一種基于電話終端的寬窄帶自適應(yīng)方法

鄧勇

摘要：惡劣的線路環(huán)境是電話通信的最大障礙，迫切需要安全可靠、適應(yīng)性強(qiáng)的電話終端，為用戶提供穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)的呼叫連接服務(wù)。通過(guò)對(duì)語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)寬窄帶切換的研究，設(shè)計(jì)了一種支持寬窄帶自適應(yīng)的電話終端實(shí)現(xiàn)方案。在呼叫控制中心采用號(hào)碼綁定機(jī)制，保證寬窄雙線接入網(wǎng)絡(luò)，利用鏈路實(shí)時(shí)檢測(cè)和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量分析，為語(yǔ)音呼叫的鏈路選擇提供依據(jù)，最大程度地保證語(yǔ)音通話服務(wù)的可靠性，有效解決了單一網(wǎng)絡(luò)線路不穩(wěn)定的問(wèn)題，對(duì)方案的可用性進(jìn)行測(cè)試評(píng)估。

關(guān)鍵詞：公共交換電話網(wǎng)絡(luò)；IP多媒體子系統(tǒng)；語(yǔ)音通信；寬帶；窄帶；自適應(yīng)

中圖分類號(hào)：TN915.08文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2023）04-60-4

0引言

今天，隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和電話通信技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的公共交換電話網(wǎng)絡(luò)（Public Switched Telephone Network，PSTN）窄帶網(wǎng)絡(luò)正在向以IP多媒體系統(tǒng)（IP Multimedia Subsystem，IMS）為代表的寬帶網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型[1]，呼叫終端也正由單一的雙絞線接入模式，逐步發(fā)展為標(biāo)準(zhǔn)的寬帶接入模式。然而，由于PSTN等窄帶通信技術(shù)具備穩(wěn)定、可靠的性能特征，在某些電話通信領(lǐng)域仍然發(fā)揮著不可替代的作用。

比如，電話服務(wù)質(zhì)量通常是根據(jù)服務(wù)供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)魯棒程度來(lái)測(cè)量。其中，服務(wù)可用性是重要的指數(shù)之一。PSTN的可用性指數(shù)可以達(dá)到99.999%，事實(shí)上可能更多。而目前的寬帶網(wǎng)絡(luò)，由于共享鏈路的特性，決定了這種基于包的技術(shù)將在語(yǔ)音流中引入延時(shí)，基于IP的語(yǔ)音傳輸（Voice over Internet Protocol，VoIP）語(yǔ)音傳輸和語(yǔ)音壓縮技術(shù)的結(jié)合，同樣不可避免地帶來(lái)語(yǔ)音質(zhì)量的降低，從而導(dǎo)致其服務(wù)可用性指數(shù)可能降到“四個(gè)九”或者“三個(gè)九”。另外，包括對(duì)供電系統(tǒng)的依賴程度、可靠性和穩(wěn)定性等要素，與傳統(tǒng)的PSTN窄帶網(wǎng)絡(luò)相比，都要有所降低[2]。

近年來(lái)，在電話通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外的研究方向主要集中于2個(gè)方面：一是提升寬帶網(wǎng)絡(luò)的交換能力，為用戶提供高質(zhì)量、有服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）保證的網(wǎng)絡(luò)性能[3]；二是發(fā)展智能終端技術(shù)，滿足用戶不同場(chǎng)景的應(yīng)用需求。然而，對(duì)于可靠性要求較高的電話通信系統(tǒng)，提出一種支持寬窄帶雙線接入的電話終端，解決單一網(wǎng)絡(luò)線路不穩(wěn)定的問(wèn)題，為用戶提供穩(wěn)定的語(yǔ)音呼叫連接服務(wù)，在該領(lǐng)域內(nèi)研究較少。本文的第1節(jié)介紹了影響電話通信安全的主要障礙；第2節(jié)設(shè)計(jì)了一種支持寬、窄帶自適應(yīng)的呼叫終端，重點(diǎn)描述終端的軟硬件實(shí)現(xiàn)方案，以及寬窄帶自適應(yīng)的關(guān)鍵流程；第3節(jié)制定了測(cè)試方案，對(duì)設(shè)備可用性進(jìn)行測(cè)試評(píng)估；最后一節(jié)對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)。

