（通信与信息系统专业论文）gsmr网络a接口互联互通测试及组呼拥塞抢占分析.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：铁路综合数字移动通信系统g s m r 在铁路跨越式发展中扮演着越来 越重要的角色，已成为铁路移动通信发展的方向。由于网络规模的逐渐扩大以及 结构的日趋复杂，需要引进不同厂家的设备以降低成本，那么互联互通就是亟待 解决的问题。本文以铁道部重点项目“中国铁路g s m r 互联互通测试”为背景， 主要研究了g s m r 网络a 接口互联互通测试及组呼拥塞抢占。 首先，本文详细介绍了g s m r 网络结构和语音组呼技术、初步研究了组呼 中的多优先级强拆技术及信道的拥塞问题、简单分析了专用控制信道( s d c c h ) 和业务信道( t c h ) 产生拥塞的原因，在此基础上评估用户在这两种信道上的话 务量，得出比较合理的s d c c h 与t c h 的信道分配比例。 接着，本文结合组呼的拥塞抢占的互联互通测试，分析了各厂家的资源抢占 方案以及协议规范中的空白点，设计了测试扩展用例并对重点信元做对比分析， 提出了资源拥塞情况下的抢占处理策略，以保证铁路特殊应用实现的高效性和一 致性。 最后，本文结合先进的现代化测试管理流程，详细设计了a 接口互联互通 测试流程，解决了目前测试中出现的内容繁琐、测试工作交接中易损失等问题， 从而为g s m - r 网络互联互通测试的进一步发展提供了参考。 关键词：g s m r ：语音组呼；a 接口；拥塞；测试流程 分类号：即2 9 5 2 ；u 2 8 5 2 1 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t ：g s m r ( g s mf o rr a i l w a y ) s y s t e mp l a y sam o r e a n dm o r e i m p o r t a n tr o l ei nt h ed e v e l o p m e n to ft h er a i l w a ym o b i l ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , w h i c hl e a d st h ed i r e c t i o no fi t se v o l u t i o n a st h ee x p a n s i b i l i t yo ft h en e t w o r ka n d c o m p l i c a t i o no ft h ec o n f i g u r a t i o n ，d i f f e r e n tc o m p a n i e s e q u i p m e n t si u ea d o p t e dt o d e c r e a s et h ec o s t ，w h i c hm e a n st h ei n t e r o p e r a b i l i t yb e e o m e sa nu r g e n ti s s u e t h i sp a p e r m a i n l yf o c u s e do nt h ei n t e r o p e r a b i l i t y t e s ta n dv g c s ( v o i c eg r o u pc a l ls e r v i c e ) c o n g e s t i o np r e e m p t i o nf o rg s m ra i n t e r f a c e ，u n d e rt h eb a c k g r o u n do ft h em i n i s t r yo f r a i l w a yk e yp r o j e c tw h i c hi s “t h ei n t e r o p e r a b i l i t y t e s tf o rc h i n ar a i l w a yg s m r l i e t w o r k ” f i r s t l y , t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e dt h ea r c h i t e c t u r eo fg s m - rn e t w o r ka n dv g c s t e c h n o l o g yi nd e t a i l , a n a l y z e dt h ei n f l u e n c eo fm u l t i l e v e lp r e c e d e n c ea n dp r e e m p t i o n t e c h n i q u ea n dc h a n n e lc o n g e s t i o np r o b l e mr o u n d l y , p r e s e n t e dt h er e a s o no ft h ec h a n n e l b l o c k , s u c ha ss d c c h a