LTE按發即說(PTT)緊急通訊標準規範及系統架構研究

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1 LTE按發即說(PTT)緊急通訊標準規範及系統架構研究
計畫主持人 報告人 國立台北大學 國立暨南國際大學 魏存毅助理教授 吳坤熹副教授

2 研究計畫之背景 One of 5G features 5G 3大領域 行動寬頻(Mobile broadband)
互聯網(Internet of Things) 關鍵任務型服務(Mission critical service) 極低延遲 極高可靠度 高安全性 高取用性

3 研究計畫之背景 Public Safety 公共安全愈趨重要 Mission Critical Push-to-talk (MCPTT)
美國政府透過美國商業部要求在美國境內販賣的手機都必須具有支援公共安全之緊急 通訊功能。 Device-to-Device公共安全之緊急通訊功能主要於支援無基地台覆蓋範圍地區或情況。 如無基站佈設之地區，通訊死角，基地台被破壞時。 Mission-critical Push-to-Talk公共安全之緊急通訊功能主要用在有基地台覆蓋範圍地區或 情況。 如緊急傷害之救援，受害者求助，警消通訊等。 3GPP組織(3rd Generation Partnership Project)於2014年創立SA6工作組致力於關鍵任務方 面相關應用 。 通訊標準會議中，MCPTT已將相關之初步規範於2015年加入LTE-Release 13中提出。並 於LTE-Release 14，增加video/data，成為5G的重要技術之一。 Mission Critical Push-to-talk (MCPTT) 則屬於其中一種通訊技術，MCPTT屬於VoIP應用的一種，將語音透過網路進行封包交換 (packet switch)傳達給對方，它提供一對一或一對多的服務，但同一時間只能一個人說 話，即所謂的半雙工模式(half-duplex)，若應用於災害現場時能即時(real time)的傳達現 場資訊或進行資源調派，使救災效率大大提升，並減少人員傷亡。 Mission critical communication是5G的重點項目之一，特別是Mission-critical push-to-talk 的通訊方式在急難救助，工廠管理，任務派遣都是非常有用且重點的應用，尤其是工 廠管理與任務派遣，其商業價值不容小覷。

4 研究計畫之目的及目標 計畫目的 研究MCPTT主要的架構與支援的功能，包括如何通訊 與管理方式。
研究MCPTT如何配合現行LTE系統，來完成管理(任務派 遣)及通訊之連線。 建立MCPTT之系統架構圖，與確立其各項功能。以及 系統與各通訊單位間於各項功能下之通訊協定。 此計劃為實現MCPTT模擬器之前置計劃。

5 研究方法及進行步驟 規範研究 OMA(Open Mobile Alliance) 標準訂定組織已就公共安全下的按發 即說 (PTT，Push To Talk) 訂定一通訊規範。此通訊規範即為PCPS (Push to Communicate for Public Safety)， 版本1.0。 3GPP將PCPS 1.0納入LTE Release 13的系統架構，稱作 MCPTT(Mission-Critical Push-to-Talk)，以擴大與支援LTE系統下緊 急通訊的需求。規範為 3GPP TS 22.179: “Mission Critical Push to Talk (MCPTT) over LTE; Stage 1”。 為實現上述需求所提出的架構則見於規範 3GPP TR Study on application architecture to support Mission Critical Push To Talk over LTE (MCPTT) services。 此計劃目標在以PCPS1.0通訊規範為基礎，重點著眼於3GPP LTE Release 13/14下MCPTT的標準規範，包括其系統架構，各項功能， 管理層級設定，系統與各通訊單位，於各通訊層間的通訊協定。

6 預期完成之工作項目及具體成果 MCPTT Server 系統各通訊單元 任務指派中心 災害管理中心 警消 軍隊 待救傷患 求救傷患
admin 任務指派中心 災害管理中心 Public Safety Member 警消 軍隊 General User 待救傷患 求救傷患 MCPTT Server

7 Admin 任務指派中心/災害管理中心 預期完成之工作項目及具體成果 任務指派中心/災害管理中心功能簡介 Highest Priority
Monitor Control Selected Group Imminent Peril Call (Regional) Emergency Group Call (Global) Broadcast Group Call (Global) imminent逼近的；即將發生的 peril危險

8 預期完成之工作項目及具體成果 Public Safety Member 軍警消單位
Priority Selected Group Group Call Private Call Imminent Peril Call (Regional) Emergency Group Call (Global) Broadcast Group Call (Global)

9 預期完成之工作項目及具體成果 General User 一般民眾,待救傷患,求救傷患
Priority Selected Group Group Call Private Call Imminent Peril Call (Region) Emergency Group Call (Global) Broadcast Group Call (Global)

10 預期完成之工作項目及具體成果 各通訊單元間之通訊協定 MCPTT Server Public Safety Member
Imminent Peril call, Emergency call, Broadcast Group Call, etc. Imminent Peril call, Broadcast Group Call, etc. Emergency call, Broadcast Group Call, etc. admin Public Safety Member General User MCPTT Server

