VoIP通信架構(gòu)在航管內(nèi)話系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)

1、VoIP通信架構(gòu)在航管內(nèi)話系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)1 引言VoIP技術(shù)使用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行語音傳輸，通過對語音信號進(jìn)行數(shù)字化編碼、壓縮，并以數(shù)據(jù)封包的形式在互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時傳輸，實(shí)現(xiàn)語音通信。VoIP技術(shù)在寬帶多媒體已有廣泛應(yīng)用，而且需較少硬件即可實(shí)現(xiàn)VoIP網(wǎng)絡(luò)，使后期維護(hù)成本降低，在提高系統(tǒng)性能的同時，可以靈活的進(jìn)行系統(tǒng)配置，可靠性高。歐洲民用航空設(shè)備組織（EUROCAE）的WG-67工作組已推出一系列行業(yè)內(nèi)的VoIP相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并從2009年上半年以來不斷的與各廠商進(jìn)行互操作性測試活動?？梢灶A(yù)見VoIP作為新技術(shù)在航管內(nèi)話系統(tǒng)將得到推廣使用。2 傳統(tǒng)內(nèi)話系統(tǒng)現(xiàn)狀目前我國航管內(nèi)話系統(tǒng)，話音和無線通信的

2、數(shù)據(jù)信號傳輸普遍使用時分多路復(fù)用/脈沖編碼調(diào)制技術(shù)。時分復(fù)用設(shè)備的每個通信都被分配一個專用信道或時隙用于傳輸。專用時隙的工作方式減少了信道間傳輸?shù)母偁?，確保了無阻塞通信方式。時分復(fù)用設(shè)備組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)僅支持固定且有限數(shù)量的音頻信道。脈沖數(shù)字調(diào)制方式適用于數(shù)據(jù)信號或模數(shù)轉(zhuǎn)換信號的傳輸。語音通信使用專用時隙信道傳輸，在信道上傳輸?shù)男畔]有源和目的地路由信息，在內(nèi)話系統(tǒng)之間的通信或訪問遠(yuǎn)程設(shè)備（如VHF站點(diǎn)）采取點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸方式，傳輸路徑已預(yù)先設(shè)定。目前航管設(shè)施中使用的E1專線屬于個例，它采用公共信道信令傳輸，一般用于接入2M帶寬的鏈路，或是從光端機(jī)設(shè)備輸出后進(jìn)行帶寬的拆分。各管制中心使用不同廠家的

3、內(nèi)話系統(tǒng)，不同系統(tǒng)接口間的互聯(lián)實(shí)施困難?；ヂ?lián)網(wǎng)開放標(biāo)準(zhǔn)正好解決了應(yīng)用層的互操作性問題。3 VoIP技術(shù)在航管內(nèi)話系統(tǒng)的發(fā)展VoIP（Voice over Internet Protocol）是基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的語音通信技術(shù)。一些廠商已把語音和數(shù)據(jù)通過多媒體網(wǎng)絡(luò)傳輸業(yè)務(wù)發(fā)展成一種盈利的商業(yè)模式。VoIP在航管方面，WG-67工作組對VoIP網(wǎng)進(jìn)行一系列互操作性測試，其可靠性和服務(wù)質(zhì)量等指標(biāo)已達(dá)到時分多路復(fù)用方式的使用要求。隨著互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的改善，各通信設(shè)備廠家也推出兼?zhèn)銲P網(wǎng)絡(luò)功能的收發(fā)信機(jī)等設(shè)備，向下一代地對地及地對空的語音交換系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)換。VoIP技術(shù)把信息分包封裝在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸。每個包

4、的信息包括了源地址和目的地址。早期基于IP的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)使用單播協(xié)議通信，支持語音通信的IP網(wǎng)絡(luò)，單播協(xié)議適合電話等點(diǎn)對點(diǎn)方式的通信。支持語音的IP網(wǎng)絡(luò)也可使用多播協(xié)議實(shí)現(xiàn)一對多的傳輸方式，適合會議系統(tǒng)。航管系統(tǒng)中的VoIP 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括管制中心、傳輸網(wǎng)絡(luò)、無線電臺（包括VHF 電臺、UHF電臺等）及網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)處在VoIP 系統(tǒng)與時分復(fù)用設(shè)備系統(tǒng)之間，實(shí)現(xiàn)通信互聯(lián)。基于IP地址的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的用戶可以直接訪問與網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備。在實(shí)際使用中，當(dāng)管制需求發(fā)生變化時，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)決定了通信互聯(lián)的配置工作量相對減少。而且物理互聯(lián)上，易于兩個或多個管制部門共享一個無線電臺站點(diǎn)。4 基于網(wǎng)關(guān)的VOIP架構(gòu)為

5、了兼容VoIP技術(shù)，很多內(nèi)話設(shè)備廠家把VoIP網(wǎng)關(guān)技術(shù)融入無線電臺設(shè)備中，傳統(tǒng)內(nèi)話系統(tǒng)的語音和數(shù)據(jù)與外部VoIP網(wǎng)絡(luò)通信轉(zhuǎn)發(fā)由VoIP網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)內(nèi)話系統(tǒng)需預(yù)留足夠的信道用于接收來自VoIP的信息。在圖1中，對于內(nèi)話系統(tǒng)與遠(yuǎn)程無線電臺或多個內(nèi)話系統(tǒng)之間的通信，VoIP網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心的匯集功能，對VoIP網(wǎng)關(guān)設(shè)置可實(shí)現(xiàn)不同內(nèi)話系統(tǒng)之間的通信權(quán)限。由于內(nèi)話系統(tǒng)中的信道容量已預(yù)先分配，當(dāng)其它的內(nèi)話系統(tǒng)通過VoIP網(wǎng)關(guān)訪問本地內(nèi)話系統(tǒng)，需額外占用本地內(nèi)話系統(tǒng)的通信帶寬?？赏ㄟ^網(wǎng)關(guān)設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)，但增加了內(nèi)話系統(tǒng)的復(fù)雜性。此方法主要增加了網(wǎng)關(guān)設(shè)備，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)VoIP架構(gòu)的風(fēng)險系數(shù)低，減少了音

