浅析公网对讲(PoC)产业发展状况及趋势
2017年07月18日 来源:网络通信中国

  2016年年末,美国著名的弗若斯特•沙利文(Frost & Sullivan)咨询公司发布了一份关于PoC业务发展趋势的白皮书,名为《Push-To-Talk over Cellular:The Next Generation for Land Mobile Radio》,引起传统对讲机行业的广泛关注。2017年伊始,国内“公网对讲(PoC)”行业热度迅速攀升。从正月开始,中国电信、中国移动、中国联通三大电信运营商纷纷高调举办活动,布局市场及产业链;同时,具有全球对讲机产业基地之称的泉州各大对讲机厂商,受市场大环境的影响,以及终端硬件方案提供商、平台提供商和平台运营商的推动,纷纷投入资源,踏入公网对讲的终端制造和市场销售行列。随着平台技术及运营模式走向成熟,3G、4G移动网络得到普及,终端产业链逐步完善,公网对讲产业正在迎来前所未有的发展机遇。

  捷思锐自2013年涉足公网对讲行业以来,始终坚信其产业发展的广阔前景,持续投入巨大研发力量和国内外市场资源,历经磨砺,以工匠精神与广大同行共同探索公网对讲的发展之路,塑造公网对讲的产业基础。近5年时间,捷思锐与众多产业合作伙伴和行业客户亲历磨合,遵循用户至上的原则,结合先进的技术和产品设计理念,践行宽带公网集群对讲(Broadband PoC)的发展路线,造就了行业内独具特点的集群通(GQTone)公网对讲业务平台。

  总结多年来的切身体会,本文试图从公网对讲产业全局的视角,向广大同行分享我们对这个行业和产业的认识和经验,以期与广大志同道合者共谋发展。

  公网对讲发展概述

  早在千禧年伊始,移动数据业务发展之初,公网对讲业务就进入了基础电信运营商的视野。2004年,开放移动联盟(Open Mobile Alliance,简称OMA)组织提出制定基于移动蜂窝数据网络的公网对讲(Push-To-Talk over Cellular,简称PoC)标准,并于2005年6月发布了OMA PoC V1.0技术规范。为了给3G TD-SCDMA寻找新的业务应用,作为OMA组织核心成员的中国移动首先看上了PoC业务,2006年中国移动部署了第一个基于OMA标准的PoC业务平台。但受限于TD-SCDMA网络空口接入性能、无线覆盖和数据传输能力的限制,以及终端用户体验的差距,该业务没有取得预期的效果。 

图1 国内公网对讲产业发展历程
 
  随后几年,以McWiLL和WiMAX为代表的宽带无线接入技术在行业应用中得到积极反响,成为行业客户解决外场作业数据传输、人员调度和现场应急指挥难题的新宠。2008年,SCDMA无线宽带产业联盟首次提出“宽带无线多媒体集群通信系统”的概念,其核心成员单位北京信威通信公司联合捷思锐科技公司首次实现了基于McWiLL宽带无线接入系统的宽带多媒体集群通信系统,也是首个架构在宽带无线蜂窝网络上的宽带PoC业务系统,为捷思锐多年之后发展承载在电信运营商移动公网上的宽带公网对讲(B-PoC)业务埋下了伏笔。

  2010年,中国电信天翼对讲(Q-Chat)正式商用。Q-Chat是高通公司为中国电信定制的系统,基于3G CDMA2000 1xEVDO网络,虽然也是采用VoIP技术,但为了达到更好的组呼起呼性能,对空口进行了优化设计,与中国电信的3G网络和高通的手机终端芯片深度耦合,不是真正的OTT业务。正是因为Q-Chat很好地解决了影响用户体验的关键指标——组建立时延问题,后续得到了较好的发展,没有陷入中国移动PoC业务的困境。Q-Chat与中国电信3G网络的深耦合关系在3G时代表现出明显的性能优势,但随着时间的推移,其可持续发展的劣势也凸显出来,4G网络演进和终端产业链成为Q-Chat进一步发展的掣肘。无可争议,Q-Chat在中国公网对讲产业发展过程中扮演了重要的角色,从产业链形成、用户教育和商业模式构建等方面都发挥了重要作用。

