公用电信网支持应急通信

 应急通信技术的发展是以通信技术自身的发展为基础和前提的。常规通信发展很快,但大部分科能融合应急通信系统由于网络规模小、用户数量少、使用频度低,并且由于科能融合应急通信的公益性,网络投入并不能产生经济效益,科能融合应急通信技术手段相对落后,整体水平滞后于常规通信。  
专网融合通信系统
       通信技术经历了从模拟到数字、从电路交换到分组交换的发展历程,而从固定通信的出现,到移动通信的普及,以及移动通信自身从2G到3G甚至4G的快速发展,直至步入到无处不在的信息通信时代,都充分证明了通信技术突飞猛进的发展。如今的通信技术已经从人与人之间的通信发展到物与物之间的通信。常规通信的发展使科能融合应急通信技术也取得了巨大的进步。科能融合应急通信作为通信技术在紧急情况下的特殊应用,也在不断地发展,科能融合应急通信技术手段也在不断进步。出现紧急情况时,从远古时代的烽火狼烟、飞鸽传书,到电报电话、微波通信的使用,步入信息时代,科能融合应急通信手段更加先进,可以使用传感器实现自动监测和预警,使用视频通信传递现场图片,使用地理信息系统(GIS)实现准确定位,使用互联网和公用电信网实现告警和安抚,使用卫星通信实现应急指挥调度。各种不同紧急情况,会应用不同的通信技术。
       科能融合应急通信所涉及的技术体系非常庞杂,有不同的维度和体系。从网络类型看,科能融合应急通信的网络涉及固定通信网、移动通信网、互联网等公用电信网以及卫星通信网、集群通信网等专用网络,无线传感器网络、宽带无线接入等末端网络。 
       专用网络在科能融合应急通信中基本用于指挥调度,例如卫星通信、微波通信、集群通信等。而公用电信网,如固定通信网、移动通信网、互联网等,基本都用于公众报警、公众之间的慰问与交流以及政府对公众的安抚与通知等。近年来,利用公用电信网支持优先呼叫成为一种新的科能融合应急通信指挥调度实现方法,公用电信网具有覆盖范围广等优点,政府应急部门可以临时调度运营商公用电信网网络资源,通过公用电信网提供应急指挥调度,保证重要用户的优先呼叫,如美国的政府应急电信业务、无线优先业务。公用电信网支持重要用户的优先呼叫,逐渐成为科能融合应急通信领域新的研究热点。
        从业务类型看,科能融合应急通信所涉及的业务类型包括语音、传真、短消息、数据、图像、视频等。
        从技术角度看,科能融合应急通信不是一种全新的通信技术,而是综合利用多种通信技术,这些技术类似积木块,在不同场景下,多个技术加以组合与应用,共同满足科能融合应急通信的需求。对于各类通信技术来说,应急通信是一种特定的业务和应用。
       通过第4章综合分析不同场景下科能融合应急通信的需求,可以看到,满足这些需求,需要一些关键技术,这些关键技术包括公用电信网支持科能融合应急通信、卫星通信、无线传感器网络和自组织网络、宽带无线接入、数字集群通信、定位、号码携带、P2PSIP、公共预警等。下面各节将分别介绍各类关键技术。

5.1.1概述

       公用电信网顾名思义是指为公众提供电信服务的网络,包括电话网(固定电话网、移动电话网)、互联网以及下一代网络(NGN)等。一提起公用电信网的科能融合应急通信,公众都会脱口而出110、119、120等特服号码,然而这些只是对公众开放的紧急呼叫服务,只是应急通信的一个组成部分,从前面章节的介绍中,我们了解到,科能融合应急通信涵盖范围非常广泛,是指在出现自然的或人为的突发性紧急情况时,综合利用各种通信资源,保障救援、紧急救助和必要通信所需的通信手段和方法。
       传统的科能融合应急通信主要是借助卫星、微波、专用网络等专用科能融合应急通信系统;这些专用科能融合应急通信系统具备较强的抗毁能力,因此一直以来都是科能融合应急通信的主要技术手段。专用科能融合应急通信系统,一般不对普通大众开放,虽然具有天生的抗毁能力,但其受众面较窄,成本较高,很难实现大面积、大规模的部署。如果能够利用现有的通信资源来实现部分科能融合应急通信能力,将有效地提高灾难发生时救援的效率。公用电信网由于其覆盖面广,目前受到了普遍关注,世界各国及各个标准化组织都积极地开展了如何利用公用电信网实现科能融合应急通信相关项目的研究。。