n dt c h b a s e du p o nt h o s et h r e ea s p e c t s ，e v a l u a t e dt h ep e ru s e r t r a f f i ci ne a c hk i n do ft h ec h a n n e l ，c a l c u l a t e dt h ep r o p e rc h a n n e lp r o p o r t i o nb e t w e e n s d c c ha n dt c h s e c o n d l y , a c c o r d i n gt o t h e i n t e r o p e r a b i l i t y t e s to ft h ev g c sc o n g e s t i o n p r e e m p t i o n , t h i sp a p e ra n a l y z e dt h er e s o u r c ep r e e m p t i o ns c h e m eo fe a c hc o m p a n y , d i s c u s s e dt h ev a c a n c yo ft h ep r o t o c o l s ，a n dt h e np r o p o s e dar e s o u r c ep r e e m p t i o n s t r a t e g yt oa s s u r et h ee f f i c i e n c ya n dc o n s i s t e n c yo fr m l w a ys p e c i a la p p l i c a t i o n f i n a l l y , t h et e s tf l o wo ft h ea i n t e r f a c ew a sp r o p o s e dc o m b i n e dw i t ht h em o d e m t e s tm a n a g ef l o w , p r e s e n t e ds o l u t i o n st ol o s so fi m p o r t a n ti n f o r m a t i o n a l lo ft h e i m p r o v e m e n tc a nm a k ep o s i t i v ec o n t r i b u t i o n s t ot h ed e v e l o p m e n to ft h eg s m r n e t w o r ki n t e r o p e r a b i l i t yt e s t k e y w o r d s ：g s m r ：v o i c eg r o u pc a l l ；ai n t e d a c e ：c o n g e s t i o n ；t e s tf l o w c l a s s n 0 ：t n 9 2 9 5 2 ：u 2 8 5 2 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作考签名：问茬 签字日期：0 卵年归月西日 导师签名：彳荡 弘争 【 签字日期：d 7 年7 上月以日 北京交通大学硕士学位论文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：问男签字日期；刁年伊月圩日 致谢 本论文的工作是在我的导师谈振辉教授的悉心指导下完成的，谈振辉教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来 谈振辉老师对我的关心和指导。 特别感谢钟章队教授悉心指导我完成了实验室的科研工作，在学习上和生活 上都给予了我很大的关心和帮助，在此向钟章队老师表示衷心的感谢。 陈霞、李旭、张小津、金晓军、朱刚、吴昊、杨焱、蒋文怡、丁建文等老师 对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，实验室的同学们给予了我许多帮助，在此向 他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学 业。 引言 1 1 本课题的研究背景 1 1 1g s m r 综述 1 引言 铁路综合数字移动通信系统( g s m r a i l w a y ) 是国际铁路联盟i c ) 为了满足 2 1 世纪欧洲铁路一体化进程而提出的铁路专用调度通信系统，是一种基于g s m 系 统平台的、专门为满足铁路应用而开发的数字式无线通信系统。它针对铁路通信、 列车调度、列车控制、高速列车运行等特点，为铁路运营提供定制的附加功能， 是一种经济高效的综合无线通信系统。g s m r 借助全世界广泛应用的g s m 成熟 技术，具有高可靠性，能够满足高速铁路的要求，并且可以向通用移动通信系统 ( u m t s ) 平滑演进。耳前，g s m r 已经成为中国铁路未来的发展方向，并在青 藏铁路格尔木不冻泉试验段上开始投入使用“1 。 