一種基于RoIP 的會議安保融合通信系統(tǒng)設計

黃倫文，陳 勇

（安徽四創(chuàng)電子股份有限公司，合肥 230031）

1 會議安保融合通信系統(tǒng)背景

在重大社會活動、自然災害、緊急事故、突發(fā)安全等事件中，現(xiàn)有的通信調(diào)度系統(tǒng)存在諸多的缺點，例如通信手段單一，存在盲區(qū)，覆蓋距離有限，各個專網(wǎng)之間以及專網(wǎng)與公網(wǎng)的手機、公話、虛擬網(wǎng)等多種通信方式不能實現(xiàn)互聯(lián)互通。為了充分發(fā)揮各類通信方式優(yōu)勢，利用先進的軟交換技術及DSP 數(shù)字信號處理技術把各種通信手段融合，實現(xiàn)多坐席網(wǎng)絡化共享通信資源，實現(xiàn)多頻段、多制式無線通信系統(tǒng)的集中交換和指揮調(diào)度，實現(xiàn)IP 網(wǎng)絡、PSTN 網(wǎng)絡、移動網(wǎng)和無線網(wǎng)絡互聯(lián)互通，實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)度，提高通信效率。為此，本文介紹了一種會議安保融合通信系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)公安（350 MHz）、交警（800 MHz）等數(shù)字集群終端，會議安保對講終端、普通話機融通信。

2 RoIP 融合通信工作原理

RoIP（Radio Over Internet Protocol） 是 將 無 線 電（Radio）信號所承載的語音信號通過IP 網(wǎng)進行傳輸?shù)囊环N技術，它要解決的主要問題是實時性和PTT 信號的無錯誤傳輸，從而解決無線電傳輸中受發(fā)射功率、天線靈敏度等約束傳輸距離的難題，不但實現(xiàn)了超長距離無中繼互聯(lián)的目的，同時也可以組成小功率分布式對講機信號覆蓋系統(tǒng)，主要用于應急通信、大規(guī)模組網(wǎng)等場合。工作原理如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)將模擬語音信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字PCM 信號（A/D），接著經(jīng)過特定的數(shù)字編碼后以特定的幀長進行壓縮編碼，送入網(wǎng)絡處理器為其添加包頭，時標和其他信息形成RTP 數(shù)據(jù)包，通過網(wǎng)絡傳送到目的地。最后到達目的地后，接收到這些數(shù)據(jù)包后進行處理，獲得PCM 信號，提供給解碼器，最終將數(shù)字信號還原成模擬語音信號（D/A）從揚聲器輸出。系統(tǒng)還可以實現(xiàn)對講機的鍵盤DTMF 撥號等高級功能。為了能夠?qū)崿F(xiàn)呼叫，在LAN或者WAN 中，需要專門架設軟交換服務器來建立連接。

3 RoIP 融合通信系統(tǒng)設計

3.1 系統(tǒng)組成

會議安保通信系統(tǒng)主要由前端系統(tǒng)、通信鏈路、指揮中心3部分組成。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)組成圖

（1）前端系統(tǒng)是RoIP 的構(gòu)建部分。整個環(huán)境基于SIP 信令運行的，維系指揮中心握手信令和媒體接收和轉(zhuǎn)發(fā)的控制；RoIP 通信作為發(fā)送端的采集、編碼、打包和接收端接收，解碼，播放等工作；組建前端網(wǎng)絡。

（2）通信鏈路包括指揮中心、前端系統(tǒng)及相關的IP網(wǎng)絡接入系統(tǒng)，是負責主要以IP 網(wǎng)絡形式傳輸、交換來自鏈路兩端的語音、控制及其他數(shù)據(jù)。

（3）指揮中心實現(xiàn)系統(tǒng)下所有通信終端及RoIP 網(wǎng)關的狀態(tài)監(jiān)控，并實現(xiàn)指揮調(diào)度功能，同時利用中繼網(wǎng)關對接運行商網(wǎng)絡，實現(xiàn)公網(wǎng)和專網(wǎng)互聯(lián)互通。

