cdma2000業務協商機制的研究與實現

2019-11-03 09:15:21

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供稿：網友

周華瑩　唐曉梅　季新生　何大可

國家數字交換系統工程技術研究中心

　　摘要本文首先介紹了cdma 2000業務協商的概念及其基本過程，隨后分析了業務協商機制對業務質量的控制作用。最后，給出了一種基于該協商機制的實現方案，并分析了該方案中的幾個關鍵問題。

　　關鍵詞 cdma 2000 業務協商 QoS 無線資源業務配置

1 引言

　　新一代移動通信系統采用了一系列業務質量控制機制來保障多種類型的業務（包括話音業務及各種寬帶多媒體業務），這些業務質量控制機制貫穿于整個IS-2000系統的體系結構之中，從底層的物理層技術到高層的協議控制，其最終目標都是為用戶提供高質量的服務。

　　物理層中的質量控制機制主要是功率控制、擴頻調制、信道編碼等技術。第二層（L2）中，主要是復用子層根據服務質量指標優先對時延敏感的業務類型進行復用；RLP子層使用基于否定應答（NAK）的選擇重傳ARQ協議來保證該層數據的傳輸質量；LAC層的ARQ協議使用基于肯定應答的選擇重傳機制，對不同的質量保證要求使用不同的控制參數。在第三層（L3）中，系統的接納控制、負荷控制、業務協商等均涉及業務質量控制，對于接納控制、資源管理等機制已有很多討論，本文主要討論業務協商過程及其對業務質量的控制作用。

2 業務協商過程及原則

2.1 業務配置及業務協商概念

　　簡言之，業務協商就是在通信鏈路建立之初，移動臺與基站就相應的業務配置進行協商以最終確定通信鏈路的業務配置。業務協商直接關系到通信鏈路的業務配置參數，對業務質量有著直接的影響。

　　業務協商是對業務配置進行協商，因而有必要介紹一下業務配置的概念。所謂業務配置（Service Configuration）是指基站和移動臺可選的鏈路配置的集合。基站和移動臺采用集合中一套相同的配置來構造和分解業務信道幀，完成前向鏈路和反向鏈路業務信道幀的交互。業務配置參數包括可協商和不可協商兩種參數。

　　可協商參數包括：前/反向復用項目；前/反向業務信道配置；前/反向業務信道速率；業務選項連接等。前/反向復用項目確定業務數據裝入前/反向業務信道幀的方式。前/反向業務信道配置確定前/反向業務信道的無線配置（RC）方案和其他必要的屬性。前/反向業務信道傳輸速率確定前/反向業務信道幀的傳輸速率。業務選項連接確定業務類型和在業務信道（基本信道、補充信道）上的操作方式。

　　不可協商參數只能由基站確定，不能進行協商，不可協商參數不是本文討論的對象。

　　事實上，業務協商包括兩個方面：業務選項（SO）協商和業務屬性協商。對于基站和移動臺支持的每一個業務選項（SO），可用的業務配置屬性在一定范圍內可選，而非無限制的。也就是說，在協商時，應首先確定欲使用的業務選項，再從該業務選項可選的業務屬性中選擇合適的配置進行協商。

　　業務屬性協商包括對無線配置（RC），復用選項，編碼方式等的協商。它們是相互關聯的，因而在一次協商過程中可同時對多種業務屬性進行協商，以減少信令交互所耗的時間。

2.2 業務協商過程簡述

　　業務協商的過程可簡要描述為以下過程：

　　· 移動臺可以在發起呼叫時請求一個與業務選項相關聯的業務配置，也可以在業務信道的工作過程中請求新的業務配置。所請求的業務配置和原來的業務配置可以相去甚遠，也可以相差無幾。

