数字无中心系统呼叫控制协议的设计和实现_李博

数字无中心系统呼叫控制协议的设计和实现李 博,谢晓明,柴 政(北京化工大学信息科学与技术学院 北京 100029)摘 要:以数字无中心移动通信系统的呼叫控制层协议为研究对象,提出并设计一套基于无中心体制的呼叫控制协议数字化解决方案。

介绍了数字无中心移动通信系统的技术特点,详细叙述呼叫控制协议的具体实现方法和设计思路,并针对实际应用对其可行性和可靠性进行了一定程度的分析和测试。

此呼叫控制协议与传统模拟相比有较大的提高,全数字的信令设计使得数字对讲机的技术特点更加突出,扩展能力也大大加强。

关键词:呼叫控制;无中心;状态机;数字对讲机中图分类号:T N911 文献标识码:B 文章编号:1004 373X(2009)09 066 04Design and Analysis of C all C ontrol Protocol in Digital Land Mobile C ommunication Systemwithout C entre ControllerLI Bo,XIE Xiao ming,CH A I Zheng(Inf ormat i o n Sc ience and Technolog y,Beij ing Uni v ersit y o f Chemical T echnolo gy ,Beijing ,100029,China)Abstract :T his paper deals w ith the st udy of call contr ol layer pro tocol o f land mobile communication system w it ho ut a centr al contro ller,and puts fo rw ard one dig ital scheme o f call co nt rol based on land mo bile co mmunication system witho ut a centr al co ntr oller.T his paper int roduces the techno lo gy and characterist ic o f dig ital land mobile communicat ion sy stem w ithout a centr al contro ller and makes detailed descr iption of the met ho d and the desig n thoug ht to co mplete the call contro l prot ocol.At last ther e ar e so me analy sis and tests which are used to pr ove the pr otocl s feasibility and r eliabilit y in practice.T his digit al pr oto co l has impro ved sig nificant ly compared to the analo g pro tocol,the whole dig ital desig n makes dig ital int erpho ne have more r emarkable technical features,and incr ease mo re capabilities o f ex pansio n.Keywords :call co nt ro l;dig ital centr e less;FSM ;digital inter pho ne收稿日期:2008 11 060 引 言无中心移动通信系统是我国专业移动通信系统的重要组成部分。

它使用单工对讲方式工作,工作频率在915.0125~916.0875M H z 之间。

该系统具有无中心组网、数字选呼、自动接续、多址用户多信道共用、链路分散控制等诸多技术特点,拥有广阔的实际应用前景和深入开发潜力[1]。

该系统网络结构图如图1所示。

目前我国的900M H z 无中心移动通信系统尚处在以模拟话音加数字信令为主导技术的模拟阶段。

针对无中心呼叫控制协议的数字化研究尚处于空白。

无中心系统的数字化是将语音和控制信令进行数字化编码,以二进制码流形式传播。

本系统平台使用CM L 公司MX618芯片进行语音编码,M X7041芯片对语音和信令进行4FSK 基带调制,ARM 7处理器作为系统的运算控制核心。

在此开发环境下,本文以数字无中心呼叫控制层协议为研究对象,提出并设计了一套基于无中心体制的呼叫控制协议数字化解决方案。

该方案已应用于数字无中心对讲机的嵌入式系统开发中[2]。

图1 无中心网络结构图1 数字无中心呼叫控制协议概述ETSIT S 102490 DPM R 标准描述了无中心系统的协议分层结构[2],如图2所示。

呼叫控制协议处于无中66心系统协议栈第三层,位于数据链路层之上,应用层之下,是无中心系统的控制核心。

它为整个系统提供基本通话的建立、保持、拆线;点对点通话以及组呼;通话对象的选择;迟后进入、呼叫转移等功能的支持[3]。

同时为承载数据、语音业务的数据链路层以及实施具体功能的应用层提供接口,并且需要提供完备的上下层通用接口为将来的协议升级预留空间。

图2 无中心协议栈结构呼叫控制协议的设计包括呼叫控制流程、呼叫控制信令的设计以及后期的程序实现编码,继而形成独立的呼叫控制协议功能模块。

2 呼叫控制流程的设计按照数字无中心对讲机的工作原理,设计了一套符合实际应用的呼叫控制流程。

呼叫控制流程描述了通信终端从通话建立到通话终结过程中产生的一系列动作和事件[4]。

处于待机状态的移动台A 和移动台B 在控制信道守候。

当移动台A 按呼叫键呼叫移动台B,A 在控制信道广播发送针对B 的呼叫建立请求信令,并转到选择的通话信道接收。

B 收到呼叫建立请求信令后若同意建立连接则转到信令中标识的通话信道,同时在此通话信道向A 发送确认信令。

A 接收到确认信令后,双方都进入可通话状态。

若A 按下PTT 会向B 发送语音头帧+语音帧。

松开PT T 后,发送尾帧表示此次A 方的通话结束。

B 此时进行语音帧的接收直至收到尾帧,A,B 都进入可通话状态。

之后双方重复如上过程进行通话。

一旦A 按下拆线键,就会向B 发送拆线信令,双方回到待机状态[4]。

此流程如图3所示。

3 呼叫控制协议的设计和实现呼叫控制信令和随路信令分别在控制信道和通话信道进行传输。

根据无中心多信道选址移动通信系统体制[3],控制信令传输通道(控制信道)与通话信道完全分开,它整合若干条通话线路的控制信令,独占一条公共的控制信道进行传送控制信令。