11 預期完成之工作項目及具體成果 Roadmap 4-6月 7-9月 10-11月 各通訊單元間通訊協定分析
MCPTT 系統架構分析 各通訊單位之功能分析 管理層級之區分 應用案例(user cases) 7-9月 各通訊單元間通訊協定分析 10-11月 建立可現實之系統架構，功能細項表與流程圖 報告撰寫 論文撰寫 Roadmap

12 預期成果產出說明 成果產出 報告一篇 論文一篇 預期投稿至
論文一篇 預期投稿至 IEEE communications magazine – communication standard supplement 2016 IEEE Conference on Standards for Communications & Networking (CSCN’16) in Berlin, Germany , October 31 ~ November 2, 2016.

13 建議回覆 Review 1 回覆 本計畫僅針對標準規範進行系統架構、訊息架構、各通訊協定研究， 並提出報告。
經費與主要人力執行本計畫之需求，似嫌太多。 回覆 我們將建立MCPTT之系統架構圖，確立各單元之功能與通訊協定運作， 並針對既存的PTT APP以及相關開發工具進行研究與測試，以利下年度 MCPTT模擬器之開發，請參考九、研究方法及進行步驟。

14 建議回覆 Review 2 回覆 計畫書中Page 21之產出規格/預劃說明欄位均為空白，請修正。
本計畫之Release只提供1篇，目前其它文獻均不需要參考？ 本計畫將完成3GPP MCPTT的標準規範及系統架構，建議應再詳細說明 這些項目會以何種方式呈現於報告中。 回覆 已修正，請參考十二、預期成果產出說明 己修正，請參考References 已修正，請參考十、預期完成之工作項目及具體成果

15 建議回覆 Review 3 回覆 本案未檢附研究計畫需求規劃表，無法審查是否符合計畫需求？
依計畫書內容所述，本案僅為研讀MCPTT標準規範並作成報告，是否 需針對國內未來建置提出規劃建議。 回覆 已修正，請參考附錄1 已修正，請參考十、預期完成之工作項目及具體成果

16 建議回覆 Review 4 本案在先期研究PCPS1.0通訊規範的實質內容，並研究3GPP LTE Release 13/14下，MCPTT的標準規範。 預定甘梯圖不夠詳細，較難提供期間檢視各項工作之進行狀況。 產出包含研討會議論文1篇、研究報告1份，可否增加專利或軟體，以 達成效。 回覆 已於計畫書中補充說明此為下年度MCPTT模擬器開發之先期計畫，除 研究標準之外，亦會針對既存APP與開發工具進行研究與測試，並建構 系統架構圖與通訊協定支持下年度開發之用，請參考十、預期完成之 工作項目及具體成果 已修正,請參考十一、預定進度甘梯圖 已修正，請參考十二、預期成果產出說明

17 建議回覆 Review 5 回覆 請計畫需求單位確認工作期程，是否為105.04.01至105.12.31，共9個月？
第7章，請自訂關鍵詞。 第9章，請加強說明採用的研究方法、可能遭遇的困難等議題。 第11章甘梯圖，請鍵入計畫名稱。 坊間已有多款免費的手機版PTT軟體，請問與標準規範比較是否有改進 的空間？ 回覆 此期計畫中科院告知僅到11月為止 已修正 已修正，請參考九、研究方法及進行步驟 已修正，請參考十一、預定進度甘梯圖(Gantt Chart) 是，根據我們初步的研究，坊間PTT APP並無法支援LTE MCPTT，另已 據您的意見增加對既存既存APP之研究與測試，請參考十、預期完成之 工作項目及具體成果

18 建議回覆 Review 6 本計畫之目標係針對5G的VoIP技術之一：Mission critical Push-to-talk (MCPTT)進行規範標準與系統架構之研究，其屬於5G前瞻技術研究之範疇， 相關技術可應用於未來之5G系統上，在理論與實務上都有其重要性，申請 機構提出預期成果效益應可符合本計畫之需求。 由過去三年相關代表性論著及參與計畫所屬領域來評估，本案計畫主持人 及其研究團隊於LTE系統及無線網路之相關研究均已具備相當的能量，對於 完成本案之研究應無問題。 本計畫之研究係以規範標準與系統架構之研究為主，計畫書中所編列之消 耗性耗材費用偏高，宜適度刪減。 回覆 是，謝謝您 是，已進行修正，請參考材料費用項，另已於計畫書中補充說明此為下年 度MCPTT模擬器開發之先期計畫，除研究標準之外，亦會針對既存APP與開 發工具進行研究與測試，並建構系統架構圖與通訊協定支持下年度開發之 用，請參考十、預期完成之工作項目及具體成果，故基本的材料費用是需 要的

