基于可變無(wú)線信道的交換設(shè)備研究

段喜鳳，馬獻(xiàn)武

(中國(guó)電子科技集體公司第五十四研究所，河北石家莊050081)

0 引言

通信鏈路數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通信傳輸大多是在帶寬速率不變的情況下進(jìn)行的，帶寬速率決定了業(yè)務(wù)的最大需求量，網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備不需考慮帶寬的變化，只要呼叫條件滿足就可以進(jìn)行業(yè)務(wù)接續(xù)。但是在無(wú)線傳輸環(huán)境惡劣的條件下，當(dāng)通信鏈路速率動(dòng)態(tài)變化時(shí)，如果并發(fā)用戶業(yè)務(wù)帶寬超過(guò)線路的受限帶寬，就會(huì)造成業(yè)務(wù)沖突，使得通信根本無(wú)法繼續(xù)。本文致力于研究網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備對(duì)無(wú)線傳輸?shù)淖赃m應(yīng)性，在傳輸鏈路帶寬為1.2～16 384 kbps，對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備的專線指揮話音/數(shù)據(jù)、撥號(hào)話音、可變異步數(shù)據(jù)、PCM話音、IP綜合業(yè)務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的策略控制，優(yōu)先保證高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的可靠傳輸，提高通信線路的利用率，避免業(yè)務(wù)損失。

1 信令設(shè)計(jì)

1．1 本地信令

交換設(shè)備內(nèi)的呼叫采用本地交換信令，信令交互需溝通業(yè)務(wù)接口類型、速率是否一致等信息。接口類型相同、速率一致的用戶可以互撥電話，本地業(yè)務(wù)通過(guò)交換矩陣實(shí)現(xiàn)［1］。

本地信令包括摘機(jī)檢測(cè)、掛機(jī)檢測(cè)和收號(hào)處理，建立接續(xù)及拆除接續(xù)。本地信令對(duì)檢測(cè)到的摘掛機(jī)信息和收號(hào)信息等進(jìn)行原語(yǔ)轉(zhuǎn)換，通過(guò)消息隊(duì)列發(fā)送給呼叫控制進(jìn)行處理，本地信令需要通過(guò)狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)呼叫過(guò)程對(duì)用戶產(chǎn)生撥號(hào)音、忙音、回鈴音和振鈴音等［2］。

1．2 中繼群信令

中繼群信令是交換設(shè)備在中繼接口上的信令交互，當(dāng)交換設(shè)備判斷被叫用戶號(hào)碼不在本地時(shí)，交換設(shè)備進(jìn)行出局呼叫處理，中繼群信令功能有選路和中繼，網(wǎng)絡(luò)連接控制，傳遞用戶到網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)到用戶信息等功能［3］。中繼群信令通過(guò)狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)并分析各種異常情況下的消息處理、超時(shí)無(wú)應(yīng)答處理，保證呼叫標(biāo)識(shí)的正常分配。中繼群信令按照一定格式轉(zhuǎn)換成原語(yǔ)發(fā)送給呼叫控制處理程序［4］。

1．3 呼叫控制

呼叫控制程序負(fù)責(zé)呼叫的建立、監(jiān)督、釋放及呼叫處理過(guò)程中一些其他處理［5］。呼叫控制與本地信令、中繼群信令之間采用原語(yǔ)方式實(shí)現(xiàn)。

在用戶呼出階段，交換設(shè)備按照一定的周期檢查每一條用戶線的狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)用戶摘機(jī)時(shí)，交換設(shè)備就根據(jù)用戶在交換設(shè)備上的物理位置找到該用戶對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，并對(duì)其進(jìn)行分析，如果該用戶有權(quán)發(fā)起呼叫，交換設(shè)備就向該用戶發(fā)送撥號(hào)音，進(jìn)入收號(hào)狀態(tài)。

數(shù)字接收及號(hào)碼分析階段是交換設(shè)備呼叫處理最重要的一個(gè)階段［6］。在此階段，交換設(shè)備對(duì)收到的號(hào)碼進(jìn)行數(shù)字分析，從而確定呼叫的類型和路由等。

當(dāng)數(shù)字分析結(jié)果是本局呼叫時(shí)，交換設(shè)備分析判斷被叫用戶是否空閑、業(yè)務(wù)類型是否一致等信息，如果條件滿足給被叫用戶送振鈴音，向主叫用戶送回鈴音。當(dāng)被叫用戶摘機(jī)應(yīng)答后，交換設(shè)備停止向被叫用戶送振鈴音，停止向主叫用戶送回鈴音，接通主被叫鏈路，呼叫進(jìn)入通話階段。

