基于IP架构的cdma2000系统A接口协议的设计

摘要：结合一种基于IP架构的CDMA2000系统，讨论了A接口上信令/业务/控制流的特点和网络组成，提出了在IP网络架构下A接口协议的设计方案，完成了A接口中信令子接口的IP化协议设计，以及业务子接口听控制流模型设计，形成了一个完整的IP化A接口协议体系。对呼叫处理中的指配流程进行改进，降低了系统的呼损率。

关键词：IPCOMAA接口A1/A2 指配流程

随着IP协议在世界范围内的广泛应用以及CDMA移动通信系统的飞速发展，基于IP网络架构的CDMA2000系统的设计问题日益受到人们的关注。在设计基于IP的CDMA2000系统时，A接口的设计是关键。由于系统核心网络的全IP化，并引入了控制与业务、传送与接入分离的中交换设计思想，在IP上实现A接口协议与在传统电路交换上实现A接口有所不同，主要是需要设计信令与业务分离的A接口协议栈以及信令流、业务流在IP承载方式下的传输。

1  IP架构下的CDMA2000的系统A接口研究

A接口是无线接入网与核心网之间的接口。在CDMA2000系统中A接口包括：A1/A2、A3/A7、A8/A9和A10/A11等接口，它们满足3GPP2IOS4.1规范。A1/A2接口是CDMA2000系列移动交换中心（MSC）与基站控制器（BSC）之间的接口，该接口秉承CDMAOne系统。A1接口用于传输MSC与BSC之间的信令信息；A2接口用于传输MSC与BSC之间的话音信息。MSC与BSC之间的A1/A2接口，传统上称之为A接口，下文中加不特殊声明A接口即指此接口。

1．1基于IP的CDMA2000系统体系结构

目前CDMA系统模型有很多种，这里结合一种基于IP架构的CDMA2000系统讨论A接口的设计。本系统采用多种无线传输与接入技术、IP网络技术以及软交换控制技术等，其核心交换机制为IP交换机制，即利用统一的IP交换平台在各功能部件间交换信令控制信息和业务数据信息。系统结构如图1(a)。

系统主要划分为以下几个模块：

·无线接入单元WAU（WirelessAccessUnit）：完成空中接口物理信道的收发处理，建立和维护与无线终端设备之间的无线通道连接。

·无线接入服务器WAS（WirelessAccessServer）：主要完成与WAU之间接口信令的处理和与CS的交互，辅助CS实现电路型业务的无线资源管理与控制、移动性管理和呼叫控制功能。

·呼叫控制服务器CS（CallServer）：主要完成无线资源和呼叫的控制与管理，实现中交换中媒体网关控制器的功能。

·电路媒体网关CMG（CircuitMediaGateway）：实现连接PSTN、ISDM和PLMN的网关功能以及话音压缩编解码功能。

·呼叫信令网关CSG（CallSignalingGateway）:为系统中分布的各种应用提供稳定、可靠的信令支持。

以及位置寄存器（LR）、分组数据业务网（）PDSN、操作维护中心（OMC）等模块。

1．2A接口的网络架构

A接口架构如图1（b）所示，MSC与BSC之间的接口即为文本所研究的A接口，包含信令和用户业务两个子接口，对应标准A接口的A1/A2接口。CS与WAS之间的接口构成信令子程序；对应标准A接口中的A1接口，用于传输MSC与BSC之间的信令消息；WAS业务部件与CMG之间以及两个WAS业务部件之间构成了业务子接口，对应标准A接口中的A2接口，用于传输MSC与BSC之间的语音业务信息。电路分配单元CDB在CS与CMG的控制关系中起辅助作用，负责选定路由。

2基于IP的A接口方案设计

2．1A接口协议栈设计

传统电路交换型CDMA系统中A1接口采用3GPP2的IOS4.1版本规范中规定的七号信令SCCP0类和2类协议及MTP等作为低怪传输协议。基于IP的CDMA系统引入中交换思想，呼叫控制与业务承载分离。而SCCP信令协议又无法分别交换控制和承载的信息，而此需要新的信令系统支持。本系统的A接口采用TCP/IP协议作为低层传输协议。

协议栈结构如图2所示。

信令和业务子接口协议栈的物理层、数据链路层和网络层协议均采用商售以太网交换机上的标准协议。传输层采用本系统的专利技术：RUDP协议代替了传统的七号信令SCCP。信令子接口应用层内容基本对应3GPP2的IOS4.1版本规范A1接口中的基站管理应用部分（BSMAP）和直接传递应用部分（DTAP）；业务子接口应用层内容以媒体数据为主。

RUDP协议是"ReliableUDP"的简称，是一种自定义的、为UDP引入可靠传输机制的简化协议。它兼顾有TCP的可靠性与UDP的高效性，是本系统可靠传输所采用的协议。RUDP的基本思想是在UDP包头内加入两个字节的协议头，即一个字节的前向序号和一个字节的后向序号。围绕这两个字节的协议头，RUDP协议采用了一个套证实机制、重发机制、序号对齐机制分别保证了RUDP通信的可靠性、高效性和数据流的有序性。RUDP协议技术保证了系统内信令和业务数据的传输性能要求。

2．2信令子接口设计

2．2．1信令连接建立方式

（1）传统的信令连接建立方式

传统CDMA系统A1接口信令采用了七号信令SCCP的0类基本无连接业务和2类基本有连接业务。SCCP通过E1接口传输信令消息建立信令连接。E1接口即一个PCM中继电路，可以同时容纳32时隙×64kbps的语音数据。在32个时隙中，第0时隙被用作帧同步信息，第16时隙作为SCCP的信令通道，其余30个时隙被用作语音时隙被作用语音通道。这样，第16时隙就被信令消息全时独占，无论该时隙空闲与否，均不允许其它消息（语音消息）使用，造成了资源浪费。

（2）IP架构下的信令连接建立方式

由于协议栈采用了TCP/IP传输协议，因此在设计A1接口信令连接方式时取消了基于无连接方式的应用，所有信令均基于有连接方式传送。

在A1接口上以目的设备ID（D_DID）、目的处理ID（D_CID）和源设备ID（S_DID）、源处理ID（S_CID）组成的四元组唯一标识一个信令连接。信令连接以一次握手的机制建立。连接建立方首先发送源处理ID为空的连接起始建立消息，接收方进行处理后回送的第一条消息为本次处理申请的处理ID，双方连接建立完成。所有信令均基于有连接方式传送，连接建立的流程如图3所示。

实体1与实体2之间由实体1发起一个基于连接的处理流程，实体1首先申请处理ID，在始发消息的信件头D_DID中填对端实体2的设备ID，D_CID填空。S_DID填实体1的设备ID，S_CID填本地处理ID。

实体2收到D_CID为空的始发消息，确认可以处理后申请处理ID，向对方发送后续处理消息，消息中D_DID、D_CID置对方DID和CID，S_DID、S_CID置本身DID和CID。至此双方信令连接成功。

2．2．2消息及消息元素

继承了标准BASP协议中定义的大部分消息和消息元素，并结合IP网络特性增加、删除了部分消息和消息元素。

（1）由于A2接口上用户业务基于IP传输，完全取消了A2接口电路的概念，因此删除所有地面电路管理类消息和电路识别码CIC等消息元素；因简化了清除流程，而删除呼叫处理类的清除请求消息；

（2）增加两条用于呼叫建立的新消息。