19 建議回覆 Review 7 無意見。 回覆 謝謝您的指教

20 已完成之工作項目及具體成果 已將 TS 22.179 內所有的需求整理完畢 已將 TS 22.179 中所有通訊類別畫成通訊架構圖
請見需求附件(1)~(9) 已將 TS 中所有通訊類別畫成通訊架構圖 請見通訊架構圖附件(1)~(8) 目前已將大部分離線模式的私人通訊(Private Call) 和群組通訊(Group Call)通訊運作整理完畢，剩下 使用者等級(User Priority) 的部分會在下次報告時 補齊 請見通訊架構圖附件(1)的 Block A 和 Block C

21 需求附件(1) MCPTT 使用者類別 一般使用者 調度員 (Dispatcher) :調度員使用者介面
可以使用私人電話 、群組通話 調度員 (Dispatcher) :調度員使用者介面 特殊管理模式 (ex: 使用者資訊、使用者權限) 通話管理: (ex: 私人電話 、群組通話) 管理員 (Administrator) :管理員使用者介面

22 需求附件(2) MCPTT 服務類別 NOTE: 每個通訊請求會伴隨一個使用者等 級(Priority)
階級控制(Floor control) 接受通訊請求(Request accepted) 拒絕通訊請求(Request rejected) 等候通訊請求(Request queued) 控制通話時間長短(Limit the call time) NOTE: 每個通訊請求會伴隨一個使用者等 級(Priority) 閒置時間(Inactivity period/ Hang Time) 通話結束後開始計時 新的通話結束後重新開始計時

23 需求附件(3) 監控使用者活動(Monitor activity) 可以同時監控多個通訊 使用者名稱、位置、所屬群組(Group)
可以同時監控選取的多個通訊

24 需求附件(4) 環境監控 (Ambient listening) NOTE: 此環境監控模式僅限用於警消單位 (Public safety)
當用戶終端啟動環境監控的功能後，即可享有目標裝 置的麥克風、喇叭和視訊鏡頭，可供遠端使用者即時 進行偵測。 Case 1: MCPTT 使用者可以在需要呼救的時候啟動「環境監控」 Case 2: MCPTT 使用者可以在要監聽其他使用者狀況的時候啟動 「環境 監控」 NOTE: 此環境監控模式僅限用於警消單位 (Public safety)

25 需求附件(5) MCPTT 服務提供的通訊模式 MCPTT 使用者存取的群組 NOTE: MCPTT 使用者能加入一個或者多個 的群組
群組通訊(Group Call):支援一對多的按鍵發話通訊 私人通訊(Private Call):支援一對一以及多對多的即時通 訊 MCPTT 使用者存取的群組 永久自動存取(Permanent affiliation) 加入(Affiliate) 刪除(Remove) NOTE: MCPTT 使用者能加入一個或者多個 的群組

26 需求附件(6) 通訊中途加入(Late call entry) MCPTT 特殊的群組
給其他使用者一個窗口可以加入正在通訊的群組 MCPTT 特殊的群組 廣播群組(Broadcast Group Call) 群組身分對使用者廣播(Group-Broadcast Group) 用戶身分對使用者廣播(User-Broadcast Group) 緊急求救群組(Emergency Group Call) MCPTT 使用者需要求救 緊急救援群組(Imminent Peril Group Call) MCPTT 警消人員用於緊急狀況:(只有警消人員可以使用) NOTE:緊急求救群組和緊急救援群組的閒置時間會 被設為 無限長，一直到啟動該群組的使用者掛斷 為止。

27 需求附件(7) MCPTT 使用者資訊(User Profile)
使用者身分(User identity) 使用者群組(User group) 使用者位置(User location) NOTE: 一個使用者可以有多個使用者資訊 (User Profile)，但登入時只能使用一個使用 者資訊

28 需求附件(8) 群組聯盟(Group Affiliation) 使用者可以在裝置中選擇一到多個的 MCPTT groups
可更動的群組(Explicit Affiliation): 使用者可以在裝置中選擇一到多個的 MCPTT groups 不可更動的群組(Implicit Affiliation): 使用者不能更動的通訊群組，本身就內建 於 MCPTT UE 或者 MCPTT Service 中

29 需求附件(9) MCPTT 主要服務對象 MCPTT 使用者裝置分類 維護公共安全使用者(Public safety)
大型運輸公司(Transport companies) 大型工廠(Industrial) 核電廠(Nuclear plants) MCPTT 使用者裝置分類 共享的使用者裝置(Shareable UE) 一次只允許一個使用者使用 高速的使用者裝置(Gateway UE) 一次可同時服務多個使用者 警察車 消防車

30 Q & A Source: Radio over IP, Vocality.

31 通訊架構圖附件(1)

32 通訊架構圖附件(2)

33 通訊架構圖附件(3)

34 通訊架構圖附件(4)

35 通訊架構圖附件(5)

36 通訊架構圖附件(6)

37 通訊架構圖附件(7)

38 通訊架構圖附件(8)