（通信与信息系统专业论文）移动交换机中通信管理功能的研究和实现.pdf

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 i 摘摘 要要 移动通信系统已经发展到第三代，但是在核心网的改动始终不大。其中移动交 换机在核心网中又占据了最核心的位置，它主要负责通信管理功能，即呼叫处理功 能。gsm、3g 等系统的相关文档仅对移动交换机的通信管理在功能上给出详尽的描 述。本论文即根据这些功能要求，给出了一种移动交换机呼叫处理模型的设计和实 现方案，并且引入 ip 核心网的概念，将 ip 媒体承载取代以往的 tdm 时隙的承载， 简化了 gsm 通信管理的流程。 本论文首先借鉴 q.931 协议的有关规定，介绍了一种基于状态机和消息驱动的 移动交换机呼叫处理模型的设计，并详细描述了其实现的关键技术，并且列举出其 呼叫的一些典型场景。此呼叫模型对于不同的用户接入协议和中继协议都提供了良 好的扩展性，有利于接入网的扩充和与其他网络的互联。 同时，在业务的实现方面，采用此状态机和消息驱动的机制也可以很便捷地引 入新业务，包括补充业务、增值业务。因此，针对本呼叫处理模型在实现业务便捷 性的优点，文章结合作者在业务方面的研发经验，列举了无应答前转、彩铃业务来 分别描述这两种不同类型的业务的实现方法。而且，由于呼叫处理模型充分考虑到 和 scp 的互连，也很容易引入智能业务。文中列举了本人参与的广域 centrex 业务 来说明智能业务的实现思路。 此方案已经被证明是切实可行的，目前已经被应用在一些商用的交换机中。其 基于模块划分以及状态机和消息驱动的思想对于电信交换系统中呼叫处理部分软件 分析和设计具有普遍意义。 关键词：关键词：通信管理；呼叫处理模型；q.931；有限状态机；消息驱动；业务触发 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ii abstract the mobile communication system has been developed to 3g, but there have been very few changes in the core network. and the msc(mobile switch center) plays a very crucial role in it, with its main responsibility is to do the communication management. however, the related documents of gsm and 3g were restricted to these functional requirements. so this thesis presents a call process model with the ip core network being introduced which is using packet switching to replace the circuit switching and simplifies the logic of call control. with reference to q.931, this thesis proposes the design of a call processing model based on finite state machine and message-driving mechanism, with the key techniques to implement it and the some typical scenarios also analyzed in detail. this model provides good extensity to different user protocols and trunk protocols and it is very convenient to interconnect with other networks. meanwhile, this message-driving based model also facilitates new services, including supplementary services and value-added services. so based on the experiences in the service development, this thesis gives the implementations of cfna(call forward on no answer) and color ring service as examples to illustrate the main principles of service development. moreover, it also provides in interface with scp to offer in