基于TD網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)組呼的策略研究

羅斌德， 馬大瑋， 施志勇， 孫 強(qiáng)

(重慶通信學(xué)院，重慶 400035)

0 引言

集群通信的組群呼曾在中國(guó)的公安、水利、鐵路交通等方面發(fā)揮了重要的作用，但當(dāng)時(shí)的發(fā)展都是基于第一、二代通信。不僅提供的服務(wù)功能有限（即只能提供傳統(tǒng)的組呼語音業(yè)務(wù)），并且系統(tǒng)的容量也受限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。當(dāng)前具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 TD-SCDMA開始商用，基于該系統(tǒng)的數(shù)字集群技術(shù)，是現(xiàn)在集群通信研究的熱點(diǎn)之一，必將成為未來中國(guó)首選的指揮調(diào)度通信。

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

采用迭加方式實(shí)現(xiàn)基于分組型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的集群方案，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中終端采用集群終端，而接入網(wǎng)和核心網(wǎng)大部分不變，只需作適當(dāng)?shù)男薷囊詽M足一引些特殊的集群服務(wù)，集群子系統(tǒng)與GGSN采用開放的接口Gi相連。

圖1 TD-SCDMA集群框

2 組呼的建立

(1)主叫端鏈路建立過程

主叫端鏈路建立過程如下：

①主叫PTT終端用戶按下PTT鍵呼叫被叫PTT終端用戶時(shí)（見下頁圖2），即向集群服務(wù)器發(fā)起組呼建立請(qǐng)求，從而觸發(fā)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)常規(guī)終端發(fā)起的PDP上下文激活流程：

建立主叫PTT終端至RNC之間的RRC連接;建立主叫PTT終端至SGSN之間信令的連接;實(shí)施鑒權(quán)與安全模式過程;建立無線接入承載RAB;建立主叫PTT終端至GGSN之間的PDP上下文通路；

②在主叫PPT終端至GGSN之間的PDP上下文通路建立之后，即可進(jìn)行主叫PTT終端與集群服務(wù)器之間的會(huì)話;

主叫PTT終端向集群服務(wù)器發(fā)送SIP組呼會(huì)話建立請(qǐng)求;集群服務(wù)器與主叫PTT終端之間進(jìn)行相互鑒權(quán)與認(rèn)證。集群服務(wù)器通過與主叫PTT終端之間的相互鑒權(quán)與認(rèn)證之后，與被叫PTT終端(或有線調(diào)度臺(tái))之間進(jìn)行相互鑒權(quán)與認(rèn)證。在其與被叫PTT終端(或有線調(diào)度臺(tái))之間通過相互鑒權(quán)與認(rèn)證之后，向主叫PTT終端發(fā)送SIP組呼會(huì)話建立響應(yīng)[1];

圖2 主叫到集群服務(wù)器的流程

③主叫PTT終端收到來自集群服務(wù)器的SIP組呼會(huì)話建立響應(yīng)之后（見圖3），向RNC發(fā)送釋放主叫PTT終端與RNC之間的下行專用信道請(qǐng)求，RNC發(fā)送下行專用信道釋放響應(yīng)后釋放下行專用信道，從而實(shí)現(xiàn)半雙工通信。如果采用全雙工方式，則不用發(fā)送此下行信道釋放請(qǐng)求消息，相應(yīng)地不用改造RNC。

圖3 集群服務(wù)器到被叫終端的流程

(2)被叫端鏈路建立過程

被叫端鏈路建立過程如下:

①集群服務(wù)器收到來自主叫PTT終端（或有線調(diào)度臺(tái)）用戶發(fā)來的SIP組呼會(huì)話建立請(qǐng)求并通過它們之間的相互鑒權(quán)與認(rèn)證之后，向組內(nèi)各被叫PTT終端用戶發(fā)送SIP鑒權(quán)/認(rèn)證請(qǐng)求（集群服務(wù)器需要把組ID號(hào)映射成組內(nèi)各被叫PTT終端的常規(guī)呼叫號(hào)碼），從而觸發(fā)TD-SCDMA網(wǎng)絡(luò)常網(wǎng)絡(luò)端發(fā)起的尋呼流程；

②在組內(nèi)各被叫PPT終端至GGSN之間的PDP上下文通路建立之后，即可進(jìn)行集群服務(wù)器與組內(nèi)各被叫PTT終端之間的會(huì)話：

SGSN把SIP鑒權(quán)/認(rèn)證請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至組內(nèi)各被叫PTT終端；集群服務(wù)器與組內(nèi)各被叫PTT終端之間進(jìn)行相互鑒權(quán)與認(rèn)證。在集群服務(wù)器通過與組內(nèi)各被叫PTT終端之間的相互鑒權(quán)與認(rèn)證后，向主叫PTT終端發(fā)送SIP組呼會(huì)話建立響應(yīng)；

