VoIP 通信架构在航管内话系统的探讨与应用

文/项馨锋【关键词】汽VoIP 架构 内话系统1 引言VoIP 技术使用互联网协议在网络上进行语音传输，通过对语音信号进行数字化编码、压缩，并以数据封包的形式在互联网实时传输，实现语音通信。VoIP 技术在宽带多媒体已有广泛应用，而且需较少硬件即可实现VoIP 网络，使后期维护成本降低，在提高系统性能的同时，可以灵活的进行系统配置，可靠性高。欧洲民用航空设备组织（EUROCAE）的WG-67 工作组已推出一系列行业内的VoIP 相关标准，并从2009 年上半年以来不断的与各厂商进行互操作性测试活动。可以预见VoIP作为新技术在航管内话系统将得到推广使用。2 传统内话系统现状文中阐述了传统内话系统现状，从点对点方式到互联网方式的航管内话通信的特点, 探讨在传统的内话系统中引入网关设备，以实现传统内话系统与互联网络之间的通信。并进一步探讨基于VoIP 网络的内话系统架构，以替代传统内话系统的可能性。摘要目前我国航管内话系统，话音和无线通信的数据信号传输普遍使用时分多路复用/ 脉冲编码调制技术。时分复用设备的每个通信都被分配一个专用信道或时隙用于传输。专用时隙的工作方式减少了信道间传输的竞争，确保了无阻塞通信方式。时分复用设备组成的网络系统仅支持固定且有限数量的音频信道。脉冲数字调制方式适用于数据信号或模数转换信号的传输。语音通信使用专用时隙信道传输，在信道上传输的信息没有源和目的地路由信息，在内话系统之间的通信或访问远程设备（如VHF 站点）采取点对点的传输方式，传输路径已预先设定。目前航管设施中使用的E1 专线属于个例，它采用公共信道信令传输，一般用于接入2M 带宽的链路，或是从光端机设备输出后进行带宽的拆分。各管制中心使用不同厂家的内话系统，不同系统接口间的互联实施困难。互联网开放标准正好解决了应用层的互操作性问题。3 VoIP技术在航管内话系统的发展VoIP（Voice over Internet Protocol） 是基于互联网络协议的语音通信技术。一些厂商已把语音和数据通过多媒体网络传输业务发展成一种盈利的商业模式。VoIP 在航管方面，WG-67 工作组对VoIP 网进行一系列互操作性测试，其可靠性和服务质量等指标已达到时分多路复用方式的使用要求。随着互联网通信技术的改善，各通信设备厂家也推出兼备IP 网络功能的收发信机等设备，向下一代地对地及地对空的语音交换系统逐步转换。VoIP 技术把信息分包封装在IP 网络上传输。每个包的信息包括了源地址和目的地址。早期基于IP 的网络系统使用单播协议通信，支持语音通信的IP 网络，单播协议适合电话等点对点方式的通信。支持语音的IP 网络也可使用多播协议实现一对多的传输方式，适合会议系统。航管系统中的VoIP 系统结构主要包括管制中心、传输网络、无线电台（包括VHF 电台、UHF 电台等）及网关。网关处在VoIP 系统与时分复用设备系统之间，实现通信互联。基于IP 地址的网络架构中的用户可以直接访问与网络连接的设备。在实际使用中，当管制需求发生变化时，互联网络结构决定了通信互联的配置工作量相对减少。而且物理互联上，易于两个或多个管制部门共享一个无线电台站点。4 基于网关的VOIP架构为了兼容VoIP 技术，很多内话设备厂家把VoIP 网关技术融入无线电台设备中，传统内话系统的语音和数据与外部VoIP 网络通信转发由VoIP 网关实现，传统内话系统需预留足够的信道用于接收来自VoIP 的信息。在图1 中，对于内话系统与远程无线电图1：基于网关的内话系统架构示意图通信技术 • Communications Technology44 • 电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering台或多个内话系统之间的通信，VoIP 网关实现网络中心的汇集功能，对VoIP 网关设置可实现不同内话系统之间的通信权限。