移动交换机结构和特点

8.4.1　移动交换机结构和特点

1）移动交换机一般结构

常用的MSC/VLR综合式移动交换机的一般结构如图8.22所示。其中虚线部分为任选部件。

图8.22　移动交换机的一般结构

和PSTN程控电话交换机相比，其结构上的差异为：

（1）撤除用户级设备。一般程控交换机用户电路数量大，占整个交换机硬件设备的60%左右。移动交换机没有这部分设备，因此其体积较小，所需机房面积和电源容量也较小。

（2）增设基站信令接口BSI和网络信令接口NSI。前者传送与移动台通信的信息以及基站控制和维护管理信息，后者向PLMN其他网络部件传送移动用户管理、切换控制、网络维护管理等信息。

以GSM为代表的数字移动系统采用以7号信令和ISDN规范为基础的统一规范，在硬件上，BSI和NSI为7号信令系统的信令终端设备，在软件上则需要装备SCCP、TCAP和应用层软件，一般都配备专用的信令处理机。

（3）增设VLR数据库。

（4）增设回波抑制器设备EC，用于移动用户和PSTN用户的通话。由于移动网空中接口时延较大，可达卫星链路时延的一半，而PSTN用户电路都采用二/四线变换，因此和移动网通话会产生可感觉的回声，必须设法消除。

（5）选用部件：网络互通单元IWF，GSM系统中装备在与PSTN接口的GMSC中，用于支持移动用户和PSTN用户之间的数据业务。主要硬件是各种Modem。数据的模拟传输终接于IWF，进入GSM网恢复为数字形式。

（6）选用部件：码型变换和子复用设备TCSM，在数字移动系统中用作PCM 64Kbit/s语音编码和无线接口低速率语音编码之间的转换，以及变换后的子速率信号的复用传输。该设备可以位于MSC，也可以位于基站系统，或者作为单独的设备处理。如果置于基站侧，就不需要子复用功能。

由此可见，移动交换机和一半交换机硬件上差别不大，主要在于交换软件和信令的不同，另外还需设计一个大容量的实时数据库。

2）移动交换机的容量估算

确定一个移动交换机能够接入多少个移动用户需要综合考虑它的三个性能指标：可装载最大用户文件数、可处理平均忙时试呼次数（BHCA）和可配置无线端口最大数，同时还与具体网络中移动用户的话务特性有关。

（1）BHCA

BHCA是衡量交换机处理机呼叫处理能力的一个重要指标，其含义是当处理机占用率达到一定上限值（一般为75%～85%）时所能处理的每小时呼叫次数。这里的呼叫应包含各种类型呼叫（本局、出局、入局、汇接）、各种呼叫完成情况（完成、被叫忙、久叫不应、拨号不全等）的组合，组合比例应符合网络统计规律。一般大型程控交换机BHCA值都达几十万以上。

对于移动交换机来说，它处理移动呼叫需要识别漫游用户、处理切换等，其开销远大于一般市话呼叫。移动交换机给出其BHCA指标时，必然同时给出该指标基于的话务假设条件，包括呼叫类型（移动呼叫PSTN、PSTN呼叫移动等）比例、各类呼叫成功率、切换频度、切换成功率等。当一个PSTN用的程控交换机改装为移动交换机时，其BHCA值将下降，典型值为原来的25%。若DSC公司生产的DEX－600市话交换机的BHCA值为300 000，改装为Motorola公司的EMX－2500机后的BHCA值为75 000。