3.2 前端設計

前端系統(tǒng)是核心部分，一般部署在移動通信車上，主要有RoIP 網(wǎng)關、無線終端、網(wǎng)絡等。

3.2.1 RoIP 網(wǎng)關

RoIP 網(wǎng)關實現(xiàn)無線模擬信號轉(zhuǎn)成標準IP 語音包的功能，作為集群無線電臺和SIP 網(wǎng)絡的一個接口，和電臺設備互連關鍵要解決以下幾個信號的運算與處理接入：音頻輸入（Audio in），音頻輸出（Audio Out），載波檢測（COR），按鍵發(fā)射（PTT），輔助音頻輸入（Aux In），輔助音頻輸出（Aux Out），網(wǎng)關內(nèi)部還有VOX（聲音控制PTT）電路和靜噪電路，更好實現(xiàn)集群電臺通話語音質(zhì)量。

RoIP 網(wǎng)關把集群電臺的模擬語音信號進行電壓轉(zhuǎn)換、放大，然后送入DSP 信號處理單元，進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，降噪處理，最后將語音數(shù)據(jù)打包成UDP 包送入IP軟交換單元，供IP 調(diào)度系統(tǒng)進行交換處理。同時，DSP單元還提供一條PTT 信號用來協(xié)調(diào)與半雙工電臺的收發(fā)同步。設備接口如圖3所示。

圖3 RoIP網(wǎng)關接口示意圖

3.2.2 無線終端、網(wǎng)絡、控制終端

無線終端包括350 MHz PDT 集群數(shù)字車載臺和800 MHz TETRA 數(shù)字集群車載臺，分別接收和發(fā)送相應頻點的無線語音信號，同時為RoIP 網(wǎng)關提供初始的模擬信號。

網(wǎng)絡設備主要包括網(wǎng)絡機、路由器、及衛(wèi)星站等聯(lián)網(wǎng)設備。

控制終端一般用作配置和修改網(wǎng)關參數(shù)的計算機、PDA 等。

3.3 鏈路設計

系統(tǒng)提供寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡、公網(wǎng)（3G/4G/5G）、有線網(wǎng)絡三種鏈路。

（1）寬帶衛(wèi)星網(wǎng)絡：在公共通信網(wǎng)路出現(xiàn)盲區(qū)或者破壞等應急情況下，目前有海事、VSAT 及我國自主研發(fā)的大S 三種寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)，建議使用G711A，G711U語音編碼格式，每路編碼和網(wǎng)絡開銷約為96 kb/s，雖然帶寬大，但是語音質(zhì)量好。

（2）公共網(wǎng)絡：即運營商網(wǎng)絡（3G/4G/5G），一般在公網(wǎng)信號良好或車載場合使用，車輛應配置所需交換機、路由器，其費用比衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡大大下降。

（3）有線IP 網(wǎng)：有些固定會議安保系統(tǒng)，建議使用有線IP 網(wǎng)絡，這樣相比無線通信更加穩(wěn)定可靠。

3.4 指揮中心

指揮中心能隨時控制每個通信終端的連接方式和工作狀態(tài)，由軟交換、調(diào)度軟件、中繼網(wǎng)關組成。

3.4.1 軟交換模塊

軟交換主要完成處理通信信令及媒體分發(fā)等功能。本系統(tǒng)采用Asterisk 開源軟交換系統(tǒng)，Asterisk 具有強大的靈活性和擴展性，它能夠連接各種標準的硬件物理接口，如模擬接口、數(shù)字接口，同時通過協(xié)議、編碼等模塊化的API 接口和其內(nèi)部核心部件相互聯(lián)系實現(xiàn)軟件互聯(lián)，具備把呼叫控制與呼叫傳輸分離和智能化應用的軟交換方式。Asterisk 提供一個基本的運行核心組件，具體功能通過加載外圍相應的插件或驅(qū)動實現(xiàn)，其內(nèi)部核心由編解碼轉(zhuǎn)換、應用調(diào)用、PBX 交換核心、動態(tài)加載、CDR 生成、調(diào)度與I/O 管理6大模塊組成。如圖4所示。

