基于IP架構(gòu)的cdma2000系統(tǒng)A接口協(xié)議的設(shè)計(jì)

1、基于ip架構(gòu)的cdma2000系統(tǒng)a接口協(xié)議的設(shè)計(jì)摘要：結(jié)合一種基于ip架構(gòu)的cdma2000系統(tǒng)，討論了a接口上信令/業(yè)務(wù)/控制流的特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)組成，提出了在ip網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下a接口協(xié)議的設(shè)計(jì)方案，完成了a接口中信令子接口的ip化協(xié)議設(shè)計(jì)，以及業(yè)務(wù)子接口聽控制流模型設(shè)計(jì)，形成了一個(gè)完整的ip化a接口協(xié)議體系。對(duì)呼叫處理中的指配流程進(jìn)行改進(jìn)，降低了系統(tǒng)的呼損率。關(guān)鍵詞：ipcomaa接口a1/a2 指配流程隨著ip協(xié)議在世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用以及cdma移動(dòng)通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展，基于ip網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的cdma2000系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問題日益受到人們的關(guān)注。在設(shè)計(jì)基于ip的cdma2000系統(tǒng)時(shí)，a接口的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵

2、。由于系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)的全ip化，并引入了控制與業(yè)務(wù)、傳送與接入分離的中交換設(shè)計(jì)思想，在ip上實(shí)現(xiàn)a接口協(xié)議與在傳統(tǒng)電路交換上實(shí)現(xiàn)a接口有所不同，主要是需要設(shè)計(jì)信令與業(yè)務(wù)分離的a接口協(xié)議棧以及信令流、業(yè)務(wù)流在ip承載方式下的傳輸。1 ip架構(gòu)下的cdma2000的系統(tǒng)a接口研究a接口是無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)之間的接口。在cdma2000系統(tǒng)中a接口包括：a1/a2、a3/a7、a8/a9和a10/a11等接口，它們滿足3gpp2ios4.1規(guī)范。a1/a2接口是cdma2000系列移動(dòng)交換中心（msc）與基站控制器（bsc）之間的接口，該接口秉承cdmaone系統(tǒng)。a1接口用于傳輸msc與bsc之間的

3、信令信息；a2接口用于傳輸msc與bsc之間的話音信息。msc與bsc之間的a1/a2接口，傳統(tǒng)上稱之為a接口，下文中加不特殊聲明a接口即指此接口。11基于ip的cdma2000系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)目前cdma系統(tǒng)模型有很多種，這里結(jié)合一種基于ip架構(gòu)的cdma2000系統(tǒng)討論a接口的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用多種無線傳輸與接入技術(shù)、ip網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及軟交換控制技術(shù)等，其核心交換機(jī)制為ip交換機(jī)制，即利用統(tǒng)一的ip交換平臺(tái)在各功能部件間交換信令控制信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1(a)。系統(tǒng)主要?jiǎng)澐譃橐韵聨讉€(gè)模塊：無線接入單元wau（wirelessaccessunit）：完成空中接口物理信道的收發(fā)處理，建立和

4、維護(hù)與無線終端設(shè)備之間的無線通道連接。無線接入服務(wù)器was（wirelessaccessserver）：主要完成與wau之間接口信令的處理和與cs的交互，輔助cs實(shí)現(xiàn)電路型業(yè)務(wù)的無線資源管理與控制、移動(dòng)性管理和呼叫控制功能。呼叫控制服務(wù)器cs（callserver）：主要完成無線資源和呼叫的控制與管理，實(shí)現(xiàn)中交換中媒體網(wǎng)關(guān)控制器的功能。電路媒體網(wǎng)關(guān)cmg（circuitmediagateway）：實(shí)現(xiàn)連接pstn、isdm和plmn的網(wǎng)關(guān)功能以及話音壓縮編解碼功能。呼叫信令網(wǎng)關(guān)csg（callsignalinggateway）:為系統(tǒng)中分布的各種應(yīng)用提供穩(wěn)定、可靠的信令支持。以及位置寄存器（l

