李洪宇

（通號(hào)通信信息集團(tuán)有限公司，北京 100070）

1 概述

目前，以GSM-R為代表的數(shù)字集群標(biāo)準(zhǔn)在全球鐵路市場(chǎng)獲得廣泛應(yīng)用，但隨著通信技術(shù)不斷的更新?lián)Q代，國(guó)際鐵路聯(lián)盟（UIC）的E-Train項(xiàng)目通過(guò)調(diào)研鐵路公司的現(xiàn)狀和需求，發(fā)現(xiàn)未來(lái)的鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng)需要提供超過(guò)200種信息服務(wù)。鐵路公司希望采用新技術(shù)，以一張統(tǒng)一的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)承載寬帶專(zhuān)業(yè)集群、視頻、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)，滿(mǎn)足未來(lái)鐵路信息化的需求。另一方面，隨著公網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商逐步關(guān)閉GSM網(wǎng)絡(luò)，GSM設(shè)備供應(yīng)商也會(huì)在未來(lái)10年內(nèi)由于GSM市場(chǎng)的萎縮而逐漸淘汰相關(guān)設(shè)備。因此鐵路行業(yè)的無(wú)線通信急需一種全新的無(wú)線寬帶網(wǎng)絡(luò)滿(mǎn)足未來(lái)發(fā)展的需求。從歷史發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，鐵路無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用一般采用在公網(wǎng)最新技術(shù)成熟應(yīng)用的基礎(chǔ)上，加上鐵路自身的業(yè)務(wù)需求，形成適合鐵路行業(yè)自身規(guī)律的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。因此，作為目前商用的最先進(jìn)的LTE技術(shù)，其在公網(wǎng)已經(jīng)經(jīng)歷近10年的大規(guī)模商用部署，LTE整個(gè)產(chǎn)業(yè)生態(tài)已比較成熟，UIC已明確把LTE-R作為未來(lái)鐵路無(wú)線通信技術(shù)的演進(jìn)方向。

GSM-R最主要的業(yè)務(wù)功能是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音組呼的功能，由于LTE是一個(gè)純IP的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，如何在LTE-R網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音組呼業(yè)務(wù)是一個(gè)值得探討的課題。

2 用eMBMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)鐵路LTE-R語(yǔ)音組呼業(yè)務(wù)的無(wú)線承載

要在LTE-R中實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音組呼功能，涉及到點(diǎn)到多點(diǎn)的通信，對(duì)于珍貴的無(wú)線信道資源來(lái)說(shuō)，組呼在無(wú)線承載上采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信是對(duì)信道資源的巨大浪費(fèi)。因此，對(duì)于LTE-R組呼業(yè)務(wù)的承載，可使用LTE網(wǎng)絡(luò)的多播組播技術(shù)，即通過(guò)增強(qiáng)型廣播與組播技術(shù)（eMBMS）實(shí)現(xiàn)LTE語(yǔ)音組呼業(yè)務(wù)的無(wú)線承載，這個(gè)功能主要由LTEeMBMS相關(guān)網(wǎng)元配合實(shí)現(xiàn)。

eMBMS的特點(diǎn)是通過(guò)共享無(wú)線和傳輸資源，并以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的方式傳輸語(yǔ)音、視頻等流媒體業(yè)務(wù)，這樣既提升網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源利用率，也可以提升多播用戶(hù)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。LTE系統(tǒng)中支持eMBMS功能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),如圖1所示。主要由LTE核心網(wǎng)EPC相關(guān)功能實(shí)體（MME和MBMS-GW）、E-UTRAN相關(guān)功能實(shí)體(MCE和eNodeB)、BM-SC廣播多播業(yè)務(wù)中心等構(gòu)成[1]。內(nèi)容提供商將多播業(yè)務(wù)接入BM-SC業(yè)務(wù)中心,BM-SC將多播業(yè)務(wù)匯聚并通過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)分發(fā)給相應(yīng)的授權(quán)用戶(hù)。LTE網(wǎng)絡(luò)中eMBMS方案架構(gòu)和相關(guān)接口描述如下[2]。

圖1 LTE eMBMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.1 LTE eMBMS network framework

1）M1接 口：MBMS-GW網(wǎng) 關(guān) 和eNodeB基站之間的接口，該接口是一個(gè)純粹的用戶(hù)面接口。MBMS-GW網(wǎng)關(guān)可以通過(guò)M1接口連接到多個(gè)eNodeB基站，實(shí)現(xiàn)IP多播數(shù)據(jù)的分發(fā)。因此M1接口具有實(shí)現(xiàn)管理IP多播組的功能。由于M1接口沒(méi)有上行數(shù)據(jù)，為實(shí)現(xiàn)eNodeB之間多播數(shù)據(jù)內(nèi)容的同步，BM-SC和eNodeB之間通過(guò)SYNC同步協(xié)議實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的同步，因此M1接口中也包含SYNC同步協(xié)議的信息[3]。

2）M2接口：eNodeB基站和MCE之間的接口，一個(gè)MCE可以通過(guò)M2接口連接到一個(gè)或者多個(gè)eNodeB基站。M2接口主要實(shí)現(xiàn)基站的多播模式的無(wú)線參數(shù)配置、多播會(huì)話(huà)信令控制和管理、MBMS調(diào)度信息的傳輸、MBMS信令同步、M2接口的管理等[4]。

3）M3接口：MCE和MME之間的接口。M3接口主要用于MBMS會(huì)話(huà)的管理信令承載。MBMS會(huì)話(huà)的管理信令主要實(shí)現(xiàn)多播會(huì)話(huà)的開(kāi)始、更新和停止等業(yè)務(wù)過(guò)程；MME通過(guò)M3接口實(shí)現(xiàn)MBMS E-RAB無(wú)線資源的管理功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)E-UTRAN無(wú)線資源的建立、更新和釋放等管理功能[5]。

