改造者：張大明 宋崢東

分組話(huà)音在窄帶信道的組播實(shí)現(xiàn)方案

改造者：張大明 宋崢東

話(huà)音組播在某些專(zhuān)用通信系統(tǒng)中具有特殊作用，窄帶信道組網(wǎng)時(shí)話(huà)音組播的實(shí)現(xiàn)是話(huà)音實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)。文章提出了一種基于多目組播算法的分組話(huà)音在窄帶信道的組播實(shí)現(xiàn)方案，介紹了方案的關(guān)鍵算法，并應(yīng)用該方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)驗(yàn)證該方案在窄帶信道組網(wǎng)時(shí)切實(shí)可行，為專(zhuān)用通信系統(tǒng)的分組話(huà)音組播提供了一種可行方案。

話(huà)音通信在通信系統(tǒng)中占據(jù)著至關(guān)重要的地位，隨著通信的迅猛發(fā)展，編碼格式為PCM的分組話(huà)音已成為當(dāng)今終端話(huà)音的主流。而在某些專(zhuān)用通信系統(tǒng)中，傳輸信道為無(wú)線(xiàn)窄帶電臺(tái)，信道速率只具有4800bits/s或9600bits/s，如何將速率為64000bits/s的PCM分組話(huà)音在不同節(jié)點(diǎn)間進(jìn)行話(huà)音組播成為系統(tǒng)話(huà)音實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

本文提出了一種基于多目組播算法的分組話(huà)組播實(shí)現(xiàn)方案。

算法

話(huà)音數(shù)據(jù)算法

分組話(huà)音在傳輸信道若以PCM話(huà)音編碼方式進(jìn)行傳輸，則信道速率為4800bit/s或9600bit/s的傳輸信道無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)速率為64000bits/s的PCM分組話(huà)音的實(shí)時(shí)傳輸。在本實(shí)現(xiàn)方案中，采用對(duì)話(huà)音編碼進(jìn)行無(wú)失真編解碼轉(zhuǎn)換，源端完成話(huà)音編碼轉(zhuǎn)換，將速率為64000bits/s，每20ms產(chǎn)生一幀為160字節(jié)的PCM編碼轉(zhuǎn)換為速率為2400bits/s，每50ms產(chǎn)生一幀為15字節(jié)的AHELP話(huà)音幀；接收端將AHELP話(huà)音幀還原為PCM話(huà)音幀送話(huà)音終端。

為了匹配信道的傳輸特性，通常在信道傳輸時(shí)，會(huì)對(duì)聲碼話(huà)進(jìn)行分組處理，即將多幀聲碼話(huà)音按既定協(xié)議組成一個(gè)分組包進(jìn)行傳輸。如：將10幀AHELP聲碼話(huà)音幀組成一個(gè)分組包，分組包內(nèi)有效話(huà)音為10×15byte=150byte。具體組包數(shù)可根據(jù)實(shí)際信道特性進(jìn)行調(diào)整。

多目組播算法

多目組播算法的核心為通過(guò)單播路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)組播功能。由源用戶(hù)指定組播用戶(hù)列表，當(dāng)組播報(bào)文由源用戶(hù)交給組播模塊發(fā)送時(shí)，需在IP報(bào)頭后列出各組播用戶(hù)的IP地址。組播模塊作為組播代理，當(dāng)收到組播報(bào)文后，將逐個(gè)分析組播用戶(hù)列表中的IP地址，對(duì)每個(gè)IP地址按單播路由的原理選擇相應(yīng)的路由出口下一跳，完成對(duì)IP地址選路后，將根據(jù)出口及下一跳節(jié)點(diǎn)的情況，把下一跳相同的分為一類(lèi)，同一類(lèi)地址在一個(gè)報(bào)文里重新構(gòu)建組播報(bào)文，將組播報(bào)文發(fā)給下一跳組播代理，直到報(bào)文到達(dá)最終接收用戶(hù)。組播用戶(hù)組網(wǎng)見(jiàn)圖1。

圖1　組播用戶(hù)組網(wǎng)圖

圖2　用戶(hù)a組播報(bào)文示意圖

圖3　發(fā)送設(shè)備B組播報(bào)文

圖4　發(fā)送設(shè)備E組播報(bào)文

用戶(hù)a需要發(fā)送組播報(bào)文到用戶(hù)c、用戶(hù)d、用戶(hù)e。首先用戶(hù)a通過(guò)組播用戶(hù)列表把需要發(fā)送的用戶(hù)地址收集起來(lái)以圖2的方式構(gòu)建組播報(bào)文。

用戶(hù)a通過(guò)單播的方式把數(shù)據(jù)發(fā)送給設(shè)備A的組播代理，設(shè)備A的組播代理通過(guò)檢查目的用戶(hù)列表IPc、IPd、IPe，針對(duì)這3個(gè)地址查找路由表，把下一跳地址相同的歸在一類(lèi)，其中IPc、IPd的下一跳都是設(shè)備B，而IPe的下一跳地址是設(shè)備E，因此組播報(bào)文分成兩類(lèi)，設(shè)備A把組播報(bào)文分別發(fā)送給設(shè)備B和E，以此類(lèi)推直到完成整個(gè)組播報(bào)文傳輸過(guò)程。