g s m - r 系统是在世界上最成熟的9 0 0 mg s m 基础上实施的，为了满足铁路的需求 引入了话音广播、语音组呼、增强多优先级抢占与强拆、功能寻址、位置寻址等 功能，主要解决调度员与司机间的运营通信、调车作业通信、车站和维修段的地 区通信、旅客服务通信等，并为列车控制、信息传输、远程遥测、遥控信息等车 地间信息传输提供通道，图1 1 为g s m - r 系统的业务模型层次结构图“1 。 北京交通大学硕士学位论文 图1 1g s m - r 系统业务结构 ( f i g 1 1t h es e r v i c es t r u c t u r eo fg s m - rs y s t e m ) 我国对g s m - r 系统的研究是从1 9 9 4 年开始，当时研究的重点是g s m - r 和陆地 集群通信系统进行比较。由于g s m - r 具有更适合铁路运输特点的功能优势、更成 熟的技术，于2 0 0 0 年底我国正式确定g s m - r 作为铁路未来发展方向“1 。 2 0 0 2 年1 0 月2 6 日，铁道部在北京交通大学投资建立了国内第一个g s m - r 科 研实验室g s m r 研究与应用模拟系统实验室。此试验室主要对既有线提速、客运 专线、青藏线建设和高速铁路等无线通信需求进行研究。实验室从成立至今，已 开发出功能寻址、位置寻址、无线列车调度通信、区间移动通信、尾部风压检测、 车次号传递等功能。至今，在我国已经初步建设了分别代表高原、重载和繁忙干 线的青藏线、大秦线、胶济线三条g s m - r 铁路，取得了初步经验，为g s m r 技术 在中国铁路的大发展奠定了良好基础。 1 1 2g s m r 互联互通测试的国内外背景 欧洲各国十分重视g s m - r 网络的互联互通问题，欧洲铁路联盟( u l c ) 和各国 铁路分别成立了专门组织，负责组织不同厂家设备之间的互联互通测试工作。现 已在实验室已经完成了g s m r 不同厂家设备的开放性和互操作性的通用功能测试 ( i n t e r o p e r a b i l i t yt e s t i n g ，简称i o t ) 。目前，根据欧洲部分国家铁路运营商的要求， 正在进行国家之间g s m r 网络的1 0 t 测试，主要是基于多厂家的供货环境，测试 地点为用户机房或厂商与用户合作共建的测试平台上，测试重点是端到端的功能 和应用测试。 我国铁路g s m r 建设过程中，根据铁道部组织制定g s m r 应用技术条件， 国内厂商已经完成了适合中国铁路应用需求的终端产品的二次开发工作：完成了 青藏线试验段系统功能测试和机车综合无线通信设备静态功能测试和机车运行试 验。已收集的大量实际运用数据和测试结果证明，国内有多家厂商提供的终端产 品能够达到应用技术条件的要求。但是，不同生产厂家g s m r 设备之间的互联互 通测试在国内还未开展过。 与欧洲比较，我国铁路g s m r 网络存在以下不同： 我国g s m - r 智能网规范基于g s mc a m e l 3 制定，而欧洲各国铁路尚未 统一。 我国在g s m r 网络发展中同步建设g p r s 网络，而欧洲尚未使用g p r s 。 我国的g s m r 编号方案与欧洲存在一些差异。 欧洲参与g s m r 互联互通测试只有两家公司，而我国目前是三家公司。 2 引言 因此，我国铁路g s m r 互联互通工作应在欧洲铁路的基础之上，结合实际需 求进行，具体内容如下： 智能网设备与交换机之间的互联互通测试； 交换机之间的互联互通测试； 交换机与无线网络之间的互联互通测试； g p r s 设备之间的互联互通测试。 1 1 3 我国g s m r 互联互通测试进展 2 0 0 5 年上半年，铁道部即开始部署互联互通测试的各项前期准备工作，按照 部领导的要求，北京交大与有关厂商进行了多次技术交流，确定了本次互联互通 的软硬件协议版本，同时编写了g s m - r 互联互通测试案例和技术规范。 我国g s m r 互联互通测试范围包括电路域、数据域以及智能网，由基本功能 测试、g s m - r 业务相关测试以及接口健壮性测试组成，测试涉及到以下接口： a 接口：b s c 与m s c 之间的接口。 l 接口：业务控制点s c p 与m s c s s p 之间的接口。 c d 接口：h l r 与m s c v l r 之问的接口。 e 接口：m s c 之间的接口。 g b 接口：p c u 与s g s n 之间的接口。 g r 接口：s g s n 与h l r 之问的接口。 c m 接口：s g s n 与s g s n g g s n 之间的接口。 根据铁道部的总体部署，g s m r 互联互通测试分为实验室测试和现场测试两 个阶段进行，目的是验证不同网络设备之问的互联互通性，验证中国铁路g s m r 各种业务，为g s m r 工程的投资、建设提供经验。 g s m r 网络设备由三个厂家提供，分别为在各自的实验室准备好测试环境， 并具备将被测网络设备连接起来的传输电路。 三地组网示意图如图1 2 所示，其中分组域电路采用1 0 0 m 以太网接口连接， 电路数量在测试大纲中确定，并需要向电信运营商租用。 