McWiLL多媒體集群系統(tǒng)高效語音實現(xiàn)機(jī)制

張大昌

（遼河油田通信公司自動化項目部，遼寧 盤錦 124010）

1 引言

目前廣泛采用的基于SIP協(xié)議的VOIP架構(gòu)很好的解決了有線網(wǎng)絡(luò)中的IP電話傳輸。但是在無線接入網(wǎng)絡(luò)中使用現(xiàn)有的VOIP架構(gòu)會造成對空口資源和基站回傳鏈路資源的浪費。原因是在已有的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中，VOIP語音包在空口和基站回傳數(shù)據(jù)都是作為應(yīng)用層數(shù)據(jù)用RTP/UDP/IP包承載的，其中包頭較長，而媒體數(shù)據(jù)相對較少，導(dǎo)致傳輸效率不高。

另外，現(xiàn)有無線接入系統(tǒng)中實現(xiàn)VOIP時都用IP地址作為用戶標(biāo)識，在目前不使用移動IP技術(shù)的情況下只支持游牧應(yīng)用場景，不能實現(xiàn)大范圍的自由移動。

McWiLL多媒體集群系統(tǒng)的高效語音架構(gòu)就是考慮上述因素而設(shè)計的支持無線VOIP的一種機(jī)制。MCWILL多媒體集群系統(tǒng)是我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的一種支持移動的無線寬帶接入技術(shù)產(chǎn)品，其創(chuàng)造性地將OFDMA與SCDMA有機(jī)結(jié)合起來，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用全I(xiàn)P承載，能夠同時提供大容量的話音業(yè)務(wù)、高帶寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等基于分組傳輸?shù)娜珮I(yè)務(wù)通信。

2 MCWILL多媒體集群系統(tǒng)的高效語音架構(gòu)

本架構(gòu)的網(wǎng)元包括：用戶終端、基站、業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)（SAG）、無線用戶數(shù)據(jù)庫（UDB）和固網(wǎng)軟交換系統(tǒng)（SS/MG/SG）。

基站負(fù)責(zé)提供與終端之間的空中接口，以及與業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)之間的接口。

業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)在本架構(gòu)中屬于接入網(wǎng)設(shè)備，負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)透傳以及用戶鑒權(quán)；進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)接入網(wǎng)與軟交換網(wǎng)絡(luò)的連接；同時負(fù)責(zé)移動性管理功能，將用戶的移動性屏蔽在接入網(wǎng)內(nèi)部。

無線用戶數(shù)據(jù)庫UDB也是接入網(wǎng)設(shè)備，負(fù)責(zé)存儲用戶數(shù)據(jù)、用戶業(yè)務(wù)信息和位置信息，與SAG一起實現(xiàn)無線用戶的移動性管理。無線接入網(wǎng)向核心網(wǎng)屏蔽了用戶的移動性，簡化了核心網(wǎng)實現(xiàn)。

軟交換機(jī)屬于核心網(wǎng)設(shè)備，負(fù)責(zé)與網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。軟交換機(jī)將本系統(tǒng)的用戶作為普通SIP終端處理，采用標(biāo)準(zhǔn)SIP協(xié)議進(jìn)行控制，標(biāo)準(zhǔn)RTP協(xié)議傳輸用戶數(shù)據(jù)。同時，互通時的計費、路由等處理都由軟交換完成。

3 高效語音處理機(jī)制

3.1 基站與SAG之間的回傳鏈路語音處理機(jī)制

基站與SAG之間采用自定義接口協(xié)議SAbis1，分為控制平面和用戶平面。

在控制平面，為了保證語音業(yè)務(wù)的正常實現(xiàn)，本架構(gòu)自定義了基于Q.931的呼叫狀態(tài)機(jī)和基本呼叫流程，由SAG進(jìn)行此流程與SIP流程的轉(zhuǎn)換業(yè)務(wù)，實現(xiàn)與軟交換的連接；呼叫控制的對等實體位于終端和業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)。寬帶基站不參與呼叫控制，不需要實現(xiàn)復(fù)雜的呼叫狀態(tài)機(jī)，只要完成相關(guān)的無線傳輸資源的建立和維護(hù)，并將呼叫信令直接向終端和業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)雙向透傳即可。

同時，SAbis1還定義了用戶鑒權(quán)和注冊、位置更新及切換等移動性管理流程和消息。上述功能由終端、業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)和無線用戶數(shù)據(jù)庫配合，在接入網(wǎng)內(nèi)部完成。具體實現(xiàn)時，業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)需要代理用戶向核心網(wǎng)進(jìn)行SIP注冊/注銷，確保核心網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)庫有足夠的信息為用戶呼入/呼出以及其他補(bǔ)充業(yè)務(wù)提供服務(wù)，并需要提供機(jī)制保證接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的用戶數(shù)據(jù)庫內(nèi)容同步。

