電調(diào)天線嵌入式控制系統(tǒng)AISG協(xié)議棧分析與實現(xiàn)

高書超, 李英祥, 周賢至, 龔重彰

(成都信息工程學(xué)院通信工程學(xué)院,四川成都610225)

0 引言

隨著中國移動通信網(wǎng)絡(luò)特別是3G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè),電調(diào)天線設(shè)備(Antenna Line Devices,ALD)的應(yīng)用越來越普遍。傳統(tǒng)的移動通信基站天線的傾角、方位角、電下傾角等參數(shù)不能實時監(jiān)測和管理,使基站系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化變得困難[1-2]。電調(diào)天線設(shè)備的應(yīng)用,克服人工爬桿調(diào)整機械下傾角帶來的不便,不同基站的電調(diào)天線參數(shù)可以隨時調(diào)整。后臺服務(wù)器能夠?qū)崟r配置、管理天線參數(shù),可以在不同時段對天線參數(shù)進行調(diào)整,從而實時地改變天線的覆蓋范圍,提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率[1-2]。

移動業(yè)務(wù)運營商比較關(guān)心如何統(tǒng)一管理不同廠家的電調(diào)天線設(shè)備,實現(xiàn)不同電調(diào)天線與控制系統(tǒng)能夠兼容,對電調(diào)天線集群控制。幾個世界著名的天線設(shè)備生產(chǎn)商成立了天線接口標準組織(AISG)。AISG協(xié)議是在3GPP相關(guān)規(guī)范基礎(chǔ)上為了實現(xiàn)不同電調(diào)天線與控制系統(tǒng)能夠兼容而提出的天線接口標準。最早在2003年提出了AISG1.0協(xié)議,由于AISG1.0版本的協(xié)議不嚴謹,很快分別在2004年、2006年提出了AISG1.1版本和AISG2.0版本[3-4]。目前,大多運營商和天線廠商使用AISG1.1或者AISG2.0版本。論文以項目為基礎(chǔ),討論了電調(diào)天線嵌入式系統(tǒng)AISG協(xié)議的分析與實現(xiàn)方法。

1 ALD嵌入式控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)

控制系統(tǒng)的客戶端是一個基于ARM處理器的嵌入式主機系統(tǒng),采用嵌入式Linux系統(tǒng)作為系統(tǒng)運行的軟件平臺。主機硬件平臺由ARM處理器,內(nèi)存SDRAM,存儲區(qū)FLASH,SD卡,GPRS模塊等組成。主機與電調(diào)天線驅(qū)動器之間的接口遵循AISG接口標準如圖1所示。

控制系統(tǒng)的服務(wù)器端使用LAMP(Linux+Apache+MySQL+PHP)構(gòu)架,基于LAMP構(gòu)建的高性能Web應(yīng)用平臺為用戶提供了更好的人機交互界面,對后臺數(shù)據(jù)資源的利用和管理起到很好的作用[5-8]。服務(wù)器系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖1 控制系統(tǒng)客戶端的連接方式

圖2 控制系統(tǒng)服務(wù)器框圖

控制系統(tǒng)的主要功能:一方面RET安裝現(xiàn)場通過Web瀏覽器掃描RET的唯一序列號,可以現(xiàn)場對RET進行掃描、校準、讀電下傾角、設(shè)置電下傾角等基本操作;另一方面從遠程服務(wù)器端的網(wǎng)頁頁面中輸入命令通過GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給RET完成掃描、校準、讀電下傾角、設(shè)置電下傾角等基本操作。

2 AISG協(xié)議結(jié)構(gòu)分析

AISG協(xié)議采用分層的思想,包括3層,對應(yīng)標準的7層模型中的第1層:物理層,第2層:數(shù)據(jù)鏈路層和第7層:應(yīng)用層[1]。這個簡化的協(xié)議棧定義了ALD的通信接口如圖3所示。