5.1.2 公用电话网支持科能融合应急通信

        电话网包括我们常说的固定电话网和移动电话网。灾难发生时,往往同一地区的大量用户将同时发起呼叫,对于按照“收敛比”进行部署的电话网来说,话务量将超岀其设计容量,导致拥塞。在此种情况下,如果希望利用公用电话网来承载应急话务流,就必须提供一定的机制,来保障应急话务流的传送Q“收敛比”指可以同时接通电话的数量和用户数的比例。在固定电话网中,收敛比一般为1:4左右,即100万用户,只有25万人能够同时打通电话;在移动电话网中,收敛比一般为1:20左右。
我国紧急特服号码
       我国公用电话网在设计建网的过程中只考虑了紧急呼叫的需求,即当发生个人紧急情况时,用户可以拨打110、119等紧急特服号码,呼叫将通过公用电话网接续到110、119的紧急呼叫中心。并没有考虑其他科能融合应急通信的需求,例如通过公用电话网实现指挥调度、实现重要部门之间的通信等,对于这类需求,要求公用电话网能够提供优先权处理能力,对于重要的指挥通信能够进行优先呼叫、路由、拥塞控制、服务质量、安全等方面的保证,这些需求目前的电话网还无法满足。
       那么,如何利用公用电话网实现科能融合应急通信?有哪些关键技术?
       在第4章中,我们对科能融合应急通信的需求进行了全面的分析,我们知道科能融合应急通信按照通信流的方向可以分为:公众到政府、政府到公众、政府之间、公众之间的科能融合应急通信,按照各种不同紧急情况,又可以划分为6种场景:场景1:个人紧急情况;场景2:突发公共事件(自然灾害);场景3:突发公共事件(事故灾难);场景4:突发公共事件(公共卫生事件);场景5:突发公共事件(社会安全事件);场景6:突发话务高峰。通过第4章的需求分析,我们可以看出,对于公用电话网支持科能融合应急通信主要涉及以下几个关键技术问题:
       1)优先权处理技术;
       2)短消息过载和优先控制;
       3)通信资源共享;
       4)呼叫跟踪定位;
       5)号码携带。