此次由中国铁道部组织的三家设备商之间的互联互通测试在国内尚属首次， 结合国内外通信网络的实践经验，解决设备之间的互操作性问题，有利于设备供 货市场形成良好竞争局面，保护工程投资，降低风险；有利于形成全程全网的解 决方案，最大限度发挥总体效益；有利于网络长远发展，对g s m r 技术在中国推 广起到积极的推动作用。 3 北京交通大学硕士学位论文 图1 2 互联互通测试组网示意图 ( f i 吕1 2 t h e n e t w o r ks t u c t u 砧o f t h e i n t e r o p e r a b i l i t y t e s t ) 注；a , b , c 为三家设备商，a , b , c 为三地实验室 1 2 论文主要工作 本论文以g s m - r 互联互通测试工作为基础，结合铁路实际应用需求，对现有 g s m r 网络a 接口测试存在的问题进行分析研究，并提出解决方案或解决思路。 在g s m r 网络结构中，a 接口位于网络子系统( n s s ) 与基站子系统( b s s ) 之间，主要传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息，为整个 网络中最为基础、最为关键的接口。尽管a 接口是开放化、标准接口，但是由于 铁路特殊业务应用要求以及需要不同厂家的设备实现互联互通，在a 接口测试尤 其是拥塞抢占测试中仍然存在很多问题。 a 接口测试主要包括基本呼叫功能测试和g s m r 相关业务测试，语音组呼 ( v g c s ) 、增强多优先级抢占( e m l p p ) 是g s m - r 相关业务测试中的重点，也是 最体现铁路应用特色的技术，在需求和技术上都占有关键的地位，尤其在通信资 源不充分的情况下，组呼拥塞抢占机制在各个厂家之间存在很大的差异性，本文 结合实验室互联互通项目中a 接口组呼资源抢占测试，借助信令分析仪，对通信 流程进行详细分析，并且对于争议性较大的问题设计扩展案例，对比测试结果， 给出合理建议，避免类似问题在今后测试中重复出现，推进组呼业务在g s m 。r 网 络中的现场应用“1 。具体工作包括： 4 引言 分析了g s m r 网络语音组呼业务和拥塞原理 分析a 接口拥塞测试存在的主要问题及一致性的解决方案 针对优先级资源抢占的业务实现设计相关用例，进行详细分解测试 结合铁路实际应用情况对v c , c s 释放及保持情况提出可行性方案 优化设计a 接口测试流程 1 3 论文结构安排 本文通过对g s m r 网络a 接口语音组呼和拥塞抢占过程中信令流程的详细描 述，深入分析了目前互联互通测试中存在的问题，提出了建议方案，这种方案有 助于今后制定新的铁路通信技术标准，满足应用需求，并且针对目前测试流程不 规范的现状，提出了现代化的测试管理流程，新的管理方法有助于测试的延续性 和有效性。 论文的结构如下： 第二章介绍g s m r 的网络结构、主要接口，并且重点分析了组呼业务，包括 组呼的业务描述、对网元的需求，最后从组呼业务实现的角度分析了v g c s 业务 模块对移动侧和网络侧的要求。 第三章对语音组呼( v g c s ) 的中存在的关键问题e m l p p 和组呼信道拥塞理 论进行了详细的理论分析，针对铁路语音组呼中存在的信道拥塞现状，从话务量 的角度加以分析，提出评估s d c c h 信道话务量的计算方法，最后给出了s d c c h 信道与t c h 信道的最佳分配关系。 第四章分析了在资源拥塞情况下的资源抢占的实现流程，结合实际测试中各 个厂家的资源抢占方案以及协议规范，指出了不同厂家的实现差异性、给出了一 致性的改进方案、设计复杂情况下的扩展案例、提出了资源拥塞情况下的如何实 现抢占的建议。 第五章把先进的测试管理方法与实际的测试相结合，进行了测试流程设计和 优化。把整个测试分为测试的准备、测试执行、测试总结几个阶段，详细设计了 操作步骤，为互联互通测试流程的规范化管理提供了参考，使测试成果得到更好 的延续。 5 北京交通大学硕士学位论文 2g s m r 网络以及语音组呼业务 g s m r 是一种基于g s m 系统平台的、专门为满足铁路应用而开发的数字无 线通信系统。它针对铁路通信、列车调度、列车控制、高速列车运营等特点，为 铁路运营提供定制附加功能，是一种经济高效的综合无线通信系统。 2 1g s m r 铁路专用通信网 2 1 1g s m r 系统的网络结构 g s m r 系统的网络结构以g s m g p r s 网络结构为基础，在g s m g p r s 网络 的基础上增加了一些专用功能实体。g s m 系统主要由移动交换子系统( m s s ) 、基 站子系统( b s s ) 和移动台( m s ) 三大部分组成，此外还包括操作维护子系统 ( o m c ) 。g s m 系统网络结构如图2 1 所示唧。 罐蕊 饼一话踊 图2 1 g s m 系统网络结构 ( f i g 2 1n e t w o r ka r c h i t e c t u r eo f g s ms y s t e m ) 网络中各功能实体的描述如下： 1 ) m s c ( 移动交换中心) 包含了m s c 区所有的交换功能。