當(dāng)數(shù)字分析結(jié)果是出局呼叫時(shí)［7］，如果控制策略滿足，交換設(shè)備就根據(jù)目前的設(shè)備拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)向相鄰設(shè)備發(fā)送中繼群信令，相鄰設(shè)備對(duì)收到的號(hào)碼做號(hào)碼分析，如果不是本局號(hào)碼繼續(xù)向相鄰設(shè)備發(fā)送中繼群信令，直到是本局號(hào)碼，判斷被叫用戶是否空閑，業(yè)務(wù)類型是否一致，如果條件滿足就通過(guò)中繼群信令向主叫發(fā)送回鈴音，向被叫發(fā)送振鈴音，被叫摘機(jī)后雙方進(jìn)入通話狀態(tài)。

1．4 專線信令

異步數(shù)據(jù)之間的通信是通過(guò)建立專線實(shí)現(xiàn)的，專線業(yè)務(wù)建立成功后，可以在連接交換設(shè)備的計(jì)算機(jī)上通過(guò)超級(jí)終端進(jìn)行通信或發(fā)送文件［8］。

用戶首先通過(guò)維護(hù)界面向交換設(shè)備發(fā)送建立專線請(qǐng)求消息，專線請(qǐng)求包括本端話路號(hào)、被叫號(hào)碼及傳輸速率，專線請(qǐng)求發(fā)送到對(duì)端交換設(shè)備后，交換設(shè)備通過(guò)對(duì)攜帶信息進(jìn)行檢查，如果條件滿足就可以建立專線，同時(shí)向維護(hù)界面報(bào)告專線建立成功消息。如果條件不滿足則向維護(hù)界面報(bào)告專線建立失敗消息。需要拆除專線時(shí)，用戶通過(guò)界面發(fā)送專線拆除請(qǐng)求，即可拆除已建立的專線［9］。

2 策略控制

面向鏈路速率動(dòng)態(tài)變化，根據(jù)業(yè)務(wù)的重要性、時(shí)延敏感性和誤碼質(zhì)量等要求分配相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)，執(zhí)行相應(yīng)的控制策略，帶寬不同，交換設(shè)備支持處理的業(yè)務(wù)量也不同。

在無(wú)線傳輸［10］環(huán)境惡劣的條件下，信道傳輸速率總在不斷變化中，當(dāng)交換設(shè)備收到速率變化通知后，與上次歷史記錄中帶寬信息進(jìn)行對(duì)比，如果信道鏈路帶寬增大，則現(xiàn)有的呼叫業(yè)務(wù)保持不變，在發(fā)起新的呼叫業(yè)務(wù)時(shí)做策略控制分析，首先檢測(cè)目前正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)帶寬占用情況，是否允許用戶發(fā)起新的呼叫，如果條件滿足則發(fā)起呼叫，如果條件不滿足則給主叫發(fā)忙音，提醒主叫用戶掛機(jī)。如果是用戶建立專線，則上報(bào)維護(hù)界面專線建立失敗。

如果信道鏈路帶寬減小時(shí)，首先對(duì)目前正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)帶寬占用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如果業(yè)務(wù)帶寬沒(méi)有超過(guò)當(dāng)前鏈路占用帶寬，則當(dāng)前的業(yè)務(wù)狀態(tài)保持不變。如果正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)帶寬超過(guò)鏈路帶寬，就要對(duì)現(xiàn)有的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行有選擇的釋放，以保障高優(yōu)先級(jí)話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的可靠傳輸，同時(shí)對(duì)IP業(yè)務(wù)［11］進(jìn)行中止或者降速處理。當(dāng)有新呼叫發(fā)起時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的控制策略［12］，判斷目前正在進(jìn)行的業(yè)務(wù)帶寬占用情況，如果條件允許則發(fā)起新呼叫，如果條件不允許，則提示忙音或報(bào)告維護(hù)界面專線建立失敗。策略控制處理流程如圖1所示。

圖1 策略控制處理流程

3 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸

交換設(shè)備中面向用戶業(yè)務(wù)的一側(cè)稱為接入側(cè)，面向傳輸鏈路的一側(cè)稱為傳輸側(cè)。接入側(cè)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用異步數(shù)據(jù)接口完成指揮數(shù)據(jù)及可變數(shù)據(jù)的接入，接入側(cè)話音業(yè)務(wù)采用模擬用戶接口完成撥號(hào)話音和PCM話音的接入，接入側(cè)IP綜合業(yè)務(wù)采用以太網(wǎng)接口完成基于IP的綜合業(yè)務(wù)接入。交換設(shè)備中傳輸側(cè)與無(wú)線傳輸設(shè)備之間通過(guò)以太網(wǎng)接口，完成各種接入業(yè)務(wù)統(tǒng)一格式的封裝處理，以太網(wǎng)幀格式符合IEEE802.3規(guī)范，幀格式［13］如圖2所示。