③組內(nèi)各被叫PTT終端在通過與集群服務(wù)器之間的相互鑒權(quán)與認(rèn)證之后，與RNC進(jìn)行下行信道的確認(rèn)與上行信道的釋放。如果采用全雙工方式，則不用進(jìn)行下行信道的確認(rèn)與上行信道的釋放，相應(yīng)地不用改造RNC：

組內(nèi)各被叫PTT終端向RNC發(fā)送下行專用信道確認(rèn)請(qǐng)求；

RNC進(jìn)行下行專用信道確認(rèn)后給組內(nèi)各被叫PTT終端發(fā)送下行專用信道確認(rèn)響應(yīng)(譬如：對(duì)收到的第一個(gè)下行專用信道確認(rèn)請(qǐng)求，維持其之前的下行專用信道；對(duì)之后同一小區(qū)的下行專用信道確認(rèn)請(qǐng)求，為其重指配下行專用信道，重指配后的下行專用信道與第一次確認(rèn)的下行專用信道相同，從而實(shí)現(xiàn)同一小區(qū)內(nèi)的組內(nèi)各被叫PTT終端共享同一下行專用信道)；

另外，RNC在發(fā)送下行專用信道確認(rèn)響應(yīng)后中捎帶上行專用信道釋放通知（釋放相應(yīng)的上行專用信道）。

3 鏈路的釋放

組呼終端的釋放過程(見圖4)如下：

圖4 主叫終端的釋放流程

①主叫PTT終端向被叫PTT終端發(fā)送PTT講話權(quán)釋放通知，從而觸發(fā)PTT講話權(quán)釋放過程；

在發(fā)送PTT講話權(quán)釋放通知后，主叫PTT終端向RNC發(fā)送上行專用信道釋放/下行專用信道分配請(qǐng)求；

RNC在公共控制信道（CCCH）上向主叫PTT終端發(fā)送上行專用信道釋放/下行專用信道分配響應(yīng)。主叫PTT終端收到此響應(yīng)后轉(zhuǎn)為被叫，失去PTT講話權(quán)，準(zhǔn)備接收話音；

②被叫PTT終端接收來自主叫PTT終端發(fā)來的PTT講話權(quán)釋放通知，從而觸發(fā)PTT講話權(quán)獲取過程；

在收到PTT講話權(quán)釋放通知后，被叫PTT終端在CCCH上向RNC發(fā)送下行專用信道釋放/上行專用信道分配請(qǐng)求；RNC向被叫PTT終端發(fā)送下行專用信道釋放/上行專用信道分配響應(yīng)（此信息發(fā)送后再實(shí)際釋放下行專用信道）。被叫PTT終端收到此響應(yīng)后轉(zhuǎn)為主叫，獲取PTT講話權(quán)，之后發(fā)送話音。

4 性能分析

4.1 時(shí)延問題

集群通信作為指揮調(diào)度系統(tǒng)，其顯著的優(yōu)點(diǎn)是入網(wǎng)接續(xù)時(shí)間比較短，能快速建立連接。但通過公網(wǎng)迭加的集群系統(tǒng)，其時(shí)延遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于專網(wǎng)，這也就喪失了集群通信的優(yōu)勢(shì)。初次建立會(huì)話時(shí)延主要分成三部分：信令建立延時(shí)、RAB建立延時(shí)和SIP信令處理延時(shí)。其中信令建立延時(shí)和RAB建立延時(shí)是主要考慮的部分，減小其值的方法主要有三種[2]：

①簡(jiǎn)化公網(wǎng)與PTT終端間的鑒權(quán)、認(rèn)證以及握手協(xié)議，同時(shí)需考慮通信本身的安全需求。這種方法可以從根本上減小信令建立延時(shí)和RAB建立時(shí)延，但需要對(duì)公網(wǎng)的現(xiàn)有通信協(xié)議作較大改動(dòng)；

②在PTT終端用戶注冊(cè)時(shí)保持RAB連接不釋放。這種方法在PTT終端呼叫時(shí)能快速建立連接，但其缺點(diǎn)是RAB連接不釋放，必定占用一定的無線資源，不利于系統(tǒng)的用戶容量增加；

③采用早期建立會(huì)話的方式,把一些媒體參數(shù)協(xié)商的交互放到注冊(cè)過程中,這樣實(shí)際通話時(shí)可以簡(jiǎn)化操作。如果和自動(dòng)應(yīng)答模式結(jié)合在一起,那么可以在端對(duì)端連接還未完成的時(shí)候,就提示用戶可以開始說話,這樣也減少了延時(shí)。目前很多工作集中在SIP信令的處理上，較前面而言也容易實(shí)現(xiàn)，但其可以縮小的延時(shí)有限。