5、r）、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)網(wǎng)（）pdsn、操作維護(hù)中心（omc）等模塊。12a接口的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)a接口架構(gòu)如圖1（b）所示，msc與bsc之間的接口即為文本所研究的a接口，包含信令和用戶業(yè)務(wù)兩個(gè)子接口，對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)a接口的a1/a2接口。cs與was之間的接口構(gòu)成信令子程序；對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)a接口中的a1接口，用于傳輸msc與bsc之間的信令消息；was業(yè)務(wù)部件與cmg之間以及兩個(gè)was業(yè)務(wù)部件之間構(gòu)成了業(yè)務(wù)子接口，對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)a接口中的a2接口，用于傳輸msc與bsc之間的語音業(yè)務(wù)信息。電路分配單元cdb在cs與cmg的控制關(guān)系中起輔助作用，負(fù)責(zé)選定路由。2基于ip的a接口方案設(shè)計(jì)21a接口協(xié)議棧設(shè)計(jì)傳統(tǒng)電路交換型cd

6、ma系統(tǒng)中a1接口采用3gpp2的ios4.1版本規(guī)范中規(guī)定的七號(hào)信令sccp0類和2類協(xié)議及mtp等作為低怪傳輸協(xié)議?；趇p的cdma系統(tǒng)引入中交換思想，呼叫控制與業(yè)務(wù)承載分離。而sccp信令協(xié)議又無法分別交換控制和承載的信息，而此需要新的信令系統(tǒng)支持。本系統(tǒng)的a接口采用tcp/ip協(xié)議作為低層傳輸協(xié)議。協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖2所示。信令和業(yè)務(wù)子接口協(xié)議棧的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議均采用商售以太網(wǎng)交換機(jī)上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。傳輸層采用本系統(tǒng)的專利技術(shù)：rudp協(xié)議代替了傳統(tǒng)的七號(hào)信令sccp。信令子接口應(yīng)用層內(nèi)容基本對(duì)應(yīng)3gpp2的ios4.1版本規(guī)范a1接口中的基站管理應(yīng)用部分（bsmap）和直接

7、傳遞應(yīng)用部分（dtap）；業(yè)務(wù)子接口應(yīng)用層內(nèi)容以媒體數(shù)據(jù)為主。rudp協(xié)議是“reliableudp”的簡稱，是一種自定義的、為udp引入可靠傳輸機(jī)制的簡化協(xié)議。它兼顧有tcp的可靠性與udp的高效性，是本系統(tǒng)可靠傳輸所采用的協(xié)議。rudp的基本思想是在udp包頭內(nèi)加入兩個(gè)字節(jié)的協(xié)議頭，即一個(gè)字節(jié)的前向序號(hào)和一個(gè)字節(jié)的后向序號(hào)。圍繞這兩個(gè)字節(jié)的協(xié)議頭，rudp協(xié)議采用了一個(gè)套證實(shí)機(jī)制、重發(fā)機(jī)制、序號(hào)對(duì)齊機(jī)制分別保證了rudp通信的可靠性、高效性和數(shù)據(jù)流的有序性。rudp協(xié)議技術(shù)保證了系統(tǒng)內(nèi)信令和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸性能要求。22信令子接口設(shè)計(jì)221信令連接建立方式（1）傳統(tǒng)的信令連接建立方式傳統(tǒng)cd

8、ma系統(tǒng)a1接口信令采用了七號(hào)信令sccp的0類基本無連接業(yè)務(wù)和2類基本有連接業(yè)務(wù)。sccp通過e1接口傳輸信令消息建立信令連接。e1接口即一個(gè)pcm中繼電路，可以同時(shí)容納32時(shí)隙64kbps的語音數(shù)據(jù)。在32個(gè)時(shí)隙中，第0時(shí)隙被用作幀同步信息，第16時(shí)隙作為sccp的信令通道，其余30個(gè)時(shí)隙被用作語音時(shí)隙被作用語音通道。這樣，第16時(shí)隙就被信令消息全時(shí)獨(dú)占，無論該時(shí)隙空閑與否，均不允許其它消息（語音消息）使用，造成了資源浪費(fèi)。（2）ip架構(gòu)下的信令連接建立方式由于協(xié)議棧采用了tcp/ip傳輸協(xié)議，因此在設(shè)計(jì)a1接口信令連接方式時(shí)取消了基于無連接方式的應(yīng)用，所有信令均基于有連接方式傳送。在a1

