基于融合通信技术的综合指挥信息系统设计

王建楠 宋昊天 王锐

摘要：在综合指挥信息系统中，通信手段众多，互相之间不能直接进行互联互通，制约指挥效能的发挥。为提高系统效能，提出基于融合通信的综合指挥信息系统构想方案，对融合通信技术进行了研究，分析了融合通信技术的发展演进方向，介绍了综合指挥信息系统的网络架构及功能，并对融合通信的实现方式进行了验证，完成了公网通信、专网通信（集群通信、短波、卫星）之间的融合，为新型综合指挥信息系统建设提供了有益借鉴。

关键词：融合通信；综合指挥；系统构想

中图分类号：TN99文献标志码：A文章编号：1008-1739（2022）17-61-06

0引言

近年来，我国经济快速发展、城市化进程不断推进的同时，社会不稳定因素也逐渐增涨，紧急突发事件时有发生，政府有关部门维护社会稳定、打击违法犯罪、防范突发事件的难度不断增大[1-2]，传统意义上的综合指挥信息系统弊端凸显：一是现场通信终端与后方指挥中心之间通信不畅[3]，指令难以可靠直达前沿，容易错失最佳行动时机，降低了综合指挥信息系统的指挥效率[4]；二是不同体制设备间互联互通困难，现场人员需配备多种通信终端，使用复杂，给实际行动带来不便，影响处置效率[5]；三是一些突发事件往往需要多力量联合行动，统一指挥调度，但所配备终端设备不同，临时更换存在性能不清楚、操作不熟练等问题，影响调度效率[6]。因此，迫切需要建立融合化、可视化、智能化的综合指挥信息系统，以满足新时代下一体化、扁平化、可视化和实战化的应用需求。

本文设计了基于融合通信技术的综合指挥信息系统，目标是能够与目前各种公网通信[7]、专网通信（集群通信、短波、卫星通信[8-9]）等系统保持良好的互联互通能力，统一遂行指挥调度任务。该系统能打通现有设备间的互通壁垒，形成信息合力，缩减消息传递层级，提升指挥决策的精度与速度，满足跨终端联动协作、全方位信息收集和可视化精准指挥的行动处置要求，解决突发事件综合研判、应急现场指挥、会商通信等方面支撑能力不足的问题。

1融合通信技术发展演进

信息网络通信的发展先从电路交换方式到分组交换方式，再向基于软交换和IP多媒体子系统（IMS）的下一代网络（NGN）持续演进[10]。与传统通信网络不同，NGN是采用了业务、控制、承载和接入四者分离的思想，其网络架构采取控制与业务分离、控制与承载分离的方式[11]，接口与协议都是标准的，可以快速建设网络与新业务。NGN的控制层有2种方式：软交换和IMS。软交换与IMS是NGN发展演进的不同阶段[12]，可以将IMS看作是软交换的延伸。早期的NGN是软交换为主，主要使用在固定业务中。随着移动网络不断发展，考虑到移动性和多媒体应用2个方面[13]，NGN逐渐向全IP化发展，3GPP提出了面向多媒体应用的子系统，技术发展演进如图1所示。

IMS相较于软交换，对业务/应用与控制进行了进一步的分离，并把用户数据进行集中，做到与接入技术无关，使网络结构更加清晰合理，具有统一的用户数据、统一和开放的应用/业务层、统一的呼叫会话控制等[14]。IMS是基于IP的架构，在语音、数据融合交互方面具有优势，可以更易实现不同网络的互联及传输业务的多样。IMS也对运营商的实际运营需求进行了考虑[15]，除网络架构外，在服务质量、安全、计费和漫游等方面制定了相应规范。IMS架构有效结合了传统电信网络的可控性、互联网业务的灵活性，构建了一个可以提供业务开放的、可管理的通信网络[16]。

基于以上特点，IMS已经成为融合不同移动通信业务的主流多媒体會话控制网络架构，是未来信息网络进一步发展和演进的方向，因此本文采用IMS架构实现公网、集群、短波和卫星等异构网络的融合，通过开放接口为应用层系统提供基本音视频、即时消息、数据和多媒体调度业务。其优势体现在：IMS的接入无关性，可帮助整合各种异构通信系统接入系统问题；IMS可提供多种类型的增强业务服务，解决各类终端的业务差异性问题；IMS还支持静态与动态多种组网方式，满足不同用户规模和场景的使用要求；IMS基于SIP协议，对于公网终端，可以直接利用SIP协议进行相关业务处理，对于其他异构网络，可以进行协议转换，转换为SIP协议进行处理。

2基于融合通信技术的综合指挥信息系统

综合指挥信息系统着眼于多种不同行业系统的兼容包并、多种新旧系统的上下承接、异构网络的互联互通，以统一接入、融合交换、稳定安全为目标，打造满足用户各种需求场景的融合通信平台，能将不同制式、不同网络的通信系统构成一张网络，实现不同制式的终端之间互联互通和统一调度，提供多样化的组网方案，为用户在日常多设备联动、重大群体性事件维稳、自然灾害、大型安保等任务中提供稳定可靠的支持和保障。

