基于CDMA2000 1x EV-DO Rev.A的手机对讲业务Qchat的探讨朱红梅 中国电信股份有限公司广州研究院
时间：2022-10-06 12:46:36
【摘要】文章首先介绍了基于cdma2000 1x ev-do rev.a的手机对讲业务qchat的研制背景,随后从Qchat的业务特点入手,对其系统的网络架构、技术原理以及所采用的关键技术进行了全面的介绍,表明Qchat业务接近专业集群业务,适合全网部署。
【关键词】手机对讲 PTT Qchat 多播 BCMCS
1 概述
手机对讲是一种基于移动网络的集群通信技术,可以提供单呼、组呼、紧急呼叫、广播呼叫、呼叫优先级等功能。目前的手机对讲技术可以分为电路域方式和分组域方式,普遍的实现方案中均需要为集群通信群组的每个成员分配一个业务信道,对空口资源消耗大,尤其无法满足群组成员用户数较大且通话过程中成员相对集中于某个无线覆盖区的场景需求。
在实际应用中,经常出现集群通信成员集中在某个区域需要调度的场景,如某集群总部资源协调、机场大量出租车调度、大型会议或运动会指挥等,会对该区域的无线网络造成很大压力,甚至发生话音质量劣化及导致话路拥塞。因此,如何为成员集中的大群组提供高质量高性能的集群通信,且有效利用空口资源等问题成为集群通信运营商迫切需要解决的问题。
2 Qchat业务特点
2.1 大容量
如上述所讲,基于移动网的手机对讲业务在用户成员集中的情况下容易造成网络拥塞,中国电信针对此特别研制了一种新的手机对讲业务――Qchat业务。Qchat业务能为人口众多、人员密集的固定区域提供多播功能,具体来讲,即基于CDMA2000 1x EV-DO Rev.A的手机对讲业务系统――Qchat是基于BCMCS的多播技术,这一点大大提升了网络容量。BCMCS是在3GPP2中定义的基于CDMA2000 1x EV-DO分组网络的多播功能,通常该功能被电信运营商应用于手机电视、多媒体点播类等业务。但是由于BCMCS与传统的地面数字通信标准相比,在容量上有很大的差距,因此基于移动网的手机电视标准发展一直不好。但是Qchat是语音业务,全速率只有9.6kbps,低于任何一个电视频道的速率如64kbps,因此采用BCMCS来承载Qchat业务无疑是一个新的突破,充分利用新技术的优势,既大大提升了网络容量,满足了业务的需求,同时又能给该技术带来新的应用空间。
2.2 低时延
众所周知,接入时延是用户对语音业务感知最明显的指标,如果用户按下手机对讲键,要等几秒的时间才能讲话(获取话权),超出用户的忍耐限度,感受差,将直接影响业务的推广发展。因此,接入时延是对讲业务的关键指标之一。
中国电信在研制业务之初,就充分考虑了这个关键指标,如简化Qchat的SIP会话协议,无线网采用一系列的增强技术。此外,给从上层下来的IP数据包打上特别的Qchat标识,以备无线网的优先处理等。这些都为Qchat的低时延奠定了基础,最终,Qchat的时延被严格控制在1s的范围内,1s也是国家对专业数字对讲业务的要求,从而实现了将专业的对讲业务移植到民用通信系统。
3 Qchat业务网络架构
Qchat业务采用端到端实现的方式,包括业务系统、移动承载网络(BSC/PCF、PDSN/BSN、AAA)、终端三大部分,如图1所示。因此Qchat完全不同于其他的实时业务,如MSN、QQ等,后者采用的是客户端方式,任何手机或PC机只要安装即可使用;而Qchat从业务平台,到移动网络、终端都有特殊的需求,各个网元都要针对Qchat作出相应的改变。也就是说Qchat是电信级的业务,有QoS保证,而不是互联网业务。正因为如此,Qchat有它特有的网络架构以及技术业务特点。
(1)业务系统
业务系统主要负责呼叫信令控制模块和媒体控制模块,包括用户和群组管理的数据库,以及用户、系统、群组数据和多播数据配置的模块等。该部分是Qchat的核心之一,是由高通公司开发提供的软件系统。
(2)移动承载网络
BSC/PCF负责Qchat用户的接入、无线资源的预留分配、会话的建立释放等功能,具体来讲就是为Qchat的不同流进行不同的空口资源映射:ReservationLable与RLP flow、RTC MAC flow映射,维护R-P接口的连接及映射,此外基于QoS profile对新业务进行准入控制/拥塞控制。
PDSN负责Qchat用户的IP地址分配,实时在线链路维护,为Qchat用户不同业务流(有会话信令、抢权信令、媒体三种业务流)建立不同的连接业务流的分类,同时给Qchat打上标记,采用DiffServ标记。这里主要是从DSCP值内层复制到外层(以备无线网识别提前处理业务),同时向AAA转发相应的计费信息。
AAA主要是对Qchat的QoS需求进行配置,同时向PDSN转发相应的QoS要求,实现QoS流的鉴权认证等操作。
BSN(Broadcast Service Node):即广播多播业务节点,它是Qchat实现多播功能的核心。通过为多播群组分配多播IP地址,将来自业务平台的多播流映射到多播Flow ID流上,与BSC/PCF通信,增加或删除一个多播服务IP流,实现多播数据的传输。