4.2 組呼通信中的切換

TD網(wǎng)中采取接力切換的思想，較硬切換和軟切換能達(dá)到更加快速、可靠和高效率切換的目的。在組呼通信中采用的工作方式是半雙工方式，這時(shí)的越區(qū)切換有兩種情況要考慮：

①主呼PTT終端的切換。RNC判決監(jiān)測(cè)小區(qū)存在比當(dāng)前小區(qū)信號(hào)更好的小區(qū)，并且本小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度小于某一特定門限值則主呼PTT終端切換。切換到新的小區(qū)后，如果此小區(qū)是同一組呼區(qū)域則建立好新的上行鏈接，同時(shí)和其它組呼用戶共享下行鏈路，如沒有組呼用戶在這一小區(qū)，則建立新的上、下行鏈路(若后來有其它組呼成員到此小區(qū)可以建立下行共享信道)；

②被叫PTT終端的切換。當(dāng)通信質(zhì)量惡化后，UE將測(cè)量結(jié)果報(bào)告給RNC，然后再由RNC判決切換，為了確保切換的順利即很小的時(shí)延和掉話，切換前應(yīng)當(dāng)將UE從半雙工方式轉(zhuǎn)換成全雙工方式再開始切換，當(dāng)切換成功后若此小區(qū)有組呼成員，則分配好上行行道和下行共享信道后，UE重新進(jìn)行到半雙工模式。

UE采用半雙工方式節(jié)省信道資源，體現(xiàn)了集群通信的優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)在小區(qū)中擁有大量組呼用戶時(shí)，小區(qū)無法分配如此多的控制信道，此時(shí)可考慮建立UE無控制信令通信連接，只收聽本組集群的下行共享信道信息。如果先不考慮集群下行共享信道的話,此狀態(tài)下的UE就與普通3G用戶處于idle狀態(tài)下的情況類似。普通3G用戶如果在idle狀態(tài)下從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另外一個(gè)小區(qū)時(shí)要發(fā)起小區(qū)重選過程。所以集群無信令連接用戶的切換就類似于小區(qū)重選過程。

4.3 組呼中的優(yōu)先通信

主叫終端發(fā)起呼叫建立連接后，開始正常的通信，當(dāng)發(fā)起主叫終端釋放信道后交由被叫用戶發(fā)起呼叫，這里可能存在多個(gè)被叫終端同時(shí)向主叫終端發(fā)起呼叫的情況[3-5]。在呼叫中首先滿足優(yōu)先等級(jí)高的用戶先建立連接，當(dāng)優(yōu)先等級(jí)都相同時(shí)，集群服務(wù)器可選擇隨機(jī)接入一個(gè)呼叫用戶，建立通信。同時(shí)將其它呼叫用戶列為排隊(duì)等候用戶并發(fā)送一個(gè)拒絕信令，然后傳送到終端上，可通過語音提示或是在終端上設(shè)置警示燈閃爍來提示用戶，從而避免用戶長(zhǎng)時(shí)間呼叫對(duì)通信用戶造成干擾。當(dāng)信道空閑時(shí)，集群服務(wù)器依先來先服務(wù)原則向排隊(duì)在隊(duì)首的用戶發(fā)接通提示音，讓其通話從而保證通信的有序進(jìn)行。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展，已進(jìn)入瓶頸階段，各大運(yùn)營(yíng)商迫切需要新的語音增長(zhǎng)亮點(diǎn)。基于公網(wǎng)的集群組呼調(diào)度業(yè)務(wù)正好滿足了這要求。組呼通信是集群通信系統(tǒng)的主要特色通信業(yè)務(wù)，但基于G網(wǎng)和C網(wǎng)的PoC通信一直不盡人意，在 TD-SCDMA公網(wǎng)上迭加集群子系統(tǒng)，不僅節(jié)約集群建網(wǎng)成本而且可以完善服務(wù)改善性能。基于 TD-SCDMA公網(wǎng)的組呼通信業(yè)務(wù)不僅可以民用還可在軍用中應(yīng)用，必定為中國(guó)的數(shù)字集群通信發(fā)展做出出貢獻(xiàn)。

[1] 王湘,鐘章隊(duì).GSM—R中語音組呼業(yè)務(wù)的研究和分析[J]．中國(guó)鐵路,2005(01):42-44．

[2] 姚鐵銳,武波.基于CDMA技術(shù)的群組呼叫的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2006(02):65-66.

[3] 劉艷,付慧生.李雪峰.現(xiàn)代通信技術(shù)與VoIP[J].通信技術(shù)，2007,40(04):42-48.

[4] 靳慧年,李丹.GSM—RMSC間集群調(diào)度業(yè)務(wù)淺析[J].數(shù)據(jù)通信,2007(12):69-75.

[5] 孫天偉,鄭建宏.基于TD-SCDMA的HSUPA關(guān)鍵技術(shù)[J].通信技術(shù)，2007,40(08):4-9.