一种基于Femto的GSM网关设计与实现

很容易判别出是信令包，还是数据包。接入模块的SCTP是作为服务端存在的，会在一个固定的端口侦听，每一个正常的呼叫请求都会建立一个SCTP偶联，用来传输在整个通话过程中的信令，在接入模块内部，要维护2个映射表，在控制面(信令)，具体到一个用户(UE)，Abis口侧的SCTP偶联与到信令模块的SCTP偶联的对应关系。相当于给这个用户建立Abis口侧的信令的通路；在数据面，Abis口侧的HNB的IP地址和UDP端口与到编码转换速率适配单元的UDP端口的映射，相当于给这个用户建立Abis口侧的数据通路，对应的映射关系如图4所示。

2．2 信令模块


信令模块是整个网关的"大脑"，指挥着各个模块的工作，它负责信令的处理和生成。A口控制面协议栈如图5所示，结合图2的Abis口协议栈可以看出，信令模块主要处理BSSAP(Base Station Subsystem Application Part)消息，HNBAP(Home Node B Application Part)消息等。

2．3 编码转换和速率适配模块


编码转换和速率适配模块是专门用于数据处理的一个模块。由于在GSM系统当中，Abis口用户的语音数据有全速率，增强型全速率，半速率和自适应速率等类型，且每种类型的数据速率也不一样。而在A接口侧，给每个用户的信道是一路E1的某一个时隙，它的速率是固定的64 Kb／s，因此需要一个专门的模块用来处理这个任务，编码转换和速率适配模块就是为此而设它能根据信令模块的通知为一个用户在两侧建立好数据通路，由信令模块告知每个用户的编解码方式，使得这个模块能根据不同用户的数据类型而选择合适的编解码算法进行速率的适配。在这个模块内部要维护一个映射表，对每一个UE来说，到接入模块要用一个端口，到转接模块要用到一个ITDM的通道，因此，在数据面上，存在这两者之间的映射关系如图6所示。

2．4 转接模块


转接模块和编码转换速率适配模块之间的数据是通过ITDM协议传输，ITDM协议是一种内部的TDM协议，它以帧的形式传输TDM的数据，ITDM协议中有通道的概念，每一个双向通道可以用来传输一个用户的数据，因此，在编码转换速率适配模块和转接模块之间不同用户之间的数据复用是通过ITDM协议中的通道实现的。在A接口侧，分配给某一个用户的资源是某一路E1的某一个时隙(TimeSlot)，因此在转接模块内部要维护一个映射表，它是A口侧的某一路E1的某一个时隙与网关内部的某一个ITDM通道的对应关系，如图7所示。A接口上，具体把哪路E1的哪个时隙分配给请求的用户是由核心网分配的，它们同时存在于一个叫CIC的变量里，会通过信令传给网关。转接模块是网关与核心网直接相连的模块，它必须要支持信令的传输，从A接口的协议栈可以看出，A接口采用的是传统电信网络中非常流行的7号信令系统，因此转接模块要集成MTP2，MTP3和SCCP协议。从信令时隙读取的信令要通过网关内部与信令模块的连接发给信令模块，从而指挥整个系统的工作。

3 GSM网关的实现


本文GSM网关的实现采用ATCA(Advanced Telecom Computing Architecture)平台，ATCA是为下一代融合通信及数据网络应用提供的一个高性价比的，基于模块化结构的、兼容的、并可扩展的硬件架构。它是一种开放式标准硬件平台，现已被100多家公司采用。


ATCA机箱通常有5U和12U两种类型，5U机箱上的槽位有6个，12U机箱上的槽位有14个。不同的机箱由于插上的板卡的数量不同，运算能力和系统的容量也有很大的差异，需要根据的具体的需求选用。ATCA上常用的板卡有2210，0040，7220和1200。每种板卡有不同的用途，性能各异。其中2210是交换板，负责其他的应用板卡之间的数据的通信；0040俗称信令板，主要用于处理与信令相关的模块；7220俗称数据板，它有很强大的数据处理能力。


本文采用5U的ATCA机箱来进行GSM网关的实现，因为本文所设计的网关是基于Femto架构下设计的，因此系统的容量不是很大。所设计的网关各个模块采用的板卡如下：接入模块采用7220板；编码转换速率适配模块采用1200板；信令模块采用0040板；转接模块采用1200板。最后设计的GSM网关在实验室可打通电话，通过主观评价，语音质量达到商用标准。

4 结语


本文所设计实现的基于Femto架构的GSM网关，它的系统容量不是要求很高，但具有扁平化的设计思想，能充分发挥Femto架构的优势。通过进一步开发上网功能，可使产品具有较大实际应用价值。