9、接口上以目的設(shè)備id（d_did）、目的處理id（d_cid）和源設(shè)備id（s_did）、源處理id（s_cid）組成的四元組唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)信令連接。信令連接以一次握手的機(jī)制建立。連接建立方首先發(fā)送源處理id為空的連接起始建立消息，接收方進(jìn)行處理后回送的第一條消息為本次處理申請(qǐng)的處理id，雙方連接建立完成。所有信令均基于有連接方式傳送，連接建立的流程如圖3所示。實(shí)體1與實(shí)體2之間由實(shí)體1發(fā)起一個(gè)基于連接的處理流程，實(shí)體1首先申請(qǐng)?zhí)幚韎d，在始發(fā)消息的信件頭d_did中填對(duì)端實(shí)體2的設(shè)備id，d_cid填空。s_did填實(shí)體1的設(shè)備id，s_cid填本地處理id。實(shí)體2收到d_cid為空的始發(fā)消息

10、，確認(rèn)可以處理后申請(qǐng)?zhí)幚韎d，向?qū)Ψ桨l(fā)送后續(xù)處理消息，消息中d_did、d_cid置對(duì)方did和cid，s_did、s_cid置本身did和cid。至此雙方信令連接成功。222消息及消息元素繼承了標(biāo)準(zhǔn)basp協(xié)議中定義的大部分消息和消息元素，并結(jié)合ip網(wǎng)絡(luò)特性增加、刪除了部分消息和消息元素。（1）由于a2接口上用戶業(yè)務(wù)基于ip傳輸，完全取消了a2接口電路的概念，因此刪除所有地面電路管理類消息和電路識(shí)別碼cic等消息元素；因簡化了清除流程，而刪除呼叫處理類的清除請(qǐng)求消息；（2）增加兩條用于呼叫建立的新消息。放語音通知：由cs發(fā)向was，用于向移動(dòng)臺(tái)播放輔助語音；開始語音業(yè)務(wù)：由cs發(fā)向was，用

11、于向was通知呼叫對(duì)端的業(yè)務(wù)端口地址，開始接入通話狀態(tài)。223a1接口上的呼叫處理流程以移動(dòng)中（ms）始發(fā)語音呼叫為例介紹呼叫建立流程，并以bsc側(cè)發(fā)起為例介紹了呼叫清除流程。（1）ms始發(fā)語音呼叫建立流程流程建立如圖4（a）所示。a.ms發(fā)送語音呼叫，was收到控制信道上傳來的始發(fā)消息，選定某個(gè)cs，發(fā)送連接管理cm（connectionmanagement）業(yè)務(wù)請(qǐng)求消息；b.cs收到cm業(yè)務(wù)請(qǐng)求消息，確定能夠處理，申請(qǐng)?zhí)幚韎d后向was發(fā)送連接確認(rèn)消息，建立ip虛連接；c.cs根據(jù)was建立的業(yè)務(wù)選項(xiàng)，發(fā)送指配請(qǐng)示消息，請(qǐng)求was為ms指配無線業(yè)務(wù)信道；d.was指示wau和ms交互，完成

12、無線業(yè)務(wù)信道指配，向cs發(fā)送指配完成消息，等待cs進(jìn)行后續(xù)呼叫處理；e.cs進(jìn)行呼叫接續(xù)，發(fā)現(xiàn)被叫為本局ms，進(jìn)行尋呼被叫流程，在被叫開始振鈴后，向was發(fā)送放語音通知，指示was通過帶內(nèi)音向主叫ms播放回鈴音，提醒主叫ms等待被叫摘機(jī)；f.cf收到被叫ms的應(yīng)答指示，向was發(fā)送“開始語音業(yè)務(wù)”消息，通知被叫ms的業(yè)務(wù)端口，was收到后，建立業(yè)務(wù)鏈路ip虛鏈妝，開始交互語音數(shù)據(jù)包，主被叫雙方進(jìn)入通話狀態(tài)。在步驟e中如果cs進(jìn)行呼叫連續(xù)時(shí)發(fā)現(xiàn)被叫為外局ms或外網(wǎng)終端，則先通過cmg申請(qǐng)出局中繼電路，將was端口與出局電路連接，然后直接向was發(fā)送“開始語音業(yè)務(wù)”消息，通告出局電路的業(yè)務(wù)端口。w