  在Q-Chat的带领下,随着移动互联网技术的发展成熟,以及3G/4G移动蜂窝网络的普及,制约PoC业务性能的瓶颈逐步得以突破。2013年之后,以移动互联网技术为特征的OTT PoC平台技术迅速崛起,以e-Chat、Smart-PTT和GQTone为代表的公网对讲运营平台形成了一股新的力量,推动公网对讲产业群体向更广泛、更多元的方向发展。特别是,2015年开始,泉州的传统对讲机厂商纷纷加入公网对讲终端产品的生产制造和市场推广,迅速弥补了终端产业链和市场销售渠道的不足,起到了推波助澜的作用。

  截止2017年上半年,国内包括三大运营商在内的公网对讲业务平台运营商多达十几个,并有多个业务平台开始布局海外市场,用户总数粗略测算已经达到500万,产业环境基本形成并初具规模,具备了向更大规模发展的条件。同时,众多业务平台鱼目混珠,以及劣质终端产品低价参与竞争,扰乱市场,缺乏统一的行业标准和市场监管,给广大用户造成困扰,也在一定程度上制约了产业发展的步伐。   
  
 
图2 国内主要公网对讲平台运营商

  公网对讲技术

  由于语音对讲业务在行业指挥调度通信中具有重要地位,在以电话业务为主的电信时代,市场分析认为组群对讲业务的市场需求可占到整个话音通信市场的十分之一。因此,电信运营商及相关通信标准组织一直在探索基于公众移动通信网络提供组群对讲业务的能力,从2G时代,一直延续到3G、4G和移动互联网时代,并产生了多种技术体制。概括起来,可以区分为两大类,一是基于传统电信运营商思维,与电信运营商网络紧耦合的技术体制,如Gota、Q-Chat、PS-LTE;另一类是基于互联网思维,采用OTT技术,与电信运营商的网络松耦合,如OMA PoC、Internet PoC。

  (1)Gota。基于高通的2G CDMA IS95移动通信技术标准,并由高通公司支持中兴通信按照窄带集群通信系统的要求开发的技术体制,可以将电信运营商部署的标准2G CDMA网络通过软件升级到支持集群对讲业务。中国电信曾在国内十多个省份升级其2G CDMA网络支持GoTa集群对讲业务,截止目前仍有贵州、四川等少数省份保留了该业务。
 
 图3 公网对讲技术体制

  (2)Q-Chat。 高通公司基于3G CDMA2000 1x EVDO标准开发的公网对讲业务技术体制,虽然采用了VoIP技术,但为了提高空口的接续效率,对空口协议进行了优化设计,从而提高了组呼建立延时性能和终端功耗性能。Q-Chat业务平台与高通的终端芯片和中国电信的3G网络是紧耦合关系。中国电信的3G网络全网支持Q-Chat业务,也是当前国内在网用户数最多的公网对讲平台。为了解除Q-Chat业务与电信网络的紧耦合关系,高通于2015年推出了Q-Chat 5.2版本,支持软终端,可实现Q-Chat业务与高通终端芯片和中国电信3G网络的分离,从技术体制上向OTT模式演进。

  (3)PS-LTE (Public Safety - LTE),也称为McPTT(Mission Critical Push-To-Talk over LTE)。是由3GPP主导的技术标准,旨在通过电信运营商的4G LTE网络为公共安全应用领域提供对讲等指挥调度业务,满足关键任务型业务应用的需求。McPTT基于LTE空口eMBMS协议实现PTT业务,需要基站、终端底层协议栈支持,并在网络侧新增多个网元设备,是一个与基础电信运营商网络深度耦合,商业模式很“重”的公网对讲解决方案,在实际推广过程中也确实遭遇了商业模式的瓶颈。

  (4)OMA PoC,是由开放移动联盟(OMA)组织主导制定的公网对讲技术体制,虽然标准制定者已经看到了基于SIP协议的OTT业务的灵活性优势,但仍然没有完全摆脱传统电信技术的思维模式,采用了过时的技术方法,协议体系设计过于冗余,大大影响了业务性能。中国移动早期PoC业务平台采用了该技术体制,并受累于此,在很大程度上影响了其业务的发展。