     5.1.2.1优先权处理技术

       公用电话网为了实现应急呼叫的优先权保障,需要具备有端到端的保障措施,并且保障需要维持在呼叫的整个过程中。它主要涉及以下关键技术:
        应急呼叫的识别:要实现对应急呼叫进行优先权保障,前提条件就是能够识别出哪些呼叫是应急呼叫,识别技术应当灵活,应尽量提供根据呼叫而不是用户进行识别的能力。
        应急呼叫优先接入:接入是应急呼叫进入公用电话网的第一步,能够获得公用电话网的优先接入服务,对于应急呼叫的优先权保证来说,是非常关键的环节。
应急呼叫优先路由:应急呼叫进入公用电话网后,电话网应为其提供优先路由机制,保证应急呼叫能够优先到达被叫、优先建立。
下面将分别介绍固定电话网和移动电话网如何实现上述关键技术。
1.固定电话网
       (1)固定电话网简介
       传统的固定电话网采用的是电路交换技术,主要由交换机组成,电话网的部署采用的是分级结构,划分为本地网、省内长途网、省际长途网3级结构,图5.1展示了两级长途网结构,图5-2和图5・3展示了本地网结构。 
       我国固定电话网的长途网分为两个级别:汇接全省转接(含终端)长途话务的交换中心称为省级交换中心DC1,DC1之间网状相连;汇接本地网长途终端话务的交换中心称为DC2,DC2与本省所属的DC1均以基干路由相连,省内DC2之间也为网状相连,即同一个省内某地市到省内其他地市都有直达中继
固定电话网分级结构
图5-1    固定电话网分级结构
       本地网按照规模和端局(DL)的数量,可以分为两种结构:网状网结构和2级网结构,网状网结构中本地网中仅设置端局,主要适用交换局数量较少、交换机容量大的本地电话网;2级网结构中,本地网中设置端局和汇接局(DTm),主要适用端局间话务量较少的本地网。
本地网网状结构本地网2级网结构    
图5-2   本地网网状结构         图5-3   本地网2级网结构
        传统的电话网,采用的都是面向连接的电路交换技术,通过No.7信令的方式进行呼叫控制,图5・4是我国No.7信令网等级结构。
       我国的No.7信令网采用3级结构,第一级是信令网的最高级称为高级信令转接点(High Signaling Transfer Point,HSTP),第二级是低级信令转接点(Low Signaling Transfer Point,LSTP),第三级是信令点(Signaling Piont,SP)。
       1)HSTP负责汇接LSTP及SP的信令消息,应具备No.7信令方式中消息传送部分 
我国No.7信令网等级结构
图5-4我国No.7信令网等级结构
(Message Transfer Part,MTP)和信令连接控制部分(Signaling Connection Control Part,SC-CP)、事务处理能力(Transaction Capabilites,TC)、运行、维护和管理部分(Operation,Maintenanu and Administration OMAP)规定的功能。
       2)LSTP负责汇接SP的信令消息,应具备HSTP的全部功能。
       3)SP是信令网传送信令消息的源点或目的地点,应具备No.7信令方式中消息传送部分及电话用户部分(Telephone UserPart,TUP)和/或ISDN用户部分(ISDNUser PartISUP)的功能。
        信令网和电话网之间的连接关系,如图5・5所示,图中的虚线表示语音链路,实线表示信令链路。
我国No.7信令网和固定电话网对应关系示意
图5-5   我国No.7信令网和固定电话网对应关系示意
        在No.7信令中,有3种信号单元:消息信号单元(MessageSig眼1Unit,MSU)、链路状态信号单元(Link Status Signal Unit,LSSU)和填充信号单元(Fill-in Signal Unit,FISU),它们的格式如图5-6所示。
3种信令单元格式
图5-6    3种信令单元格式
a)MSU b)LSSU c)FISU
F一标志符                               CK一校验位
SIO—业务信息8位位组           SIF一信令信息字段
LI—长度指示语                       SF—状态字段
FSN—前向序号                       FIB一前向指示语
BSN—后向序号                       BIB—后向指示语
        随着通信技术的发展,传统的电路交换方式逐步向分组交换方式演进,电话网中引入了软交换网络的概念。
       软交换技术是一种不同于电路交换技术的新的交换技术。它基于分组交换,并具有控制与承载分离的特性。基于这种交换技术而产生的一系列新的设备称为软交换设备,而基于这些设备建立的网络称为软交换网络。软交换网络通过信令网关(SG)和中继网关(TG)与No.7信令网和电路交换网进行互通。
        近几年,国内的电话网进行了分组化改造,部分省内长途网和省际长途网都釆用软交换网络进行替代,图5-7和图5瑚展示了我国电话网演进情况。
        由于近几年电话网的分组化改造,导致目前电话网中电路交换与分组交换同时存在,网络结构模式混合,长途平面多为软交换和电路交换并存且互为备份,因此应急呼叫在核心网路由,需要考虑不同类型网络之间的互通问题及长途平面优选网络的问题。 
基于电路交换的电话网示意
图5-7   基于电路交换的电话网示意
演进中的电话网示意
图5-8  演进中的电话网示意
(2)固定电话网应急呼叫识别技术