m s c 考虑了用户的移动性，管理一些特殊 的过程，如位置登记、更新、越区切换，它还负责对无线资源进行管理，这些是 它与固定网络交换机的主要差别。m s c 用于建立业务信道以及在m s c 之间或与 其他网络之间交换信令信息。 2 ) h l r ( 归属用户位置寄存器) h l r 是g s m 系统的中央数据库，存储着该h l r 控制的所有移动用户的相关 数据。一个h l r 能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信网，所有移动用 6 g s m - r 网络以及语音组呼业务 户重要的静态数据都存储在且中，包括移动用户识别号码、访问能力、用户类 别和补充业务等数据。h l r 还存储可为m s c 提供关于移动用户漫游所在m s c 区 域的相关动态数据。 3 ) v l r ( 访问用户位置寄存器) v l r 服务于其控制区域内移动用户，存储着进入其控制区域内己登记的移动 用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫接续的必要条件。v l r 从该移 动用户的h l r 处获取并存储必要的数据。一旦移动用户离开该v l r 的控制区域， 则重新在另一个v l r 登记，原v l r 将取消临时记录的该移动用户数据。因此， v l r 可看作为一个动态用户数据库。 4 ) a u c ( 鉴权中心) g s m 系统采取了特别的安全措旌，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、数 据和信号信息进行保密等。因此，鉴权中心( a u c ) 存储着鉴权信息和加密密钥， 用来防止无权用户接入系统、保证通过无线接口的移动用户通信安全。 5 ) e i r ( 移动设备识别寄存器) e i r 存储着移动设备的国际移动设备识别码( i m e i ) ，通过检查白色清单、黑 色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别列出了准许使用的、出现故障需监 视的、失窃不准使用的移动设备的i m e i 识别码，使得运营部门对于不管是失窃还 是由于技术故障或误操作而危及网路正常运行的m s 设备，都能采取及时的防范 措施，以确保网络内移动设备的唯一性和安全性。 6 ) o m c ( 操作维护中心) o m c 对整个p l m n 网络进行管理和监控，起着对网络各功能实体的监视、状 态报告、故障诊断等作用。 7 ) s c ( 短消息中心) s c 提供短消息业务功能。 8 ) b s c ( 基站控制器) b s c 是基站子系统的控制部分，基本功能包括：无线呼叫处理、无线资源管 理、业务集中管理和短消息业务( 小区广播消息) 。 9 ) b t s ( 基站收发信台) b t s 是基站子系统的无线部分，由基站控制器( b s c ) 控制，服务于某个小 区的无线收发信机设备，完成b s c 与无线信道之间的转换，实现b t s 与移动台 ( m s ) 之间的无线传输及相关的控制功能u 1 。 g s m r 的网络结构以g s m 网络结构为基础，如图2 2 所示，g s m r 网络结 构类似于g s m 网络结构，由于铁路特殊业务，引入了g c r 逻辑实体。 7 北京交通大学硕士学位论文 图2 2 g s m r 网络结构 ( f i g 2 2t h ea r c h i t e c t u r eo fg s m rn e t w o r k ) g c r ：g c r 是g s m r 中的一个新数据库，用来存储v g c s 和v b s 相关的数 据。g c r 可以置于m s c 中，也可独立集中建设( 需要约定接口标准) 。通常将g c r 作为m s c 的一部分。存储组呼相关的属性，包括：组识别号、调度员地址、所属 m s c 区域下行链路小区识别号、与组呼相关的e m l p p 优先级、主控m s c 和中继 m s c 号码等。 2 1 2g s m r 系统的网络接口 g s m r 系统是由多个功能单元通过接口互连构成的。接口就是各组成单元之 间物理和逻辑上遵守一定协议的连接。在g s m r 系统中主要的接口有：无线( u r n ) 接口、a b i s 接口、a 接口，见图2 3 1 4 1 。 团1 日 曰 ： 穆曲台lm s j： 墨站于乐统ib s s 图2 3g s m r 网络接口示意图 ( f i g 2 3g s m - rn e t w o r ki n t e r f a c e ) 8 卜 1 _ j 犍 暮统i1 4 s $ g s m - r 网络以及语音组呼业务 m s s 与b s s 之间的接口为a 接口，定义为g s m - r 系统中移动业务交换中心 ( m s c ) 与基站控制器( b s c ) 之间的通信接口。a 接口是一个开放的接口，不 同厂家之间的基站设备和网络设备可以兼容。a 接口基于2 m b s 数字接口，主要 传递呼叫处理、移动性管理、基站管理、移动台管理等信息。基站和网络就是在 这些信令的控制下协同工作的。 