基于融合通信技術的綜合指揮信息系統設計

王建楠 宋昊天 王銳

摘要：在綜合指揮信息系統中，通信手段眾多，互相之間不能直接進行互聯互通，制約指揮效能的發揮。為提高系統效能，提出基于融合通信的綜合指揮信息系統構想方案，對融合通信技術進行了研究，分析了融合通信技術的發展演進方向，介紹了綜合指揮信息系統的網絡架構及功能，并對融合通信的實現方式進行了驗證，完成了公網通信、專網通信（集群通信、短波、衛星）之間的融合，為新型綜合指揮信息系統建設提供了有益借鑒。

關鍵詞：融合通信；綜合指揮；系統構想

中圖分類號：TN99文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2022）17-61-06

0引言

近年來，我國經濟快速發展、城市化進程不斷推進的同時，社會不穩定因素也逐漸增漲，緊急突發事件時有發生，政府有關部門維護社會穩定、打擊違法犯罪、防范突發事件的難度不斷增大[1-2]，傳統意義上的綜合指揮信息系統弊端凸顯：一是現場通信終端與后方指揮中心之間通信不暢[3]，指令難以可靠直達前沿，容易錯失最佳行動時機，降低了綜合指揮信息系統的指揮效率[4]；二是不同體制設備間互聯互通困難，現場人員需配備多種通信終端，使用復雜，給實際行動帶來不便，影響處置效率[5]；三是一些突發事件往往需要多力量聯合行動，統一指揮調度，但所配備終端設備不同，臨時更換存在性能不清楚、操作不熟練等問題，影響調度效率[6]。因此，迫切需要建立融合化、可視化、智能化的綜合指揮信息系統，以滿足新時代下一體化、扁平化、可視化和實戰化的應用需求。

本文設計了基于融合通信技術的綜合指揮信息系統，目標是能夠與目前各種公網通信[7]、專網通信（集群通信、短波、衛星通信[8-9]）等系統保持良好的互聯互通能力，統一遂行指揮調度任務。該系統能打通現有設備間的互通壁壘，形成信息合力，縮減消息傳遞層級，提升指揮決策的精度與速度，滿足跨終端聯動協作、全方位信息收集和可視化精準指揮的行動處置要求，解決突發事件綜合研判、應急現場指揮、會商通信等方面支撐能力不足的問題。

1融合通信技術發展演進

信息網絡通信的發展先從電路交換方式到分組交換方式，再向基于軟交換和IP多媒體子系統（IMS）的下一代網絡（NGN）持續演進[10]。與傳統通信網絡不同，NGN是采用了業務、控制、承載和接入四者分離的思想，其網絡架構采取控制與業務分離、控制與承載分離的方式[11]，接口與協議都是標準的，可以快速建設網絡與新業務。NGN的控制層有2種方式：軟交換和IMS。軟交換與IMS是NGN發展演進的不同階段[12]，可以將IMS看作是軟交換的延伸。早期的NGN是軟交換為主，主要使用在固定業務中。隨著移動網絡不斷發展，考慮到移動性和多媒體應用2個方面[13]，NGN逐漸向全IP化發展，3GPP提出了面向多媒體應用的子系統，技術發展演進如圖1所示。

IMS相較于軟交換，對業務/應用與控制進行了進一步的分離，并把用戶數據進行集中，做到與接入技術無關，使網絡結構更加清晰合理，具有統一的用戶數據、統一和開放的應用/業務層、統一的呼叫會話控制等[14]。IMS是基于IP的架構，在語音、數據融合交互方面具有優勢，可以更易實現不同網絡的互聯及傳輸業務的多樣。IMS也對運營商的實際運營需求進行了考慮[15]，除網絡架構外，在服務質量、安全、計費和漫游等方面制定了相應規范。IMS架構有效結合了傳統電信網絡的可控性、互聯網業務的靈活性，構建了一個可以提供業務開放的、可管理的通信網絡[16]。