13、as收到后，與出局電路業(yè)務(wù)端口建立虛連接，后續(xù)呼叫處理提示信息（如回鈴音等）由出局電路通過業(yè)務(wù)鏈路由帶內(nèi)音主叫ms提供。（2）bsc側(cè)發(fā)起的呼叫清除流程標(biāo)準(zhǔn)a接口協(xié)議中，無論是哪一側(cè)發(fā)起的呼叫清除，都只能由msc向bsc發(fā)送清除命令。如果是bsc側(cè)發(fā)起的呼叫清除，則bsc必須先向msc發(fā)送清除請(qǐng)求消息，再由msc通過發(fā)送清除命令指令bsc釋放相關(guān)專用資源（如地面電路）。在ip架構(gòu)下，已取消了地面電路概念，因此對(duì)呼叫清除流程進(jìn)行了簡化，取消了清除請(qǐng)求消息，bsc側(cè)可以直接向msc發(fā)送清除命令。bsc側(cè)發(fā)起的清除流程如圖4（b）所示。a.was收到移動(dòng)臺(tái)發(fā)來的釋放指示或由于其他原因，首先釋放本次呼

14、叫相關(guān)資源，然后向cs發(fā)送清除命令，指示cs清除本次呼叫；b.cs收到was發(fā)來的清除命令，釋放本次呼叫相關(guān)資源后，向was發(fā)送清除完成消息，同時(shí)釋放處理id。was收到清除完成后也釋放處理id，完整整個(gè)信令連接的釋放。23業(yè)務(wù)子接口設(shè)計(jì)231ip包交換方式因核心網(wǎng)絡(luò)基于ip架構(gòu)，故業(yè)務(wù)子接口采用ip包交換方式傳輸業(yè)務(wù)流。ip包交換基于ip包格式的分組交換，是一種非面向連接或無連接的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式。各種語音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都采用ip包的格式，使用統(tǒng)一的以太網(wǎng)接口及協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)交換完成傳輸。它可實(shí)現(xiàn)多種速率的交換，能靈活支持帶寬不同的多種業(yè)務(wù)，并且只在發(fā)送時(shí)才占用網(wǎng)絡(luò)資源，網(wǎng)絡(luò)資源可由各個(gè)業(yè)務(wù)共享。2

15、32ip包交換下的業(yè)務(wù)流控制模型業(yè)務(wù)子接口的資源實(shí)體包含was業(yè)務(wù)部件和cmg。was業(yè)務(wù)部件的業(yè)務(wù)端子稱為was端口，它可以輸入輸出ip包媒體流，完成無線接入網(wǎng)與核心網(wǎng)業(yè)務(wù)流的交互。cmg包括兩種業(yè)務(wù)端子：中繼端口和聲碼器。中繼端口完成pcm語音流的輸入輸出。聲碼器完成pcm流和ip包媒體流的轉(zhuǎn)換。這三種業(yè)務(wù)端子的不同組合衍生出不同的業(yè)務(wù)流控制模型，完成用戶業(yè)務(wù)流在業(yè)務(wù)子接口上的傳輸。（1）was與was相同聲碼器編碼類型主被叫雙方位同一局且雙方聲碼器類型相同時(shí)，呼叫一方產(chǎn)生的業(yè)務(wù)包可以不經(jīng)cmg進(jìn)行編碼類型轉(zhuǎn)化而直接通過內(nèi)部ip網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到另一方。雙方業(yè)務(wù)端口均為was業(yè)務(wù)端口。（2）was