       1)用户线识别。
       对于固定电话网,可以通过特殊标记的用户线来对用户进行识别,用户摘机呼叫时,端局能够根据用户线识别出该呼叫为应急呼叫,一旦被端局识别为应急呼叫,端局将为呼叫打上高完成优先权(HPC)标记,以便呼叫经过的后续节点能够识别出该呼叫为应急呼叫,为其实施优先权策略。
       但这种方式只能是针对特定位置的特定用户线,且通过用户线进行识别,会导致网络对该用户线呼出的每个呼叫都认为是应急呼叫。要实现只针对呼叫而不是用户进行识别,可以进一步制定特殊的拨号策略:只有该用户线的用户拨出的被叫号码前加了一些特殊符号(例如:“#”),交换机才识别本次呼叫为应急呼叫,打上HPC标记,而不是对所有呼叫都进行识别处理。
       2)智能网识别。
       这种方式主要借助智能网功能对应急呼叫进行识别,这种方式需要用户在进行应急呼叫前先拨一个智能业务触发号码,例如,“710”,具有业务交换点(SSP)功能的交换局会将呼叫触发上智能网,智能网负责对用户的身份进行验证:用户输入PIN,验证合格后,用户输入目的地号码,智能网指示交换局路由该呼叫并打上HPC标记。
 我国智能网体系结构
图5-9   我国智能网体系结构
       图5・9展示了我国智能网体系结构。智能网设备主要有业务交换点(Service SwitchingPoint, SSP)、业务控制点(Service Control Point,SCP)、业务数据点(Service Data Point,SDP)、智能外设(Intelligent Peripheral,IP)、业务管理点(Service Management Point,SMP)、业务管理接入点(Service Management Access Point,SMAP)及业务生成环境点(Service Creation Environment Point  SCEP)。现有公用交换电话网(Public Switched Telephone Network,PSTN)、综合业务数字网(Integrated Services Digital Network,ISDN)及公用陆地移动网(Public Land Mobile Network,PLMN)用户,可通过SSP接入到智能网中获得各种智能网业务。
       图5-10给出了通过智能网识别方式的业务流程示例。
       (3)固定电话网应急呼叫优先接入技术
       就我国目前网络状况而言,对于固定电话网,实现科能融合应急通信的优先接入可以通过特殊标记的用户线,只能是针对特定位置的特定用户线。
       (4)固定电话网应急呼叫优先路由技术
       1)电路交换。对于电路交换网来说,必须通过信令协议才能区分不同的通信流。因此电路交换网在识别出应急呼叫后,应当在信令中标记该呼叫为HPC,并保证呼叫所经过的所有节点都能够识别这些标记,以实施优先分配通信资源的策略。
        HPC标记应由主叫发起的网络产生。HPC标记的设定应独立于其他指示和环境,为了在电路交换网中,保证呼叫承载能够优先建立,HPC标记应当被包含在呼叫建立流程的第一条信令消息中;并且如果想要保证信令消息本身在信令网中也能够被优先路由,该呼叫的相关的信令消息本身也应该被标记为优先处理对象。当一个网络节点接收到有标记指示的应急呼叫,将依据优先权策略进行呼叫建立流程的处理,标记指示应在整个呼叫持续期间有效。
智能网识别方式业务流程示例 ISUP呼叫建立流程
图5-10智能网识别方式业务流程示例       图5-11     ISUP呼叫建立流程
       ①呼叫优先建立。我国固定电话No.7信令网中主要使用ISUP信令,图5-11展示了ISUP信令消息一个完整的呼叫建立流程。
       从图5-11中可以看出呼叫建立的第一条信令消息为初始地址消息(IAM),因此,应急呼叫被网络识别后,在局间呼叫建立的过程中,需要在第一条信令消息IAM中打上HPC标记,参考ITU-TQ.Sup53及美国的政府应急电信服务(GETS)(参见2.1节)方案,IAM当中的主叫用户类别(CallingPartyCategory,CPC)可以携带HPC标记。
       根据YDN038—1997《国内NO.7信令方式技术规范综合业务数字网用户部分(ISUP)》行业标准,固定电话网中CPC字段已启用及备用字段值情况如下:
00000000            此时主叫用户类别不知道
00000001            话务员,法语
00000010            话务员,英语
00000011            话务员,德语
00000100            话务员,俄语
00000101            话务员,西班牙语
00000110             双方协商采用的语言(汉语)
00000111             双方协商采用的语言
00001000            双方协商采用的语言(日语)
00001001            国内话务员
00001010            普通用户,在长(国际)一长,长(国际)一市局间使用
00001011            优先用户,在长(国际)一长,长(国际)一市
                            市一市局间使用
00001100            数据呼叫(话带数据)
00001101            测试呼叫
00001110            备用
00001111             付费电话
00010000            备用
 
