魏建宏

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空管VoIP通信系統(tǒng)互聯(lián)互通的研究和實(shí)現(xiàn)

魏建宏

民航內(nèi)蒙古空管分局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070

VoIP（Voice over IP）話音技術(shù)通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳送語(yǔ)音信息。與傳統(tǒng)的VHF通信交換網(wǎng)絡(luò)相比，VoIP技術(shù)可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，簡(jiǎn)化傳輸系統(tǒng)的構(gòu)成，并且不同區(qū)域的通信系統(tǒng)可以利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)互通。

通信系統(tǒng)；互聯(lián)互通

1 VoIP通信系統(tǒng)通話質(zhì)量影響因素

首先要了解影響VoIP通話質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合多種改善措施，針對(duì)我國(guó)民航的特殊性要求和實(shí)際應(yīng)用背景，選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行改進(jìn)，逐步提升語(yǔ)音通話質(zhì)量。

1.1 影響語(yǔ)音質(zhì)量的因素

VoIP語(yǔ)音通話質(zhì)量的影響因素主要包括有帶寬、抖動(dòng)、延遲、丟包等。

（1）帶寬。帶寬表示數(shù)據(jù)包在每一秒鐘傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。通常網(wǎng)絡(luò)的帶寬越大傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包越快，質(zhì)量將越好。

（2）時(shí)延。發(fā)送時(shí)延表示為信號(hào)輸出端的聲音經(jīng)過(guò)話筒提取抽樣之后，傳輸?shù)浇邮斩说臅r(shí)間點(diǎn)之間的差額。通過(guò)提升語(yǔ)音壓縮編碼技術(shù)、加大帶寬、優(yōu)化路由算法等可以有效解決此類問(wèn)題的效率。[1]

（3）抖動(dòng)。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性導(dǎo)致數(shù)據(jù)包分組到達(dá)的頻率不統(tǒng)一，產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)，影響了通話質(zhì)量。

（4）丟包。丟包主要分為三部分，①超時(shí)丟包：IP數(shù)據(jù)包在有限的生命周期中，必須傳輸出去，否則將申請(qǐng)丟棄。②網(wǎng)絡(luò)堵塞：IP網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中有可能出現(xiàn)路由算法排隊(duì)現(xiàn)象，太多數(shù)據(jù)包占據(jù)緩存區(qū)的資源，網(wǎng)絡(luò)堵塞極易產(chǎn)生丟包現(xiàn)象。③線路故障：傳送數(shù)據(jù)包的過(guò)程中要經(jīng)過(guò)多層設(shè)備及線纜，當(dāng)其中的某一線纜或設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，將形成數(shù)據(jù)丟包。

1.2 提升VoIP語(yǔ)音質(zhì)量方法

（1）丟包恢復(fù)技術(shù)。在Internet網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)有信道堵塞時(shí)，數(shù)據(jù)包丟棄的概率提高，同時(shí)增大了緩存區(qū)的數(shù)據(jù)堆積，前向糾錯(cuò)（FEC）技術(shù)使用發(fā)送端編碼的數(shù)據(jù)包產(chǎn)生冗余包，與數(shù)據(jù)包共同傳送到目的地，如果發(fā)生丟包事件，將通過(guò)冗余度恢復(fù)出完整的數(shù)據(jù)包。[2]

（2）混合算法優(yōu)化方法?；旌纤惴▋?yōu)化策略將發(fā)送端采用奇偶校驗(yàn)方法對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行編碼，并且添加了交織編碼方法進(jìn)行輔助，同時(shí)在接收端中運(yùn)用插值法進(jìn)行補(bǔ)償，三者有效的結(jié)合在一起，盡最大可能把傳輸?shù)男畔⑼暾牡竭_(dá)接收端，并完整的表達(dá)出來(lái)。

在Internet網(wǎng)絡(luò)中，丟包的概率是隨機(jī)的，無(wú)法徹底根除，經(jīng)過(guò)多次的恢復(fù)和補(bǔ)償優(yōu)化信號(hào)，盡量做到管制員與飛行員之間的溝通無(wú)缺失。算法優(yōu)化的方法如圖1所示。

圖1 優(yōu)化算法流程示意圖

（3）硬件設(shè)備優(yōu)化方法。①寬帶利用率。改善的基本思路是將傳輸帶寬的選取和利用加以控制。合理的規(guī)劃使用寬帶資源，有利于合理配置管制數(shù)據(jù)傳輸信道分配。使用VoIP技術(shù)通過(guò)語(yǔ)音壓縮等方法的優(yōu)化，可以縮減帶寬。②中繼設(shè)備。在傳輸?shù)耐局斜M可能減少中繼設(shè)備的個(gè)數(shù)。利用獨(dú)立的光纖網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，VoIP電臺(tái)配置獨(dú)立的通信通道。另外在中繼設(shè)備中添加針對(duì)補(bǔ)償丟包的缺失設(shè)備，當(dāng)丟包的概率高于設(shè)定的門(mén)限值時(shí)，補(bǔ)償設(shè)備將自動(dòng)啟動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。