2.1系统架构

综合指挥信息系统网络架构如图2所示，分为接入层、服务层和应用层3层架构。

①接入层：主要由公网终端、短波电台、卫星终端和集群终端等组成，实现各种通信终端接入综合指挥信息系统的需要，完成现场周围环境的信息采集与上传、情报指令接收分发、音视频通信等功能。

②服务层：向应用层提供融合通信服务，由融合通信单元构成，完成公网终端、短波电台、卫星终端和集群终端等不同制式异构网络的互联，为综合指挥信息系统实现对各种终端的跨网络指挥控制提供支撑，为应用层的指挥调度提供多种可调用的通信与数据资源，实现异构系统统一接入、多种制式融合通信，为丰富的调度功能提供必要支撑。

③应用层：由综合调度平台和大屏显示组成，通过开放的业务应用接口使用服务层提供的服务，主要负责所有底层数据上传后的信息交互、数据互通、指挥调度等工作。同时还负责情报信息共享，语音、视频、图像和位置界面展示、多媒体业务处理、现场态势识别分析，实现统一调度。

2.2系统功能

综合指挥信息系统的功能主要有：

①语音指挥：综合指挥中最基本直接的方式，与指挥的实时性息息相关。系统可打破各终端间的信息孤岛，对接各种通信终端，包括公网终端、自组网、集群和卫星等。系统支持基本的呼叫、接听、保持、转接、挂断、强拆和强插等功能，还可支持终端之间的群组呼叫、广播等操作，在组呼过程中可随时对成员进行添加、踢出、禁言等动作。

②视频指挥：支持视频指挥功能，可将前方终端回传到指挥中心的数据进行实时展示，可实现各类视频源的接入、转码、转发和分发等功能，并具备视频轮询、视频点名、视频推送、录音录像等功能。为了面对突发事件，系统添加了视频会议功能，可进行主持人广播、自由发言、指定发言人、旁听与会、静音、动态添加与删除、消息分享等，使用户全面了解现场的实时动态，为指挥调度提供科学的判断依据。

③地图服务：系统采用GIS软件平台，可在界面中对地图进行放大、缩小、平移、复位、地图量测、标注管理等操作。终端设备配备北斗定位功能，可在地图中对设备位置进行查看、实时追踪和轨迹回放等。还可在地图上划定围栏，监控指定设备，离开围栏就报警，围栏可创建、删除、支持多种形状绘制。在进行指挥时，还可在地图上进行敌情、我情、社情的标注，使用户对实际情况一目了然。

④可视化展示：基于综合指挥“一张图”展开，融合视频监控、外部资源引接、各终端指挥系统等用户界面，将前方信息、任务态势、指挥调度、人员分布、资源使用情况、设备运转、友邻单位协同、任务方案管理等集成到一个可视化的指挥平台中，现场信息全面掌握，作战指令实时发送，统一对各终端上传的音频、视频等进行处理、分析，并大屏显示，实现精准指挥。

2.3系统特点

综合指挥信息系统的主要特点有：

①统一指挥：在联合行动时，通常会使用多种制式的通信终端，包括公网终端、集群终端、卫星终端、短波终端等。使用综合指挥信息系统前，指挥中心与这些终端进行通信时，需使用相应综合调度软件平台，效率较低；而使用综合指挥信息系统后，统一界面的指挥软件平台，直接与各终端进行通信，完成多种通信方式的统一指挥调度，构建了一个更加便捷、直观、高效的融合系统，为多遂行任务提供保障。

②统一接入：将来自不同体制通信终端的数据进行统一接入，包括数据接收、数据分发、数据处理等[17]。系统利用融合通信单元对各异构网络数据进行接收，并转换为相同协议，同样对多媒体格式也进行转换，将不同制式的数据内容转换为相同格式。使用不同终端之间进行通信时，融合通信单元能够屏蔽数据格式和协议的差异，终端接收到的数据都是经过处理的，不同终端之间可实现无缝连接。

③丰富功能：为用户提供了多种功能，包括语音、视频、数据等，可以实现单呼、组呼、紧急呼叫等语音业务，实时视频、视频推送、视频轮询、视频回传、云台控制等视频调度功能，定位显示、地图任务标注、轨迹回放、围栏管理、路径监控等地图调度功能，即时消息的发送、接收、转发、收藏等功能，还支持视频会议等会商功能，为综合指挥提供智能化、可视化、高效率的调度能力。

3融合通信单元

3.1融合通信单元系统结构

融合通信单元由融合通信交换单元和融合通信业务单元组成，如图3所示。融合通信业务单元分为基础服务平台和业务服务平台两部分，基础服务平台为业务服务平台提供底层支持，业务服务平台实现基础服务和业务服务等应用。

