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        VoIP技術(shù)在民航語音通信領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用

        2014-10-17 11:16:56肖炎榮謝來陽周至凱
        中國新通信 2014年5期
        關(guān)鍵詞:設(shè)備系統(tǒng)

        肖炎榮 謝來陽 周至凱

        【摘要】簡述VoIP技術(shù)的概念和在民航語音通信的發(fā)展背景和歷程,分析VoIP技術(shù)的結(jié)構(gòu)特點,結(jié)合語音時延參數(shù)的測試,描述VoIP技術(shù)在民航領(lǐng)域現(xiàn)實使用中所面臨的挑戰(zhàn)和機遇。

        【關(guān)鍵詞】VOIP EUROCAE語音交換系統(tǒng)語音時延

        一、引言

        1.1發(fā)展背景

        VoIP(VOICE OVER INTERNET PROTOCOL)基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的語音通信技術(shù)從上世紀九十年代中期出現(xiàn)之后得到了長足的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用,隨著網(wǎng)絡(luò)時代的來臨,VoIP以不可比擬的成本優(yōu)勢和便利性迅速在語音通信市場占有了一席之地。Skype、MSN等就是為人們熟知的使用VoIP技術(shù)進行語音通信的工具。EUROCAE(European Organization for CivilAviation Equipment)歐洲民航裝備組織在2009年頒布了ED-136、ED-137、ED-138、ED-139 4份關(guān)于VoIP技術(shù)在民航通信中應(yīng)用的標準,標志著VoIP技術(shù)正式成為未來民航語音通信系統(tǒng)的發(fā)展的方向。

        1.2VOIP技術(shù)概述

        VoIP(Voice over Internet Protocol)基于網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)協(xié)議的語音通信?;驹砭褪峭ㄟ^語音壓縮設(shè)備對我們的語音進行壓縮編碼處理,然后再把這些語音數(shù)據(jù)根據(jù)相關(guān)的協(xié)議進行打包,經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳送到目的地后,再把這些語音數(shù)據(jù)包串起來,經(jīng)過解壓解碼處理后,恢復(fù)成原來的信號,從而達到由IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送語音的目的[1]。EUROCAE定義了民航使用的VoIP技術(shù)采用會話發(fā)起協(xié)議(Session Initiation Protocol SIP)和實時傳輸協(xié)議RPT(Real-time Transport Protocol)等協(xié)議進行語音通信。

        會話發(fā)起協(xié)議是一個控制發(fā)起、修改和終結(jié)交互方式多媒體會話的信令協(xié)議。多媒體會話是多樣化的,包括雙方或多方音頻、視頻呼叫、聊天會話或游戲會話[2]。

        SIP支持5個方面功能:

        (1)用戶定位(user location):確定終端所在的位置。

        (2)用戶可用性(user availability):確定被呼叫方是否空閑或者愿意加入會話。

        (3)用戶可容性(user capabilities):確定所用媒體和媒體參數(shù)。

        (4)會話建立(session setup):邀請和提示被叫,與主叫間建立會話。

        (5)會話管理(session management):轉(zhuǎn)交(transfer)和終止會話,修改會話參數(shù)[4]。

        RTP實時傳送協(xié)議。

        RTP定義了兩種報文:RTP報文和RTCP報文,RTP報文用于傳送媒體數(shù)據(jù),由RTP報頭和數(shù)據(jù)兩個部分組成,RTP數(shù)據(jù)部分稱為有效載荷,RTP報文用于傳送控制信息。

        二、VoIP技術(shù)在民航語音通信領(lǐng)域的發(fā)展

        民航語音通信系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了三個階段,模擬語音通信、PCM(Pulse Code Modulation)語音通信和VoIP語音通信。早期的民航語音通信通常使用模擬甚高頻電臺與飛機進行通信,沒有成型的通信系統(tǒng),直到上世紀90年代前后,基于PCM的語音交換系統(tǒng)在民航語音通信領(lǐng)域的應(yīng)用,為民航語音通信系統(tǒng)的發(fā)展起到了巨大的推動作用。目前,國內(nèi)外絕大部分的機場塔臺、區(qū)域中心使用的都是這類語音交換系統(tǒng)。VoIP在通信領(lǐng)域從上世紀九十年代初開始在民用市場得到了蓬勃的發(fā)展,由于通信時延和穩(wěn)定性的問題,在民航語音通信方面一直沒有得到應(yīng)用,直到2004年,才形成了第一個關(guān)于VoIP在民航語音通信中的應(yīng)用的模型,維也納協(xié)定定義了VoIP在民航語音通信中包括VCS(Voice Communication Switch)、網(wǎng)絡(luò)、無線電、電話、錄音等幾個模塊,為VoIP技術(shù)在民航的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。圖1為維也納協(xié)定框架圖。