基站子系统的两个功能实体基站控制器( b s c ) 和基站收发信台( f r s ) 之间的通 信接口为a b i s 接口，其物理链接采用标准的2 0 4 8 m b s 或6 4 k b s p c m 数字传输链 路。 m s 与b t s 之间的接口为无线( u m ) 接口，该接口用于移动台与g s m - r 系 统的固定部分互通，物理上通过无线链路实现。此接口传递的信息类型包括无线 资源管理，移动性管理、接续管理等 u m 接口、a b i s 接口、a 接口都是开放的接口，分别在g s m 0 4 0 8 、0 8 5 6 、0 8 0 8 等协议规范中有详细的说明。 2 2g s m r a 接口相关规范 a 接口信令协议参考模型见图2 4 6 。 图2 4 a 接口信令协议参考模型 ( f i g2 4a i n t e r f a c ep r o t o c o lr e f e r e n c em o d e l ) a 接口的物理层基于2 m b i t s 的f c m 链路，除有一定数目的话音数据信道外 还有传送信令的信道，有关呼叫、切换及释放等信令数据都可使用此信道。 m t p 的主要功能是在信令网中提供可靠的信令消息传递，并在系统和信令网 故障情况下，为保证可靠的信息传递作出响应，采取措施避免或减少消息丢失、 9 口 14 北京交通大学硕士学位论文 重复及失序。m t p 需要遵循r r u t 建议q 7 0 1 彳1 0 的标准。 s c c p 的设计宗旨是和m t p 的第三级相结合，提供比较完善的网络层功能。 o s i 模型要求网络层提供的业务分为两大类，即面向无连接业务与面向连接业务。 s c c p 需要遵循玎u - t 建议q 7 1 1 - 7 1 6 的标准。通过s c c p 的应用可实现：信令网 之间互通；移动通讯、智能网、智能管理中各项新业务与新功能；i s d n 补充业务； 网管中心间的数据传送等。总之，s c c p 以m t p 为基础，为任何形式的信息交换 提供可靠服务。s c c p 不但能提供网络业务功能，还具有一定的路由功能与网络管 理功能。 b s s a p 协议为a 接口三层规范，描述了两类消息：b s s m a p 消息和d t a p 消 息，其中b s s m a f 消息负责业务流程控制，需要相应的a 接口内部功能模块处理。 对于d t a p 消息，a 接口仅相当于一个传输通道，在基站子系统侧，d t a p 消息被 直接传递至无线信道；在移动交换子系统侧，d t a f 消息被传递到相应的功能处理 单元。b s s a p 协议所遵从的规范有：e t s ig s m0 8 0 8 规范以及e t s ig s m0 4 0 8 规范。郇 2 3 语音组呼业务( v g c s ) 2 3 1 语音组呼业务 v g c s 是v o i c eg r o u pc a l ls e r v i c e 的缩写，即语音组呼业务，简称组呼，是一 种电信业务。g s mp h a s e 2 + 里引入该业务，使得移动用户之间能够建立点对多点的 连接，组呼业务的基本结构见图2 51 4 1 a 图2 5 组呼业务的基本结构 ( f i g 2 5v g c ss e r v i c ea r c h i t e c t u r e ) 语音组呼业务可以使组成员在预定义的组呼区域内( 图中灰色的部分) 参与多 g s m - r 网络以及语音组呼业务 方通话，采用公共下行链路，所有的业务用户均收听该下行链路，讲话者的角色 可以转换，通过竞争的方式占用上行链路，同时只能有一个业务用户占用上行链 路。组呼通过特定的组呼参考来标识，组呼参考由组呼区域编号和组d 唯一确定， 组呼区域编号用来界定组呼所覆盖的地理范围，以蜂窝小区为基本单位，组d 标 识该组的功能，即由哪些身份的成员参加。 图2 5 中，阴影小区表示组呼区域，它们可以属于不同的b s c 管辖，发起组 呼的用户所属的m s c 定义为主控m s c ，其它相连接的m s c 叫做中继m s c ，它 们都要受到主控m s c 的控制。m s c 必须支持会议功能，以便能够组织点对多点 的呼叫。为了能够覆盖所有的服务区域，b s c 分配必要的资源来支持组呼业务， 在空中接口，通过公共下行链路的方式建立一个信令信道和业务信道，一个小区 内所有的业务用户共享该信令信道和业务信道。 组呼成员包括业务用户和调度员。业务用户是预定了v g c s 业务的移动用户， 使用半双工无线信道，必须先争取到上行链路的才能讲话，业务用户可以通过组 m 来发起组呼。调度员拥有随时讲话的权利，可以是固定用户或移动用户，移动 调度员可以位于组呼区域外。调度员通过拨叫组呼参考的方式发起组呼，是组呼 通信中具有较高级别的管理者，各自占用一对专用信道。 典型的组呼过程是：发起者以正常的呼叫流程发出呼叫请求，请求建立某个 组d 的v g c s 通信，网络检测到其呼叫请求为组呼，验证并确认后，则向g c r 查询该组的各种属性参数，然后在组呼区域定义的一个或者多个蜂窝小区的通知 信道上发送组呼通知消息，呼叫签约了这个组d 的所有成员。组成员接收到通知 消息后即可加入，非本组成员忽略此消息。