海陆一体化通信系统网络和业务设计

邓俊琼，周安顺，郑学达，郑 强

（中国联通海南省分公司，海南 海口 570228）

1 项目背景

目前，渔业已成为国家战略，《全国渔业发展第十三个五年规划》亦明确提出了富裕渔民的发展目标。由于渔民长期在海上作业，生活较为枯燥。提供优质的语音数据通信服务，对于丰富渔民的文化生活、缓解渔民长期海上作业焦虑、稳定渔业渔民队伍是一个刚性需求。此外，随着人们生活水平的不断提升。海上出行已成为一种时尚的旅游方式，海上游客也在逐年攀升。分享和沟通对游客群体需求比较旺盛。针对海上旅游场景、提供基础通信服务能够满足他们的社交需求、对丰富游客生活具有积极的意义。

现在海上虽然可以通过船载卫星电话、天通电话实现语音通信服务，但是昂贵的终端加上通话费用高昂，使得只有个别海上群体才能采用。无法满足海上渔民和游客的通信需求。

2 海陆一体化通信系统的网络架构

海陆一体化通信系统主要涉及到终端、卫星+地面传输链路、IMS网络、接入认证控制平台、业务支撑平台5个层面。详细网络架构见图1。

图1 海陆一体化通信系统结构图

2.1 海陆一体化通信系统的终端

形式主要有两种：手机和笔记本电脑，采用终端上安装的海陆一体化通信系统的APP客户端软件，通过船载卫星+WiFi网络，接入到与卫星地面站网络的认证，完成认证后，打开终端上的APP登录后即可使用语音和数据通信业务。

2.2 卫星+地面传输链路

本项目提供的卫星通信系统可为用户提供高速多媒体通信、宽带接入等服务。系统支持C、Ku、Ka频段，系统支持星状、网状、星网混合多种组网方式以及QPSK-256APSK等多阶调制方式，可以容纳上百万个终端接入，具有先进的TCP加速技术、自动功率调整技术、自动载波调整技术、自动编码调整技术、Qos等关键技术，满足用户高清视频会议、企业专网、多媒体数据业务传输等多种业务需求。卫星系统主要分为卫星主站、运营中心、卫星终端三部分。

（1）卫星主站由天线、射频和基带处理设备组成；卫星主站基带调制解调自主研制，采用电信级ATCA的全IP网络架构，支持热插拔，可根据需求进行灵活扩容，可以满足电信级网络的要求。

（2）运营中心包括网管、数据交换中心、BOSS系统，实现对卫星通信地面系统的网络管理及运营支撑。

（3）终端集成度高，采用自适应调制编码和先进高效协议封装技术，大幅降低卫星通信的单用户成本，降低用户资费，提高用户规模和投资效益。终端开机即用，在运行过程中，如终端断电维护等，用户并不需要任何配置终端会自动完成入网。

终端与主站之间业务传输为单跳业务传输，终端天线口径可较小，适用于广播分发、互联网访问、端到端文件传输等场景。终端前向接收主站TDM载波，回传链路MF-TDMA或SCPC模式。传输模式和速率：前向TDM，符号速率1Msps-67.5Msps；回传MF-TDMA，符号速率125ksps-8Msps；回传SCPC，符号速率1Msps-10Msps。

终端用户通过Wi-Fi接入到卫星终端设备的以太网接口，终端设备与主站链路联通后，落地到卫星主站的地面传输系统。

地面传输系统主要解决从卫星主站到运营商互联网的互联链路，采用光纤或波分系统解决。地面传输系统与运营商的核心网联通后，终端用户即可连接到互联网和语音网的IMS系统，实现上网和语音通信。

2.3 IMS网络

IMS（IP Multimedia Subsystem）是IP多媒体系统，是一种全新的多媒体业务形式，它能够满足现在的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求。

用户终端要接入IMS网络，需要业务配置管理服务器DMS（以下简称“DMS”）为用户终端业务开通和获取业务配置文件，DMS用于VoIMS 用户APP 的自动开通和自动配置。包括：用户验证、自动开户、终端业务配置及管理功能；以实现用户在IMS网络注册和开通VoIMS话音能力。

本方案中，海域用户通过船载的卫星设备和船载Wi-Fi接入到运营商的核心网，Wi-Fi接入移动核心网场景。详细架构见图2.2。

该场景下，WLAN通过接入移动核心网 PGW/GGSN进而接入IMS网络，其中，WLAN接入网络统一定义为非可信WLAN，通过s2b接口接入。PGW/GGSN负责维护终端的IP地址分配、IMS信令默认承载和语音/视频专用承载的建立维护。终端通过Wi-Fi接入完成移动附着过程，之后完成IMS网络注册。

图2 IMS网络系统架构图

2.4 接入认证控制平台

终端用户要接入IMS网络，需要在IMS网络的VoWi-Fi业务接口进行认证。VoWi-Fi业务所归属的IMS网络可以通过注册或重注册过程对用户进行认证。

在IMS网络中，注册过程中， 服务呼叫会话控制功能（S-CSCF）通过对用户在归属用户服务器（HSS）的签约数据和用户接入请求进行匹配性检查，以确定是否允许用户继续请求接入。

要求IMS网络支持IMS AKA、SIP DIGEST证方式。

（1）对于IMS AKA认证方式，网络和用户之间需要进行双向认证，即用户需要认证网络，同时网络也需要认证用户。

（2）对于SIP DIGEST认证方式，只需要完成网络对用户的认证。

经过认证后，网络能根据用户订购业务的属性（即业务的类型）进行承载资源控制和授权。另外，对于IMS AKA认证方式，可以根据策略配置 服务呼叫会话控制功能（S-CSCF），在适当的时候对用户进行重新认证。重注册时，可以对用户进行认证，此时的重注册过程完全与初始化注册相同；也可以不再对用户进行认证。

2.5 业务支撑平台（CBSS）

（1）CBSS平台负责业务受理及VoIMS 用户网络开户功能、流量包订购功能。

（2）语音业务计费功能。

（3）信用控制平台，负责VoIMS 用户使用卫星数据流量的信用控制，主要包括和CBSS的交互获取初始定购流量包，和APP交互完成数据业务使用授权、和CBSS交互获取语音业务使用量，与卫星计费系统交互实时获取流量使用额度，支撑系统交互流量的减免功能。

（4）VoIMS 用户的充值、缴费。

3 结束语

海上用户在终端上安装的APP客户端软件，通过船载卫星+Wi-Fi网络，接入到与卫星地面站网络的认证，完成认证后，打开终端上的APP登录后即可使用语音和数据通信业务。解决了海域渔民、游客海上利用现有手机可实现在海上工作时，没有移动蜂窝网覆盖的时候利用现有手机终端可以进行通信的问题。