        2006年,歐洲民航裝備組織完成了VoIP標準第一版的編寫,在2008年進行了VoIP設(shè)備的第一次接入測試并在同年完成了第二版的編寫。2009年頒布了關(guān)于VoIP技術(shù)在民航設(shè)備中應(yīng)用的四份指導(dǎo)性的標準,同時完成了與其它語音交換系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)測試工作。2011年成功完成了錄音設(shè)備的互用性測試。

        目前國內(nèi)民航系統(tǒng)中部分新型號的甚高頻、VCS設(shè)備已具有VoIP功能,絕大部分尚未投入到正式使用當中,只在個別區(qū)域進行運行測試。在與原有的基于PCM的語音交換設(shè)備進行接入使用,采用網(wǎng)關(guān)形式,將語音數(shù)據(jù)從IP模式轉(zhuǎn)換成模擬語音再經(jīng)過傳輸設(shè)備發(fā)送到遠端臺站。

        三、VoIP語音通信系統(tǒng)在實際應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)

        VoIP語音通信系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)簡單、擴展性強、成本低廉等優(yōu)勢,由于是基于網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng),不可避免存在著數(shù)據(jù)包丟失、通信時延、抖動和回音等問題。根據(jù)國際電信聯(lián)盟推薦的語音時延在0~150ms是通話質(zhì)量最佳范圍,150ms~3000ms是可接受范圍,300ms以上時延是不可接受范圍。針對網(wǎng)絡(luò)通信的特有問題,EUROCAE對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS(Quality of Service)和通信鏈路時延等有著嚴格的規(guī)定,ED-138定義了用于民航語音通信的網(wǎng)絡(luò)性能和需要達到以下標準:

        (1)單向每個語音通道帶寬不小于100kbps。

        (2)本地與遠端網(wǎng)絡(luò)時延小于40ms。

        (3)無線電信號抖動不大于5ms,電話信號抖動不大于10ms。

        (4)丟包率小于1%。

        ED-136規(guī)定了單向的通信鏈路時延總共不能超過130ms,圖2為ED-136所定義的語音通信時延要求。

        羅德施瓦茨公司的VCS-4G型語音交換系統(tǒng)是其中一種應(yīng)用VoIP技術(shù)在民航語音通信領(lǐng)域的設(shè)備,作者參與了該設(shè)備的入網(wǎng)測試,語音通信時延測試是入網(wǎng)測試的一個關(guān)鍵參數(shù)。圖3為發(fā)射通道語音時延,黃色音頻部分為設(shè)備麥克風(fēng)輸入波形,綠色為VCS輸出到傳輸設(shè)備波形。語音時延大約68ms。圖4為接收通道時延,黃色部分為揚聲器輸出,綠色部分為傳輸設(shè)備輸入到VCS波形。語音時延大約為65ms。可以看出與基于PCM的語音交換系統(tǒng)的語音時延行業(yè)標準小于50ms差距不是很大,語音通信的通話質(zhì)量沒有明顯的下降。

        民航除了對語音通信的通話質(zhì)量、VoIP語音通信設(shè)備穩(wěn)定性有著更高的要求以外還對通信網(wǎng)絡(luò)的安全性有著嚴格的要求,出于安全性考慮,VOIP語音通信設(shè)備接入公共網(wǎng)絡(luò)的可能性不大,對于VoIP語音通信設(shè)備在國內(nèi)民航語音通信領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用,還需有待民航專用網(wǎng)的日益完善。

        四、結(jié)論

        作為通信領(lǐng)域的新技術(shù),VoIP技術(shù)雖然存在著極度依賴網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的缺點,但其結(jié)構(gòu)簡單、擴展性強、成本低廉的優(yōu)勢,契合未來民航語音通信領(lǐng)域的發(fā)展方向,隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和服務(wù)質(zhì)量的不斷提升,基于VoIP技術(shù)的語音通信設(shè)備將成為民航語音通信領(lǐng)域的主流設(shè)備。

        參考文獻

        [1]于波. VoIP技術(shù)在空管內(nèi)話通信中的應(yīng)用初探[J].西安:電子元器件應(yīng)用,2006.6

        [2](美)戴維森等著,高艷譯. VOIP技術(shù)架構(gòu)[M].北京:人民郵電出版社. 2008.4

        [3]張登銀,孫精科. VoIP技術(shù)分析與系統(tǒng)統(tǒng)計[M].北京:人民郵電出版社,2003

        [4]朱道嫻. VoIP技術(shù)在空管內(nèi)話通信中的應(yīng)用初探[J].北京:空中交通管理,2013.10

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