2 空管VoIP-VHF系統(tǒng)平臺(tái)及仿真分析

2.1 系統(tǒng)平臺(tái)簡(jiǎn)介

在完全基于IP的話音系統(tǒng)內(nèi)，所有終端都用IP通信，網(wǎng)絡(luò)具有高可擴(kuò)展性，高可靠性，完全基于IP的話音系統(tǒng)中沒(méi)有“中心交換”設(shè)備，是一個(gè)“分布式”的系統(tǒng)，每一個(gè)終端、席位都是智能的，具有IP功能的話音系統(tǒng)具有很好的發(fā)展?jié)摿εc可融合性，新的應(yīng)用可以簡(jiǎn)單的融入系統(tǒng)。

如圖所示，基于IP網(wǎng)絡(luò)，模擬甚高頻系統(tǒng)可以通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)關(guān)接入內(nèi)話，電話系統(tǒng)也可以通過(guò)電話網(wǎng)關(guān)接入內(nèi)話，而VoIP電臺(tái)不用網(wǎng)關(guān)可以直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入VoIP內(nèi)話席位；同時(shí)管理終端可以遠(yuǎn)程登陸網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)，也可登陸數(shù)據(jù)庫(kù)，無(wú)線服務(wù)器，時(shí)鐘服務(wù)器進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)試及數(shù)據(jù)備份。

2.2 混合算法優(yōu)化策略仿真分析

通過(guò)對(duì)語(yǔ)音模擬信號(hào)進(jìn)行PCM編碼、抽樣、量化后重新編碼后生成數(shù)字信號(hào)，再添加IP數(shù)據(jù)報(bào)頭，奇偶校驗(yàn)編碼得到IP數(shù)據(jù)包的冗余信息，添加到IP的冗余包，設(shè)置交織編碼的分組模式，對(duì)丟包信息進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)超過(guò)檢查丟包率的門(mén)限值時(shí)，設(shè)備開(kāi)始進(jìn)行自行補(bǔ)償。接收端接收到語(yǔ)音信息IP數(shù)據(jù)包，對(duì)其進(jìn)行相反的執(zhí)行過(guò)程，解交織，去除IP報(bào)頭，數(shù)字信號(hào)的解碼還原出模擬信號(hào)，通過(guò)揚(yáng)聲器輸出語(yǔ)音信息。

3 VoIP通信系統(tǒng)互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)

所謂區(qū)域指揮系統(tǒng)的互聯(lián)互通，就是將某個(gè)區(qū)域內(nèi)不同空管中心的內(nèi)話，電話，甚高頻等業(yè)務(wù)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，使各地可以在某個(gè)特定情況下進(jìn)行管制接管或管制移交。上述功能的實(shí)現(xiàn)，就是基于VoIP話音技術(shù)在空管專用網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸，由各地?cái)?shù)字電臺(tái)，數(shù)字內(nèi)話等設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)。如圖2所示為北京區(qū)域管制中心與周邊管制中心內(nèi)話甚高頻設(shè)備的連接示意圖。

圖2 Frequentis內(nèi)話區(qū)域超控席位示意圖

如上圖所示，北京、內(nèi)蒙古、太原之間內(nèi)話設(shè)備實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通，假如太原管制中心的區(qū)域管制席位出現(xiàn)問(wèn)題，可通知北京區(qū)域管制席位通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)接管太原的區(qū)域。此項(xiàng)工程只要在內(nèi)話型號(hào)相同，及內(nèi)話配置相應(yīng)的VoIP網(wǎng)關(guān)設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)。

內(nèi)話無(wú)線聯(lián)網(wǎng)是指甚高頻VHF電臺(tái)就近接入內(nèi)話系統(tǒng)后，通過(guò)該內(nèi)話系統(tǒng)的無(wú)線聯(lián)網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)無(wú)線VHF設(shè)備一地接入，多地共享的地空通信資源配置方案。

三大區(qū)管中心建成投入使用后，三地建成了環(huán)狀網(wǎng)，各地Frequentis內(nèi)話通過(guò)電信、聯(lián)通的光纜鏈路進(jìn)行互聯(lián)互通。在十一五規(guī)劃中，可以在此基礎(chǔ)上，華東、華北、中南各自建設(shè)以本局ACC為中心節(jié)點(diǎn)的星狀網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)各地管制移交協(xié)調(diào)電話的需求和設(shè)備本身的組網(wǎng)能力，將星狀網(wǎng)做大，在三大區(qū)管中心之間可以對(duì)骨干中繼線路進(jìn)行擴(kuò)容，爭(zhēng)取在5年建成具有一定規(guī)模的管制移交電話的專用通信網(wǎng)絡(luò)。

[1]商麗.VoIP技術(shù)在民航空管語(yǔ)音通信系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].中國(guó)民用航空，2013，146（2）：47-48.

[2]周剛.民航地空通信的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].空中交通管理，2001（5）：15-16.

Research and implementation of VoIP communication system interconnection in ATM

Wei Jianhong

Inner Mongolia branch of Civil Aviation，Inner Mongolia Hohhot 010070

VoIP （Voice over IP）voice technology through real-time transmission of voice information exchange network IP network，compared with the traditional VHF communication，VoIP technology can make full use of cyber source，simplifies the structure of transmission system，and communication system in different areas can be interconnected by network.

communication system；interconnection

TN916.2；V355

A

1009-6434（2016）11-0058-02