services, so the realization of wac(wide area centrex) service is discussed at the end. the whole software scheme has been proved applicable and has been widely used in some commercial exchangers. and the concept of finite state machine and message-driving mechanism also provides guidance to the research of other call processing software in the telecommunication switching network. keywords: communication management; call processing model; q.931; finite state machine; message-driving; service trigger 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：李艳华 日期： 2006 年 5 月 8 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 ，在_ _年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名：李艳华 指导教师签名：黄桂金 日期： 2006 年 5 月 8 日 日期： 2006 年 5 月 8 日 本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 移动通信系统已经发展到第三代，但是在核心网的改动始终不大。其中移动交 换机在核心网中又占据了最重要的位置，它主要负责通信管理功能，即呼叫处理功 能，对其所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路交换，同时也是移动通信系统 与其它公用通信网之间的接口。 1.1 移动通信系统中的移动交换机移动通信系统中的移动交换机 1.1.1 移动通信系统的组成移动通信系统的组成 数字移动通信系统， 如 gsm， cdma 系统在系统结构上基本类似。 在此以 gsm 系统为例说明数字移动通信系统的典型结构1 2，如图 1-1 所示。 图 1-1 移动通信系统的典型组成结构 其主要组成功能实体如下： (1)移动台（ms）:移动通信网中用户使用的设备。 (2)基站子系统（bss） ：通过无线接口与移动台相接，负责无线发送接收和无线 资源管理。同时和 msc 相连，实现移动用户和固定用户之间或移动用户之间的通信 管理。基站子系统包括基站（bts） 、基站控制器（bsc）两部分。 ms bts bts bsc bss omc msc/vlr nmc eir hlr/auc dppspcssemc oss pstn isdn pdn nss 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 (3)操作支持系统（oss） ：提供运营部门来控制和维护网络。 (4)网络子系统 （nss） ： 又被称为核心网部分， 主要完成通信管理和移动性管理。 主要包括如下组成部分： msc（移动交换机） ：网络的核心。它的首要任务是进行通信管理，提供交换功 能及面向固定网的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定网用户互相 连接起来。其次，它支持位置登记的部分移动性管理功能，根据其最新获取的用户 位置登记请求更新 hlr、vlr 的部分数据。最后，它提供部分无线资源管理功能， 如越区切换。 hlr（归属用户位置寄存器） ：系统的中央数据库，存储其控制范围内的所有移 动用户的相关数据。每个移动客户都应在其归属位置寄存器注册登记，它主要存储 两类信息：一是有关客户的参数；二是有关客户目前所处位置的信息，以便建立至 移动台的呼叫路由，例如 msc 地址等。 auc（鉴权中心） ：作为 hlr 的一个功能单元部分，存储着鉴权信息，专用于 系统的安全性管理。 vlr（访问用户位置寄存器） ：临时存储了来访的用户的数据，所处寻呼区域的 识别。一旦用户离开该 vlr 的控制区域，则重新在另一个 vlr 登记，原 vlr 将删 除该移动用户的临时数据。 vlr 是移动台在相应的 msc 控制区域内进行漫游时的定 位和管理数据库。在实际应用中，vlr 功能总是在每个 msc 中综合实现的。 1.1.2 移动交换机通信管理功能移动交换机通信管理功能 当移动用户在接入信道上向另一个移动用户或者固网用户发起呼叫时，或者当 固网用户呼叫移动用户时，网络要为用户呼叫配置所需的控制信道和业务信道，指 定和控制发射机的功率，进行设备和用户的识别和鉴权，完成无线链路和地面线路 的连接和交换，最终建立起主叫用户和被叫用户之间的通信链路。