11011111              备用
11100000             国内备用
11101111              国内备用
11110000             普通、免费在市一长(国际)局间使用
11110001             普通、定期在市一长(国际)局间使用
11110010             普通、用户表、立即在市一长(国际)局间使用
11110011             普通、打印机、立即在市一长(国际)局间使用
11110100             优先、免费在市一长(国际)局间使用
11110101             优先、定期在市一长(国际)局间使用
11110110             国内备用
11110111              国内备用
11111000              普通用户,在市一市局间使用
11111001              国内备用
11111110               国内备用
11111111               备用
       在YDN038.1—1999《国内NO.7信令方式技术规范综合业务数字网用户部分(ISUP)(补充修改件)》中,CPC启用了11111001及11111010值作为开放语音邮箱业务时表示邮箱中有留言及取消留言标记。
       那么,如何在被用字段中选择合适的值来代表HPC用户,需要考虑与其他网络(移动网等)的互通问题,应保持各种网络之间定义的一致性,需要国内进行统一规定。
②信令优先路由。
        在IAM消息的CPC字段携带HPC标记只能保证呼叫在信令点(SP)处能优先排队建立承载,并不能保证信令消息在No.7信令网路由过程中在LSTP及HSTP处优先排队优先路由,因为LSTP及HSTP不具备ISDN用户部分的功能,LSTP及HSTP主要负责消息信令单元(MSU)的正确转发,图5-12展示了固定电话网中No.7信令网的典型的省际间信令消息传递模型。
 典型的省际间信令消息传递模型
图5-12  典型的省际间信令消息传递模型
       如果要使MSU实现优先信令路由,就必须在MSU中打上HPC标记,美国的GETS(Goverment Emergency Telecommunications Services政府应急服务)系统(参见2.1节)中利用了消息信令单元(MSU)中的信号业务信息(SI0)中子业务字段的2个备用比特(A和B)作了定义:一般电话呼叫定义为“00”,GETS定义为“01”,而“10”、“11”则保留为通用的网管及业务控制所用。我国可以参考该定义来考虑我国具体的定义方式。图5-13展示的为SIO字段格式及我国编码使用情况。
 SIO 字段格式及我国编码使用情况
图5-13   SIO 字段格式及我国编码使用情况
 