　　· 若移動臺所請求的業務配置對于基站而言是可以接受的，那么它們就開始使用新的業務配置。否則，基站可以拒絕該請求或提出一個替代用的業務配置。

　　· 若基站提出替代用的業務配置，移動臺可根據具體情況接受或拒絕該業務配置，或者再提出另一個業務配置請求，直到最后移動臺和基站找到一個相互都可以接受的業務配置，或者移動臺和基站中任意一方拒絕對方所請求的業務配置，協商過程即結束。

　　類似的，基站可以在尋呼移動臺時請求一個與業務選項相關聯的業務配置，也可以在業務信道的工作過程中請求新的業務配置。其協商過程如上所述，只是基站與移動臺的角色對換了一下。

2.3 業務協商對業務質量的控制作用

　　業務協商機制本質上是一種QoS機制，基站和移動臺之所以通過信令交互選出適宜的業務配置的根本原因是為了提高業務質量。本文從以下幾方面分析業務協商對業務質量的控制作用：

　　· 基站在尋呼移動臺時要求移動臺使用某種業務選項及相關的業務配置，而移動臺可能不支持這種業務配置，若沒有業務協商機制，移動臺就無法與基站建立連接，導致呼叫失敗。

　　· 移動臺在通話中可能會發生軟切換，當移動臺的控制權轉移到新基站后，新基站可能會要求移動臺使用另一種業務配置，若不進行業務協商，移動臺就得以這種對新基站而言“不適宜”的業務配置繼續呼叫，這樣掉話的可能性就大大增加了。

　　· 對于分組業務，數據傳輸速率是與Walsh碼道資源密切相關的，較高的速率要求較短的Walsh碼，亦即高速率占用較多碼道資源。由于補充信道的速率是不可變的，Walsh碼的占用也不會自動地隨數據量的減少而減少，因而當無大量的數據可傳輸時，就會造成資源的浪費，可能導致新呼叫因無資源可用而接入失敗。為了節省資源，當移動臺需要傳送的數據量遠遠小于已得到的碼道資源時，它會向基站發起協商，請求減少所分配的資源。

　　· 類似的，當移動臺需要傳送的數據量突然增加，所分配的碼道資源不能滿足需要時，它也會向基站發起業務協商，以獲取更多資源。

　　· 對基站而言，要盡量容納更多的用戶。若已給某個移動臺分配較大的碼道資源，又有大量新的移動臺試圖接入，可能會由于碼道資源不足而拒絕新呼叫。此時若基站采用業務協商機制請求該移動臺使用較低的速率傳輸就能收回一些碼道資源，用以接納新的呼叫。

　　綜上，業務協商機制作為一種高層的QoS機制，支持基站和移動臺靈活地使用業務配置。更為重要的是，通過業務協商機制，可以在保持呼叫的條件下實現無線資源的動態分配，最大限度地利用無線資源，這對于增加整個CDMA系統的容量，保證單個移動臺的業務質量都是至關重要的。

3 業務協商的實現

3.1 模塊結構圖及分析說明

　　業務協商模塊在實現時可分為消息讀取模塊、消息處理模塊、消息發送模塊、定時器管理模塊及初始化工作表模塊，其中，消息處理模塊是核心模塊。消息讀取模塊把空中接口LAC專用信道處理模塊送上來的PDU（即完全層3消息）讀取到按消息域定義的結構體中，以便消息處理模塊進行后續處理。

　　· 消息處理模塊處理業務協商請求及響應消息，根據移動臺發送該消息的目的（接受基站的建議，提出自己的建議，拒絕基站的建議）分別作相應的處理。此外，消息處理模塊還要處理Abis接口發來的重配置證實消息（下節討論該消息），若成功，繼續處理；若失敗，要向移動臺發釋放命令。

　　· 消息發送模塊被消息處理模塊調用，當消息處理完畢后，處理模塊根據需要決定是否調用消息發送模塊，發送業務請求、業務協商、服務連接完成消息及釋放命令等。

　　· 定時器管理模塊分配和管理協商中所用的定時器。

　　· 初始化模塊獲取當前正在使用的業務選項、前向基本信道復用選項、補充信道復用選項、補充信道編碼方式等可協商的業務配置信息。　　業務協商模塊與Abis接口處理模塊間的關系是：消息處理模塊控制Abis接口處理模塊向基站收發信機發送重配置命令；Abis接口處理模塊向處理模塊轉發基站收發信機對重配置命令的證實（詳見下節）。