这个呼叫接续过 程称为移动交换机的通信管理功能1 3，也是本文讨论的重点所在。具体过程如下： （1）移动台做主叫 首先，移动台通过随机接入控制信道向网络发接入请求消息，向移动交换机获 取专用控制信道。移动交换机从 vlr 获取相关信息鉴权，鉴权成功后，移动交换机 控制基站分配无线信道。这样，无线链路和地面有线链路建立。随后，移动台向网 路发第一条消息，即接入请求消息，其中包含被叫号码。移动交换机根据此号码将 主叫与被叫所在移动交换机连通，并将被叫号码送至被叫所在移动交换机或送入固 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 定网交换机中进行分析。 一旦通往被叫的链路准备好， 移动台等待被叫的应答信号。 （2）移动台做被叫 若固网用户的入呼叫，首先呼叫会到达 gmsc（关口交换局） 。而移动用户发起 的呼叫，呼叫会到达其所在的移动交换机。gmsc 或者移动交换机向 hlr 询问有关 被叫移动客户正在访问的移动交换机地址。hlr 请求拜访 vlr 分配漫游号码传给 gmsc，gmsc 便利用漫游号码路由建立至被访移动交换机的通路。不管被叫是否 漫游，都需要有先去 hlr 获取漫游号码的过程，哪怕被叫和主叫处在同一个移动交 换机。被访移动交换机也从 vlr 获得有关客户数据，如寻呼区代码，然后通过寻呼 区内的所有基站向移动台发送寻呼消息。直到移动台振铃，向主叫客户回送呼叫接 通证实信号。 除此之外，移动交换机还可以进行部分移动性管理：即根据移动台的位置登记 信息来更新 hlr、 vlr 部分数据。 同时还进行辅助性的无限资源管理： 如越区切换。 由此可见，通信管理在功能上类似于 pstn 电话网中呼叫处理功能，但是考虑 到用户地移动性而作了相应的修改。在业务的实现方面，其提供的基本业务和补充 业务也是建立在固网的交换机的基础之上针对用户的移动性作了必要修改4 5。 由以 上分析可见，移动交换机在呼叫处理的同时还涉及到和其它网络相关实体的交互， 获取用户的信息。其交互信息的主要接口如下： （1）msc 与 vlr 之间的 b 接口属于内部接口。每当 msc 在呼叫处理时需要 知道用户相关业务信息或者用户当前位置时，就查询 vlr。当用户的业务信息变化 或者移动台的位置更新信息时，msc 也通知 vlr，并更新相应的 hlr。此接口可以 采用内部协议实现。 （2）msc 与 hlr 之间的 c 接口，用于传递路由选择和其他管理信息。当建立 固网用户和移动用户与之间的呼叫时，移动交换机作为一个关口交换局（gmsc）提 供面向固定网的接口。呼叫首先被接入到 gmsc，由它负责向被叫 hlr 获取位置信 息即被叫移动台的路由信息，且把呼叫转接到被叫用户所在的被访 msc。 此接口的物理链接是通过 msc 与 hlr 之间的标准 2.048mb/s 的 pcm 数字传 输链路实现的，采用协议是 map。 （3） hlr 与 vlr 之间的 d 接口， 用于交换有关移动台位置和用户管理的信息， 保证移动台在整个服务区内能建立和接收呼叫。链接方式与 c 接口相同 （4）不同 msc 之间的 e 接口，用于切换过程中交换有关信息和补充业务信息。 当移动台在一个呼叫进行过程中， 从一个 msc 控制的区域移动到相邻的另一个 msc 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 控制的区域时，为不中断通信需完成越区信道切换过程需交换有关切换信息以启动 和完成切换。e 接口的物理链接方式是通过 msc 之间的标准 2.048mbit/s pcm 数字 传输链路实现的。可以采用标准 isup 信令通信。 （5）msc 与其它公用电信网，如 pstn、isdn、pdn 互连时可以在二者的交 换机之间直接进行，双方采用 7 号信令系统实现互联。若有多个移动网络，为了使 移动用户能在更大范围内实现漫游，两个网络之间可以采用中介接口设备如公网的 交换机互连。可以采用标准 isup 信令通信6 7。 (6)msc 与 bsc 之间的 a 接口即核心网和无线接入网（通过空中接口和用户终 端相连）之间的接口，其物理链接通过采用标准的 2.048mb/s pcm 数字传输链路来 实现，采用 q. 931 协议通信8。此接口传递的信息包括移动台管理、基站管理、移 动性管理、通信管理等。 1.2 状态机和消息驱动状态机和消息驱动 考虑到移动交换机和普通交换机的相似性，我们可以借助普通交换机的呼叫处 理软件的设计思路和方法来设计移动交换机。 有限状态机和消息驱动的思想被广泛应用在交换机的呼叫处理程序设计中。其 应用思路是，将呼叫过程中的不同时刻抽象为不同的状态，而将来自外部或内部的 激励表示为消息。 一次呼叫的处理过程就是在一系列消息激励下的状态迁移过程9 。 利用有限状态机原理可以方便地实现通信软件的逻辑表达。 有限状态机（fsm）模型用来描述呼叫处理中的呼叫状态迁移过程。有限状态 机是一个 5 元组（x，i，o，n，m） ，其中：x 是状态的有穷集合；i 是输入的有穷 集合；o 是输出的有穷集合；n 是状态迁移函数（n：ixx） ；m 是动作和输出 函数（m：ixo） 。