  (5)Internet PoC,也可以称为真正的互联网模式公网对讲,与电信运营商的接入网络无关,甚至支持WiFi等非移动网络接入。这种技术体制基于SIP自定义扩展协议,进入门槛低,优势明显,同时劣势也很致命。其最大的挑战是如何解决QoS问题,必须在没有基础电信网络协议配合的情况下,达到一个电信级运营平台的性能要求和可靠性要求。当前,除了中国电信和中国移动的平台外,国内所有其他公网对讲运营平台都是采用这种技术体制,其基础原理决定了基于该技术体制的平台质量和服务水平参差不齐。

  电信级业务平台及运营服务

  公网对讲业务的用户体验首先取决于业务平台及其运营服务,直白的说,就是能否保证一年365天,每天24小时不间断地提供用户满意的业务。要在复杂的网络条件和用户使用场景下达到电信级的服务质量(QoS),包含了平台技术和运营技术两部分的贡献。对公网对讲业务平台的认识需要走出两个误区。一是传统对讲机行业的惯性思维,简单地把公网对讲平台理解成系统中心设备,如中继台、交换机等,认为只要配置好参数,上电运行就可以使用;二是单纯的互联网思维,认为公网对讲业务平台就是一个服务器,搞个云计算资源把服务器软件一安装就万事大吉了。根据我们多年摸索的经验,总结电信级业务平台及其运营服务的要求,可以概括为以下几个方面。

  (1)可靠性

  平台可靠性包含平台软件及部署的可靠性,是保障不间断业务提供能力的基础,其中平台软件的成熟度和稳定性又是基础中的基础。平台可靠性的保障包括以下几个方面:

  基础设施可靠性

  传输可靠性

  服务器硬件可靠性

  服务器软件稳定性

  热备份(HA)部署

  (2)安全性

  基于互联网的公网对讲平台暴露在互联网环境中,必须采取全面的安全措施,包括系统软件安全架构设计和平台安全部署两个方面。从软件实现架构上来说,系统安全设计应该包括用户接入安全、用户数据安全、信息传输加密等;从平台部署上来说,需要考虑防火墙、定期的安全漏洞扫描与修复等网络安全措施。

  (3)业务质量(QoS)

  对于OTT PoC平台,达到电信级的业务服务质量是个巨大的挑战。情况往往是这样的,演示的时候都很好,一到用户手上就问题百出,其根源在于针对实际应用场景和无线网络环境的复杂性,需要采取一系列的技术措施来应对。传输延时、抖动、丢包在移动互联网传输环境下是正常现象,怎样克服这些问题,在语音延时与音质之间取得平衡,都是衡量一个平台成熟与否的标志。衡量公网对讲平台QoS的核心指标包括组建立时延、话权抢占时延、语音质量(MOS分)、端到端语音延时等。通常可以将提升QoS的方法划分为基础措施和高级措施。

  基础措施包括:

  协议优化

  信令传输机制优化

  抗抖动处理

  丢包隐藏技术

  语音增强(数字回声消除、降噪、自适应增益控制、话音激活检测等)

  高级措施:

  在特定行业客户应用中,可以通过与基础电信运营商的数据业务QoS能力平台协同,为移动终端用户提供特定应用的传输带宽保障,从而在根本上提高业务服务质量。这一方法在4G网络环境下,针对公共安全、应急等重要业务应用更具价值。捷思锐的“集群通一体化运营平台”与华为的“OMF能力开放平台”已经成功对接,并应用于应急通信中的现场高清视频回传业务。

  (4)可运营性

电信级的公网对讲业务平台需要满足可运营的要求,需要结合业务系统设计一套完整的运营支撑系统(OSS),包括资源管理模块、用户管理模块、计费模块、统计模块、告警模块等与平台业务运营相关的功能。另外,要达到电信级的服务水平,平台运营商还需要组建专业的运营维护团队,保障平台7x24小时稳定运行,快速响应用户的业务开通、变更等处置需求。

  综上所述,建设并运营一个能提供可靠业务和运营服务的公网对讲平台并不是一件简单的事情。电信运营商主导或参与运营的平台,因其固有的经验和技术优势,一般都遵循电信级要求设计和部署。非电信运营商参与的平台,因其技术实力和认识的不足,在业务质量、可靠性和运营服务能力上往往考虑不足,从而给业务发展和用户使用带来很大的困扰。

