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警察中得到很好的滿(mǎn)足，盡管安裝了車(chē)載攝像頭但還是有62%的人希望提高車(chē)載攝像頭的能力，盡管有視頻監控存在但還是有52%的人希望提高實(shí)時(shí)監控的能力以滿(mǎn)足還原事故現場(chǎng)的需求。
再看國內公安：仍以窄帶模擬集群、模擬常規系統為主，僅實(shí)現了區域聯(lián)網(wǎng)，不能做到全國聯(lián)網(wǎng)，不能滿(mǎn)足多警種跨區、協(xié)同作戰的需要，不能加密，無(wú)法滿(mǎn)足公安警衛、反恐、偵查等特殊需要，數據傳輸能力差，不能滿(mǎn)足查詢(xún)、定位等警用需求。由此可見(jiàn)國內公安對數字化、寬帶化及超寬帶化需求同樣強烈。
超寬帶數字集群方案
LTE做為第四代移動(dòng)通信(簡(jiǎn)稱(chēng)4G)的成功標準即將在國內廣泛使用，由于其網(wǎng)絡(luò )結構簡(jiǎn)單并采用了諸多先進(jìn)技術(shù)其不僅在國際移動(dòng)通信領(lǐng)域內為眾多運營(yíng)商所承認，同時(shí)也被眾多專(zhuān)業(yè)客戶(hù)所看重。LTE大大改善了控制信令與用戶(hù)數據傳輸的時(shí)延，完全滿(mǎn)足專(zhuān)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到500Mbps與1Gbps，完全可勝任任何嚴苛要求的大數據量傳輸的需求。
在改造標準LTE并增加對語(yǔ)音與集群的支持后對應網(wǎng)絡(luò )就可支持超寬帶集群的功能，在標準LTE框架中加入集群控制中心并增加相關(guān)標準接口后可實(shí)現集群語(yǔ)音及普通語(yǔ)音。除了集群語(yǔ)音外通過(guò)對應網(wǎng)關(guān)還可實(shí)現與標準固定網(wǎng)絡(luò )或其它集群系統連接并做互操作。
該方案除了具備窄帶數字集群所擁有的集群語(yǔ)音及調度功能外同時(shí)具有高速數傳能力，能滿(mǎn)足多個(gè)行業(yè)所要求的寬帶數據傳輸需求。
| 功能 | 功能描述 |
| 集群調度 | 支持語(yǔ)音群組的PTT功能，滿(mǎn)足行業(yè)用戶(hù)語(yǔ)音集群調度需要； 5M頻率資源下，單小區最大支持80路集群語(yǔ)音，簡(jiǎn)單組網(wǎng)甚至可達到150路集群語(yǔ)音； |
| 低時(shí)延 | 群組業(yè)務(wù)初始建立時(shí)延：<300ms； 話(huà)權申請時(shí)延： <200ms； |
| 寬帶無(wú)線(xiàn)數據傳輸 | 高吞吐量數據傳輸滿(mǎn)足行業(yè)用戶(hù)高速數據業(yè)務(wù)應用； 20M頻率帶寬最大上行50Mbps，下行100Mbps |
| 無(wú)線(xiàn)視頻監控 | 滿(mǎn)足標清/高清帶寬需求，支持行業(yè)用戶(hù)視頻監控應用 |
| 強大的加密能力 | 支持包括信令、語(yǔ)音及數據在內的無(wú)線(xiàn)空口的加密和解密； 支持端到端加解密功能，滿(mǎn)足行業(yè)客戶(hù)密級要求高的語(yǔ)音及數據通話(huà) |
超寬帶數字集群所需頻寬
雖然LTE技術(shù)可支持最小從1.4MHz帶寬的組網(wǎng)，但在1.4M帶寬下傳輸數據的能力有限，為了更好的服務(wù)行業(yè)客戶(hù)大數據量的傳輸需求，需要申請至少20MHz以上的頻譜。我們可做如下條件的假設：小區邊緣頻譜利用率為0.15bps/Hz，小區平均帶寬利用率為1.5bps/Hz，同一個(gè)小區中發(fā)生了兩起事故且一起在小區邊緣，另外一起以平均小區頻譜利用率來(lái)計算，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。由上述計算可知為了滿(mǎn)足基本實(shí)用需求(預留25%的資源)需要給單小區20MHz的頻譜。
未來(lái)演進(jìn)的方向
數字集群演進(jìn)到超寬帶集群后的步伐相信不會(huì )停止，相反隨著(zhù)承載變化后原先不能做的應用將會(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：
- 統一融合的終端裝備，目前執勤警察隨身攜帶的多種電子設備將不斷趨于融合以方攜帶執勤。
- 可支持大區組網(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字集群用于邊防巡邏及公安執法，而這些地區的網(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(guò)20公里的大區制來(lái)組網(wǎng)。
- 融合GIS、車(chē)載視頻監控及語(yǔ)音為一體的全方位立體調度系統將會(huì )出現在調度中心及分布式調度車(chē)中，對于國家維穩遠程執法等帶來(lái)質(zhì)的改變。