在一个蜂窝小区内，所有组成员在一 条共享的下行信道上聆听话音，而不占用对应的上行链路，该上行链路分配给讲 话的业务用户。由于同一时刻只能有一个组呼的业务用户占用上行链路，因此在 组呼中，只有调度员和一个业务用户可以讲话。网络的m s c 使用会议桥来连接所 有参与方。 语音组呼成功建立后，如果业务用户想讲话，按下m 向网络发送请求，如 果当前组呼的上行链路空闲，则该用户可以占用上行链路讲话，并同时利用下行 链路聆听信息，这时下行链路会对上行链路产生回声，所以，如果只有讲话的业 务用户一人在讲话时，讲话用户的移动台应屏蔽掉下行链路的语音。如果除了讲 话用户讲话外，还有调度员在讲话时，移动台会收到一个指示，然后不再屏蔽下 行链路的语音。如果调度员不再说话，讲话用户仍接入到上行链路中，移动台会 收到指示再次屏蔽下行链路的话音。此时调度员和聆听的业务用户可以听到所有 人的声音。 组呼的释放成员包括主叫用户、授权调度员。由主叫业务用释放组呼时，主 1 1 北京交通大学硕士学位论文 叫用户必须占用上行链路。此外，组呼还定义了一个无语音行为时间，超过这个 时间，组呼由网络自动释放。 2 3 2 语音组呼对移动终端和网络侧的要求 2 3 2 1 语音组呼对移动台侧要求 v g c s 业务的实现必须有手机侧的配合，指的是手机终端要支持v g c s 功能， 这就需要在手机终端系统的业务层相关协议栈中增加v g c s 处理模块，由于v g c s 属于g s mp h a s e 2 + 阶段补充业务，目前一般的手机终端还不能很好的支持组呼业 务，尤其是带有特定优先级抢占的业务，现场主要以国外s a g m 的手机终端为主， 华为也在积极研制g s m r 手机终端，通过功能性测试基本达到了指标要求，相信 在不久的将来会有更多的国内厂家加入到g s m r 手机终端的研发和测试中来1 6 j 2 3 2 2 语音组呼对网络侧的要求 移动网络中向用户提供语音组呼业务，一次语音呼叫的完成需要通过多个 m s c 的交换，其中与手机终端直接交互的m s c 成为接入m s c ，在接入m s c 中 完成语音组呼功能的模块就是v g c s 业务模块。 g s m r 网络侧是基于m s c 系统实现的，因此v g c s 作为g s m r 系统业务的 一部分也是以m s c 为基础的，通过在系统的业务层增加相应功能模块实现。可以 把m s c 处的软件结构划分为以下几部分，如图2 6 。 图2 6 m s c 软件结构 ( f i g 2 6m s c s o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ) 几个子系统完成的功能如下： 1 ) 操作维护子系统： g s m - r 网络以及语音组呼业务 主要包括数据的更新、删除、增加、计费管理、话务统计、告警、诊断测试 等。 2 ) 运行支撑系统： 包括进程管理、消息细节、时钟管理、通讯、文件管理、系统装载等功能。 3 ) 信令处理系统： 包括呼叫处理、智能业务等部分，主要有t u p ( 电话用户部分) 、i s u p ( 对i s u p 的用户部分) 、t c a p ( 事务处理部分) 、m t p ( 消息传递部分) 、s c c p ( 信令连接 控制部分) 等内容。 4 ) 数据库管理： 包括路由选择、号码分析、数据配置及维护等。 5 ) 移动用户子系统： 通过传输控制模块与v l r 、h l r 、m s c 、a u c 等功能实体进行信息交互，完 成m s c 与b s s 的接口信号处理，v g c s 的业务处理功能就是由该模块提供的。 北京交通大学硕士学位论文 3e m l p p 与组呼信道拥塞原理 e m l p p 与组呼信道拥塞是组呼技术应用的难点，也是测试中遇到问题最多的 环节，对它们的研究分析有助于提高组呼技术的可靠性、有效性，优化业务的实 现流程，为以后相关产品的开发提供参考1 4 1 。 3 1e m l p p 功能原理分析 e m l p p 业务包含两个方面，分别是优先级和资源抢占。优先级是指在呼叫建 立时给该呼叫指配一个优先级，并和该呼叫的建立时间类型一起参与网络资源的 竞争与调配；资源抢占是指当网络没有空闲资源可用时，具有较高优先级的呼叫 将抢占较低优先级呼叫占用的信道资源，还可以表现为被叫用户断开正在进行的 较低优先级呼叫而接听高优先级的呼叫阁。 3 1 1e m l p p 业务描述 1 ) e m l p p 的优先级 e m l p p 对于呼叫建立和越区切换时的呼叫接续过程分配了不同的优先等级。 e m l p p 的优先级分为七种：a 、b 、0 、1 、2 、3 、4 。a 和b 为最高的两个优先级， 保留给网络内部的呼叫使用，用于网络紧急呼叫或特定语音广播呼叫。0 、1 、2 、 3 、4 可以提供给用户在整个网络覆盖范围内使用，0 为用户可以预定的最高的优 先等级，4 为最低等级。当与提供多优先级与强拆业务( m l p p , m u l t i l e v e l p r e c e d e n c ea n dp r e e m p t i o ns e r v i c e ) 的f a s 系统或i s d n 网络之间进行互联互通时， 优先级为a 和b 的呼叫都要映射为优先级0 【4 l 。 