物理層:電氣上使用RS485標準或者共用射頻饋線的Modem方式。數(shù)據(jù)鏈路層:AISG的第2層采用了高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議(HDLC)。應(yīng)用層:電調(diào)天線設(shè)備包括RET和TMA,應(yīng)用層規(guī)定了這些設(shè)備的功能函數(shù)。文中只討論RET設(shè)備的功能,包括驅(qū)動器校準、讀取電下傾角、設(shè)置電下傾角、設(shè)備告警、異常處理等[9]。

圖3 AISG協(xié)議的3層模型

3 AISG協(xié)議的實現(xiàn)

3.1 物理層的實現(xiàn)

AISG協(xié)議的物理層支持RS485和Modem兩種連接方式。RS485連接方式采用多芯屏蔽電纜,采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合,抗共模干擾能力增強,數(shù)據(jù)傳輸距離更遠。

目前對于RET都采用RS485方式,默認的波特率是9600bps。針對控制器的防雷問題,將多芯屏蔽電纜的屏蔽層通過控制器的外殼接到大地,將感應(yīng)雷的浪涌電流引到大地。

3.2 數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)

AISG協(xié)議規(guī)定天線的控制和響應(yīng)數(shù)據(jù)首先從物理層收發(fā)數(shù)據(jù),然后傳輸至數(shù)據(jù)鏈路層,這一層使用的是高級數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭@以層后,對數(shù)據(jù)解析處理,最后數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用層實現(xiàn)不同的動作控制。

3.2.1 數(shù)據(jù)鏈路層的狀態(tài)模型

RCU設(shè)備連接狀態(tài)主要包括:無地址狀態(tài)、地址分配完成狀態(tài)、建立鏈接狀態(tài)。操作主要包括:分配地址、建立鏈接、斷開鏈接、鏈接超時[10]。

3.2.2 高級數(shù)據(jù)鏈路層幀格式

高級數(shù)據(jù)鏈路層幀格式如表1所示。主要包括幀首部標記、從設(shè)備地址、控制位、高級數(shù)據(jù)鏈路層幀數(shù)據(jù)域(最大74字節(jié))、CRC校驗、幀尾部標記。

圖4 數(shù)據(jù)鏈路層狀態(tài)模型

表1 HDLC幀格式

控制系統(tǒng)與電調(diào)天線驅(qū)動器之間所有的通信幀以0x7E為幀頭和幀尾作為一幀的開始和結(jié)束標志。

高級數(shù)據(jù)鏈路層幀中的從設(shè)備地址域用于表示電調(diào)天線驅(qū)動器從設(shè)備的地址,地址范圍為0x00～0xFF,其中0x00表示無地址狀態(tài),0xFF表示廣播地址。

高級數(shù)據(jù)鏈路層幀中的控制域根據(jù)不同的代碼表示不同類型的幀,或者記錄輪詢標志以及發(fā)送和接收幀的序號[10]。主要幀類型的不同代碼如表2所示。

表2 主要幀類型

高級數(shù)據(jù)鏈路層幀的數(shù)據(jù)域字段用于封裝控制系統(tǒng)與電調(diào)天線驅(qū)動器的通信消息,數(shù)據(jù)域的長度不是固定的,根據(jù)幀格式的不同,數(shù)據(jù)長度也不相同。

3.2.3 建立鏈接

(1)掃描設(shè)備

控制系統(tǒng)與電調(diào)天線驅(qū)動器通信時,控制系統(tǒng)首先向總線發(fā)送設(shè)備掃描命令,這些幀是XID幀,驅(qū)動器回應(yīng)也是XID幀。對于設(shè)備掃描的具體算法,AISG協(xié)議沒有給出,所以不同天線生產(chǎn)廠商有不同的掃描算法。XID幀含有信息域,其格式如圖5所示。

一個完整的XID命令幀格式見表3所示[11]。設(shè)備掃描程序如下:

圖5 XID幀格式

表3 控制系統(tǒng)發(fā)送的掃描幀格式

設(shè)備掃描函數(shù)傳入的參數(shù)為RCU的序列號。

(2)分配地址

控制系統(tǒng)向總線發(fā)送設(shè)備掃描命令后會接收到控制單元的響應(yīng),再立即向總線發(fā)送地址分配的命令。分配地址也是XID幀,驅(qū)動器回應(yīng)是UA幀?？刂葡到y(tǒng)發(fā)送地址分配的XID幀格式如表4所示[11]。

