數(shù)字無中心系統(tǒng)呼叫控制協(xié)議的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

前導(dǎo)碼：用于接收機(jī)的同步。
幀同步：頭幀的識別和同步。
頭幀類型：4 b，標(biāo)識頭幀類型，是頭幀的主要標(biāo)識，也是信令的主要標(biāo)識，其取值為：0000通話起始信令；0001呼叫建立請求信令；0010拆線請求信令；0011ACK信令；0100禁發(fā)和還原信令；0101禁收發(fā)信令。
接收方ID：被叫方移動臺ID號，通過空中接口對7位數(shù)字呼號編碼得到。
發(fā)送方ID：主叫方移動臺ID號，通過空中接口對7位數(shù)字呼號編碼得到。
通信模式：用于區(qū)別語音通信或者數(shù)據(jù)傳輸。
通信格式：用于區(qū)別全呼通信、點(diǎn)對點(diǎn)通信。
呼叫信息：11 b，用于區(qū)別單呼、組呼以及ACK信令的定義。
尾幀補(bǔ)充在頭幀之后構(gòu)成完整的信令或單獨(dú)構(gòu)成通信結(jié)束的信令，其幀結(jié)構(gòu)如下：

尾幀同步碼：4 b，用于尾幀的發(fā)現(xiàn)和同步，固定為7D DF F5。
尾幀類型：2 b，尾幀的主要標(biāo)識。00表示普通尾幀；01表示帶有狀態(tài)信息的尾幀。
ACK請求：2 b，標(biāo)識是否需要被呼方發(fā)送ACK信號。
Tx等待：4 b，標(biāo)識是否需要一段時間來強(qiáng)制讓收到該尾幀的用戶的PTT失效，以便允許用戶發(fā)送插入請求。
狀態(tài)信息：5 b，用戶根據(jù)需要自己定義，共32種狀態(tài)信息。
3．2．2 呼叫控制信令的內(nèi)容
呼叫建立請求信令是用戶發(fā)起呼叫時向被叫方以廣播方式發(fā)送的控制信息。該信令的組成為：頭幀(建立請求)+尾幀。
呼叫應(yīng)答信令是被叫方接收到呼叫建立請求信令后，向主叫方發(fā)送的反饋控制信息。該信令結(jié)構(gòu)為：頭幀(ACK)。
語音始發(fā)信令先于語音傳送，用于標(biāo)識實(shí)際語音即將到來，它的結(jié)構(gòu)為：頭幀(通信起始)。
語音終結(jié)信令表示語音傳輸告一段落，它的位置在語音數(shù)據(jù)塊之后。語音終結(jié)信令結(jié)構(gòu)為：尾幀(通信結(jié)束)。
拆線信令是當(dāng)通信一方希望結(jié)束通話時所發(fā)送的通話結(jié)束信號，用于告知對方通話即將結(jié)束。拆線信令結(jié)構(gòu)為：頭幀(拆線)+尾幀+頭幀(拆線)+尾幀。
3．3 應(yīng)用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)呼叫控制協(xié)議
數(shù)字無中心呼叫控制協(xié)議利用有限狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行描述和實(shí)現(xiàn)。有限狀態(tài)機(jī)克服了純硬件數(shù)字系統(tǒng)順序控制方式不靈活的缺點(diǎn)，它能夠架構(gòu)性能良好的時序邏輯模塊，以事件驅(qū)動的簡易方式來解決復(fù)雜的程序流程問題。其可靠性優(yōu)勢明顯，是目前嵌入式領(lǐng)域控制程序的通用解決方式。
通信流程中狀態(tài)的設(shè)計(jì)是呼叫控制層協(xié)議實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。完整而合理的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程也是程序?qū)崿F(xiàn)的重要前提。呼叫控制層狀態(tài)應(yīng)包括呼叫控制流程周期中的每個典型狀況。并且狀態(tài)之間應(yīng)該可以轉(zhuǎn)換，不應(yīng)該存在不能達(dá)到的狀態(tài)或不能進(jìn)入再次過程的死狀態(tài)，同時對于要描述的特性沒有意義的多余狀態(tài)也應(yīng)該避免。
3．3．1 用戶A與B通信流程狀態(tài)事件機(jī)
根據(jù)呼叫控制流程和呼叫控制信令的特點(diǎn)以及無中心體制的技術(shù)規(guī)范，呼叫控制狀態(tài)機(jī)中共設(shè)計(jì)了S0～S4共5個狀態(tài)。S0(待機(jī)狀態(tài))表示移動終端空閑時的默認(rèn)狀態(tài)；S1(發(fā)起呼叫中狀態(tài))為呼叫發(fā)起方撥號后的呼叫等待狀態(tài)，S1被叫進(jìn)行中的狀態(tài)為被叫方接收到呼叫建立請求后的判斷等待狀態(tài)；S2(呼叫已建立狀態(tài))表示呼叫已建立成功，正在等待下一步進(jìn)行通話；S3(發(fā)話中狀態(tài))為用戶按下對講機(jī)PTT鍵后傳送通話語音的狀態(tài)；S4(收話中狀態(tài))為用戶正在收聽對方通話語音的狀態(tài)。通話結(jié)束后雙方返回到S0(待機(jī)狀態(tài))。該狀態(tài)機(jī)考慮了呼叫控制實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)細(xì)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了每一個狀態(tài)在各種動作、事件激勵下的可預(yù)期性轉(zhuǎn)移。狀態(tài)機(jī)的具體內(nèi)容如圖5，圖6所示(注：復(fù)位拆線后各狀態(tài)均轉(zhuǎn)換到待機(jī)狀態(tài))。