由于内话系统中的信道容量已预先分配，当其它的内话系统通过VoIP 网关访问本地内话系统，需额外占用本地内话系统的通信带宽。可通过网关设备远程维护系统，但增加了内话系统的复杂性。此方法主要增加了网关设备，在现有基础上实现VoIP 架构的风险系数低，减少了音频信号传输过程中的转化次数。实质上网关设备没有对基于时分多路复用方式的内话系统进行技术更新，没能解决通信设备老化问题。而且当管制空域发生变化时，可通过互联网实现调整，还需重新对远程无线电台（包括VHF 台及UHF 台等）及内话系统做配置工作。5 基于VoIP网络的内话系统相对基于网关的VOIP 架构系统，VOIP网络的内话系统明显减少了硬件数量，交换机替代时分复用通信设备，实现其涉及的时钟技术、多路复用技术、会议等功能，由各管制席位设备、音频接口设备及电话接口等终端设备进行信号处理和会议功能。在终端设备中的冗余网口提高了设备可靠性。网络上的多个交换机实现互联，并可根据需要扩展系统容量。在VOIP 传输协议中，初始化会话协议SIP 是一种应用层控制协议，完成一个或多个参加者的会话建立、修改及终止功能。实时运输协议RTP 是一种用于多媒体的标准传输协议，可实时传输音频和信令方式、或仅实时传输信令方式。RTP 不对传输过程提供服务质量机制，但可监测丢包、延迟等故障现象。当内话系统与无线电台之间建立了SIP 会话，点对点之间启动RTP 协议开始音频/ 信令等媒体流信息交换，以建立实时会话监视。当实时会话监视处于有效状态，在这两点之间使用RTP包传输音频信息。在RTP 分组头部格式中的扩展头部字节用于传输信令，比如PTT 信息被包括在扩展头部字节中传输。图2 基于VoIP 网络的内话系统架构中，显示音频传输过程仅做2 次转换，分别在管制席位设备和无线电台上实现，使音频质量得到明显改善。各管制席位之间能直接通话，实现数据交换。对于其实现的功能，在本地内话系统管制席位可通过配置其他内话系统的操作，实现管制工作量的分配及优化，具有可操作性高及部署灵活的优点。当管制空域发生变化时，可根据管制需求，通过VoIP 网实现本地通信设备和远程通信设备的配置。6 VoIP架构发展过程的过渡阶段根据目前内话系统现状，完全使用VoIP网络将会有一个长期的过渡阶段。在一个通信网络中可能会逐步出现如下系统混合配置的情况：现有时分复用设备的内话系统及模拟信号接口的VHF 设备；模拟信号接口的无线电台设备及VOIP 网关；支持以太网通信的VHF设备及VOIP 交换机；已完全升级VOIP 网络的内话系统。7 结束语相对空管技术不断推陈出新的步伐，空管部门对新技术使用进度缓慢但稳步向前推进。航管内话系统从模拟音频到数字化音频方向发展，每一次技术的变革，在设备性能、可靠性及灵活性都得到提升。SIP、RTP 等标准协议在空管通信系统中的使用，尤其是在地- 空和地- 地语音通信方面的扩展、改善, 开放标准提高了端对端通信系统的互操作性能。而且管制空域动态变化，在VoIP 网络条件下更易、更灵活配置设备。随着EUROCAE WG67 工作组和各国内外厂商对VoIP 技术的不断完善和实践，VoIP 技术将在航管通信的发展中占据一席之地。参考文献[1]Eurocae Working Group 67. NetworkRequirements and Performances forVoice over Internet Protocol(VOIP)A i r t r a f f i c M a n a g e m e n t ( A T M )Systems(Part 1: Network Specification-Part 2: Network Design Guideline).ED-138.2009.[2]Eurocae Working Group 67. VOIP ATMSystem Operational and technicalRequirements. ED-136.2009.作者单位民航华北空管局　北京市　100621图2：基于VoIP 网络的内话系统架构示意图