基于3G網絡的PTT業務及系統實現

葉 丹

（中國聯合網絡通信有限公司研究院，北京 100032）

1.PTT業務介紹

1.1 PTT業務定位

3G網絡的快速發展和智能手機的快速普及，使得大量傳統電信不能實現的業務得到快速發展，如基于IP的音視頻業務。PTT是Push-To-Talk的縮寫，是一種半雙工的基于IP的通信方式，在支持PTT的用戶終端上，用戶可以一對一或在群組間進行全球范圍內的類似對講機功能的通話。PTT被定位為一種移動增值業務，可為手機用戶帶來新的使用體驗和通話選擇，同時為運營商創造價值。PTT業務可廣泛應用于酒店、物流、零售、汽車租賃、港口、制造業、醫院、建筑業等小型商業用戶及企業用戶。目前，PTT業務的主要市場還是在行業用戶。

1.2 PTT業務模式

運營商通過建立一套可運營的電信級別的PTT系統，針對政企行業用戶提供集群調度的業務，收取相應的費用。現網短信按條計費和數據業務采用流量計費的方法，恐怕都不適用于PTT業務。從國外的經驗來看，PTT業務采用包月或包業務量的方式較為合理，此外還可通過設定不同的服務組合和資費標準為不同用戶提供個性化服務。

1.3 PTT技術特征

PTT業務的主要技術特征為：

(1)一按即刻通：手機變成對講機，呼叫接續快，支持單呼和組呼。

(2)組網門檻低：依托移動通信網絡，相對于傳統的PTT通信方式，建網投資和終端費用都大幅降低。

表1給出了普通通信業務和PTT業務的對比，可見PTT業務主要針對集團用戶，該業務用于工作調度、區域性強的場景，如機場、火車站等，客戶主體是以區域為單位開展業務，如調度員等。

基于3G網絡的PTT業務在形式和特征發生了很多變化，表2給出了PTT業務與普通對講和專業數字集群的性能對比，基于3G網絡的PTT業務能力，性能有了很大的進步。

表1 普通通信和PTT的對比

表2 PTT業務與普通對講和專業數字集群的性能對比

PTT業務提供的不僅是集群對講功能，還可以提供一整套綜合信息應用，支持圖片傳輸、數據查詢等信息化應用，甚至也可將LBS、SNS集成其中。

2.PTT業務的系統架構

2.1 總體架構

運營商構建的PTT業務，是基于智能手機和3G通信網絡而開發的綜合應用系統。在確保信息安全的情況下，以PTT為基本功能，輔以提供GPS定位、集群調度、視頻監控、高清圖片互傳、多媒體文檔互傳、便攜式掃描、打印、移動辦公等為一體的業務應用。基于3G的PTT業務較傳統數字集群系統在諸多方面有突出的優勢。圖1給出了基于3G的PTT業務總體架構。

圖1 系統架構圖

各行業客戶開通了PTT業務后，將擁有自己的集群調度臺，通過3G移動數據網實現集群調度的功能，可以實現跨地域、一對一、一對多的語音通信功能，可實現組呼、單呼、跨組呼叫、遠程遙斃、非當前組呼叫提醒、多種語音質量模式遠程激活提示、首長模式、臨時組功能、遠程激活。

PPT終端用戶可使用具備攝像頭的手機，將現場的圖像實時傳輸到中心，并實現圖像信息的記錄保留。各手機間或手機與調度臺之間可進行多種格式（Word、excel、PPT等文檔）文件傳輸及文字信息編寫和傳輸。

此外，系統具備GPS定位及位置管理的功能，由調度臺來控制打開和關閉手機上的GPS服務，在檢測到有效的GPS數據時，自動發給服務器。在調度臺上顯示手機持有者所在的位置。并可以同時顯示多個手機終端的位置，且能畫出手機持有者的移動軌跡。

2.2 數據傳輸架構

(1)無線數據傳輸

終端通過3G網絡接入互聯網，整個無線數據流都走在3G網絡上，而底層無線網絡的數據交互和3G網絡本身的數據交互都由底層的信令來完成，PTT系統處理的最底層的數據就是網絡上的數據包。

(2)集群內數據的傳輸

在集群內數據的傳輸分為兩部分：集群內服務器間數據的傳輸、集群中服務器中各服務之間數據的傳輸。集群內服務器間數據的傳輸通過有線網絡連接，基于TCP/IP協議。Linux平臺進程間通信方式包括：管道、共享內存、消息隊列。服務器中各服務間的數據由于傳輸速度快且數據傳輸都是單個完整包，所以PTT系統了采用消息隊列作為進程間信息傳輸方式。