n 和 m 标示状态机的行为。在任何状态，若收到一个输入， 那么状态迁移函数 n 则指出状态机的新状态， 输出函数 m 则指出自动机产生的动作 10。 对于 fsm 的描述，ccitt 定义了一种规格描述语言 sdl（specification and description language）11。sdl 是提供了一种能确切地定义电信系统功能规格及对 其行为进行描述的语言， 而被广泛应用在系统控制、 交换系统中的呼叫处理过程 (例 如呼叫处理、电话信令、计费 )中。sdl 在分析或模拟系统的时候 ,可以做到无二义 性。由于 sdl 图充分体现了有限状态机的一切内部和外部特性，开发人员可以直接 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 依据这些 sdl 图来编写程序。在本移动交换机呼叫处理的软件模块设计中最早期的 工作就是设计 sdl 图。 有限状态机要采用消息驱动的方式来实现，即激励-响应过程。所谓消息驱动方 式，是指在已知消息的情况下，通过查询和消息相匹配的状态来进行流程控制。其 输出不仅取决于输入，也取决于当前所处的状态。因此，需要为每个状态机分配一 个内存块，称之为“呼叫控制块” ，其中纪录了状态机的状态等呼叫相关信息。 为简单起见，在具体呼叫处理模型的设计中，可以首先将整个呼叫处理部分按 照功能进行模块划分，多个模块协作完成整个呼叫处理过程。由于交换机同时有多 个呼叫并发执行，因此每个模块都需要为处理的每个呼叫建立一个呼叫实例。每个 呼叫实例在呼叫中具有不同的状态，并且在外部或内部消息的激励之下进入相应的 呼叫处理过程，同时自身状态发生迁移。一个具体的呼叫由多个相关模块所生成的 呼叫实例协作完成。 每个呼叫实例在本质上就是一个有限状态机，同一模块的不同呼叫实例用索引 号加以区分。呼叫实例作为一个相对独立的实体，占有呼叫中的资源，用一个呼叫 控制块来记录。呼叫实例之间可以相互发送消息，以共同处理一个呼叫12 13。 1.3 q. 931 在呼叫处理中的应用在呼叫处理中的应用 q. 931 即数字用户 1 号信令isdn 用户-网络接口第 3 层基本呼叫控制技术规 范14 15。它描述在 isdn 用户-网络接口上建立、保持和清除网络连接的程序。这些 程序规定了在基本速率和一次群速率的 d 通路上进行消息交换的过程16 。 q.931 是为了实现建立和控制电路交换而设计的。它的主要功能包括： （1）处理和数据链路层通信的原语。 （2）产生和处理同层通信的第三层消息，并和交换机的呼叫控制及资源管理实 体通信，共同完成呼叫处理的工作。 （3）进行必要的资源管理，如定时器和逻辑实体（呼叫参考值）等。 （4）保证提供的业务与用户要求一致的检查，如承载能力、地址、底层和高层 兼容性等。 q.931 具有的优点是，将控制信令和承载分离，并且提出了完整的呼叫参考模型 17 18。因此，q.931 协议被广泛应用在用户网络接口上，如有些移动通信系统的空 中接口部分协议则采用 itu q.931 的增强版，针对自身特点进行改进，用做用户终 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 6 端协议。 （1）q.931 详细定义了四大类消息： 呼叫控制消息： 包括 setup、 setup_acknowledge、 call_proceeding、 alerting、connect、connect_acknowledge、progress 等； 呼叫释放消息：disconnect、release、release_complete 等； 呼叫相关消息：suspend 等； 其它消息：status、notify 等。 （2）q.931 定义了完整的呼叫状态 为完成协议实体的功能，q.931 协议在用户侧和网络侧分别定义了不同的状态， 并且为每个状态定义了相应的时长。 考虑到移动交换机呼叫处理部分要和用户协议交互，接收来自用户协议的类似 q.931 消息， 因此在本系统设计中移动交换机呼叫处理部分各个实例状态机之间交互 的消息也借用 q.931 协议中的消息，但可根据系统或者附加业务的需要灵活加以扩 展，增加一些新的字段和消息类型。 当状态机在接收到消息的时候，会进入到相应的消息处理函数触发交换机相应 的硬件动作。向其它状态机发消息时也会启动相应的定时器。若在定时器超时前收 到相应的响应，便停止定时器。否则进入超时处理过程，以保证系统资源能得到及 时的释放19 20。 1.4 本文主要研究工作及章节安排本文主要研究工作及章节安排 本人有幸在研二就进入国内某著名的通信公司实习，并且一直在的其核心网部 门从事现场支持工作，主要负责移动交换机呼叫处理部分的研发工作。此公司开发 的数字移动通信系统在中国的用户达到 4800 万，占据了中国整个市场份额的 60%。 由于系统在现场的广泛，并且客户不断地提出新的需求，所以从刚进入公司不久， 我就有机会参与多个子项目设计和实现。在实践的过程中理解了移动交换机呼叫处 理的基本原理及其实现。