（1）融合通信交换单元

融合通信单元的一部分，核心功能为互通网关功能，主要负责电路域终端（短波、卫星、集群）的接入，将相应通信协议转换为SIP协议进行业务处理，并将终端设备进行相应的用户编码转换，实现融合通信单元与短波、卫星、集群等异构网络的互通网关功能。

（2）融合通信业务单元

主要负责异构网络不同接入终端的业务控制及分组域终端（公网终端）的接入转发，分组域终端可以基于SIP协议完成相关业务处理。基础服务平台主要功能完成异构网络不同终端接入的统一处理：用户鉴权注册、基本语音会话控制、业务授权和路由選址等功能，媒体资源完成终端用户的数据的编解码、混音混频等处理。业务服务功能的核心功能为业务处理、业务控制和媒体资源控制三部分：业务服务完成组呼、广播、强插、强拆、群组管理、监听、图像回传和视频推送等增强类多媒体业务逻辑控制和处理；业务控制完成与综合指挥信息系统等第三方系统的接口处理和适配功能；媒体资源控制对基础服务的媒体资源进行控制处理，完成增强多媒体业务的媒体处理。

3.2融合通信单元实现方式

融合通信是解决不同通信体制网络之间不能互通的问题，不同制式的终端所归属网络编码不同，需设计一套统一的编码规则，将实际通信号码与设计的统一的号码之间进行映射，保证终端号码的唯一性。不同网络之间的终端互联互通时，终端首先进行号码转换，变为统一设计编码格式，再进行终端间的通信。

终端设备所涉及的网络包括公网、集群网络、短波、卫星等，对这几种网络体制进行划分，可以分为分组域网络和电路域网络，其中公网属于分组域网络，集群、短波、卫星等属于电路域网络，相对应的终端也可划分为分组域终端、电路域终端，统一用户号码按照这2种分组进行设计，与实际网络终端标识或号码相关联，建立统一用户号码与公网号码、卫星号码、短波电台号码、集群号码等业务号码的对应关系表，如图4所示。

同构网络内终端进行网内语音、数据传输等业务时，融合通信单元可查看主被叫两终端为同一通信码，则按照网内号码规则进行业务处理；进行跨网通信时，融合通信单元可查看到主被叫两终端通信码规则不同，判断处在不同网络下，则查询终端所对应的统一用户号码，将终端通信号码转换为统一用户号码，网络交换控制按照统一用户号码处理。

融合通信单元配置统一用户号码及实际网络终端通信号码的对应关系，通过终端注册完成统一用户号码注册、实际映射通信号码的隐式注册、用户状态等处理。

统一用户号码规则：前3位403字段标示为电路域模式终端，404字段标示为分组域模式终端；第4位1标识为卫星终端，2标识为短波电台，3标识为集群，4标识为公网终端；实际通信码为各类终端在归属网络中的实际业务通信标识。

根据上述映射表，描述卫星终端A呼叫公网终端B基本流程如图5所示。

例如：

①卫星终端A（180********）发起语音业务呼叫公网终端B（188********），首先拨打中继节点车载便携卫星终端的电话号码；

②中继节点卫星终端通过定向将模拟信号发送到融合通信单元的融合通信交换单元，完成主叫收号处理后，转换为SIP协议将呼叫信令发送到融合通信单元；

③融合通信单元分析主叫号码180********为非正常统一用户号码，则查询对应的统一用户号码为40310025，用户号码前4位判断主叫终端类型为卫星终端，进行业务触发；

④IVR业务流程，向卫星终端A发起二次拨号放音流程；

⑤在接通状况下，卫星终端A开始拨打统一用户号码B（公网终端号码40440028），融合通信单元完成被叫收号处理后对被叫统一用户号码进行分析，通过分析判断被叫终端为公网终端且IP地址为10.21.*.*。使用SIP呼叫请求，通过融合通信业务单元对相应IP地址进行接通，最终实现通过融合通信单元的卫星终端和公网终端的语音互通。

4结束语

综合指挥信息系统应用先进融合通信技术，解决综合指挥信息系统面对多制式、多网络终端之间交互不畅的问题，为统一指挥、协同作战提供了坚实的软环境基础[18]。融合通信软件平台使用同一界面，可与前方多种制式终端直接通信，方便对现场周边信息进行回传交互，为可视化指挥提供数据支持，提升了指挥效率。综合指挥信息系统兼容新旧多媒体系统，完善了视频语音、情报分析、指挥控制、态势感知等功能，适应当前动态化、专业化、规范化的需求，实现了紧急信息全面收集、迅速展现、情报共享、多级报送、综合调度和辅助决策等支撑能力。

下一步，综合指挥信息系统中的音视频功能还可进一步的创新，根据不同的用户进行不同的定制化调整，不只是单纯的音视频通话。另外，还可将AR技术融合进综合指挥信息系统中，进行动态指挥。

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