图3 呼叫控制流程图3.1 信道控制信道 控制信道主要用于广播传输呼叫建立信令以及作为其他用途的信令的发送通道。

控制信道的服务体制采用顺序等待制原则,待前一条信令在控制信道中传送完成后,接续的信令才能正常传送。

否则,进行等待直到判断出控制信道空闲。

通话信道 通话信道负责传送呼叫建立后双方的语音、数据,同时通话信道也用于传输随路信令。

随路信令包括了通话过程中一系列必要的控制信令。

通话信道的服务体制采用呼损制原则,两台终端设备建立连接并占用一条通话信道后,此信道不能再被其他终端使用,直到终端拆线并释放次通话信道[3]。

如图4所示,频率为915.0125MH z 的控制信道只用于通信双方传输呼叫建立信令,通话信道则可以传输拆线信令、应答信令等随路信令。

移动台在两种信道间转换,通话时守候在通话信道,通话结束或待机时返回控制信道。

图4 12.5kH z 信道间隔时信道示意图无中心多信道选址移动通信系统的信道间隔为12.5kH z 时,系统共有158个信道[5]。

其中第一个信道915.0125MH z 为控制信道,所有的呼叫信令都在该信道发出,其余157个为通话信道。

呼叫控制的流程由控制信道和通话信道中控制信令的传输而贯通。

由此,如何制定控制信令,如何处理通话信令流程中的所有状态转移事件便成为呼叫控制协议设计的主要内容。

3.2 无中心呼叫控制信令的设计呼叫控制信令是无中心系统中各种状态转换的控制信号,传递系统消息和命令。

呼叫控制信令按照功能分为呼叫建立请求信令、呼叫应答信令、拆线信令、语音始发信令、语音终结信令[6]。

673.2.1 控制信令的帧结构无中心系统基本的数据传输单位是帧。

呼叫控制信令由两种帧结构构成,头帧和尾帧。

头帧中包含了信令中大部分的控制信息,其帧结构如下:前导码帧同步头帧类型接收方ID发送方ID通信模式通信格式呼叫信息前导码:用于接收机的同步。

帧同步:头帧的识别和同步。

头帧类型:4b,标识头帧类型,是头帧的主要标识,也是信令的主要标识,其取值为:0000通话起始信令; 0001呼叫建立请求信令;0010拆线请求信令;0011 ACK信令;0100禁发和还原信令;0101禁收发信令。

接收方ID:被叫方移动台ID号,通过空中接口对7位数字呼号编码得到。

发送方ID:主叫方移动台ID号,通过空中接口对7位数字呼号编码得到。

通信模式:用于区别语音通信或者数据传输。

通信格式:用于区别全呼通信、点对点通信。

呼叫信息:11b,用于区别单呼、组呼以及A CK信令的定义。

尾帧补充在头帧之后构成完整的信令或单独构成通信结束的信令,其帧结构如下:帧同步尾帧类型ACK请求T x等待状态信息尾帧同步码:4b,用于尾帧的发现和同步,固定为7D DF F5。

尾帧类型:2b,尾帧的主要标识。

00表示普通尾帧;01表示带有状态信息的尾帧。

ACK请求:2b,标识是否需要被呼方发送ACK 信号。

Tx等待:4b,标识是否需要一段时间来强制让收到该尾帧的用户的PT T失效,以便允许用户发送插入请求。

状态信息:5b,用户根据需要自己定义,共32种状态信息。

3.2.2 呼叫控制信令的内容呼叫建立请求信令是用户发起呼叫时向被叫方以广播方式发送的控制信息。

该信令的组成为:头帧(建立请求)+尾帧。

呼叫应答信令是被叫方接收到呼叫建立请求信令后,向主叫方发送的反馈控制信息。

该信令结构为:头帧(ACK)。

语音始发信令先于语音传送,用于标识实际语音即将到来,它的结构为:头帧(通信起始)。

语音终结信令表示语音传输告一段落,它的位置在语音数据块之后。

语音终结信令结构为:尾帧(通信结束)。

拆线信令是当通信一方希望结束通话时所发送的通话结束信号,用于告知对方通话即将结束。

拆线信令结构为:头帧(拆线)+尾帧+头帧(拆线)+尾帧。

3.3 应用状态机实现呼叫控制协议数字无中心呼叫控制协议利用有限状态机的设计方案进行描述和实现。