圖2 以太網(wǎng)幀格式

圖2中LLC/SNAP為邏輯鏈路控制的首部信息，F(xiàn)CS為幀檢驗(yàn)序列。

4 功能及性能測(cè)試

實(shí)驗(yàn)環(huán)境示意圖如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)環(huán)境示意

交換設(shè)備通過(guò)LAN接口與無(wú)線設(shè)備相連，通過(guò)模擬接口與話音業(yè)務(wù)終端連接，通過(guò)異步數(shù)據(jù)接口與異步數(shù)據(jù)終端連接，通過(guò)以太網(wǎng)接口與IP業(yè)務(wù)終端連接。測(cè)試中1路專線話音只能與對(duì)端1路專線話音進(jìn)行通信，4路撥號(hào)話音可以實(shí)現(xiàn)本地互通，也可以實(shí)現(xiàn)與對(duì)端4路撥號(hào)話音互通，1路64 kbps PCM只能與對(duì)端1路64 kbps PCM互通，5路異步數(shù)據(jù)只能與對(duì)端5路異步數(shù)據(jù)建立專線，且只能在兩端速率配置一致的情況下建立成功。無(wú)線設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)速率的變化并將結(jié)果發(fā)送給交換設(shè)備，當(dāng)交換設(shè)備收到速率變化的請(qǐng)求后，對(duì)正在通信的業(yè)務(wù)處理能力進(jìn)行驗(yàn)證，依據(jù)策略控制保證交換設(shè)備高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的可靠傳輸。設(shè)備研制過(guò)程中進(jìn)行了大量的功能測(cè)試和性能實(shí)驗(yàn)，功能測(cè)試主要包括各種不同速率下的業(yè)務(wù)通信是否滿足總體要求。性能測(cè)試包括業(yè)務(wù)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)能否達(dá)到總體設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)結(jié)果表明，交換設(shè)備功能齊全、性能可靠穩(wěn)定，均能達(dá)到或超過(guò)總體設(shè)計(jì)的功能及性能要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

面向動(dòng)態(tài)鏈路速率變化下的交換網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制技術(shù)，是一種新型的包括業(yè)務(wù)適配接入、接納控制、帶寬分配以及傳輸控制的技術(shù)。它突破傳統(tǒng)固定鏈路帶寬的適配與傳輸控制方法，通過(guò)與信道鏈路信息交互，按照一定的策略控制，決策是否接納新業(yè)務(wù)的發(fā)起，對(duì)正在通信的業(yè)務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)處理，保證高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的可靠傳輸，最大限度地發(fā)揮無(wú)線傳輸設(shè)備所提供的能力。

［1］ 錢 淵，蔡 勇，馬志強(qiáng)，等．現(xiàn)代交換技術(shù)［M］．北京:北京郵電大學(xué)出版社，2009．

［2］ 葉 敏．程控?cái)?shù)字交換與交換網(wǎng)(第2版)［M］．北京:北京郵電大學(xué)出版社，2003．

［3］ 王 喆，羅進(jìn)文．現(xiàn)代通信交換技術(shù)［M］．北京:人民郵電出版社，2008．

［4］ 陳少軍．軟交換系統(tǒng)七號(hào)信令設(shè)計(jì)［J］．無(wú)線電通信技術(shù)，2012，38(2):17 －19，33．

［5］ 楊武軍，郭 娟，張繼榮，等．現(xiàn)代通信網(wǎng)概論［M］．西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2004．

［6］ 卞佳麗．現(xiàn)代交換原理與通信網(wǎng)技術(shù)［M］．北京:北京郵電大學(xué)出版社，2005．

［7］ 焦利彬，伍漢荷，張學(xué)敏，等．專用通信網(wǎng)局間信令研究［J］．無(wú)線電通信技術(shù)，2013，39(5):18 －20，58．

［8］ 周炯槃，龐沁華，續(xù)大我．通信原理［M］．北京:北京郵電出版社，2002．

［9］ Gilbert Held．?dāng)?shù)據(jù)通信［M］．戴志濤，卞佳麗，鄭 巖，譯．北京:人民郵電出版社，2000．

［10］姚 彥．?dāng)?shù)字微波中繼通信工程［M］．北京:人民郵電出版社，1994．

［11］竹下隆史，村山公保，黃井透，等．圖解 TCP/IP［M］．烏尼日其其格，譯．北京:人民郵電出版社，2013．

［12］翟 莉，賈慧英，楊 征．基于認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)資源接納控制技術(shù)分析［J］．無(wú)線電工程，2011，41(4):7 －9．

［13］胡道元．計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)(第4版)［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2010．