要根据BHCA指标确定一个移动交换机能够接入多少个用户，还必须得知道每个用户的忙时呼次。假设根据观察统计，每个用户平均每天呼叫次数为t，则其忙时呼次b可表示为：

式中k为集中系数，其典型值为0.1～0.15。由此可得，移动交换机的容量为：

例如，根据统计某网络的话务统计数据为：MS→PSTN呼叫占60%，呼叫成功率为50%；PSTN→MS呼叫占35%，呼叫成功率为75%，MS→MS呼叫占5%，呼叫成功率为75%。在移动台中，车载台占10%，每天成功呼叫次数为4次；手持机占85%，每天成功呼叫次数为8次；固定台占5%，每天成功呼叫次数为18次。据此可算得，平均每用户忙时成功呼次为：b_s＝（4×10%＋8×85%＋18×5%）×0.15＝1.215次/用户式中取k＝0.15。

平均每用户忙时呼次为：

查EMX－500移动交换机性能规范，其BHCA值＝20 000，则它可接入的移动用户总数为：

（2）无线频道话务量和呼损率

在话务理论中，用户通信量的大小用话务量来度量，话务量的定义为：

式中，λ表示用户小时平均呼次，S为呼叫平均时长。在λ和S采用相同时间单位的情况下，话务量为一个无量纲的量，称作“爱尔兰（E）”。

在一个总共有n个信道的系统中，设共有N个用户，则总的话务量为：

A称为系统流入话务量，当有多于n个用户同时试图呼叫时，由于信道争用冲突必将造成呼叫损失。因此，从概率统计角度看，只有一部分话务量能够完成，称为完成话务量，记作A_o，称：

为呼损率，它是系统服务等级的度量。显然要提高服务等级，必须减小系统的流入话务量A，也就是减小系统容纳的用户数，但是这不利于提高系统资源利用率。因此，应该确定一个合理的服务等级。由无线信道数决定的系统容量都是相对某一服务等级而言的。

根据话务理论分析，当n→∞时，呼损率服从爱尔兰分布，其公式为：

一般以表格的形式给出B、A、n三者的关系，称为爱尔兰表。

设移动通信系统的服务等级为B＝5%，每个基站区的信道数为n＝20，则由表可查得A＝15.249E，即每个信道的流入话务量可为：

仍在上一小节所述的话务条件下，设呼叫平均时长为100s，则每用户忙时平均话务量为：

查EMX－500性能规范，其最大端口数为1920，其中分配给中继线和公共设备的端口数为1070个，分配给无线信道的最大端口数为850个，由此可算得它可接入的移动用户总数为：

（3）最大用户文件数

移动交换机中，移动用户的用户数据量比一般市话用户要大得多，因此必须考虑它对交换机内存量的要求，最大用户文件数就是在给定的内存容量下，能够存储多少个用户的数据，它直接决定了系统的最大容量。

例如EMX－500交换机的最大用户文件数为15000，考虑到还要存储一部分漫游用户的数据，实际系统容量小于这个数字。

综合以上三个方面因素的考虑，可以确定移动交换机的实际容量，如EMX－500的容量约为10000个的用户。

3）用户数据库

移动交换机同样包含动态数据、局数据和用户数据，它和一般交换机不同的主要是用户数据包含的信息量大，占用存储量大，且可能分布存储于不同物理位置的数据库中（如HLR、VLR）。交换机需要有很强的实时数据库管理功能。

移动用户数据一般包含以下数据项：

（1）移动号码：包括IMSI、IMEI、MSDN。

（2）移动用户当前位置：包括业务区号（SID）和位置区号（LAI）。

（3）移动台类别：包括移动台类型标志、计费标志、机器故障标志、关机标志。

（4）服务类别（含补充业务），分布如下：

①发送端控制业务：包括去话呼叫限制、热线标志、热线号码、缩位号码表、通话保密请求标志等。

②终端控制业务：来话呼叫限制、免打扰标志、呼叫前转类型标志、无条件呼叫前转号码、遇忙前转号码、无应答前转号码、夜间应答转移号码及时间等。

③预置会议电话成员号码

（5）漫游数据：包括漫游号MSRN、HLR号、访问VLR号、访问MSC号、漫游限制标志等。

（6）切换号。

（7）网络安全保护参数、ISDN补充业务参数、承载业务参数等。