1問(wèn)題描述

在對(duì)可靠性要求較高的電話通信系統(tǒng)中，惡劣的線路環(huán)境是電話通信安全的最大障礙。典型如軍事通信環(huán)境，部分地區(qū)僅存在窄帶網(wǎng)絡(luò)，部分地區(qū)僅存在寬帶網(wǎng)絡(luò)，部分地區(qū)窄帶、寬帶網(wǎng)絡(luò)并存，但性能卻不穩(wěn)定?；陔娫捊K端的寬、窄帶自適應(yīng)技術(shù)主要解決以下問(wèn)題：

①解決電話終端的適應(yīng)性問(wèn)題，確保電話終端設(shè)備在寬、窄帶線路二者具備其一的情況下接入電話通信網(wǎng)絡(luò)，防止單一的通信線路意外中斷，話機(jī)終端無(wú)法接入網(wǎng)絡(luò)的情況。

②在寬、窄帶同時(shí)具備接入網(wǎng)絡(luò)的前提下，呼叫終端可以根據(jù)線路實(shí)時(shí)情況，選擇當(dāng)前穩(wěn)定可靠的鏈路發(fā)起呼叫連接，為用戶提供最優(yōu)質(zhì)的通話服務(wù)體驗(yàn)。

③減少用戶桌面的話機(jī)數(shù)量，降低部署成本，提高使用效率。

2總體設(shè)計(jì)

本文提出了一種基于電話終端的寬、窄帶自適應(yīng)方案。在物理接口上，電話終端提供以太網(wǎng)接口、F接口2種形式。在呼叫控制中心，通過(guò)號(hào)碼綁定機(jī)制，將寬帶號(hào)碼、窄帶號(hào)碼進(jìn)行綁定，保證呼叫終端能夠雙線接入電話通信網(wǎng)絡(luò)。電話終端內(nèi)部，通過(guò)鏈路實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，掌握寬、窄帶鏈路當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，擇優(yōu)選取最優(yōu)質(zhì)的通信鏈路發(fā)起呼叫連接，為用戶提供穩(wěn)定、可靠的電話呼叫服務(wù)。

2.1硬件設(shè)計(jì)

電話終端硬件由接口單元、音頻單元、適配單元和主處理器單元組成，硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。

主處理器單元是電話終端的控制中心[4]，支持寬、窄帶雙信令協(xié)議棧，主要實(shí)現(xiàn)寬窄帶鏈路的實(shí)時(shí)檢測(cè)與狀態(tài)管理、語(yǔ)音芯片控制與媒體業(yè)務(wù)處理、電話管理和呼叫控制等功能。適配單元通過(guò)媒體獨(dú)立接口（Media Independent Interface，MII）與處理器單元相連，通過(guò)外部存儲(chǔ)器控制器（External Memory Controller，EXMC）接口與接口單元相連，是實(shí)時(shí)語(yǔ)音調(diào)度的中心，主要完成寬、窄帶媒體的適配和語(yǔ)音業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)處理，以及環(huán)路信令的識(shí)別與檢測(cè)、實(shí)時(shí)語(yǔ)音的排序與補(bǔ)償?shù)裙δ?。接口單元由以太網(wǎng)接口模塊、F接口模塊和FPGA組成，主要完成以太網(wǎng)與F接口接入、寬窄帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理、窄帶數(shù)據(jù)串并轉(zhuǎn)換和時(shí)鐘提取等功能。音頻單元采用專用語(yǔ)音芯片實(shí)現(xiàn)話音采集、線性轉(zhuǎn)換和播放功能，對(duì)外掛接手柄、免提等部件。