2)软交换。
       电路交换网保证优先路由的机制对于基于分组交换的软交换网来说也是有效的,在软交换网的呼叫信令中,也应支持重要呼叫的高优先级呼叫标记HPC。软交换网络中的呼叫控制信令使用的是会话初始协议(SIP)信令。
①呼叫优先建立。
      “RFC4412”在原有SIP的基础上新定义了两个专门用于协商资源建立优先级的头字段,“Resource-PriorityM和“Accept-Resource-PriorityM,用于在紧急情况下通信资源变得拥塞的时候,呼叫发起方指示网络希望获得优先的资源分配策略,可用于标识应急呼叫。
根据“RFC4412”,这两个头字段的语法表示如下:
Resource-Priority="Resource-Priority"HCOLON
r-value*(COMMAr-value)
r-value=namespace"."r-priority
namespace=token-nodot
r-priority=token-nodot
token-nodot=1*(alphanum/"~"/"!"/"%"/"*"
/"/"+"/"、"/","/"〜")
Accept-Resource-Priority=nAccept-Resource-Priority"HCOLON
[r-value*(COMMAr-value)]
图5-14给出了一个简单的INVITE消息中带有Resource-Priority头字段的SIP呼叫流程示例。
带有Resource-Priority头字段的SIP呼叫流程示例
图5-14带有Resource-Priority头字段的SIP呼叫流程示例
INVITEUserA->UserB
INVITEsip:UserB@biloxi.example,comSIP/2.0
Via:SIP/2.0/TCPclient,atlanta.example,com:5060;branch=z9hG4bK74bf9Max-Forwards:70
From:BigGuy<sip:UserA@atlanta.example,com>;tag=9fxced76sl
To:LittleGuy<sip:UserB@biloxi,example,com>
Call-ID:3848276298220188511@atlanta.example,com
CSeq:1INVITE
Require:resource-priority
Resource-Priority:dsn.flash
Contact:<sip:UserA@client.atlanta.example,com;transport=tcp>
Content-Type:application/sdp
Content-Length:.
417Resource-PriorityfailedUserB->UserA
SIP/2.0417UnknownResource-Priority
Via:SIP/2.0/TCPclient,atlanta.example,com:5060;branch=z9hG4bK74bf9
received=192.0.2.101
From:BigGuy<sip:UserA@atlanta.example,com>;tag=9fxced76sl
To:LittleGuy<sip:UserB@biloxi.example,com>;tag=8321234356
Call-ID:3848276298220188511@atlanta.example,com
CSeq:1INVITE
Accept-Resource-Priority:q735.0,q735.1,q735.2,q735.3,q735.4
Contact:sip:UserB@client,biloxi.example,com;transport=tcp
Content-Type:application/sdp
Content-Length:0
ACKUserA->UserB
ACKsip:UserB@biloxi.example,comSIP/2.0
Via:SIP/2.0/TCPclient,atlanta.example,com:5060;branch=z9hG4bK74bd5
Max-Forwards:70
From:BigGuy<sip:UserA@atlanta.example,com>;tag=9fxced76sl
To:LittleGuy<sip:UserB@biloxi.example,com>;tag=8321234356
Call-ID:3848276298220188511@atlanta.example,com
CSeq:1ACK
Content-Length:0
INVITEUserA->UserB
INVITEsip:UserB@biloxi.example,comSIP/2.0
Via:SIP/2.0/TCPclient,atlanta.example,com:5060;branch=z9hG4bK74bf9
Max-Forwards:70
From:BigGuy<sip:UserA@atlanta.example,com>;tag=96cced76sl
To:LittleGuy<sip:UserB@biloxi.example,com>
Call-ID:3848276298220188511@atlanta.example,com
CSeq:2INVITE
Require:resource-priority
Resource-Priority:q735.3
Contact:<sip:UserA@client,atlanta.example,com;transport=tcp>
Content-Type:application/sdp
Content-Length:….
②信令优先路由
       SIP消息中Priority头字段定义客户端请求的紧急程度。该头字段描述了对于接收用户或其代理请求消息所具有的优先级。例如,它可以影响呼叫路由的选择以及决定是否接受。请求中,若无该头字段,则应认为优先权为“normal”。Priority头字段并不影响通信资源的使用,比如其不会影响路由器中数据包转发优先级或者接入到PSTN网关中的情况。该字段的值可以为"urgent”、“normal”、"urgent”和14emergencyvo在应急呼叫的请求消息中应加入Priority头字段,并且该字段的值应设置为“emergency”作为信令消息的HPC标记,以 保证重要呼叫的SIP请求消息的呼叫路由选择具有优先权,此种机制,类似于电路交换网中消息信令单元(MSU)的SIO字段携带HPC标记。
③承载层考虑
       基于分组交换的软交换网实现了控制与承载的分离,只在信令中加入HPC标记并不能保证呼叫能够获得足够的承载资源,必须在数据单元上也使用HPC标记来区分不同的通信流,HPC标签可以被放置在不同的协议层或子层中。现阶段在分组交换网上使用的技术主要有:Diffserv(区分服务)、MPLS(Multi protocol Label Switch,多协议标签交换)技术、数据虚拟专网(VPN)技术等。应急呼叫的优先保障可以充分利用这些技术,为分组网络中的科能融合应急通信提供优先权保证。
2.移动电话网
本部分的内容主要基于全球移动通信(GSM)网络。
(1)移动电话网简介
        图5-15为基于电路交换的移动电话网电路域CS结构示意。其中包括:
        1)HLR为归属位置寄存器,负责移动用户管理的数据库,一个PLMN可以有一个或几个HLR,这取决于移动终端的数量、设备的容量和网络的组织。
        2)VLR为拜访位置寄存器,负责它所管辖区域内出现的移动用户数据,包括处理用户建立、接收呼叫所需的信息,一个VLR可以负责一个或几个MSC区域。
        3)MSC(移动交换中心)是程控交换机,与固定电话交换机的主要区别在于它还要负责分配无线资源、用户移动性管理等。
        4)EIR(设备识别寄存器),此功能单元为数据库,负责管理移动台的设备识别。
        5)AUC(鉴权中心),负责认证移动用户的身份及产生相应的鉴权参数的功能单元。
        6)BTS(基站收发台),负责移动信号的接收和发送处理。
        7)BSC(基站控制器),是基站收发台和移动交换中心之间的连接点,为基站收发台和移动交换中心之间交换信息提供接口。
  移动电话网结构
图5-15   移动电话网结构
       8)OMC是操作维护中心。
       与固定电话网类似,移动交换中心也采用分级结构,分为MSC、TMSC2(二级汇接移动交换中心)、TMSC1(一级汇接移动交换中心)3级结构,采用No.7信令作为呼叫控制信令。图5-16展示了No.7信令网和移动电话网的对应关系。
       同固定通信网类似,随着网络技术的发展,电路交换技术逐渐向分组交换技术演进,移动电话网中引入了移动软交换技术(见图5-17)。移动交换中心(MSC)由移动软交换(MSS)和媒体网关(MGW)进行了替代。
  No.7信令网和移动电话网对应关系示意
图5-16No.7信令网和移动电话网对应关系示意
       MSS提供呼叫控制和移动性管理功能,MGW提供媒体控制功能,并提供传输资源,具有媒体流控制功能。软交换系统中的TMSS(TandemMobileSoftSwitch,汇接移动软交换)仅对信令进行汇接,用户面数据直接在MGW之间传递。
移动ruanjiao软交换网络结构示意
图5-17  移动ruanjiao软交换网络结构示意
(2)移动电话网应急呼叫识别技术
1)接入类别识别。
       每个移动台都属于一个接入类别(Ac.cessClass)0AccessClass作为一个移动台的属性会被写入SIM卡中,现网中,一般用国际移动用户识别码(International Mobile SubscriberIdentity,IMSI)的最后一位作为AccessClass的值。
3GPP(第三代伙伴计划)规范对AccessClass有明确的定义,见表5.1。
表5    接入类别
接入类别 用户身份 应用范围
0-9 普通用户 归属地和拜访地PLMN
11 用于PLMN管理等 归属地PLMN
12 安全部门 所属国家的归属地和拜访地PLMN
13 公共事业部门 所属国家的归属地和拜访地PLMN
14 应急业务 所属国家的归属地和拜访地PLMN
15 PLMN职员 归属地PLMN
 