16、與was不同聲碼器編碼類型主被叫雙方位于同一局但雙方聲碼器類型不同時(shí)，呼叫一方產(chǎn)生的業(yè)務(wù)包括必須經(jīng)本端聲碼器轉(zhuǎn)換為pcm語音流，再通過將兩端聲碼器的pcm出口對(duì)接形成的ip隧道輸入到對(duì)端聲碼器中；對(duì)端聲碼器將pcm語音流轉(zhuǎn)化為ip包，再經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)發(fā)往另一方的was端口。（3）was與中繼端品主被叫雙方位不同局且其中一方的業(yè)務(wù)端口為中繼端口，或一方為漫游用戶、另一方的業(yè)務(wù)端口為中繼端口時(shí)，需要一個(gè)聲碼器來完成ip與pcm語音流的轉(zhuǎn)化，且此聲碼器與中繼電路須處于同一cmg中。（4）中斷端口屬于相同cmg呼叫雙方的業(yè)務(wù)端口皆為中斷端口并且屬于同一cmg時(shí)，將兩中斷端口的pcm出口對(duì)接即可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)交互。

17、（5）中繼端口分屬不同cmg呼叫雙方的業(yè)務(wù)端口皆為中繼端口但不屬于同一cmg時(shí)，雙方需要在各自中繼端口所屬cmg上申請(qǐng)一個(gè)聲碼器以完成pcm語音流與ip包的相互轉(zhuǎn)化。一方發(fā)出的pcm語音流經(jīng)聲碼器轉(zhuǎn)化為ip語音包，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)交換一到達(dá)另一方所屬cmg的相應(yīng)聲碼器，再轉(zhuǎn)換為pcm語音流通過中繼端口發(fā)送出去，反之亦然。通過對(duì)以上各種模型的分析可知，在無線ip環(huán)境下實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端之間的話音業(yè)務(wù)時(shí)，業(yè)務(wù)流在a接口上無需經(jīng)過編碼類型轉(zhuǎn)換而以ip包方式直接交互，節(jié)約了聲碼器資源，避免了標(biāo)準(zhǔn)a2接口上固定的聲碼器-中繼-聲碼器連接模式中的兩次編解碼變化對(duì)語音質(zhì)量的損失，從而提高了業(yè)務(wù)質(zhì)量。3指配流程的改進(jìn)（1）

18、標(biāo)準(zhǔn)指配流程描述如上所述，在設(shè)計(jì)a接口協(xié)議流程時(shí)，繼承了標(biāo)準(zhǔn)流程中的指配流程：即收到cm業(yè)務(wù)請(qǐng)求或?qū)ず繇憫?yīng)時(shí)，was并不立即與ms建立無線業(yè)務(wù)信道，而是收到cs的指配請(qǐng)示消息后，was才開始與ms交互交開始建立無線業(yè)務(wù)信道。（2）弊端在測試過程中，was從收到ms初始信道到收到cs的指配請(qǐng)求最多可能需要6s。而cdma無線環(huán)境是高時(shí)變系統(tǒng)，每時(shí)每刻都可能因?yàn)閙s的移動(dòng)或周邊環(huán)境的變化引起無線環(huán)境的變化。這樣當(dāng)was收到cs指配請(qǐng)求、開始在ms始發(fā)消息帶來的無線環(huán)境參數(shù)指導(dǎo)下建立業(yè)務(wù)信道時(shí)，以前的測量參數(shù)已不完全適合現(xiàn)在的無線環(huán)境，這樣基站要俘獲ms只有加大功率反復(fù)搜索，對(duì)設(shè)備資源和系統(tǒng)容量都有很大的負(fù)面影響，同時(shí)系統(tǒng)呼損率較高。（3）改進(jìn)鑒于上面的分析，對(duì)指配流程進(jìn)行改進(jìn)：在不支持加密業(yè)務(wù)的前提下，把業(yè)務(wù)信道建立的時(shí)機(jī)提前，即只要was收到ms的始發(fā)消息，就開始俘獲ms建立業(yè)務(wù)信道；待業(yè)務(wù)信道成功建立后，was再向cs發(fā)送a1接口呼叫建立消息，這樣ms就不會(huì)在業(yè)務(wù)信道建立前的間隙逃脫。實(shí)踐證明以上流程的修改顯著降低了系統(tǒng)的呼損率。（4）進(jìn)一步研究指配流程在標(biāo)準(zhǔn)接口中有兩個(gè)作用：指配地面電路、指配無線信道?；趇p的cdma20