基于以上特點，IMS已經成為融合不同移動通信業務的主流多媒體會話控制網絡架構，是未來信息網絡進一步發展和演進的方向，因此本文采用IMS架構實現公網、集群、短波和衛星等異構網絡的融合，通過開放接口為應用層系統提供基本音視頻、即時消息、數據和多媒體調度業務。其優勢體現在：IMS的接入無關性，可幫助整合各種異構通信系統接入系統問題；IMS可提供多種類型的增強業務服務，解決各類終端的業務差異性問題；IMS還支持靜態與動態多種組網方式，滿足不同用戶規模和場景的使用要求；IMS基于SIP協議，對于公網終端，可以直接利用SIP協議進行相關業務處理，對于其他異構網絡，可以進行協議轉換，轉換為SIP協議進行處理。

2基于融合通信技術的綜合指揮信息系統

綜合指揮信息系統著眼于多種不同行業系統的兼容包并、多種新舊系統的上下承接、異構網絡的互聯互通，以統一接入、融合交換、穩定安全為目標，打造滿足用戶各種需求場景的融合通信平臺，能將不同制式、不同網絡的通信系統構成一張網絡，實現不同制式的終端之間互聯互通和統一調度，提供多樣化的組網方案，為用戶在日常多設備聯動、重大群體性事件維穩、自然災害、大型安保等任務中提供穩定可靠的支持和保障。

2.1系統架構

綜合指揮信息系統網絡架構如圖2所示，分為接入層、服務層和應用層3層架構。

①接入層：主要由公網終端、短波電臺、衛星終端和集群終端等組成，實現各種通信終端接入綜合指揮信息系統的需要，完成現場周圍環境的信息采集與上傳、情報指令接收分發、音視頻通信等功能。

②服務層：向應用層提供融合通信服務，由融合通信單元構成，完成公網終端、短波電臺、衛星終端和集群終端等不同制式異構網絡的互聯，為綜合指揮信息系統實現對各種終端的跨網絡指揮控制提供支撐，為應用層的指揮調度提供多種可調用的通信與數據資源，實現異構系統統一接入、多種制式融合通信，為豐富的調度功能提供必要支撐。

③應用層：由綜合調度平臺和大屏顯示組成，通過開放的業務應用接口使用服務層提供的服務，主要負責所有底層數據上傳后的信息交互、數據互通、指揮調度等工作。同時還負責情報信息共享，語音、視頻、圖像和位置界面展示、多媒體業務處理、現場態勢識別分析，實現統一調度。

2.2系統功能

綜合指揮信息系統的功能主要有：

①語音指揮：綜合指揮中最基本直接的方式，與指揮的實時性息息相關。系統可打破各終端間的信息孤島，對接各種通信終端，包括公網終端、自組網、集群和衛星等。系統支持基本的呼叫、接聽、保持、轉接、掛斷、強拆和強插等功能，還可支持終端之間的群組呼叫、廣播等操作，在組呼過程中可隨時對成員進行添加、踢出、禁言等動作。

②視頻指揮：支持視頻指揮功能，可將前方終端回傳到指揮中心的數據進行實時展示，可實現各類視頻源的接入、轉碼、轉發和分發等功能，并具備視頻輪詢、視頻點名、視頻推送、錄音錄像等功能。為了面對突發事件，系統添加了視頻會議功能，可進行主持人廣播、自由發言、指定發言人、旁聽與會、靜音、動態添加與刪除、消息分享等，使用戶全面了解現場的實時動態，為指揮調度提供科學的判斷依據。

③地圖服務：系統采用GIS軟件平臺，可在界面中對地圖進行放大、縮小、平移、復位、地圖量測、標注管理等操作。終端設備配備北斗定位功能，可在地圖中對設備位置進行查看、實時追蹤和軌跡回放等。還可在地圖上劃定圍欄，監控指定設備，離開圍欄就報警，圍欄可創建、刪除、支持多種形狀繪制。在進行指揮時，還可在地圖上進行敵情、我情、社情的標注，使用戶對實際情況一目了然。