表4 控制系統(tǒng)發(fā)送地址分配XID幀格式

表6 I幀格式

3.3 AISG應(yīng)用層

控制系統(tǒng)向總線發(fā)送設(shè)備掃描命令后,逐個對總線上的ALD分配地址(從0x01開始),然后逐個對ALD建立鏈接。建立鏈接后控制系統(tǒng)就可以對ALD進行基本功能的控制。

AISG2.0中實現(xiàn)應(yīng)用層的操作主要是控制系統(tǒng)向ALD發(fā)送I幀。I幀主要用作應(yīng)用層命令的發(fā)送與響應(yīng)。I幀格式如圖6所示。

AISG應(yīng)用層的操作主要有調(diào)整電下傾角、驅(qū)動器校準、讀取電下傾角、告警等。設(shè)置角度代碼如下:

4 AISG1.1與AISG2.0版本的區(qū)別

最早的版本是AISG1.0,與后面的版本相比做了很大的改動。目前市場上的電調(diào)天線產(chǎn)品大都是AISG1.1版本和AISG2.0版本,AISG1.1大部分內(nèi)容就是按照3GPP規(guī)范設(shè)計,但有些微小的差別,只支持對RCU的控制和通信,可以說AISG1.1版本是一個不成熟的協(xié)議。2006年AISG在3GPP的標準基礎(chǔ)上提出AISG2.0版本,幾乎完全采用的3GPP的標準,比前幾個版本嚴謹了很多,還增加了針對塔頂放大器(TMA)的控制通信協(xié)議。AISG1.1版本與AISG2.0版本在幀格式上差別:

(1)控制系統(tǒng)主機向RCU發(fā)送掃描幀時,AISG1.1版本是主機發(fā)送XID幀,RCU回應(yīng)UA幀;AISG2.0版本是主機送XID幀,RCU回應(yīng)XID幀。

(2)應(yīng)用層處理程序主要對HDLC幀的INFO域進行解析,AISG1.1版本的INFO域包括4個字段:AISG版本號字段、命令字段、數(shù)據(jù)域長度字段、數(shù)據(jù)域字段;AISG2.0版本的INFO域包括3個字段:命令字段、數(shù)據(jù)域長度字段、數(shù)據(jù)域字段。

控制系統(tǒng)要同時兼容AISG1.1與AISG2.0,可以根據(jù)幀格式的不同區(qū)分電調(diào)天線設(shè)備是AISG1.1還是AISG2.0。

圖7 指定RCU序列號掃描結(jié)果和讀取電下傾角

5 控制系統(tǒng)測試

控制系統(tǒng)測試時,MCU主機給電調(diào)天線控制器發(fā)送測試幀,RCU返回MCU回應(yīng)幀,表明通信成功?？刂葡到y(tǒng)的測試主要有控制系統(tǒng)對電調(diào)天線控制器進行設(shè)備掃描、分配地址、建立鏈接、控制器初始化、讀取電下傾角、設(shè)置電下傾角、天線校準、故障告警等功能。經(jīng)過測試,這些功能完全符合AISG協(xié)議要求,能夠兼容京信、摩比等廠家開發(fā)的電調(diào)天線驅(qū)動器。圖7是指定RCU序列號掃描結(jié)果和讀取電下傾角。

6 總結(jié)

主要討論了ALD嵌入式控制系統(tǒng)AISG協(xié)議棧的分析與實現(xiàn)。以實際項目為背景,分析了AISG協(xié)議棧的3層結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)通信幀格式進行解析。最后在兩家主流的天線廠商的RCU上做了測試和分析,能很好的控制RCU幾種動作。同時控制系統(tǒng)主機與服務(wù)器的遠程通信也進行了聯(lián)調(diào),很方便基站天線的集群管理。

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