2.2軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)備硬件架構(gòu)，電話終端軟件主要由主處理器軟件、適配單元軟件組成，軟件模塊設(shè)計(jì)框圖如圖2所示。

步驟⑤：將網(wǎng)絡(luò)損傷儀配置為5%的隨機(jī)丟包率和延時(shí)，利用語(yǔ)音質(zhì)量分析儀測(cè)量A、D、E區(qū)的通話語(yǔ)音質(zhì)量。

步驟⑥：將網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)原狀，E區(qū)的自適應(yīng)終端手動(dòng)配置為雙線接入的窄帶工作模式。

步驟⑦：在B區(qū)的位置4、C區(qū)的位置5和E區(qū)的位置6部署網(wǎng)絡(luò)損傷儀。在網(wǎng)絡(luò)下行方向，利用網(wǎng)絡(luò)損傷儀配置3%的隨機(jī)誤碼，模擬窄帶鏈路性能下降的情況，利用語(yǔ)音質(zhì)量分析儀測(cè)量B、C、E區(qū)語(yǔ)音通話的MOS值。

步驟⑧：將網(wǎng)絡(luò)損傷儀配置為5%的隨機(jī)誤碼，利用語(yǔ)音質(zhì)量分析儀測(cè)量B、C、E區(qū)的通話語(yǔ)音質(zhì)量。

3.2測(cè)試結(jié)果分析

通過(guò)步驟①～②可以發(fā)現(xiàn)，自適應(yīng)終端在寬、窄帶線路二者具備其一的情況下，均可正常接入語(yǔ)音通信網(wǎng)絡(luò)，環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)；而且能夠有效減少用戶桌面的話機(jī)類型，提高使用效率。

通過(guò)步驟③可以發(fā)現(xiàn)，在網(wǎng)絡(luò)狀況良好的情況下，自適應(yīng)終端與通用寬、窄帶終端的語(yǔ)音質(zhì)量基本相當(dāng)，不影響用戶的實(shí)際體驗(yàn)。

在步驟④～⑤中，支持寬帶接入的A、D、E區(qū)終端，在不同丟包率的情況下語(yǔ)音質(zhì)量MOS值如表1所示?？梢园l(fā)現(xiàn)A區(qū)、D區(qū)隨著網(wǎng)絡(luò)性能的下降，通話質(zhì)量下降明顯，E區(qū)自適應(yīng)終端在丟包率為3%時(shí)，自動(dòng)切換為窄帶工作模式，語(yǔ)音質(zhì)量基本保持不變。

在步驟⑦～⑧中，支持窄帶鏈路的B、C、E區(qū)終端，在不同誤碼率的情況下語(yǔ)音質(zhì)量MOS值如表2所示?？梢园l(fā)現(xiàn)B區(qū)、C區(qū)隨著誤碼率的增大，通話質(zhì)量同樣下降明顯，E區(qū)自適應(yīng)終端在誤碼率為3%時(shí)，自動(dòng)切換為寬帶工作模式，語(yǔ)音質(zhì)量基本保持不變。

綜上可知，在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)良好的情況下，寬窄帶自適應(yīng)終端的用戶體驗(yàn)基本與通用終端保持一致；但在網(wǎng)絡(luò)狀況下降的情況下，自適應(yīng)終端的雙線接入模式，能夠提供更優(yōu)質(zhì)的通話服務(wù)，其表現(xiàn)明顯優(yōu)于通用終端。

4結(jié)束語(yǔ)

本文提出一種基于電話終端的寬窄帶自適應(yīng)方法，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀況，自動(dòng)選擇更優(yōu)鏈路完成呼叫連接，為用戶提供穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的語(yǔ)音服務(wù)。環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、降低部署成本的效果明顯。經(jīng)過(guò)測(cè)試評(píng)估，本方法可以滿足高可靠電話通信系統(tǒng)的使用需求，并達(dá)到實(shí)用的程度。

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