       对于普通用户来说,SIM卡中的接入类别是0〜9的随机数,12、13、14的使用对象分别为安全部门、公共事业部门及应急业务,可用于应急呼叫的标识。
       2)用户签约识别。
       归属位置寄存器(HLR)为可能发起应急呼叫的用户设置签约数据,为用户的优先呼叫设置级别,呼叫建立过程中MSC会查询该属性,映射为无线侧的资源控制参数,传送给基站系统。
       这种方式与固定电话网的“用户线识别”方式类似,识别针对的是用户而不是呼叫,不能针对每次呼叫。要实现只针对呼叫而不是用户进行识别,与固定电话网的“用户线识别”方式类似,可以进一步制定特殊的拨号策略:只有该用户拨出的被叫号码前加了一些特殊符号(例如:“*272”),才触发用户签约属性生效,MSC才为应急呼叫打上HPC标记,而不是对所有呼叫都进行识别处理。
       3)智能网识别。
       该方式与固定电话网中的“智能网识别”方式一致,用户通过拨智能业务触发号码,例如,“7UT,具有SSP功能的交换局会将呼叫触发上智能网,智能网负责对用户的身份进行验证:用户输入PIN,验证合格后,用户输入目的地号码,智能网指示交换局路由该呼叫,并打上HPC标记。
(3)移动电话网应急呼叫优先接入
本部分主要介绍两种典型的无线网络优先接入技术。
1)基于AccessClass的优先接入。
        前面我们介绍移动电话网优先识别技术时介绍过“AccessClass(接入类别)识别”方式,通过该方式,普通用户的接入级别定义为普通用户在接入网络时,会按照1/10的概率随机接入,根据需要,网管可以在任何时候闭锁某个接入类别,一旦某个接入类别被闭锁,属于该接入类别的用户的接入尝试就会被网络拒绝°接入类别11-15(见表5・1)被定义分配给特定的高优先级用户,高优先级用户可以获得高概率的随机接入机会。
2)业务信道增强的多优先级和抢占(eMLPP)技术。
       eMLPP技术的主要思想是为用户提供差异化服务,可以向网络中高端用户提供优先接入网络的服务°在语音信道拥塞时,eMLPP功能可以将高优先级用户置入相应的等待队列之中进行排队,用户的优先越高,越能优先占用释放出来的信道。
       该项技术在用户签约信息中增加eMLPP优先级别参数(HLR中),在呼叫接续处理过程中,MSC从HLR中获取相关用户优先级别数据,映射下发到BSC,由BSC负责无线资源分配。
       无线网络资源指配策略可以包括:高优先级用户可以通过抢占、排队、直接重试、强制切断等综合手段保证优先占用有限的无线网络资源。
      eMLPP共有7个优先级别,其中最高的两个优先级A和B保留为网络内部使用(例如,紧急呼叫、网络相关业务配置、专用的语音广播等),这两个优先级仅在一个MSC范围内有效,该MSC范围之外,A、B两个优先级应该作为优先级。来看待,具体的优先级情况参见表5-2。
       对于应急呼叫可以使用较高的优先级,网络可以为应急呼叫提供较高的接入优先权,呼叫出局后应在局间信令中携带HPC标记,以备后续优先路由保障机制的实施。 
表5-2 eMLPP优先级
优先级 适用性 优先级 适用性
A 最高优先级,内部使用 2 用户签约使用优先级
B 内部使用 3 用户签约使用优先级
0 用户签约使用优先级 4 最低优先级,用户签约使用优先级
1 用户签约使用优先级    
 