　　業務協商模塊與資源管理模塊存在交互關系的原因是：對某些業務配置進行協商可能會引起一些不可協商配置的改變，這就引起資源的重新分配。例如對補充信道進行速率的協商，可能會引起Walsh碼的改變（碼長變化），這時就需要調用資源管理模塊重新分配Walsh碼。

3.2 重配置消息的設計及使用

　　在實現中需要設計重配置消息的根本原因是基站分為基站控制器（BSC）與基站收發信機（BTS）兩部分，BTS負責收發空中接口的無線幀；BSC負責對其所管轄的多個BTS進行管理。業務協商過程實質上是移動臺與BSC間的對話過程，若二者對欲使用的業務配置達成一致，即協商成功，此時應使用新的業務配置。然而，實際處理移動臺空中信息的是BTS，BTS并不知道BSC與移動臺要使用新的業務配置，它仍使用原來的業務配置解析和構造空中信息，這樣會造成空中業務幀無法正確解調。因此，BSC在協商成功后要命令BTS使用已協商過的配置，該命令應通過BSC與BTS間的接口——Abis接口發送，該命令稱為重配置消息。

　　在一次業務協商中，基站若同意移動臺所提議的業務配置，它需要通過服務連接消息（SCM）通知移動臺，同時控制Abis接口處理模塊給BTS發重配置消息，命令BTS使用新的業務配置，之后才能收到移動臺使用新的業務配置發送過來的服務連接完成消息（該消息是對SCM消息的響應），最終完成一次業務協商。

3.3 定時器的設置及使用

　　BSC向移動臺發送SCM消息表示它接受新的業務配置，同時命令BTS使用新的業務配置。此后并不能立即使用新的配置，協議中指出此時基站應等待一個“業務作用時間”，該時間應設置為多長，與什么值相關是實現中一個很關鍵的問題。

　　事實上，在SCM消息中包括一個可選的值——action time，該值表示移動臺在收到SCM消息后再過多長時間執行相關操作，亦即使用新的業務配置。因此，基站的“業務作用時間”應該設置得與SCM消息中的“action time”相同。

　　為實現基站的等待“業務作用時間”操作，應設置一個定時器，該定時器的時長當然就是“action time”。在BSC向移動臺發送SCM消息時啟動該定時器，在此期間完成對BTS的重配置操作，待該定時器超時，使用新的業務配置，如使能MAC層用新的復用選項工作等。同時，移動臺也在“action time”之后使用新的業務配置，這就解決了基站和移動臺改變業務配置的同步問題。若無此定時器，或該定時器的時長與SCM消息中的“action time”不一致，在實際系統中的業務協商是不可能成功的。

4 結束語

　　本文介紹了作為cdma 2000高層QoS機制的一種——業務協商機制的概念及基本過程，并分析了業務協商機制對業務質量的控制作用，指出其對靈活使用碼道資源的重要性。文章第3部分指出了實現業務協商機制的幾個關鍵問題。隨著研究的深入，利用業務協商機制控制業務質量的方法將越來越多，具體實現方案也將得到進一步的完善。

　　周華瑩，女，1980年出生，于1997年獲解放軍信息工程大學學士學位，現為解放軍信息工程大學通信與信息系統專業碩士研究生，主要研究方向為cdma 2000基站軟件研究與設計。

　　唐曉梅，女，解放軍信息工程大學副教授、碩士生導師，主要研究方向為cdma 2000基站軟件研究與設計。

　　季新生，男，解放軍信息工程大學副教授、碩士生導師，國家863計劃項目——“中國第三代移動通信系統”cdma 2000系統集成項目主管，主要研究方向為cdma 2000系統總體設計。

----《中國數據通信》