6、頻信號傳輸過程中的轉(zhuǎn)化次數(shù)。實(shí)質(zhì)上網(wǎng)關(guān)設(shè)備沒有對基于時分多路復(fù)用方式的內(nèi)話系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)更新，沒能解決通信設(shè)備老化問題。而且當(dāng)管制空域發(fā)生變化時，可通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)調(diào)整，還需重新對遠(yuǎn)程無線電臺（包括VHF臺及UHF臺等）及內(nèi)話系統(tǒng)做配置工作。5 基于VoIP網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)話系統(tǒng)相對基于網(wǎng)關(guān)的VOIP架構(gòu)系統(tǒng)，VOIP網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)話系統(tǒng)明顯減少了硬件數(shù)量，交換機(jī)替代時分復(fù)用通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)其涉及的時鐘技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)、會議等功能，由各管制席位設(shè)備、音頻接口設(shè)備及電話接口等終端設(shè)備進(jìn)行信號處理和會議功能。在終端設(shè)備中的冗余網(wǎng)口提高了設(shè)備可靠性。網(wǎng)絡(luò)上的多個交換機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，并可根據(jù)需要擴(kuò)展系統(tǒng)容量。在VOIP傳輸

7、協(xié)議中，初始化會話協(xié)議SIP是一種應(yīng)用層控制協(xié)議，完成一個或多個參加者的會話建立、修改及終止功能。實(shí)時運(yùn)輸協(xié)議RTP是一種用于多媒體的標(biāo)準(zhǔn)傳輸協(xié)議，可實(shí)時傳輸音頻和信令方式、或僅實(shí)時傳輸信令方式。RTP不對傳輸過程提供服務(wù)質(zhì)量機(jī)制，但可監(jiān)測丟包、延遲等故障現(xiàn)象。當(dāng)內(nèi)話系統(tǒng)與無線電臺之間建立了SIP會話，點(diǎn)對點(diǎn)之間啟動RTP協(xié)議開始音頻/信令等媒體流信息交換，以建立實(shí)時會話監(jiān)視。當(dāng)實(shí)時會話監(jiān)視處于有效狀態(tài)，在這兩點(diǎn)之間使用RTP包傳輸音頻信息。在RTP分組頭部格式中的擴(kuò)展頭部字節(jié)用于傳輸信令，比如PTT信息被包括在擴(kuò)展頭部字節(jié)中傳輸。圖2基于VoIP網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)話系統(tǒng)架構(gòu)中，顯示音頻傳輸過程僅做2次

8、轉(zhuǎn)換，分別在管制席位設(shè)備和無線電臺上實(shí)現(xiàn)，使音頻質(zhì)量得到明顯改善。各管制席位之間能直接通話，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。對于其實(shí)現(xiàn)的功能，在本地內(nèi)話系統(tǒng)管制席位可通過配置其他內(nèi)話系統(tǒng)的操作，實(shí)現(xiàn)管制工作量的分配及優(yōu)化，具有可操作性高及部署靈活的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)管制空域發(fā)生變化時，可根據(jù)管制需求，通過VoIP網(wǎng)實(shí)現(xiàn)本地通信設(shè)備和遠(yuǎn)程通信設(shè)備的配置。6 VoIP架構(gòu)發(fā)展過程的過渡階段根據(jù)目前內(nèi)話系統(tǒng)現(xiàn)狀，完全使用VoIP網(wǎng)絡(luò)將會有一個長期的過渡階段。在一個通信網(wǎng)絡(luò)中可能會逐步出現(xiàn)如下系統(tǒng)混合配置的情況：現(xiàn)有時分復(fù)用設(shè)備的內(nèi)話系統(tǒng)及模擬信號接口的VHF設(shè)備；模擬信號接口的無線電臺設(shè)備及VOIP網(wǎng)關(guān)；支持以太網(wǎng)通信的VHF

9、設(shè)備及VOIP交換機(jī)；已完全升級VOIP網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)話系統(tǒng)。7 結(jié)束語相對空管技術(shù)不斷推陳出新的步伐，空管部門對新技術(shù)使用進(jìn)度緩慢但穩(wěn)步向前推進(jìn)。航管內(nèi)話系統(tǒng)從模擬音頻到數(shù)字化音頻方向發(fā)展，每一次技術(shù)的變革，在設(shè)備性能、可靠性及靈活性都得到提升。SIP、RTP等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議在空管通信系統(tǒng)中的使用，尤其是在地-空和地-地語音通信方面的擴(kuò)展、改善， 開放標(biāo)準(zhǔn)提高了端對端通信系統(tǒng)的互操作性能。而且管制空域動態(tài)變化，在VoIP網(wǎng)絡(luò)條件下更易、更靈活配置設(shè)備。隨著EUROCAE WG67工作組和各國內(nèi)外廠商對VoIP技術(shù)的不斷完善和實(shí)踐，VoIP技術(shù)將在航管通信的發(fā)展中占據(jù)一席之地。參考文獻(xiàn)【1】Eurocae Working Group 67. Network Requirements and Performances for Voice over Internet Protocol（VOIP） Air traffic Management（ATM） Systems（Part 1： Network Specification -Part 2： Network