4）SGimb/SGmb接口：實(shí)現(xiàn)BM-SC對(duì)LTE系統(tǒng)提供和傳送移動(dòng)多播組播業(yè)務(wù)。主要功能包括負(fù)責(zé)建立和控制核心網(wǎng)中MBMS的傳輸承載、負(fù)責(zé)MBMS傳輸?shù)恼{(diào)度和傳送、向終端設(shè)備提供業(yè)務(wù)通知、負(fù)責(zé)管理組播模式下的安全問(wèn)題。

5）MB2接口：主要實(shí)現(xiàn)TMGI的管理和控制、MBMS的承載控制、BM-SC的選擇及過(guò)載管理[6]。

3 用MCPTT技術(shù)在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)鐵路LTE-R的語(yǔ)音組呼業(yè)務(wù)

雖然eMBMS實(shí)現(xiàn)了LTE-R語(yǔ)音組呼業(yè)務(wù)點(diǎn)到多點(diǎn)的無(wú)線承載，由于LTE是一個(gè)純粹的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，為了支持語(yǔ)音組呼業(yè)務(wù)，還要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的編碼、語(yǔ)音組呼的業(yè)務(wù)控制、身份管理、配置管理等功能。

公網(wǎng)LTE網(wǎng)絡(luò)為實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音業(yè)務(wù)功能，使用IMS等相關(guān)網(wǎng)元做支撐，但在LTE-R專(zhuān)網(wǎng)還需要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到多點(diǎn)的語(yǔ)音和視頻等業(yè)務(wù)通信，如果在網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層面采用組呼轉(zhuǎn)點(diǎn)呼的方案，將對(duì)無(wú)線空口資源產(chǎn)生極大浪費(fèi)，而且對(duì)整個(gè)業(yè)務(wù)的時(shí)延也有比較大的影響。因此，3GPP對(duì)LTE如何應(yīng)用到專(zhuān)網(wǎng)領(lǐng)域有很多的研究，并在3GPP R13標(biāo)準(zhǔn)中，針對(duì)公共安全方面的業(yè)務(wù)需求，提出LTE MCPTT解決方案[7]。因此對(duì)于LTE-R語(yǔ)音組呼業(yè)務(wù)，可在業(yè)務(wù)應(yīng)用層面采用MCPTT相關(guān)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3GPP R13協(xié)議規(guī)范中對(duì)MCPTT的業(yè)務(wù)框架做了詳細(xì)的描述，并提出一系列的協(xié)議規(guī)范建議。LTE MCPTT系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。MCPTT實(shí)現(xiàn)多播功能的主要接口描述如下。

圖2 MCPTT網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.2 MCPTT network framework

MCPTT-1接口：MCPTT服務(wù)器和MCPTT終端之間的接口，主要用于MCPTT信令的建立和控制，采用SIP協(xié)議來(lái)傳輸承載相關(guān)信令。同時(shí),MCPTT-1接口還需提供服務(wù)器和終端之間組播業(yè)務(wù)的TMGI等位置信息。

MCPTT-8接口：用于實(shí)現(xiàn)MCPTT服務(wù)器和MCPTT終端之間多播業(yè)務(wù)媒體資源的承載功能?？赏ㄟ^(guò)多播通路LTE MB2接口實(shí)現(xiàn)[8]。

MCPTT-9接口：用于實(shí)現(xiàn)MCPTT服務(wù)器和MCPTT終端之間多播業(yè)務(wù)的話(huà)權(quán)優(yōu)先級(jí)控制功能。可通過(guò)多播通路LTE MB2接口實(shí)現(xiàn)。

MCPTT-7接口：用于實(shí)現(xiàn)MCPTT服務(wù)器和MCPTT終端之間單播媒體資源的承載功能?？赏ㄟ^(guò)單播通路LTE SGi實(shí)現(xiàn)。

MCPTT-4接口：用于實(shí)現(xiàn)MCPTT服務(wù)器和MCPTT終端之間單播業(yè)務(wù)的話(huà)權(quán)優(yōu)先級(jí)控制功能?？赏ㄟ^(guò)單播通路LTE SGi實(shí)現(xiàn)。

MCPTT-5接口：利用LTE EPS的Rx接口，在MCPTT服務(wù)器進(jìn)行媒體資源分發(fā)時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)EPS單播業(yè)務(wù)的QOS進(jìn)行控制功能。

MCPTT-6接 口:MCPTT服務(wù)器和BMSC之間的接口，用于實(shí)現(xiàn)在LTE網(wǎng)絡(luò)內(nèi)對(duì)多播組播業(yè)務(wù)的承載建立、控制和媒體資源的分發(fā)功能。

CSC接口：主要是實(shí)現(xiàn)MCPTT服務(wù)器和MCPTT終端之間的組管理、配置管理、身份管理以及密鑰管理，其承載協(xié)議一般采用SIP或HTTP協(xié)議。

4 總結(jié)

在LTE-R網(wǎng)絡(luò)中要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音組呼功能，利用eMBMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線多播承載的功能，通過(guò)MCPTT服務(wù)器打通經(jīng)過(guò)LTE網(wǎng)絡(luò)的BM-SC等無(wú)線設(shè)備網(wǎng)元到MCPTT終端的無(wú)線多播通道；應(yīng)用層面利用MCPTT技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)之間的語(yǔ)音組呼業(yè)務(wù)等功能。