3．3．2 呼叫控制程序的實(shí)現(xiàn)
呼叫控制程序應(yīng)用嵌入式C語言在ARM7處理器中開發(fā)。設(shè)變量ccl_state存儲當(dāng)前狀態(tài)的代碼，next_state存儲下一狀態(tài)代碼，利用Switch_Case語句以及對事件判斷的if條件語句即可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的多條件、多分支的呼叫控制狀態(tài)機(jī)。

在程序的設(shè)計(jì)過程中加入了ARM定時器。定時器在嵌入式系統(tǒng)中起著十分關(guān)鍵的作用。為節(jié)省頻率資源無中心體制加入了通話限時功能，在通話限時開始后，需要啟動定時器計(jì)時。定時器到時后產(chǎn)生IRQ中斷，執(zhí)行終止通話操作。為增加程序的可靠性，防止死狀態(tài)的產(chǎn)生，在程序中也要加入對定時器超時事件的判斷動作。各狀態(tài)(除待機(jī)狀態(tài))一旦處于等待下一步動作的狀態(tài)時，需要立即啟動定時器進(jìn)行超時判斷。例如，呼叫建立時通過定時器檢測對方應(yīng)答時間，超時則返回S0待機(jī)狀態(tài)。

4 呼叫控制協(xié)議的可行性和可靠性分析
呼叫控制流程、呼叫控制信令結(jié)構(gòu)、呼叫控制的狀態(tài)機(jī)三部分密不可分，構(gòu)成了實(shí)現(xiàn)呼叫控制協(xié)議的基本要素。呼叫流程的設(shè)計(jì)考慮了無中心體制以及傳統(tǒng)對講機(jī)工作流程。
呼叫控制信令借鑒了ETSI TS 102 490-DPMR標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)據(jù)鏈路層的信令幀結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了改進(jìn)。呼叫控制狀態(tài)機(jī)應(yīng)用UML模型設(shè)計(jì)了由通信事件、動作觸發(fā)的五種可變遷狀態(tài)。在邏輯上此呼叫控制協(xié)議充分模擬了實(shí)際應(yīng)用中的呼叫控制的各種工作情景，理論上能夠正確完成呼叫控制系統(tǒng)的功能。在實(shí)際嵌入式開發(fā)過程中，利用ARM7處理器的高速運(yùn)行優(yōu)勢，在數(shù)據(jù)傳輸中對誤碼率要求嚴(yán)格的控制信令增加了數(shù)據(jù)鏈路層的差錯控制編碼，CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)，漢明糾錯編碼，交織抑制連續(xù)突發(fā)干擾糾錯編碼，保證了控制信的準(zhǔn)確傳輸。
令此外在呼叫控制程序中增加了防死狀態(tài)的定時器中斷，提高了程序的運(yùn)行可靠性。本呼叫控制協(xié)議已實(shí)際應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室數(shù)字無中心對講機(jī)的樣機(jī)開發(fā)中，運(yùn)行穩(wěn)定。

5 結(jié) 語
隨著各種數(shù)字技術(shù)的迅猛發(fā)展，模擬的無中心系統(tǒng)在當(dāng)前的技術(shù)環(huán)境下已顯得捉襟見肘，對其進(jìn)行全面數(shù)字化改造將是未來專網(wǎng)無線通信領(lǐng)域的重要工作內(nèi)容。呼叫控制協(xié)議的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)尚無正式版本推出，本文介紹的呼叫控制協(xié)議已應(yīng)用到數(shù)字無中心對講機(jī)的產(chǎn)品開發(fā)中，運(yùn)行穩(wěn)定，在功能上有待根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行進(jìn)一步的擴(kuò)容和改進(jìn)。