圖4 Asterisk構(gòu)件圖

軟交換主要實現(xiàn)以下功能：

（1）注冊功能：接受RoIP 及中繼網(wǎng)關的注冊信息、更新網(wǎng)關的IP 地址、維護地址和網(wǎng)絡路由列表及注冊撤銷。

（2）信令功能：通過代理和重新定向信令運行方式實現(xiàn)RoIP、中繼網(wǎng)關及其他用理終端的通話流程建立、鑒權、掛斷以及狀態(tài)監(jiān)測、行為控制。

（3）媒體轉(zhuǎn)發(fā)存儲功能：在傳輸中采用UDP 和RTP結(jié)合的方式實時傳輸語音數(shù)據(jù)流，同時還包括時間戳（用于同步）、序列號（用于丟包和重排序檢測）、負載格式（用于說明數(shù)據(jù)的編碼格式）、網(wǎng)路質(zhì)量QoS 反饋、同步媒體流等信息；數(shù)據(jù)流也帶有特殊的IP 地址，便于數(shù)據(jù)的存儲和備份。

3.4.2 調(diào)度軟件

調(diào)度軟件管理整個系統(tǒng)，能實時了解每個分機的狀態(tài)（注冊、振鈴、通話），對通信終端進行組織結(jié)構(gòu)管理。通過該模塊，調(diào)度人員可根據(jù)業(yè)務需要進行基本呼叫、強插、強拆、代接、監(jiān)聽、強掛、呼叫轉(zhuǎn)接、夜服、通播、組播、會議、語音短消息發(fā)布等各種語音控制和話務。如圖5所示。

圖5 指揮調(diào)度軟件界面

軟件通過對上、下行數(shù)據(jù)及組織信息流的控制，實現(xiàn)管理端口連接、控制協(xié)議解析、調(diào)度邏輯維護、調(diào)度指令生成等功能。具體流程如圖6所示。

圖6 指揮調(diào)度軟件數(shù)據(jù)流

信息流主要通過信令媒體及管理協(xié)議進行的流轉(zhuǎn)，信令和媒體本系統(tǒng)主要由SIP 協(xié)議OSIP，EXOSIP，RTP，RTSP，JRTP 等協(xié)議庫棧驅(qū)動進行封裝打包，同時集成G729，G711U，G711A，GSM 等編解碼。管理協(xié)議有軟件自帶的ManagerAPI 實現(xiàn)，由包括請求、響應、狀態(tài)事件3種格式數(shù)據(jù)組成。

3.4.3 中繼網(wǎng)關

中繼網(wǎng)關承載著IP 網(wǎng)絡與電路語音網(wǎng)絡的匯聚和轉(zhuǎn)換任務，有模擬中繼和數(shù)字中繼兩種。若通信終端并發(fā)數(shù)少，建議用模擬中繼，運營商的程控電話線直接接入設備電話口（RJ11），設備另一端通過網(wǎng)絡和軟交換互聯(lián)。若通信終端并發(fā)數(shù)較大，建議使用數(shù)字中繼，通過E1或IP 組網(wǎng)方式和運營商互聯(lián)，實現(xiàn)SS7、中國NO.1、PRI等信令和SIP 協(xié)議的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)PSTN 公共網(wǎng)絡和IP 應急通信專網(wǎng)的互聯(lián)。

圖7 RoIP會議融合通信系統(tǒng)典型拓撲圖

4 系統(tǒng)應用

如圖7所示，以上設計的RoIP 通信系統(tǒng)，已經(jīng)成功應用了某大型會議的安保，實現(xiàn)了如下功能：

（1）無線通信的融合，內(nèi)部電臺可以監(jiān)聽公安（350 MHz）、交管（800 MHz）通話。

（2）內(nèi)部系統(tǒng)通話時可實現(xiàn)搶話功能，保證內(nèi)部通話的正常進行，其他系統(tǒng)收聽不到本系統(tǒng)內(nèi)部的語音。

5 結(jié)束語

隨著IP 多媒體通信、5G 寬帶網(wǎng)路、無線通信數(shù)字化等技術的飛速發(fā)展，RoIP 融合通信系統(tǒng)變得越來越多元化和智能化。在不遠的將來，將融合北斗定位導航、視頻等模塊，從位置、圖像等方面獲取更多的會議現(xiàn)場安保信息，多維度的溝通，提高處置應急事故的效率，滿足會議安保通信的安全、高效、全方位的發(fā)展要求。