徐曉強(qiáng)，楊 璞，孫中路

（民航云南空管分局，云南 昆明 650200）

1 甚高頻VoIP 技術(shù)概況

1995 年至1996 年期間，基于 H.323 協(xié)議（ H.323是一種標(biāo)準(zhǔn)的音視頻傳輸協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程提審的功能）的第一個(gè) IP 電話成功實(shí)現(xiàn)，取得了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)募夹g(shù)突破。 1996 年至1999 年期間， SIP（Session Initiation Protocol，會(huì)話初始協(xié)議）協(xié)議提出，使得 VoIP 得到更多的推廣和發(fā)展。 2000 年至今，基于 DSP（Digital Signal Processing，數(shù)字信號(hào)處理）的高速音頻信令處理技術(shù)，讓 VoIP 技術(shù)趨于成熟和廣泛。

甚高頻 VoIP 話音通信交換技術(shù)具備成本低、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單、使用便捷、業(yè)務(wù)靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)但是其網(wǎng)絡(luò)傳輸固有的安全性問(wèn)題、系統(tǒng)延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)丟包等缺點(diǎn)也較為明顯。甚高頻 VoIP 的基本原理為，甚高頻電臺(tái)將模擬話音通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換后進(jìn)行比如G.711/ G.726/G.729編碼后進(jìn)行 IP 封裝，加協(xié)議包頭比如 IP、UDP（User Datagram Protocol，用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）、 RTP（Real-time Transport Protocol，實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議）等，將模擬話音轉(zhuǎn)換為 IP 數(shù)據(jù)包后通過(guò)如 FA36 等設(shè)備，利用 IP 網(wǎng)絡(luò)，采用路由“儲(chǔ)存——轉(zhuǎn)發(fā)”的方式，進(jìn)行交換和傳輸[1]。遠(yuǎn)端如遙控盒或內(nèi)話系統(tǒng)，根據(jù) OSI（Open System Interconnection，開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)）模型，一層一層去除協(xié)議包頭，獲得原始數(shù)據(jù)，即將收到的 IP 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)。再根據(jù) G.711/ G.726/G.729 等進(jìn)行語(yǔ)音解碼，后經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換，還原模擬話音。

2 VoIP 關(guān)鍵技術(shù)

VoIP 關(guān)鍵技術(shù)主要包括編碼技術(shù)、信令技術(shù)、實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)、 QoS 保障技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等內(nèi)容。

其信令技術(shù)是一種采用 ITU（International Telecommunication Union，國(guó)際電聯(lián)）推薦的 H.323 協(xié)議，另一種是 IETF（Internet Engineering Task Force，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）的 SIP。這兩種協(xié)議代表了解決同一問(wèn)題的兩種不同的方法： H.323 是信令基于 ISDN Q.931和早期推薦的 H 系列協(xié)議的傳統(tǒng)電路交換方式，而 SIP 是一種支持基于 HTTP（超文本傳輸協(xié)議）的 IP網(wǎng)絡(luò)的超輕量協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。目前， EUROCAE（European Organization for Civil Aviation Equipment，歐洲民用航空設(shè)備組織）推薦的 SIP 無(wú)線通信模型分為兩個(gè)階段：第一階段：必須是由話音調(diào)度系統(tǒng)發(fā)起 SIP 會(huì)話； SIP 協(xié)議建立起話音調(diào)度系統(tǒng)與臺(tái)站間的連接，并且通過(guò) SDP（Session Description Protocol，會(huì)話描述協(xié)議）協(xié)議傳輸RTP 會(huì)話所需要的參數(shù)。第二階段：當(dāng) SIP 會(huì)話建立起來(lái)后，在兩端都要使用 R2S（Reed2Solomon Code，里德2所羅門(mén)碼）協(xié)議來(lái)保持連接；當(dāng) PTT 或SQL 激活時(shí)，就要使用 RTP 協(xié)議傳輸話音數(shù)據(jù)；話音分組和 R2S 分組都要夾帶 RTP 擴(kuò)展頭，用以傳輸協(xié)議模型中提到的參數(shù)信息[1]。