采用這種改進(jìn)多目的地尋址方式是把傳統(tǒng)的多目的地尋址與有源組播樹(shù)的方式結(jié)合起來(lái)，由信源確定目的組播組成員的信息，源路由設(shè)備根據(jù)組成員的位置以及單播路由表來(lái)構(gòu)造組播有源樹(shù)，但該樹(shù)不需要專(zhuān)門(mén)的組播路由協(xié)議的支持（因而避免了組播路由協(xié)議對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗），而是采用在組播分組中把相關(guān)組播組成員地址寫(xiě)入的辦法來(lái)代替組播路由協(xié)議的工作，因此中間轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單，不需要存儲(chǔ)組播組的信息，只需要根據(jù)分組頭里的目的地址域進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作即可。

圖5　話(huà)音組播應(yīng)用組網(wǎng)圖

圖6　源節(jié)點(diǎn)控制面流程

設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

圖7　中繼節(jié)點(diǎn)控制面流程

圖8　末端節(jié)點(diǎn)控制面流程

網(wǎng)絡(luò)模型

話(huà)音組播應(yīng)用組網(wǎng)如圖5所示，交換設(shè)備實(shí)現(xiàn)話(huà)音終端用戶(hù)接入、編解碼轉(zhuǎn)換、組播代理等功能。話(huà)音用戶(hù)通過(guò)以太網(wǎng)與交換設(shè)備互聯(lián)， 交換設(shè)備A、交換設(shè)備B、交換設(shè)備C通過(guò)無(wú)線(xiàn)窄帶信道互聯(lián)組成無(wú)線(xiàn)子網(wǎng)，交換設(shè)備C、交換設(shè)備D、交換設(shè)備E通過(guò)無(wú)線(xiàn)窄帶信道互聯(lián)組成無(wú)線(xiàn)子網(wǎng)，交換設(shè)備C作為中繼節(jié)點(diǎn)。話(huà)音組播實(shí)現(xiàn)用戶(hù)a1講話(huà)，用戶(hù)b、用戶(hù)c、用戶(hù)d及用戶(hù)e1同時(shí)聽(tīng)到。

軟件設(shè)計(jì)

在圖5中，交換設(shè)備分別位于源節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)、末端節(jié)點(diǎn)，不同節(jié)點(diǎn)的軟件實(shí)現(xiàn)流程各不相同。

控制面軟件設(shè)計(jì)

源節(jié)點(diǎn)話(huà)音組播軟件控制面流程如圖6所示。

交換設(shè)備A作為源節(jié)點(diǎn)，占用編解碼轉(zhuǎn)換資源，同時(shí)根據(jù)參加話(huà)音組播的成員，運(yùn)用多目組播算法，生成兩類(lèi)會(huì)話(huà)報(bào)文，分別發(fā)送交換設(shè)備B和交換設(shè)備C。

中繼節(jié)點(diǎn)話(huà)音組播軟件控制面流程如圖7所示。

交換設(shè)備C作為中繼節(jié)點(diǎn)，收到會(huì)話(huà)信令報(bào)文后，占用編解碼轉(zhuǎn)換資源，匹配相應(yīng)話(huà)音終端，生成通話(huà)對(duì)信息表。運(yùn)用多目組播算法生成會(huì)話(huà)信令，發(fā)送交換設(shè)備D和交換設(shè)備E。

末端節(jié)點(diǎn)話(huà)音組播軟件控制面流程如圖8所示。

交換設(shè)備B、交換設(shè)備D和交換設(shè)備E作為末端節(jié)點(diǎn)，收到會(huì)話(huà)報(bào)文后，占用編解碼轉(zhuǎn)換資源，匹配相應(yīng)話(huà)音終端，生成通話(huà)對(duì)信息表。

業(yè)務(wù)面軟件設(shè)計(jì)

交換設(shè)備A作為源節(jié)點(diǎn)，對(duì)話(huà)音進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換，將PCM話(huà)音轉(zhuǎn)換為AHELP話(huà)音，并根據(jù)信道傳輸特性，將多包AHELP話(huà)音分組，封裝后發(fā)送交換設(shè)備B和交換設(shè)備C。

交換設(shè)備C作為中繼節(jié)點(diǎn)，收到分組話(huà)音包后，轉(zhuǎn)發(fā)話(huà)音包到交換設(shè)備D和交換設(shè)備E， 對(duì)話(huà)音拆包后進(jìn)行編解碼轉(zhuǎn)換，將AHELP話(huà)音轉(zhuǎn)換為PCM話(huà)音發(fā)送相應(yīng)話(huà)音終端。

交換設(shè)備B、交換設(shè)備D和交換設(shè)備E作為末端節(jié)點(diǎn)，對(duì)話(huà)音拆包后進(jìn)行編解碼轉(zhuǎn)換，將AHELP話(huà)音轉(zhuǎn)換為PCM話(huà)音發(fā)送相應(yīng)話(huà)音終端。

應(yīng)用驗(yàn)證

試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境如圖5所示，5臺(tái)交換設(shè)備窄帶信道組網(wǎng)，對(duì)話(huà)音組播進(jìn)行功能、性能測(cè)試，用戶(hù)a1講話(huà)，各節(jié)點(diǎn)用戶(hù)均可聽(tīng)到清晰流暢話(huà)音，驗(yàn)證了在窄帶信道速率為4800bits/s和9600bits/s時(shí)可實(shí)現(xiàn)分組話(huà)音組播功能。

結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)介紹了一種基于多目組播算法的分組話(huà)在窄帶信道的組播實(shí)現(xiàn)方案，并在交換設(shè)備的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中使用了這種方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性。基于多目組播算法的分組話(huà)在窄帶信道的組播實(shí)現(xiàn)方案為窄帶信道組網(wǎng)的專(zhuān)用通信系統(tǒng)的分組話(huà)音組播提供了一種可行的實(shí)現(xiàn)方案。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.039