在整个开发的过程中也碰到了很多困难和实际工程中问题， 但是这些问题的相继解决也带给我很多宝贵的经验和体会。这篇论文是对其软件设 计过程的分析和总结。本文章节安排如下： 第一章首先介绍了通用的数字移动通信系统中移动交换中心的通信管理功能。 接下来从普通 pstn 交换机呼叫处理中广泛应用的有限状态机和消息驱动的概念入 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 7 手分析，阐明利用这一原理来实现移动交换中心通信管理功能的可行性。 第二章将结合自己的研发经验和体会，介绍移动交换机中呼叫处理模型的设计 和实现的基本原理。本呼叫处理模型的研究，对于其他的移动通信系统如 gsm、3g 核心网的研究也有借鉴意义。 第三章将首先在呼叫处理模型的基础上列举几个典型的呼叫场景来说明通信管 理功能具体如何实现。然后概要介绍了整个系统的运作：即各个模块在编程实现时 的关键技术以及整个软件在移动交换机上的启动性问题。 第四章将在前三章基本呼叫处理模型的基础上，结合本人在业务研发方面的经 验，来说明在此呼叫处理模型架构下补充业务和增值业务的实现。 第五章将结合本人所参与研发的 wac 智能业务的实现过程， 详细介绍在此呼叫 处理模型的框架下如何实现智能业务。最后对全文做出总结。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 2 基本呼叫处理模型的设计和实现基本呼叫处理模型的设计和实现 移动交换机的通信管理功能即呼叫处理功能，是本文讨论的重点，它控制呼叫 的建立、维持和释放。在呼叫处理过程中，移动交换机还涉及到和其它网络实体的 交互。因此，本章首先讨论了整个移动交换机的软件模块设计，然后再着重讲述了 完成通信管理功能的呼叫处理模型的设计和实现。 2.1 移动交换机的软件模块设计移动交换机的软件模块设计 2.1.1 移动通信系统的组网结构图移动通信系统的组网结构图 移动通信系统的一个典型的组网结构如图 2-1 所示， 其中包括如下几个子系统组 成： 无线接入子系统 （由基站控制器和基站构成） 、 有线接入网、 移动交换中心 （msc） 、 运行支持系统（oss）21 22。 移动交 换机2 rp q.931 空中接口 移动交 换机1 oss tup/isup ip信令 ip核 心网 pstn tup/isup ip信令 运营支 持系统 基站 q.931 接入网 v5 pots终端 基站控制器 图 2.1 移动通信系统的一个典型的组网结构 系统不仅可以通过 q.931 协议接入无线用户， 还可以连接标准 v5 接口的接入网 设备，给普通 pots 终端和 isdn 终端提供有线通信业务23 24。这两种接入用户通 过移动交换中心及 pstn 网络，在运行支持系统的控制下与其它终端或 pstn 终端 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 9 进行普通、漫游及越区切换等通信。运行支持系统包括一组高性能服务器，分别用 作 hlr、计费服务器、网络管理服务器(nms)、用户管理服务器（sam）等，可在 支持基本通信业务的同时，为用户提供所需的附加及增值业务。 从图中可见系统的一个显著特点：采用面向ip设计的新一代交换系统，信令与 承载都可以通过ip网络传输。 即移动交换中心之间可以用传统的no.7信令的连接 （话 音业务由e1 链路承载）以外，还可以通过ip信令网络来连接，即呼叫信令由ip信令 承载，同时语音也通过系统提供的高速ip总线承载在rtp包中25 26。ip信令网络还 可以来实现移动交换中心与运行支持系统之间的通信。运行支持系统服务器群通过 宽带ip网络互连。它可有一个远程接入服务器前端，允许与每一个移动交换中心进 行ip连接， 从而构成一个可靠的ip信令传输网。 移动交换中心将向服务器群获取漫游、 认证、授权、实时计费、路由选择等信息以实现实时逻辑。同时，还可以将通话记 录发到远端的计费中心。 由此可见功能强大的 ip 信令网络不仅支持移动交换中心之间及移动交换中心与 运行支持系统之间的互联与通信，还为系统向 voip、软交换及 3g 无线 ip 通信的平 滑过渡奠定了基础。 2.1.2 移动交换机的软件模块设计移动交换机的软件模块设计 由上述移动交换机的功能要求以及系统的组网结构，可以总结出移动交换机的 软件模块设计的示意图如图 2-2 所示。 协议适配模块 应用控制 第三方增值业 务控制接口 网络 管理 代理 模块 数据服务 in业务接口 呼叫处理 基本呼叫处理高级呼叫处理 v5.3 lapv5 q.931 lapd tup/isup mtp3 mtp2 hlr 用户数 据管理 模块 网管 server api接口 sip ip中继协议 snmp 硬件驱动层 计费 中心 ip中继协 议 移动交换中心 图 2-2 移动交换机的软件模块设计 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 10 对图中各软件模块的说明如下： （1）呼叫控制模块：实现了一个呼叫处理模型，包括基本呼叫处理（basic call process ）和高级呼叫处理（advanced call process）部分。