公网数字集群系统是基于公众蜂窝移动通讯网络，利用数据技术和软交换技术在公众移动通讯系统上实现集群通话功能。系统的目标是充分利用信息资源提高效率和增强业务灵活性，直接利用语音分享信息。
深圳成为智能交通系统有限公司推出的GPS公网数字集群解决方案同时具备全国范围对讲和GPS定位功能。GPS公网数字集群系统可实现“一对一”或“一对多”、“强插”、“强拆”等集群通讯的话务需求，且因话音的数字化IP传输特点，而使通话费用大大降低，保密性能好，语音质量高，大幅度提高车船效率，降低运营成本，无需自建基站，减少固定资产的重复投资。
其主要应用领域包括：
- 公安武警指挥： 针对警务人员工作移动性、突发性、紧急性等特点，一线部门需要实时与公安数据中心交换信息，同时公安管理中心也需要实时对下级各部门进行任务派发，任务管理等工作，静态管理模式为动态管理模式，真正实现信息化作业；
- 城市出租车电召：
乘客电话召车，总台可以通过调度平台查询客户附近的空载车辆，然后群呼这些车辆，告知乘客位置，接入时间非常短；
- 医疗救助调度：
指挥调度中心通过对急救车辆、急救人员和医院的医生进行指挥调度，并通过定位管理平台对急救车辆进行监控，急救人员可以通过语音对讲与医生和医院进行呼叫、让医生及时了解现场的情况，做好病人入院准备；
- 散体物料运输：
指挥调度中心可以对车队、建筑工地以及相关协作单位进行车辆调派和作业指挥，提高效率方便管理；
- 长途物流运输：
物流公司通过指挥调度中心对货源、车辆进行管理和调派，合理高效的开展货运业务；
- 海事、渔业生产救援：
渔业海事需要集群通讯满足其海上作业时的调度指挥以及紧急救援活动，对于此类客户，该解决方案是快速、低成本解决其指挥调度的最佳途径。
技术原理
GPS集群系统的基本设计思想是利用现有的GPRS、CDMA1X无线网络提供分组语音服务，提供具备高可靠性、高扩展性的电信级IP融合通讯解决方案。
- 结合传统PPT对讲Push To Talk与无线通讯技术：利用现有的GPRS、CDMA1X无线网络提供分组语音服务，业务逻辑采用了类似传统集群通话的半双工模式，支持一对一，一对多 通话
- 业务与承载分离：在IP承载之上实现高层的业务和应用， 终端趋于智能化
- 承载信令和语音数据流分离
- 结合全球定位GPS技术：定位终端将经纬度信息通过无线网络传回
- 基于2.5G及3G网络的数据技术：将语音信号转换成数据包经过网络传输，最后再将数据包转换成语音传递出来完成一次通话，也就是以数字交换的形式实现语音通讯。
全网网格结构
公网数字集群系统网格结构
全网主要由中央信息服务中心GISC(Global Information Service Center)和分布地方的交换系统SSC(Switch System Center)服务节点组成。
GISC作为全网的中心服务节点是一个强大的资源调度平台，它位于各地方SSC之间，连接无线基础网络及业务系统。为地方SSC提供各种通讯资源全网运行参数及配置信息等 及业务资源如接入认证、网间计费与结算 ，成为协调各地方SSC的中心纽带。
全网网格结构
SSC服务节点组网方式
数据应用平台SSC1.0是公网数字语音数据业务的支撑平台。它为公网数字数据业务提供了运行网络和设备，统一了管理、部署和安全控制框架，并提供了完成语音数据业务的业务管理和控制功能，主要负责呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能。
解决方案的优点
- 高可扩展性
在全网结构中中心服务节点GISC平台，可以灵活配置地方SSC服务节点信息，如添加，移除SSC或者修改SSC的网络配置，并且通过网间通讯协议动态分享SSC服务节点信息，在全网范围实现SSC的节点快启动。
在单SSC服务节点，既可以根据语音通话量添加或移除媒体网关服务器，又可以根据信令处理的负载添加或移除网守服务器。通过协议指定可以实现动态对服务器增加或移除而并不影响外部实体的透明访问。
另外对于小型企业则无需在全网中运行仅有一个SSC服务节点，单独的SSC服务节点已经涵盖了公网数字业务的全部方面。
- 节约经济成本
从企业角度看，是在现有无线网络基础上应用IP电话技术，而不是在传统PBX设备上追加投资。另一方面由于系统的高可扩展性，因此可以在系统投入运营后根据实际运行情况考虑增加设备而节约初期经济成本和降低运营风险。
- 集中分布的二级管理平面
在全网级的管理集中在GISC的数据业务管理平台进行管理，而对于地方级的SSC则在本网数据业务管理平台进行管理。
在技术架构上全网数据和节点的分布部署，全网的集中管理管理全网的资源调度信息而分布的SSC地方管理则实现对本地的用户管理、计费管理。
- 采用适用于集群通讯的AMR4.75KAMR5.15语音编解码算法
AMR是音频编码强制标准，质量与固定语音可以媲美。
引入AMR4.75K和AMR5.15K等语音编解码算法后，在保证语音质量的情况下大大提高了无线资源利用率，能够有效适应集群调度通讯的特点。
AMR编码大大减少了话音带宽，相对于TDM承载，IP上承载AMR至少节省了50%的传输资源。
- LCB负载均衡算法分流信令及语音处理压力
在SSC服务节内部媒体网关和网守均由服务器集群实现。在运行过程中可以将通讯负荷和信令处理负荷分别分布在媒体网关和网守的服务器上。SSC系统通过跟踪监控各服务器的负荷情况对新的服务请求可以按照一定的负载均衡策略（调度算法）分配集群中负荷较轻的服务器。
基于负载容率的负载均衡(load capacity based algorithm，LCB)算法是一种一种分布式的自适应服务组合负载均衡算法。该算法算法考虑服务器的实时负载和响应情况，不断调整服务器间处理请求的比例，来避免有些服务器超载时依然收到大量请求，从而提高整个系统的吞吐率。