  产业链分析

  公网对讲产业链主要包括平台运营商、基础电信运营商、终端产业链、市场渠道和最终用户等几个环节,其中平台运营商是产业链的核心,终端产业链及其成熟度则是推动产业规模发展的关键因素。
 
 
图4 公网对讲产业链结构

  与传统对讲机产业相比,公网对讲产业链更长、商业模式更复杂、技术难度更大、业务应用更丰富、市场发展潜力更大。公网对讲产业发展之初是由基础电信运营商发起的,旨在通过手机载体实现语音对讲的业务功能,终端产品形态归根结底还是部手机,并且通过电信运营商的业务模式和销售渠道来发展市场。这一模式曾经在国内实践多年并没有取得预期的成功,其根本原因在于对行业对讲机用户的认知、产品设计经验以及市场渠道的理解偏离实际。得益于福建泉州传统对讲机产业群体的参与,基于数十年传统对讲机产业基础和社会化市场渠道,迅速弥补了国内公网对讲产业发展的短板,推动其走上规模发展之路。2015年之后不到三年的时间里,基于中国电信2G、3G网络和中国联通3G网络的低端公网对讲机销量在国内市场获得了迅速增长,活跃用户数从数十万攀升到数百万的规模,未来几年时间的市场预期用户数超过千万。

  然而,由于承载公网对讲的基础电信网络并非专门用于公网对讲业务,在移动通信技术更新换代不断加速的背景下,公网对讲的产业链也必将遭遇比传统对讲机产业更大的挑战。一方面,2G、3G移动通信网络向4G  甚至5G过渡势在必然,随着基础电信运营商停止对落后技术体制(2G/3G)的网络覆盖补盲和无线网络优化的资源投入,单一制式的公网对讲终端用户的服务质量必将迅速下降;另一方面,为了应对基础电信网络演进的趋势,终端解决方案必然要向多制式、多频段方向发展,终端产品的技术复杂度不断增加,硬件成本和生产制造成本也必将水涨船高。同时,对传统对讲机制造企业来说,也意味着技术门槛不断提高,传统对讲机产业群体在4G之后能否转型成功还需要实践的考验。

  (1)平台运营商。国内市场包括三大电信运营商和民营企业平台运营商在内的十多个业务平台近几年来悉数登场,处于纷争状态。可以预见,未来几年内,平台运营商必将重新洗牌,技术实力和资源投入大的平台可继续发展,有一定技术实力的小平台转入特定行业细分市场,还有部分小平台将逐步退出市场。

  (2)基础电信运营商。公网对讲业务不足以影响基础电信运营商的网络建设和演进规划,但作为其发展行业集团客户ICT业务的手段以及物联网卡应用业务之一,公网对讲业务仍会受到基础电信运营商一定程度的重视。在公共安全和政府应急等高端客户应用领域,还可能出现业务平台与基础网络能力协作,为重点行业客户提供QoS能力保障。

  (3)终端产业链。终端产品形态上基本形成了两大阵营,一是契合传统对讲机产品用户体验的低端无屏对讲机和小屏对讲机终端,由泉州对讲机厂商为主导;二是三防智能手机形态的行业智能手持终端,由深圳、上海等技术密集地区的行业智能手机厂商主导。后者产品复杂、成本高、利润率高,更适合于大行业的高端信息化应用,整体市场用户需求在百万级;前者产品简单、成本低、适应面广,可以成为传统对讲机的升级换代产品,整体市场用户需求超过千万量级,是公网对讲产业的主要推手,也是产业链构建的核心。到2017年上半年,基于3G、4G手机芯片的公网对讲机模块方案趋于成熟,已经形成了由对讲机厂商、模块方案商、平台运营商和物联网卡提供商构成的完整产业链。

  (4)市场渠道。公网对讲市场渠道可以划分为三大类,一是传统对讲机社会渠道,主要掌握在对讲机厂商手里,这个渠道以销售低端对讲机形态的产品为主;二是电信运营商的集团客户渠道,国内三大电信运营商都各自具备强大的行业客户渠道,目标客户以政府行业市场为主;三是各大重点行业的信息化业务集成商,将公网对讲业务整合到行业信息化的整体方案中,产品形态以高端三防智能终端为主。