基本呼叫处理主要完成基 本呼叫控制功能，完成呼叫信令交互和媒体连接管理，提供交换机的基本业务。而 高级呼叫处理主要提供补充业务即根据用户的需求，提供呼叫等待，呼叫转移等。 基本控制模块还应当能够支持高级智能业务的触发，并且能够在高层业务控制下完 成智能业务的功能。 （2） 协议适配模块： 用于适配各种用户协议 （q.931、 v5 等） 和中继协议 （isup、 tup 等） ， 将从各种用户协议或者中继协议发来的消息转化为统一的消息格式送到通 用的呼叫处理部分。呼叫控制模块无须关心具体信令协议，对各种呼叫信令进行统 一处理。其中，和基站控制器交互的用户协议可以采用 q.931，用于接入数字移动用 户，或者利用 v5/ lapv5 支持普通话机的接入。 由 ip 核心网的引入，可以开发一种 ip 信令。在本系统设计中，可以在 snmp 的基础之上设计一种 ip 信令，其主要操作是 get 和 set 操作，用于两个移动交换机 呼叫处理部分的消息交互。对于上层的呼叫处理而言，这是一种类似于 isup 的中继 协议，称为 ip 中继协议。 需要指出的是，在以上的组网结构中，各个功能实体共享一个 ip 核心网，一套 hlr/nms/oss 软件被多个移动交换机公用， 我们称之为属于同一个域。 若涉及到跨 域的呼叫时，两个域的移动交换中心之间用公网的交换机相连，中间隔了 pstn 网 络。 （3）数据服务模块：为呼叫处理模块提供 srf 功能，包括底层时隙连接、连接 铃流资源或者播放提示音等。该模块提供了相应接口函数供上层呼叫处理模块调用。 （4）用户数据代理模块：实现 vlr 的功能，同时提供和 hlr 的数据交互 c 接 口。此模块负责从 hlr 上获取用户数据如用户鉴权信息、业务相关信息、移动用户 当前位置信息等并缓存在移动交换机的内存中25。在通话结束后，负责详细话单的 发送，即实现和话单中心的接口。本模块类似于智能网中 sdf 的功能，在呼叫处理 过程中需要从此模块获取用户信息。 用户数据代理模块通过 ip 中继协议消息和 hlr 交互。 （5）网管系统（nms）代理模块：通过简单网络管理协议（snmp）与网管服 务器通信。向网管服务器报告呼叫统计信息、告警信息和资源使用情况等。在系统 初始化时，通过此模块读取网管中系统配置信息。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 （6）应用控制接口模块：应用控制接口模块的主要任务提供第三方应用业务接 口和智能网业务接口，支持应用智能网业务和第三方业务的实现。智能网业务接口 可以通过 inap 和传统智能网的 scp 交互，也可以通过内部 ip 中继协议与基于智能 网概念的 scp 交互以实现更高级的业务。此外，还可以通过 parlay 移动交换中心对 外提供开放的业务接口,为移动用户快速引入外部智能业务提供有利条件。 （7）硬件驱动层：硬件管理层，负责硬件的驱动、板卡配置、状态管理、报警， e1 线管理，交换网络的状态管理。 2.2 呼叫控制模型的设计呼叫控制模型的设计 呼叫控制模块是移动交换机软件设计的核心模块，它不但完成各种呼叫的基本 呼叫控制功能，而且能够在业务层指挥下完成各种补充业务、增值业务和智能业务， 具有业务交换功能。呼叫处理过程就是对呼叫消息进行分析并做出相应的处理的过 程，其中还有应用层程序的参与，包括摘挂机和振铃等相关的动作。本节从消息驱 动的角度出发，借鉴 q.931 协议的有关规定，提出了一种基于有限状态机和消息驱 动的呼叫处理模型的设计。 2.2.1 基本呼叫处理的模块划分基本呼叫处理的模块划分 为了减小设计的难度，首先仅从基本呼叫处理 bcp 的角度设计呼叫处理模型。 为支持多种用户接入协议(如 v5 等)和各种中继协议（如 isup、tup 等） ，若对 每种协议都建立独立的呼叫处理模型，显然过于复杂。可以考虑在各种不同的协议 之上建立通用的呼叫处理模型，来进行统一处理。因此，在基本呼叫处理部分之外 建立了各种用户协议和中继协议的适配模块，将从各种用户协议或者中继协议发来 的消息转化为统一的消息格式送到基本呼叫处理部分。因此，在基本呼叫处理部分 的模块划分中，首先设立终端模块（terminal） 、中继模块(pstn_termianl)分别用于和 各个用户协议适配模块以及中继协议适配模块进行消息交互， 如图 2-3 所示。 此外还 设立了中间模块（trunk）用于和终端模块、中继模块交互，起到桥梁的作用，同时 还完成一些和接入无关的操作。 （1）终端模块:其主要功能是处理发起和终止于用户协议的呼叫，这主要包括接 收来自用户协议的呼叫始发消息，主叫呼出权限检查，被叫号码分析，根据号码计 划选择路由，以及被叫侧呼入权限检查，调用底层的数据服务模块（srf 功能）给 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 12 主叫侧放音等操作，连接话务信道即时隙。 在此过程中，还需要和用户数据代理模块交互以获取用户的呼出权限、签 约业务等信息。 （2）中继模块用于在出局或入局呼叫时和中继协议交互时完成和终端模块类似 的呼叫处理功能。 （3）中间模块：用于和终端模块、中继模块交互，完成一些和接入无关的功能， 如取主叫和被叫的预付费时间，计费，话单发送等。同时负责通过 vlr 和 hlr 交 互，获取被叫的位置信息，如漫游号码等。 移动交换 中心a bcp srf sdf 终端用户接 入协议 中继协议 terminal pstn terminal trunk ip 核心网/pstn bcp 移动交换 中心b srf sdf 终端用户接 入协议 中继协议 terminal pstn terminal trunk bcp 图 2-3 呼叫处理模型的总体结构 本呼叫模型的特点是：一个具体的呼叫处理过程即由上述相关模块所分配的呼 叫实例协作完成。每个呼叫实例在呼叫中具有不同的状态，是一个有限状态机。这 些实例状态机通过相关信息的交互而串连在一起，共同处理一个呼叫。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 13 2.2.2 半呼叫模型的概念半呼叫模型的概念 在呼叫处理中，可以借用智能网呼叫控制中半呼叫模型的概念，分别建立发端 与收端的半侧呼叫模型，以方便对发端用户与收端用户的单独控制。同时考虑到用 户分成两类：通过终端协议接入的移动用户，以及公网的 pstn 用户。因此，根据 呼叫的不同场景，呼叫处理模型中涉及的各个模块也不一致，分别列举如下。其中 终端模块、中间模块、中继模块分别用 terminal,trunk, pstn_terminal 表示。 （1）同一个域中移动用户呼叫移动用户 若被叫和主叫出在同一个移动交换机，这是最简单的情况。此时主叫侧的 trunk 和被叫侧的 trunk 处在同一个 cpu 板，通过操作系统提供的消息队列则可以通信。 如图 2-4 所示。 trunktrunk terminalterminal v5/q.931v5/q.931 k_k 接口 主叫侧 bcp 被叫侧 bcp 图 2-4 同一个移动交换机呼叫模型图 若被叫和主叫处在不同移动交换机， 即跨移动交换机的呼叫， 此时主叫侧的 trunk 和被叫侧的 trunk 虽然处在不同移动交换机，但仍然通过网络通信来发送消息。由于 移动交换机之间可以通过 ip 中继协议来交互， 因此可以把消息封装在 ip 中继协议消 息中，称为 k-k 接口。因此，在发送 k-k 消息时，首先要判断被叫侧 trunk 所在移 动呼叫机的 ip 地址，如果和主叫所在的移动交换机 ip 地址相同，则只要把消息发送 到消息队列，否则要采用网络通信。尽管如此，k_k 接口呈现给呼叫处理流程的都 是同样的接口。因此，跨移动交换中心通信呼叫流程和同移动交换中心通信流程相 同。 同一移动交换机的用户呼叫时，媒体的连接可以通过总线，如 h.110 总线来实 现时隙的交换27，但是不同移动交换机通信时,语音也通过 rtp 包承载。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 14 （2）移动用户呼叫pstn用户 当移动用户呼叫 pstn 用户时，被叫侧的 trunk 和主叫侧的 trunk 处在同一个移 动交换机。呼叫由被叫测 trunk 将呼叫转到 pstn_terminal 模块。pstn_terminal 模 块将消息透传到中继协议，如 tup、isup，到达固网络的交换机，如图 2-5 所示。 这里涉及到呼叫处理部分内部消息和 tup、isup 消息的匹配问题。 trunktrunk terminal pstn terminal v5/q.931tup/isup k_k 接口 主叫侧 bcp 被叫侧 bcp 图 2-5 移动用户呼叫 pstn 用户呼叫模型 （3）pstn 用户呼叫移动用户 当 pstn 用户呼叫移动用户，主叫侧的 trunk 和被叫侧的 trunk 处在同一个移动 交换机。中继协议来的消息由 pstn_terminal 模块透传到主叫侧的 trunk 模块，如图 2-6 所示。 trunktrunk pstn terminal terminal tup/isup k_k 接口 主叫侧 bcp 被叫侧 bcp v5/q.931 图 2-6 pstn 用户呼叫移动用户呼叫模型 （4）pstn 用户呼叫 pstn 用户 此时，移动交换机作为汇接局处理。各个模块对消息只是透传的作用，如图 2-7 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 15 所示。 trunktrunk pstn terminal pstn terminal tup/isup k_k 接口 主叫侧 bcp 被叫侧 bcp tup/isup 图 2-7 pstn 用户呼叫 pstn 用户呼叫模型 2.2.3 模块之间消息的交互模块之间消息的交互 在本系统中，相邻的模块之间交互的消息可以借用 q.931 协议中的消息，但可 根据系统或者业务的需要灵活加以扩展，增加一些新的字段和消息类型，称之为类 q.931 消息。