張立新　程行軍　黃曉明　黃成富　范文博

關(guān)鍵詞：浮空平臺；應(yīng)急通信；4G 和5G 融合信令網(wǎng)關(guān)；非陸地接入網(wǎng)絡(luò)NTN

一、引言

針對當(dāng)前運(yùn)營商應(yīng)急通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式存在的問題，本文提出了一種新型的基于4G 和5G 融合信令網(wǎng)關(guān)接入的浮空平臺應(yīng)急通信系統(tǒng)組網(wǎng)方式。相比于傳統(tǒng)的應(yīng)急通信車作為移動(dòng)通信基站的載體并通過光纖、微波或衛(wèi)星傳輸手段直接接入4G/5G 核心網(wǎng)的方式，這種方案可以組建全國一張應(yīng)急通信大網(wǎng)，為應(yīng)急通信基站接入和管理提供了統(tǒng)一的平臺和標(biāo)準(zhǔn)，更加方便快捷地進(jìn)行擴(kuò)容和管理，同時(shí)能夠更好地發(fā)揮信令網(wǎng)關(guān)接入的技術(shù)特點(diǎn)，支持應(yīng)急通信特色功能的開發(fā)。

二、基于4G 和5G 融合信令網(wǎng)關(guān)接入的浮空平臺應(yīng)急通信系統(tǒng)組網(wǎng)方式概述

（一）組網(wǎng)架構(gòu)

基于4G 和5G 融合信令網(wǎng)關(guān)接入的浮空平臺應(yīng)急通信系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)如圖1 所示，基站不需要安全網(wǎng)關(guān)的IPSec 隧道的安全保護(hù)，直接接入4G 和5G 融合信令網(wǎng)關(guān)，業(yè)務(wù)通過統(tǒng)一接入到核心網(wǎng)，信令網(wǎng)關(guān)的作用是增加4G/5G 基站和EPC/5GC 間S1/NG 接口的擴(kuò)展性，在信令網(wǎng)關(guān)處引入控制面的集中功能。

當(dāng)大量基站部署時(shí)，核心網(wǎng)不會(huì)受到由于基站的頻繁開關(guān)所引發(fā)的SCTP 連接的建立和釋放所產(chǎn)生大量信令帶來的沖擊。

另外，信令網(wǎng)關(guān)可通過擴(kuò)展，支持對接MEC 和部分應(yīng)急服務(wù)平臺能力，為接入網(wǎng)關(guān)的基站用戶之間提供低時(shí)延的應(yīng)急通信特色服務(wù)，如UE 接入控制、LAC/TAC 接入限制、災(zāi)情信息推送和廣播和災(zāi)區(qū)用戶之間的VoIP 業(yè)務(wù)等。

（二）協(xié)議棧架構(gòu)

1. 4G 控制面協(xié)議棧

2. 4G 用戶面協(xié)議棧

三、采用4G 和5G 融合信令網(wǎng)關(guān)接入組網(wǎng)的浮空平臺應(yīng)急通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

圖6 是正在廣東聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新工作室搭建調(diào)試的應(yīng)急通信實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)際組網(wǎng)架構(gòu)圖（注：這里信令網(wǎng)關(guān)前增加了安全網(wǎng)關(guān)，也可根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)際需要去掉）。

四、采用4G 和5G 融合信令網(wǎng)關(guān)接入組網(wǎng)的浮空平臺應(yīng)急通信系統(tǒng)部署方式的特點(diǎn)和優(yōu)勢

（一）控制面鏈路匯聚

網(wǎng)關(guān)聚合4G/5G 基站的S1AP/NGAP 鏈路為一條鏈路，接入EPC/5GC。保護(hù)核心網(wǎng)MME/AMF 免受外部沖擊、MME/AMF 不易受到無線側(cè)信令影響，也使應(yīng)急通信基站快速部署成為可能。

（二）用戶面數(shù)據(jù)匯聚

網(wǎng)關(guān)聚合4G/5G 基站用戶面數(shù)據(jù)，使用信令網(wǎng)關(guān)配置的用戶面IP，分配TEID，提供接入側(cè)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)的中繼隧道，轉(zhuǎn)發(fā)上行和下行用戶面數(shù)據(jù)。保護(hù)核心網(wǎng)SGW/UPF 免受外部沖擊、SGW/UPF 不易受到無線側(cè)隧道影響，也使應(yīng)急通信基站快速部署成為可能（因可以使用私網(wǎng)IP 地址）。

（三）容量彈性部署

網(wǎng)關(guān)采用虛擬化或容器方式部署，可根據(jù)不同應(yīng)用場景需要的性能和容量彈性啟動(dòng)服務(wù)。比如，支持虛擬網(wǎng)關(guān)功能或硬件堆疊功能，實(shí)現(xiàn)一個(gè)信令網(wǎng)關(guān)對接多個(gè)核心網(wǎng)以完成組建全國一張網(wǎng)的應(yīng)急通信系統(tǒng)。

（四）基站接入方面

網(wǎng)關(guān)預(yù)先對接核心網(wǎng)接口和數(shù)據(jù)，新增基站無需在核心網(wǎng)側(cè)接口做任何改動(dòng)，方便基站擴(kuò)容，縮短應(yīng)急通信場景下基站的部署時(shí)間。

（五）靈活選擇接入核心網(wǎng)

網(wǎng)關(guān)可以根據(jù)PLMN，網(wǎng)絡(luò)切片、配置策略等對接入核心網(wǎng)進(jìn)行選擇。

（六）IPv4/IPv6 靈活組網(wǎng)支持IPv4 單棧、IPv6 單棧，以及IPv4 和IPv6 雙棧。

（七）統(tǒng)一管理平臺

網(wǎng)關(guān)和基站支持統(tǒng)一管理平臺，提供本地命令行、WebUI、網(wǎng)管OMC 進(jìn)行管理和維護(hù)：配置管理；告警管理；性能統(tǒng)計(jì)；日志管理；本地/ 遠(yuǎn)程軟件升級?？梢詫?yīng)急通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和資源進(jìn)行高效管理。

五、結(jié)束語

本文在基于空間平臺的應(yīng)急通信系統(tǒng)研發(fā)項(xiàng)目中提出基于4G 和5G 融合信令網(wǎng)關(guān)接入的浮空平臺應(yīng)急通信系統(tǒng)組網(wǎng)方式，為建立適應(yīng)空間平臺特殊環(huán)境的新型應(yīng)急通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)提供技術(shù)解決方案，為提升組網(wǎng)靈活性、增強(qiáng)系統(tǒng)可用性以及支持應(yīng)急通信系統(tǒng)特色解決方案的功能開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

作者單位：張立新 程行軍 黃曉明 黃成富 范文博

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