④可視化展示：基于綜合指揮“一張圖”展開，融合視頻監控、外部資源引接、各終端指揮系統等用戶界面，將前方信息、任務態勢、指揮調度、人員分布、資源使用情況、設備運轉、友鄰單位協同、任務方案管理等集成到一個可視化的指揮平臺中，現場信息全面掌握，作戰指令實時發送，統一對各終端上傳的音頻、視頻等進行處理、分析，并大屏顯示，實現精準指揮。

2.3系統特點

綜合指揮信息系統的主要特點有：

①統一指揮：在聯合行動時，通常會使用多種制式的通信終端，包括公網終端、集群終端、衛星終端、短波終端等。使用綜合指揮信息系統前，指揮中心與這些終端進行通信時，需使用相應綜合調度軟件平臺，效率較低；而使用綜合指揮信息系統后，統一界面的指揮軟件平臺，直接與各終端進行通信，完成多種通信方式的統一指揮調度，構建了一個更加便捷、直觀、高效的融合系統，為多遂行任務提供保障。

②統一接入：將來自不同體制通信終端的數據進行統一接入，包括數據接收、數據分發、數據處理等[17]。系統利用融合通信單元對各異構網絡數據進行接收，并轉換為相同協議，同樣對多媒體格式也進行轉換，將不同制式的數據內容轉換為相同格式。使用不同終端之間進行通信時，融合通信單元能夠屏蔽數據格式和協議的差異，終端接收到的數據都是經過處理的，不同終端之間可實現無縫連接。

③豐富功能：為用戶提供了多種功能，包括語音、視頻、數據等，可以實現單呼、組呼、緊急呼叫等語音業務，實時視頻、視頻推送、視頻輪詢、視頻回傳、云臺控制等視頻調度功能，定位顯示、地圖任務標注、軌跡回放、圍欄管理、路徑監控等地圖調度功能，即時消息的發送、接收、轉發、收藏等功能，還支持視頻會議等會商功能，為綜合指揮提供智能化、可視化、高效率的調度能力。

3融合通信單元

3.1融合通信單元系統結構

融合通信單元由融合通信交換單元和融合通信業務單元組成，如圖3所示。融合通信業務單元分為基礎服務平臺和業務服務平臺兩部分，基礎服務平臺為業務服務平臺提供底層支持，業務服務平臺實現基礎服務和業務服務等應用。

（1）融合通信交換單元

融合通信單元的一部分，核心功能為互通網關功能，主要負責電路域終端（短波、衛星、集群）的接入，將相應通信協議轉換為SIP協議進行業務處理，并將終端設備進行相應的用戶編碼轉換，實現融合通信單元與短波、衛星、集群等異構網絡的互通網關功能。

（2）融合通信業務單元

主要負責異構網絡不同接入終端的業務控制及分組域終端（公網終端）的接入轉發，分組域終端可以基于SIP協議完成相關業務處理。基礎服務平臺主要功能完成異構網絡不同終端接入的統一處理：用戶鑒權注冊、基本語音會話控制、業務授權和路由選址等功能，媒體資源完成終端用戶的數據的編解碼、混音混頻等處理。業務服務功能的核心功能為業務處理、業務控制和媒體資源控制三部分：業務服務完成組呼、廣播、強插、強拆、群組管理、監聽、圖像回傳和視頻推送等增強類多媒體業務邏輯控制和處理；業務控制完成與綜合指揮信息系統等第三方系統的接口處理和適配功能；媒體資源控制對基礎服務的媒體資源進行控制處理，完成增強多媒體業務的媒體處理。