按照 q.931 所定义的呼叫处理规程，这些消息主要包括：setup 消息， 而 setup_acknowledge、call_proceeding、alerting、connect 等。 以最简单的局内用户（通过用户协议接入的用户）互相发起呼叫为例，涉及的 模块有：发端和收端的终端模块以及中间模块。状态机之间消息的交互顺序采用 q.931 协议的基本呼叫连接控制规程。图 2-8 中显示了局内呼叫时涉及的相关模块实 例之间交互的消息序列图。 当发端终端模块实例状态机收到用户协议的呼叫建立（setup）消息后，将对 主叫做呼出权限检查，然后号码分析，若分析收到的号码全，则向用户协议表示呼 叫进展（call_proc）的消息，表示已启动了所请求的呼叫建立。当它收到中间协 议模块实例状态机的提醒（alert）指示，将会触发硬件连接时隙的动作，随后的 过程就进入了等待对端摘机应答的状态。一旦接收到 connect 消息时，则表示被 叫摘机，进入通话状态。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 16 发端中 间模 块实例 收端中间 模块实例 收端终端 模块实例 发端用户 协议 setup setup setup setup setup setupack setupack setupack setupack setupack alert alert alert alert alert connect connect connect connect connect 连接双向 话路 给主叫放 回铃音 呼入权 限检查 断回铃音， 连双向话路 呼出权限检 查，号码分析 主叫侧 计费 发端终端 模块实例 call_proc 收端 用户 协议 被叫侧 计费 图 2-8 局内呼叫流程图 当收端终端模块实例状态机接收到收端中间模块实例状态机发送的setup消息 时，将对被叫呼入权限进行检查，以确认呼叫是否可以进行。同时，在接收到用户 协议发来的 alert 时，需要调用振铃函数给主叫放音。等用户摘机后，停止放音， 而触发低层函数选择交换网络双向时隙，主叫和被叫端进入通话状态。 发端中间模块和收端中间模块实例状态机接收到setup消息时将和远端数据模 块交互，以获取允许通话时间决定呼叫是否继续。当收到 connect 消息时，分别 开始主叫侧和被叫侧的计费。当呼叫结束后向远端数据模块发送话单。 2.3 各个模块的状态机设计各个模块的状态机设计 可见，各个模块之间消息的交互是模块设计的重要部分。为简单起见，将 terminal、trunk、pstn_termianl 模块分别简称为 t 模块、k 模块、pstn_t 模块，将 从用户协议发送到 terminal 之间的消息成为 p_t 消息，反之称为 t_p 消息，将从 terminal 发送到 trunk 的消息成为 t_k 消息，反之称为 k_t 消息。主叫侧 trunk 和被 叫侧 trunk 之间的消息称为 k_k 消息。因为 pstn_terminal 完成的功能和 terminal 类似，它和 trunk 之间的接口同样被定义为 t_k 消息、k_t 消息，和中继协议之间 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 17 的消息定义成为 p_t 消息、t_p 消息。因此，归纳出各个模块之间的接口如图 2-9 所示。 terminal 用户终端接入协议 (q.931,v5) terminal/ pstn terminal trunk t_k k_t p_tt_p trunk t_p p_t k_tt_k中继协议: tup isup sip t_p p_t bcp k_k k_k 图 2-9 各个模块之间接口定义 2.3.1 终端模块的状态机设计终端模块的状态机设计 由以上分析可知，终端模块为了完成呼叫处理，涉及到和协议模块、中间模块 的类 q.931 消息交互，并触发相应的消息处理过程。在消息的处理过程中，还要利 用用户数据代理模块提供的 sdf 功能以及数据服务模块提供的 srf 功能。因此，终 端模块和其它模块之间的交互接口，如图 2-10 所示。在本系统的设计中，呼叫处理 内部各个模块之间的交互采用消息队列完成，而呼叫处理部分会调用用户数据代理 模块、数据服务模块提供的 api 函数，但是通过回调函数得知操作的结果。 terminal 用户终端 接入协议 (q.931,v5) trunk dataservice (srf) 用户数据代 理模块 (sdf) api 回调函数 api回调函数 消息队列 消息队列 图 2-10 终端模块和其它模块的交互接口 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 18 在本模块的设计中，主要是终端模块有限状态机的设计，这主要包括状态的定 义，消息的定义，以及消息的处理过程。消息处理过程的实质是：将消息中的字段 解包出来，可以根据需要保留在呼叫处理块中，然后在封装一条新的消息发送出去。 由图 2-8 中的系统的消息交互序列图可以很容易推出发送的消息和收到的消息同