改造者：張大明 宋崢東

分組話音在窄帶信道的組播實現方案

改造者：張大明 宋崢東

話音組播在某些專用通信系統(tǒng)中具有特殊作用，窄帶信道組網時話音組播的實現是話音實現的難點。文章提出了一種基于多目組播算法的分組話音在窄帶信道的組播實現方案，介紹了方案的關鍵算法，并應用該方案進行了設計實現。經驗證該方案在窄帶信道組網時切實可行，為專用通信系統(tǒng)的分組話音組播提供了一種可行方案。

話音通信在通信系統(tǒng)中占據著至關重要的地位，隨著通信的迅猛發(fā)展，編碼格式為PCM的分組話音已成為當今終端話音的主流。而在某些專用通信系統(tǒng)中，傳輸信道為無線窄帶電臺，信道速率只具有4800bits/s或9600bits/s，如何將速率為64000bits/s的PCM分組話音在不同節(jié)點間進行話音組播成為系統(tǒng)話音實現的關鍵。

本文提出了一種基于多目組播算法的分組話組播實現方案。

算法

話音數據算法

分組話音在傳輸信道若以PCM話音編碼方式進行傳輸，則信道速率為4800bit/s或9600bit/s的傳輸信道無法滿足對速率為64000bits/s的PCM分組話音的實時傳輸。在本實現方案中，采用對話音編碼進行無失真編解碼轉換，源端完成話音編碼轉換，將速率為64000bits/s，每20ms產生一幀為160字節(jié)的PCM編碼轉換為速率為2400bits/s，每50ms產生一幀為15字節(jié)的AHELP話音幀；接收端將AHELP話音幀還原為PCM話音幀送話音終端。

為了匹配信道的傳輸特性，通常在信道傳輸時，會對聲碼話進行分組處理，即將多幀聲碼話音按既定協(xié)議組成一個分組包進行傳輸。如：將10幀AHELP聲碼話音幀組成一個分組包，分組包內有效話音為10×15byte=150byte。具體組包數可根據實際信道特性進行調整。

多目組播算法

多目組播算法的核心為通過單播路由協(xié)議實現組播功能。由源用戶指定組播用戶列表，當組播報文由源用戶交給組播模塊發(fā)送時，需在IP報頭后列出各組播用戶的IP地址。組播模塊作為組播代理，當收到組播報文后，將逐個分析組播用戶列表中的IP地址，對每個IP地址按單播路由的原理選擇相應的路由出口下一跳，完成對IP地址選路后，將根據出口及下一跳節(jié)點的情況，把下一跳相同的分為一類，同一類地址在一個報文里重新構建組播報文，將組播報文發(fā)給下一跳組播代理，直到報文到達最終接收用戶。組播用戶組網見圖1。

圖1　組播用戶組網圖

圖2　用戶a組播報文示意圖

圖3　發(fā)送設備B組播報文

圖4　發(fā)送設備E組播報文

用戶a需要發(fā)送組播報文到用戶c、用戶d、用戶e。首先用戶a通過組播用戶列表把需要發(fā)送的用戶地址收集起來以圖2的方式構建組播報文。

用戶a通過單播的方式把數據發(fā)送給設備A的組播代理，設備A的組播代理通過檢查目的用戶列表IPc、IPd、IPe，針對這3個地址查找路由表，把下一跳地址相同的歸在一類，其中IPc、IPd的下一跳都是設備B，而IPe的下一跳地址是設備E，因此組播報文分成兩類，設備A把組播報文分別發(fā)送給設備B和E，以此類推直到完成整個組播報文傳輸過程。

采用這種改進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的方式結合起來，由信源確定目的組播組成員的信息，源路由設備根據組成員的位置以及單播路由表來構造組播有源樹，但該樹不需要專門的組播路由協(xié)議的支持（因而避免了組播路由協(xié)議對無線網絡帶寬的消耗），而是采用在組播分組中把相關組播組成員地址寫入的辦法來代替組播路由協(xié)議的工作，因此中間轉發(fā)的節(jié)點簡單，不需要存儲組播組的信息，只需要根據分組頭里的目的地址域進行簡單的操作即可。

圖5　話音組播應用組網圖

圖6　源節(jié)點控制面流程

設計實現

圖7　中繼節(jié)點控制面流程

圖8　末端節(jié)點控制面流程

網絡模型

話音組播應用組網如圖5所示，交換設備實現話音終端用戶接入、編解碼轉換、組播代理等功能。話音用戶通過以太網與交換設備互聯， 交換設備A、交換設備B、交換設備C通過無線窄帶信道互聯組成無線子網，交換設備C、交換設備D、交換設備E通過無線窄帶信道互聯組成無線子網，交換設備C作為中繼節(jié)點。話音組播實現用戶a1講話，用戶b、用戶c、用戶d及用戶e1同時聽到。

軟件設計

在圖5中，交換設備分別位于源節(jié)點、中繼節(jié)點、末端節(jié)點，不同節(jié)點的軟件實現流程各不相同。

控制面軟件設計

源節(jié)點話音組播軟件控制面流程如圖6所示。

交換設備A作為源節(jié)點，占用編解碼轉換資源，同時根據參加話音組播的成員，運用多目組播算法，生成兩類會話報文，分別發(fā)送交換設備B和交換設備C。

中繼節(jié)點話音組播軟件控制面流程如圖7所示。

交換設備C作為中繼節(jié)點，收到會話信令報文后，占用編解碼轉換資源，匹配相應話音終端，生成通話對信息表。運用多目組播算法生成會話信令，發(fā)送交換設備D和交換設備E。

末端節(jié)點話音組播軟件控制面流程如圖8所示。

交換設備B、交換設備D和交換設備E作為末端節(jié)點，收到會話報文后，占用編解碼轉換資源，匹配相應話音終端，生成通話對信息表。

業(yè)務面軟件設計

交換設備A作為源節(jié)點，對話音進行編碼轉換，將PCM話音轉換為AHELP話音，并根據信道傳輸特性，將多包AHELP話音分組，封裝后發(fā)送交換設備B和交換設備C。

交換設備C作為中繼節(jié)點，收到分組話音包后，轉發(fā)話音包到交換設備D和交換設備E， 對話音拆包后進行編解碼轉換，將AHELP話音轉換為PCM話音發(fā)送相應話音終端。

交換設備B、交換設備D和交換設備E作為末端節(jié)點，對話音拆包后進行編解碼轉換，將AHELP話音轉換為PCM話音發(fā)送相應話音終端。

應用驗證

試驗驗證環(huán)境如圖5所示，5臺交換設備窄帶信道組網，對話音組播進行功能、性能測試，用戶a1講話，各節(jié)點用戶均可聽到清晰流暢話音，驗證了在窄帶信道速率為4800bits/s和9600bits/s時可實現分組話音組播功能。

結語

本文簡介紹了一種基于多目組播算法的分組話在窄帶信道的組播實現方案，并在交換設備的設計實現中使用了這種方案，并通過實驗驗證了方案的可行性。基于多目組播算法的分組話在窄帶信道的組播實現方案為窄帶信道組網的專用通信系統(tǒng)的分組話音組播提供了一種可行的實現方案。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.039