  (5)最终用户。公网对讲的目标用户包括传统对讲机用户群体和行业信息化新增市场用户群体两部分。在产业链上下游企业、业内专家、相关协会和行业媒体的共同努力下,公网对讲技术和产品已经逐步得到广大行业用户的认知和认可,其业务模式、商业模式也逐步被接受。期间,《专网通信》、《专用移动通信》杂志、天翼对讲产业联盟等组织的媒体宣传活动在用户教育中起到了非常重要的作用。

  宽带公网对讲(Broadband PoC)

  公网对讲相对于传统集群对讲技术,最大的优势在于利用了广域覆盖的电信运营商移动通信网络,很好地解决了通信距离、用户容量和专用频率问题。随着移动通信网络的演进,4G网络建设已经在国内得到普及,5G技术也已经进入电信运营商的发展规划,无线传输带宽迅速增加,传输延时不断降低,网络所能承载的业务能力已经远远超出了语音业务的要求。同时,行业用户的使用需求也在不断变化,越来越不满足于语音对讲所带来的通信便利,希望通过语音、消息、位置、图片、视频、数据等更多的通信交互能力来提升工作效率。因此,基于宽带移动网络的宽带公网对讲(Broadband PoC,简称B-PoC,也可称为公网宽带多媒体集群通信系统)应运而生,其典型特征就是支持可视化指挥调度业务。当前国内外各平台系统的宽带业务能力,概括起来可以分为以下五大方面。
 
 

  (1)语音对讲

  公网对讲系统可以涵盖传统常规对讲和集群系统的所有语音对讲业务功能,包括组呼、临时组呼、单呼、迟后进入、动态重组、强插、强拆、遥毙、SOS等。

  (2)位置服务

  GPS(或GPS+北斗)定位功能是移动手机终端的基本功能,因此公网对讲天然地具备提供位置业务的能力。位置业务主要包括终端用户的实时位置查询、终端用户的历史行动轨迹回放、电子围栏、基于框选或套绳等位置信息的临时组呼、导航等。

  (3)图片拍传

  现场图片拍传被广泛地应用于设备巡检、现场取证等应用,包含时间、位置和终端用户信息的现场照片可以实时地回传到后台数据库和调度台,并转分发到其他用户或设备。后台数据库可对回传照片进行结构化存储,供检索和统计分析使用。

  (4)视频回传

  高清视频实时回传是宽带多媒体指挥调度的核心业务,在应急通信、现场执法取证、远程辅助决策等应用中广泛使用。基于4G移动网络可以实现720p以上的高清视频实时回传,并实时转分发给其他移动智能终端。

  (5)即时消息

  基于智能终端的用户交互能力,包含富文本信息的即时消息也是指挥调度的重要手段。虽然组群对讲具有实时、快捷的优点,但在基于事件触发、与信息系统相结合的指挥调度作业中,即时消息具有其独特的优势,如业务逻辑关系强、可追溯、响应快等,在某些应用场景中,“无声调度”也有利于保持良好的工作环境,降低工作人员的劳动强度。

  另外,基于宽带数据传输能力和智能终端的业务交互能力,宽带PoC系统还可以叠加工单、巡更、巡检、考勤等应用,与通信功能相融合,提供更高效的行业信息化作业工具。

  总结与展望

  经过近十年的技术演进、产品经验积累和市场培育,公网对讲产业格局已经初步形成,产业规模正在迅速扩大,并步入快速发展期,国内市场预计在未来两年内将突破千万用户数量级。在国内市场初现成效的同时,各家平台厂商和终端厂商同时也在谋求海外市场的突破,寻找更大的发展机会。在基础电信运营商网络演进加速的背景下,业务平台技术体制逐步向OTT模式靠拢,竞争加剧,传统电信运营商业务与网络紧耦合的模式显得更加沉重。3GPP 的PS-LTE(McPTT)技术体制没有得到基础电信运营商的广泛追捧。宽带无线网络的传输能力和个人多媒体融合通信业务的发展,倒逼平台厂商提供语音对讲之外更丰富的业务,平台业务和功能向多媒体化、智能化方向发展。

  公网对讲产业在全球范围内的规模发展势在必然,产业格局也已基本形成,中国厂商从平台、终端到运营都具备产业链的整体优势,尽管还有很多技术和商业挑战需要面对,但我们坚信中国军团在国内外公网对讲市场上必将取得辉煌战果!
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