(3)终端
它是Qchat业务的发起方,其主要职责是携带Qchat的业务需求(相关参数为针对每种应用的Reservation Lable及QoS Profile ID),并发送给无线接入网RAN。
4 Qchat业务的实现技术原理
4.1 多播技术
总体而言Qchat是在标准的BCMCS基础上针对手机对讲业务特点进行了技术和组网改进,提供大群组多播组呼功能。特征如下:
(1)特殊分配的BCMCS FLOW ID对应本系统的多播IP流,两者一一对应;每个多播IP流由一对{组播IP地址和端口号}标识。一个多播群组对应三个多播IP流,每个IP流用于传送不同的消息内容:第一个用于呼叫建立信令;第二个用于抢权信令;第三个用于媒体。需特别说明的是,本系统中一个多播组的消息传递只需要一个组播地址,对于携带不同消息内容的多播IP流仅需通过该地址与三个不同端口的组合进行区分。
(2)每个多播群组对于主叫用户的上行业务请求和发言者上行媒体数据传送采用单播技术,经PDSN转发到业务平台。对于被叫用户的下行呼叫信令和发言者下行媒体数据传送采用多播技术,经BCMCS的BSN模块向无线网元发送至终端。BSN模块可以和PDSN合设,负责多播IP流与BCMCS flow ID的映射处理,以及与IP网络间的多播路由建立。业务平台和BSN之间的路由还需要利用IP骨干网络的组播技术。BSC/PCF根据BSN转发的多播群组相关信息,作相应的呼叫处理。
(3)系统支持对多播群组用户的动态跟踪,只对有用户的sector进行广播。并支持通过网络的计数功能,实现了对多播与单播资源的动态分配,避免网络单一多播或单播造成的资源浪费。
4.2 固定区域多播
固定区域多播群组是Qchat的业务特征之一,是基于中国城市人口多而密集提出的有针对性的解决方案。其特征在于:系统可为每个固定区域多播群组定义目标广播sector列表,并通过数据配置系统配置至BSC和终端。BSC根据目标广播sector列表产生用于软合并的sector列表(可开关设置是否使用软合并),并根据用户的寻呼响应做相应的广播区域缩减,后续只需对有用户注册的sector广播,避免浪费无线资源。同时系统支持固定区域多播群组定义个别特殊用户采用单播方式进行通信,满足固定区域多播群组个别特权用户无区域限制的需求。固定区域多播群组主要针对大群组用户活动范围固定集中的应用场景。
4.3 数据配置
手机对讲不同于其他业务,其群组信息可以自定义也可以随时更改,因此必然存在业务平台到各手机数据配置的问题。Qchat采用业务平台系统至终端间基于XCAP接口的配置方式,其特征在于:基于XCAP框架进行扩展和改进,实现业务系统到终端侧的用户数据、系统数据、群组数据统一配置。该参数配置方式可替代基于复杂OMA-DM 协议的参数配置方式,运营商无需部署DM设备,简化业务组网架构,终端实现简单。
5 Qchat的关键技术
Qchat业务因为采用了一系列的关键技术,使得其具有与其他对讲业务不同的特点。综合来讲,Qchat容量的提升主要是依靠BCMCS多播技术,而为了满足Qchat业务接入时延小于1s的要求,Qchat主要采取了如下关键技术:
(1)高通私有的QSP协议
通常分组域的手机对讲PTT业务都是基于SIP协议,PTT的始呼消息(SIP Invite)动辄几百字节,因此呼叫建立时延难以满足PTT的实时性能。高通为了解决该问题,提出了一个私有的呼叫控制信令QSP(QUALCOMM Signaling Protocol),该信令功能与SIP 相似,但相对于SIP 的文本编码,QSP采用了二进制编码,呼叫建立消息可以缩小到几十字节,从而大大缩短了呼叫建立时延。
(2)DOS(Data Over Signaling)技术
由于采用了DOS技术,使得始呼消息(invite)可以在第一条信令消息上发送,这样边发送呼叫请求边建立业务信道的方式极大地缩短了业务的接入时延。传统的呼叫业务中,系统侧需要等待主叫业务信道建立,才能进行下一步处理的时延,而Qchat因为采用了DOS技术,从而省去了等待空口业务信道的建立时间(通常减少了两百多毫秒)。
(3)缩短寻呼周期,从而减小呼叫接入时间
对于Qchat系统,寻呼周期缩短为213ms,比EV-DO Rev.0、EV-DO Rev.A和CDMA2000 1X的寻呼周期都小很多(EV-DO Rev.0的寻呼周期固定为5.12s;EV-DO Rev-A的寻呼周期默认也为5.12s,但是可以改小;CDMA2000 1X寻呼周期固定为1.28s),从而减小了呼叫接入时间。
6 总结
Qchat业务是中国电信在差异化业务的发展策略下比照业界主流的PTT技术而开发的,功能较强、性能接近专业集群水平,通过BCMCS组播技术提高单载扇群组容量,支持超大群组,在用户集中的场景可以节省空口资源,同时基于3GPP2标准技术实现,产业链相对容易推动,适合全网部署。
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