- 安全的系统架构
GPS集群系统在全网集中或地方SSC分布的结构中通过允许列表、鉴权、数据加密及防火墙等技术加强了架构自身的安全性。
 系统安全架构示意图
运营商无线网络环境
基于运营商干净安全的IP骨干网、CDMA 1X/GPRS 内部网，使得内部攻击可能性降到最低。集成化IP 安全（IPSec）VPN(virtual private network)加强网络连接安全性，为话音和数据提供了必要的保护。IPSec使用3DES演算法，并利用3个不同的key将资料加密三次，借此确保资料的安全性。
SSC内部网格结构
设定安全策略使公司可识别、防止和适应安全威胁；完善的入侵检测系统 (detection system)实时监控进入网络的流量，侦查可疑活动或入侵，防止网络遭受日益增多的内部攻击。
SSC服务网元节点
采用高效安全的Solaris10操作系统环境，并具有无与伦比的安全性。其预测性自我修复（PSH）技术，有效的减少了停机时间并降低了管理的复杂性。动态跟踪技术 DTrace查看整个SolarisOS，发现先前隐蔽的系统问题，并修复过去无法解决的性能问题。采用冗余备份策略，系统冗余备份，实现SSC的节点快启动以及数据库冗余备份。
SSC核心服务进程(应用层)
采用信任关系和身份识别技术，防范对无线网络的未经授权的访问或授权用户的非法行为，采用MD5加密数据(单向MD5hash计算，shared secret由SSC服务节点与源地址实体事先商定)，使传输中数据的安全性得到进一步加强。增强的用户和管理界面可采用基于SSL的身份验证，SSL协议能很好地解决身份验证、信息保密、信息完整等网络信息传输过程中最为关键的安全保密问题。
技术实现
随着数据应用的不断扩大，网关功能过于集中、设备过于复杂成为了数据电话技术进一步发展的瓶颈。软交换是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一，它独立于传送网络，将呼叫控制与承载网络相分离利用软件实现包括呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能。
下图展示了GPS集群系统中软交换在网络整体结构中所处的位置。
软交换在网络整体结构中的位置
GPS公网集群系统的软交换系统主要有以下几个功能组件：
信令网关是SSC系统的关键设备。它的主要功能包括：数据通讯及信令解释；
数据通讯网关是SSC系统的关键设备。它的主要功能包括：数据交换以及原始计费信息采集；
网守(GateKeeper)是SSC的中央控制实体，在SSC网中起着管理控制作用，是网络中的消息控制中心。它的主要功能包括：呼叫控制和呼叫管理；
网管中心对SSC所有的软件、硬件需要统一管理和维护。它的主要功能包括：故障管理、配置管理、性能管理、安全管理；
计费中心(Billing System)负责对计费数据进行处理，产生最终的计费帐单。它的主要功能包括：生成计费数据、计费策略管理以及计费参数调整；
用户管理中心的主要功能包括：用户权限管理、用户帐号管理即用户的开户、销户、密码生成修改 、按用户的需求出据帐单。
业务支持中心
数据库服务器
Web服务器
应用技术协议
目前数据服务常用的关键协议主要有两种一种是由国际电信联盟（ITU， International TelecommunicationsUnion）提出的H.323协议，另一种则是由IETF(Internet Engineering Task Force)组织的MMUSIC(Multi-party Multimedia Session Control)工作组提出的SIP（Session InitiationProtocol）协议。
H.323协议推出较早，协议发展比较成熟吸取了许多电信网组网的经验，便于与现有的PSTN网互通但实现相对复杂，基本上是一种兼顾传统电话与数据电话特点发展起来的成熟的开放标准协议。由于H.323是基于传统电信网的协议结构，对IP网结构特性考虑不够，因此在实际运用中存在一些不足，如协议过于复杂，设备成本高，协议扩展性较差。SIP协议则借鉴了其它Internet标准协议设计思想，是相对较简单的会话发起控制协议，它只
提供会话或呼叫建立和控制功能。SIP协议最大的特点是充分利用已定义的头域，很容易对其
进行必要的扩充以支持新业务。然而SIP协议也存在不足，协议没有明确对网络整体架构的规
定，另外在业务开展时存在穿越NAT和防火墙的问题。
考虑到H.323和SIP协议中的不足以及具体的无线环境下建立高效灵活的企业呼叫控制操作要求
，设计了一套合适的轻量级软交换系统点对点协议(SSPP， Switch System Peer to Peer)，
从而实现公网数字集群系统。
SSPP 协议
公网数字集群系统中，SSPP(Switch System Peer to Peer)协议是MS与SSC之间，SSC与SSC之
间以及SSC与GISC之间的通讯接口协议。
SSPP协议消息分为两大类：从客户端到服务器的请求(Request)和从服务器到客户端的响应
(Response)。无论请求消息还是响应消息都是由消息头和消息体构成。消息头部有消息总长度
Total_Length 、命令或响应类型Command_Id、消息流水号Sequence_Id三个字段组成，而消息
体部分则用于描述信令交互的各种相关参数。
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