其編碼技術(shù)主要分為波形編碼技術(shù)、參數(shù)編碼技術(shù)和混合編碼技術(shù)。編碼是為了在一定的算法量和通信延時(shí)的情況下，盡可能少的占用通信容量傳送盡可能高質(zhì)量的話音。目前， VoIP 主流的編碼技術(shù)有ITU-T（ITU-T for ITU Telecommunication Standardization Sector，國(guó)際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)分局）定義的 G.711、G.728、G.729等。

服務(wù)質(zhì)量（ Quality of Service，簡(jiǎn)稱(chēng) QoS）是QoS保障技術(shù)的核心，是在分組交換的過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)包的延時(shí)、丟包、抖動(dòng)等服務(wù)能力進(jìn)行評(píng)估。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源控制及調(diào)配、減少報(bào)文丟失率、網(wǎng)絡(luò)流量調(diào)控、網(wǎng)絡(luò)擁塞避免及管理、支撐網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、為特定用戶(hù)或特定業(yè)務(wù)提供專(zhuān)用帶寬等是 VoIP QoS 的目標(biāo)。 VoIP中主要技術(shù)手段是采用 RSVP（Resource Reservation Protocol，資源預(yù)留協(xié)議）以及進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量監(jiān)控的實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議 RTCP（RTP Control Protocol）來(lái)避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，保障通話質(zhì)量。

IntServ 模型（ Integrated Services，集成式服務(wù)模型）和 DiffServ 模型（區(qū)分服務(wù)模型）為目前兩種典型的 VoIP QoS 模型。 IntServ 模型（集成式服務(wù)模型）中業(yè)務(wù)通過(guò)信令向網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)?zhí)囟ǖ?QoS 服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)在流量參數(shù)描述的范圍內(nèi)，預(yù)留資源以承諾滿足該請(qǐng)求。DiffServ 模型（區(qū)分服務(wù)模型）中當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)，根據(jù)業(yè)務(wù)的不同服務(wù)等級(jí)約定，有差別地進(jìn)行流量控制和轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)解決擁塞問(wèn)題[2]。實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)主要是采用實(shí)時(shí)的傳輸協(xié)議 RTP，而RTP 包括數(shù)據(jù)和控制兩個(gè)部分，后者稱(chēng)為 RTCP。

VoIP 中網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)主要是 TCP 和UDP，此外還包括了網(wǎng)關(guān)互聯(lián)、路由選擇、網(wǎng)絡(luò)管理以及安全認(rèn)證等技術(shù)。由于實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議 RTP 提供具有實(shí)時(shí)特征的、端到端的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，因此 VoIP 可用 RTP 來(lái)傳送語(yǔ)音數(shù)據(jù)，在 RTP 報(bào)頭中包含裝載數(shù)據(jù)的序列號(hào)、標(biāo)識(shí)符、時(shí)間戳以及傳送監(jiān)視等。通常 RTP 協(xié)議數(shù)據(jù)單元是用UDP 分組來(lái)承載的，而且為了盡量減少時(shí)延，話音凈荷通常都會(huì)很短。 IP、 UDP 和RTP 報(bào)頭都按最小的長(zhǎng)度計(jì)算， VoIP 話音分組開(kāi)銷(xiāo)比較大，采用 RTP 協(xié)議的 VoIP格式，在這種方式中將多路話音插入話音數(shù)據(jù)段中，就提高了傳輸效率[3]。

3 民航空管VoIP 語(yǔ)音通信交換系統(tǒng)