3.2融合通信單元實現方式

融合通信是解決不同通信體制網絡之間不能互通的問題，不同制式的終端所歸屬網絡編碼不同，需設計一套統一的編碼規則，將實際通信號碼與設計的統一的號碼之間進行映射，保證終端號碼的唯一性。不同網絡之間的終端互聯互通時，終端首先進行號碼轉換，變為統一設計編碼格式，再進行終端間的通信。

終端設備所涉及的網絡包括公網、集群網絡、短波、衛星等，對這幾種網絡體制進行劃分，可以分為分組域網絡和電路域網絡，其中公網屬于分組域網絡，集群、短波、衛星等屬于電路域網絡，相對應的終端也可劃分為分組域終端、電路域終端，統一用戶號碼按照這2種分組進行設計，與實際網絡終端標識或號碼相關聯，建立統一用戶號碼與公網號碼、衛星號碼、短波電臺號碼、集群號碼等業務號碼的對應關系表，如圖4所示。

同構網絡內終端進行網內語音、數據傳輸等業務時，融合通信單元可查看主被叫兩終端為同一通信碼，則按照網內號碼規則進行業務處理；進行跨網通信時，融合通信單元可查看到主被叫兩終端通信碼規則不同，判斷處在不同網絡下，則查詢終端所對應的統一用戶號碼，將終端通信號碼轉換為統一用戶號碼，網絡交換控制按照統一用戶號碼處理。

融合通信單元配置統一用戶號碼及實際網絡終端通信號碼的對應關系，通過終端注冊完成統一用戶號碼注冊、實際映射通信號碼的隱式注冊、用戶狀態等處理。

統一用戶號碼規則：前3位403字段標示為電路域模式終端，404字段標示為分組域模式終端；第4位1標識為衛星終端，2標識為短波電臺，3標識為集群，4標識為公網終端；實際通信碼為各類終端在歸屬網絡中的實際業務通信標識。

根據上述映射表，描述衛星終端A呼叫公網終端B基本流程如圖5所示。

例如：

①衛星終端A（180********）發起語音業務呼叫公網終端B（188********），首先撥打中繼節點車載便攜衛星終端的電話號碼；

②中繼節點衛星終端通過定向將模擬信號發送到融合通信單元的融合通信交換單元，完成主叫收號處理后，轉換為SIP協議將呼叫信令發送到融合通信單元；

③融合通信單元分析主叫號碼180********為非正常統一用戶號碼，則查詢對應的統一用戶號碼為40310025，用戶號碼前4位判斷主叫終端類型為衛星終端，進行業務觸發；

④IVR業務流程，向衛星終端A發起二次撥號放音流程；

⑤在接通狀況下，衛星終端A開始撥打統一用戶號碼B（公網終端號碼40440028），融合通信單元完成被叫收號處理后對被叫統一用戶號碼進行分析，通過分析判斷被叫終端為公網終端且IP地址為10.21.*.*。使用SIP呼叫請求，通過融合通信業務單元對相應IP地址進行接通，最終實現通過融合通信單元的衛星終端和公網終端的語音互通。

4結束語

綜合指揮信息系統應用先進融合通信技術，解決綜合指揮信息系統面對多制式、多網絡終端之間交互不暢的問題，為統一指揮、協同作戰提供了堅實的軟環境基礎[18]。融合通信軟件平臺使用同一界面，可與前方多種制式終端直接通信，方便對現場周邊信息進行回傳交互，為可視化指揮提供數據支持，提升了指揮效率。綜合指揮信息系統兼容新舊多媒體系統，完善了視頻語音、情報分析、指揮控制、態勢感知等功能，適應當前動態化、專業化、規范化的需求，實現了緊急信息全面收集、迅速展現、情報共享、多級報送、綜合調度和輔助決策等支撐能力。

下一步，綜合指揮信息系統中的音視頻功能還可進一步的創新，根據不同的用戶進行不同的定制化調整，不只是單純的音視頻通話。另外，還可將AR技術融合進綜合指揮信息系統中，進行動態指揮。

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