(4)移动电话网应急呼叫优先路由
       从网络的技术来看,固定电话网与移动电话网的最主要区别是接入手段,两者的核心承载网络并没有太大的区别。
       优先路由技术可以参考5.1.2节中的“固定电话网应急呼叫优先路由技术”部分内容。这里需要强调一点:移动软交换网络中使用的是承载独立呼叫控制(BICC)信令而不是SIP信令,BICC信令基本上继承了ISUP信令的特性,在IAM中可以利用CPC字段携带HPC标记。

5.1.2.2应急短消息

       在发生灾难(地震、火灾等)时,政府机构会使用公用电信网的各种通信手段,向受影响地区的公用电信网用户颁布相关信息(警报、情况通报、安抚等),公用电信网应当提供政府向公众发布信息的业务,具备保障业务运行的网络能力。为快速和有效地让公众收到紧急信息,大量的不同的通信手段及不同的通信策略可以应用到应急通知业务,短消息业务在我国发展迅速,普及率高,对通信网的资源占用较低,具备可以同时间大面积发送的特征,可作为应急通知业务的有效手段。
1.短消息业务系蜿(见S5-18)简介
       短消息中心系统:经接入网(移动或固定电信网),短消息终端与短消息中心进行短消息传送业务,短消息中心通过对短消息终端的接入、用户认证、短消息存储转发、计费等一系列的处理流程,为短消息终端提供短消息的发送和接收功能。短消息中心还为短消息终端提供与SP交互的能力。
       短消息网关:业务提供商与短消息网内短消息中心系统之间的中介实体,负责提交业务提供商的短消息,接收来自短消息中心系统的短消息转发给业务提供商。
       业务提供商:内容应用服务的直接提供者,负责根据用户的要求开发和提供适合用户使用的短消息服务。 
短消息业务系统结构
图5-18  短消息业务系统结构
2.应急通知短消息业务及关键技术
        灾难发生时,政府机构可能会借助现有网络中的短消息系统向公众发布警报、情况通报、安抚等相关信息,此时政府机构可能作为特殊的业务提供商接入短消息系统来向公众群发应急短消息。
       对于这类短消息,短消息系统应尽可能地将消息传送到受影响地区内的公众,可以根据公众不同的位置发送不同的消息,例如,对于灾难现场区域可能发送“撤离”的消息,对于稍远的地区,可能发送的是“进房间靠近门窗”的消息。可以提供多种语言的通知服务,可以提供优选使用的语言(运营商应从用户收集语言使用属性)以及翻译服务(例如,中英文双语短信等)。
       短消息系统对于应急短消息应赋予高优先级进行优先处理。高优先级消息,优先于低优先级消息;应首先发送,高优先级消息尝试转发的频率高于低优先级短消息,有效时间也长于低优先级短消息。一般情况下,普通的短消息默认是以“普通优先级”的方式发送,此时如果HLR中被叫用户状态被标记为不在服务区,那么HLR就会拒绝短消息中心系统发来的短消息的取路由消息,短消息中心系统不会将短消息下发给MSC。对于“高优先级”的短消息,短消息中心系统下发短消息将不受HLR中被叫用户状态的影响,即使被叫用户不在服务区,短消息中心也会将短消息下发给MSC,MSC将尝试将短消息下发给被叫用户(注:有些时候,HLR中存储的被叫用户状态与被叫的实际状态不相符,被叫用户进入服务区后,HLR有时不能及时更新该状态,因此如果采用高优先级的短消息来发送应急短消息将大大提高消息发送效率)。
       那么如何才能识别出短消息是应急短消息呢?目前最简单的办法就是靠主/被叫号码进行识别,对于由政府机构发起的应急短消息,应当事先分配好固定的特殊的业务提供商主叫号码,例如,我们现在经常能收到从“10086”发送来的一些公共事件提示信息。对于用户向应急平台发送的短消息,可以通过被叫号码进行识别,例如110、119等。
       灾难发生前后,应急短消息的大量发送,也会对网络造成一定的负担,如果能够利用小区广播来支持应急短消息功能,将能够有效地节省网络资源。小区广播短消息业务是移动通信系统提供的一项重要业务,通过小区广播短消息业务,一条消息可以发送给所有在规定区域的移动电话,包括那些漫游到规定区域的用户。它与点对点短消息业务的主要不同之处在于:点对点短消息的接收者是某个特定的移动用户,而小区广播短消息的接收者是位于某个特定区域内的所有移动用户,包括漫游到该区域的外地用户。小区广播使用CBCH,因此不受网络中语音和数据传输的影响,即使语音和数据业务发生拥塞,小区广播业务仍然可以使用。图5-19展示了小区广播消息业务系统结构。
 小区广播消息业务系统结构
图5-19  小区广播消息业务系统结构
       CBE(小区广播实体,CellBroadcastEntities):产生小区广播信息的实体。
       CBC(小区广播中心,CellBroadcastCentre):负责小区广播信息的管理,包括序号分配、修改和删除小区信息、决定接收范围、决定发送时间和发送频率等。
       BSC(基站控制器,BaseStationController):可以控制一组基站,管理无线小区及其无线信道、无线设备的操作和维护、移动台的业务过程等。
       BTS(基站收发台,BaseTransceiverStation):负责移动信号的接收和发送处理。
       MS(移动台,MobileStation):移动终端设备,我们通常使用的手机就属于MS。

5.1.2.3资源共享

        科能融合应急通信是在发生紧急情况下使用的通信手段,如果只为了应急情况下的通信而单独大规模地建立科能融合应急通信系统,会造成资源的浪费。虽然一次灾难有效的通信手段能够在救援中起到至关重要的作用,但灾难事件发生的并不是高频率的。同时,科能融合应急通信系统的各种通信手段不应成为孤岛,应尽可能地为相关单位所共享,充分利用已建成的网络和设施,因此在科能融合应急通信系统的建设中应坚持资源共享、综合利用的原则。
       网络资源共享,主要包括光缆、基站等。我国2008年四川省地震灾区通信系统修复工程预计共建共享10条传输光缆,为网络资源共建共享工作的开展积累了经验;基站共建共享主要从机房方面、铁塔方面、天线平台方面考虑:从机房的空间、铁塔平台空间、天线之间的信号干扰方面等考虑。
       除了技术因素是网络资源共建共享考虑的,管理也是网络资源共建共享不可忽略的关键因素,多家运营商的系统在维护管理等方面都需要有相关配套的措施,才能有效地推进资源共建共享的进程。

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