民航空管 VoIP 語(yǔ)音通信交換系統(tǒng)是基于混合模擬數(shù)字技術(shù)使用會(huì)話初始協(xié)議（ SIP）進(jìn)行區(qū)域地空電臺(tái)話音建鏈組網(wǎng)后，采用互聯(lián)網(wǎng)語(yǔ)音技術(shù)（VoIP）進(jìn)行語(yǔ)音通信的一套系統(tǒng)。在系統(tǒng)構(gòu)架上，通信鏈路管理基于 CS（Client/Server，客戶(hù)端 /服務(wù)器）架構(gòu)，席位與電臺(tái)網(wǎng)關(guān)之間采用 SIP 會(huì)話初始協(xié)議建立鏈路，服務(wù)器集中鑒權(quán)和控制。席位與席位之間，席位與電臺(tái)網(wǎng)關(guān)之間的語(yǔ)音傳輸采用 P2P（Peer-to-Peer）方式，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，減少語(yǔ)音傳輸時(shí)延，提高語(yǔ)音傳輸質(zhì)量。

VoI P 系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的主要技術(shù)指標(biāo)有系統(tǒng)延時(shí)、通話質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)丟包率。系統(tǒng)延時(shí)包括整個(gè)地面各傳送部分的語(yǔ)音總延時(shí)、單個(gè)設(shè)備的延時(shí)（管制席位、電臺(tái)網(wǎng)關(guān)、 VoIP 電臺(tái)）、網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)三個(gè)部分。話音質(zhì)量主要通過(guò)PESQ（Perceptual evaluation of speech quality，主觀語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)估）獲得 MOS（Mean Opinion Score，平均意見(jiàn)值）來(lái)衡量。 MOS 包括對(duì)于整個(gè)被測(cè)信號(hào)的 MOS（Total MOS）、對(duì)于話音部分的 MOS（Speech MOS）、對(duì)于靜音部分的MOS（Background MOS）三個(gè)部分。一般建議要求 MOS ≧4，即達(dá)到 GOOD。德國(guó)Testi ng Technologies IST GmbH（簡(jiǎn)稱(chēng) Testing Tech）公司的TTSuite-SIP 測(cè)試套件等工具軟件可對(duì) VoIP 系統(tǒng)的協(xié)議一致性進(jìn)行測(cè)試[3]。

目前，德國(guó) R&S4200 系列甚高頻電臺(tái)、國(guó)產(chǎn)天奧SPMH-1000系列甚高頻電臺(tái)等，具備 VoIP 功能的甚高頻電臺(tái)已開(kāi)通 VoIP 功能并在小范圍內(nèi)探索使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

西方發(fā)達(dá)國(guó)家及歐洲 ATC 領(lǐng)域正處在改變語(yǔ)音通信基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。兩大因素推動(dòng)著這一變化：一是電信服務(wù)提供商正逐步淘汰租用線路 TDM 服務(wù)，二是聯(lián)邦航空管理局（ Eurocontrol）以及其他組織都制定了強(qiáng)制性的互操作性要求，以便應(yīng)對(duì)不斷增加的空中流量。因此， ATC 部門(mén)必須了解這些因素如何影響自身業(yè)務(wù)，并且基于轉(zhuǎn)型、系統(tǒng)互操作性、靈活的空域分配以及成本效益等考慮著手制定規(guī)劃。 VoIP 技術(shù)在國(guó)內(nèi)也將迎來(lái)語(yǔ)音通信技術(shù)的變革，也只有通過(guò)技術(shù)的升級(jí)才能高效滿足空中流浪的增長(zhǎng)。

通過(guò)最新技術(shù)的 VCS（Voice Communications System）網(wǎng)關(guān)，可以在傳統(tǒng) VCS 保留不變的情況下，在ATC 基礎(chǔ)設(shè)施中集成具有符合 EUROCAE ED-137規(guī)范的 VoIP 電臺(tái)，甚至可以混合安裝具有模擬音頻接口的電臺(tái)。根據(jù)此方法，我們可以將自己的網(wǎng)絡(luò)順利過(guò)渡到IP 技術(shù)，并且逐步構(gòu)建滿足未來(lái)需求的基礎(chǔ)設(shè)施，這也適用于傳輸基礎(chǔ)設(shè)施本身。鑒于符合 EUROCAE ED-137規(guī)范的 VCS 網(wǎng)關(guān)可部署在臺(tái)站或航管小區(qū)中心機(jī)房?jī)?nèi)，因此，它們也支持傳輸基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi) TDM 到IP 的過(guò)渡。