在媒體平面，本機(jī)制采用基站回傳鏈路的數(shù)據(jù)復(fù)用和RTP代理技術(shù)來提高用戶數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸效率。寬帶基站與SAG之間的回傳鏈路采用數(shù)據(jù)復(fù)用技術(shù)提高傳輸效率。上行鏈路，基站將每20ms壓縮語音包用RTP頭封裝后多路復(fù)用，打入一個或少量的幾個UDP/IP包后傳輸；下行鏈路，SAG也將來自網(wǎng)絡(luò)側(cè)的多路語音包復(fù)用后，再發(fā)送給基站。

3.2 空口語音處理機(jī)制

本機(jī)制提出了如下方法解決在MCWILL多媒體集群系統(tǒng)中，如何保證語音業(yè)務(wù)傳輸?shù)膶崟r性及可靠性：

一種是空口為語音建立專用的語音連接，此連接優(yōu)先級最高，用于傳遞語音相關(guān)的信令及語音包，語音包到達(dá)二層后，被賦予高于數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級，基站對終端進(jìn)行資源分配時，首先判斷終端是否存在語音連接，若存在，則首先從可用資源中為語音連接分配資源，并指定采用較低階的調(diào)制方式，以保證語音包的正確接收。

一種是在語音連接的基礎(chǔ)上，增加語音包的傳輸及相應(yīng)的動態(tài)信道分配和延遲抖動緩沖機(jī)制，針對特殊封裝的語音包，引入重傳及相應(yīng)的動態(tài)信道分配和延遲抖動緩沖機(jī)制，可在滿足實時性業(yè)務(wù)QoS要求的基礎(chǔ)上，達(dá)到提高頻譜效率和可靠性的要求。

該機(jī)制包括以下步驟：

a.發(fā)送端對需發(fā)送的原始語音編碼包進(jìn)行封裝構(gòu)成語音會話包，該封裝至少包括如下過程：標(biāo)識序號以表征其播放順序，并對標(biāo)識序號后的語音編碼包進(jìn)行信道編碼；

b.終端與基站建立語音會話或語音數(shù)據(jù)混合會話，基站為該會話動態(tài)分配信道，會話建立成功后，至少在終端維護(hù)一個延遲抖動緩沖器；

c.發(fā)送端對新到達(dá)語音會話包，延遲語音會話包，重傳語音會話包，數(shù)據(jù)會話包及控制命令包進(jìn)行調(diào)度后發(fā)送；

d.接收端接收語音會話包并檢測，對于確認(rèn)丟失的語音會話包，向發(fā)送端發(fā)送包含丟失的語音會話包序號的NACK消息以指示發(fā)送端重傳這些語音會話包；對于正確接收到的語音會話包進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該機(jī)制的優(yōu)點在于：通過采對特殊封裝的語音包的重傳機(jī)制，提高了實時性語音業(yè)務(wù)的頻譜效率和可靠性要求。

3.3 支持移動處理機(jī)制

本機(jī)制移動處理機(jī)制使用的用戶標(biāo)識不采用IP地址，而是采用用戶標(biāo)識符和臨時應(yīng)用標(biāo)識符。用戶標(biāo)識符在無線接入系統(tǒng)內(nèi)唯一標(biāo)識一個用戶，是用戶的永久信息。臨時應(yīng)用標(biāo)識符，在呼叫建立過程中由業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)分配，在呼叫的過程中標(biāo)識用戶，進(jìn)行信令轉(zhuǎn)發(fā)，呼叫結(jié)束后收回。采用這種方式標(biāo)識用戶即可以回避復(fù)雜的移動IP問題，而方便的實現(xiàn)用戶消息和數(shù)據(jù)的路由。錨業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)（Anchor SAG）指用戶當(dāng)前注冊的業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)，其中記錄了用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。為了向SS屏蔽用戶的移動性，在用戶的切換過程中，SS始終與錨業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)聯(lián)系。當(dāng)用戶從錨業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)切換到其他的業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)時，首先需要建立服務(wù)業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)與錨業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)之間的RTP通路，所有發(fā)往終端或SS的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都經(jīng)過該通路轉(zhuǎn)發(fā)。發(fā)生切換時，呼叫控制的狀態(tài)在終端和Anchor業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)之間維護(hù)，服務(wù)業(yè)務(wù)接入網(wǎng)關(guān)不保存呼叫控制有關(guān)的狀態(tài)信息。

4 總結(jié)

MCWILL多媒體集群系統(tǒng)通過高效語音的機(jī)制，較好的解決了目前無線寬帶技術(shù)中VOIP的空口使用率底、QOS保證等問題，實現(xiàn)了單系統(tǒng)中數(shù)據(jù)與語音業(yè)務(wù)的完美融合。

[1]YD/T1487-2006 400/1800MHzSCDMA無線接入系統(tǒng)：頻率間隔為500kHz的系統(tǒng)技術(shù)要求.

[2]SCDMA寬帶無線接入系統(tǒng)：空中接口技術(shù)要求.