2 ) e m l p p 的资源抢占 强制占用是指高优先级的呼叫建立时，无线链路资源或网络资源发生拥塞， 或一个高优先级的呼叫切换到另一个小区而该小区发生拥塞，网络将拆除某些正 在进行的低优先级的呼叫，将释放的资源分配给高优先级的呼叫使用。如果来呼 的优先级超过或等于预定义的优先级，移动台可以设为自动应答。为了接入一个 有自动应答功能优先级的来呼，必须强拆正在进行的呼叫，如果用户定制了呼叫 保持业务，可以将正在进行的呼叫为呼叫保持状态。资源抢占分为用户接口资源 抢占和网络资源抢占两种情况。 用户接口资源抢占：用户正在进行一个较低优先级的呼叫，此时一个高优先 1 4 c m l p p 与组呼信道拥塞原理 级的呼叫请求与该用户建立连接，网络将终止用户当前正在进行的呼叫，接入正 在等待的高优先级的呼叫，分两种情况分析： 对于点对点呼口q ，用户接口资源抢占这一过程表现为移动台自动接入处于等待 状态的高优先级呼叫。新的点对点呼叫其优先级高于当前呼叫并具有资源抢占 能力，被叫用户收到呼叫等待提示以及新呼叫的优先级信息，移动台自动退出 当前呼叫而接入新的呼叫；如不具有资源抢占能力，由用户决定是否接受新的 呼叫。 对于组呼或广播呼叫业务，新的组呼或广播呼叫的优先级高于当前组呼或广 播呼叫的优先级，并具有资源抢占能力，移动台自动退出当前组呼或广播呼叫 而加入新的呼叫。 上述两种情况下，呼叫的优先级信息应包含在寻呼消息( p a g i 曲、呼叫等待提 示消息、语音组呼业务( v o c s ，v o i c eg r o u pc a l ls e r v i c e ) 、语音广播业务( v s s ， v o i c e b r o a d c a s t s e r v i c e ) 的通知消息( n o t i f i c a t i o n ) 中，移动台以此做出相应的反应： 自动应答、接口资源抢占或者只是给用户提示。 网络资源抢占：呼叫建立或切换时，没有空闲网络资源，则终止低优先级呼 叫，将资源给高优先级呼叫使用的过程。 根据应用需要，业务提供商可以给e m l p p 的各个优先级定义不同的呼叫建立 时间和是否具有资源抢占能力。 抢占过程是组呼中比较难实现的功能，需要对相关的信元进行设置，对网络 侧和移动终端也是提出了比较高的要求，因此这部分的实现必须综合考虑多种情 况，如设置多用户、多小区、不同业务、不同优先级等情况，信令流程目前还不 是很完善，本论文在第四章中会结合组呼业务的实现过程，给出比较合理的流程 优化设计。 3 1 2e l p p 业务的实现 3 1 2 1 用户侧配置 用户在发起呼叫时，可以选择呼叫优先级。这个优先级事先已经写好在s i m 卡中，如果用户没有选择优先级，则根据拜访位置寄存器( v l r 。v i s i t e dl o c a t i o n r e g i s t e r ) 的数据，使用网络提前定义的缺省优先级。 在用户侧，为了使得用户发起的呼叫含有优先级的消息，需要在s i m 卡中的 基本文件( e f ，e l e m e n t a r yf i l e ) e f e m l p p ( 6 f b 5 ) 写入正确的内容，如图3 1 。 北京交通大学硕士学位论文 文件大小：2 字节 更新：低 访问条件： 读取c h v l 更新a d m 失效a d m 恢复a d m 字节描述必选，可选长度( 字节) l 优先级 必选 l 2快速呼叫建立条件必选 1 图3 1e f e m l p p 文件结构 ( f i g 3 1t h ec o n t e n to f e f e m l p p f i l e ) 第一个字节表示选择的优先级，其编码格式如图3 2 所示( b 1 到b 8 各表示一个 比特1 。 图3 2e f e m l p p 第一字节编码格式 但g 3 2t h ef i r s tb y t eo fe f e m l p p ) 编码规则如下：每一个e m l p p 优先级编为一个比特，定制了某个优先级，则 相应的比特位置1 ，没有定制，相应的比特位置0 ，比特8 保留，置为o 。例如， 用户定制了优先级3 ，则编码为0 0 1 0 0 0 0 0 ，用十六进制数表示为“2 0 ”。 第二个字节表示快速呼叫建立的条件，其编码格式如图3 3 所示。 图3 3e f e m l p p 第二字节编码格式 ( f i g 3 3t h es e c o n db y t eo fe f e m l p p ) 编码规则如下：每一个e m l p p 优先级的快速建立条件编为一个比特，要求某 个优先级具有快速建立的能力，则相应比特位置1 ，反之相应的比特位置o ，比特 8 保留置为o 。例如要求优先级0 能够快速建立，则编码为0 0 0 0 0 1 0 0 ，用十六进制 e m l p p 与组呼信道拥塞原理 数表示为“0 4 ”。 e m l p p 用户可以自己定义对哪些高优先级呼叫进行自动应答，比如将优先级 高于2 的呼叫设置为自动应答，当有优先级为1 的呼叫请求时，移动台就会自动 应答。