2.3 集群服務器端架構

服務器端的數據庫基于MySQL-CLUSTER，可保證最基本的數據交換和數據庫的同步。利用MySQL-CLUSTER的同步特性，在單臺服務器上通過共享的數據庫來實現本來獨立的服務器間的集群，因此集群的架構如圖2所示。

集群中各個模塊的功能如下：

(1)接入服務器：負責分配終端應該接入的服務器。

(2)服務器：負責處理整個的呼叫、視頻、郵件等業務。

(3)數據庫連接層：負責服務器私有數據庫和MySQLCLUSTER數據庫間的同步。

(4)數據庫：單個服務器的私有數據庫，只存有本服務器需要的數據庫信息。

(5)MySQL-CLUSTER：集群數據庫，所有服務器共享。

終端通過3G無線網絡連接到Internet，然后連接到PPT系統的接入服務器，接入服務器收到終端的請求后分配服務器地址，終端中斷與接入服務器的連接后接入到分配的服務器上。

服務器連接到MySQL-CLUSTER數據庫，共享該數據庫信息，同時每個服務器有私有數據庫，其同步是靠專有的數據庫連接層實現。各服務器之間除了同步數據外，相關業務數據也可通過互聯進行共享。

圖2 集群整體架構圖

3.PTT業務的關鍵技術

3.1 通信安全

由于非對稱的加密算法實現過程復雜，在實時通信系統中多采用對稱加密方法，常用的對稱加密算法有DES、3DES、Blowfish等。

PPT系統的任何一個終端和SIM卡都有全球唯一的IMEI和IMSI號，這些信息與用戶帳號綁定，只有三者完全匹配，用戶才能登陸系統。為了保證通信的安全性，任何一個用戶登陸所用的密鑰KEY都是動態隨機分配，以防止使用固定密鑰而被破解。圖3給出了信息加密流程。

終端登陸對于密鑰的分配過程如下：

(1)所有手機用戶和調度臺的信息存儲在服務器數據庫中，信息包括用戶的IMEI碼、IMSI碼、調度臺ID、調度臺名字、調度臺登錄密碼等。每個用戶的加密密鑰PKEY為用戶的前16位IMEI碼加上前8位IMSI碼，每個調度臺的加密密鑰為調度臺ID的前10位，調度臺名字的前8位，再加密碼的前6位；

(2)手機進行登陸時，服務器隨機分配24位作為其KEY值，使用PKEY進行3DES加密后返回給用戶。用戶收到加密信息后，使用PKEY解密得到自己的KEY；

(3)服務器同時將該用戶的KEY進行3DES加密，發送給其用戶組所有在線用戶和調度臺。發送給用戶的加密密鑰為每個用戶對應的PKEY，發送給調度臺的密鑰為調度臺的PKEY；

(4)調度臺進行登陸時，服務器隨機分配24位作為其KEY值，使用調度臺的PKEY進行3DES加密后返回給調度臺。控制臺收到加密信息后，解密得到自己的KEY；

(5)服務器同時將調度臺的KEY進行3DES加密，發送給調度臺對應的所有用戶。加密密鑰為每個用戶對應的PKEY，用戶收到后解密得到控制臺的KEY；

無論是調度臺還是用戶，呼叫時都用自己的KEY對語音進行3DES加密，接收到語音的一方都用呼叫人的KEY進行語音的3DES解密。

圖3 信息加密流程

3.2 語音編碼

目前常見語音編碼類型為：EVRC、PCM、ADPCM、MELP。這四種語音編碼的碼率如表3所示。

表3 四種語音編碼的碼率

不同語音編碼格式碼率上的差別導致語音質量上也會有巨大差別。其中PCM的語音碼率最高，超過了50KB/S，已經超過了有限帶寬的范圍，因此在真正使用的時候并不會經常使用。

從語音質量來對比，PCM和ADPCM都有良好的語音質量和保真度，而EVRC同時也完全能滿足PTT中語音通話的需求，只是在音頻質量上有損失，不過不足以造成通信問題。MELP的音頻壓縮質量最差，在進行語音通信的時候語音會失真，跟原聲有很大的差別，但是能夠聽清楚。因此在實現系統時首選ADPCM和EVRC編碼。

4.互聯網PTT應用對比

當前移動互聯網上已經出現類PTT應用，如米聊、微信的語音對講功能，但這些應用還偏向用戶個體間的娛樂通信功能，而在行業應用和電信級PTT產品層面尚存在空白。表4給出了電信級PTT業務與互聯網類PTT應用在多個層面的對比情況。

表4 電信級PTT業務與互聯網類PTT應用對比

5.PTT業務發展展望

基于3G網絡的移動PTT系統，不僅非常適合行業用戶，比如公交、武警和消防之類，而且作為運營商的一項增值業務，也具有非常廣闊的應用前景。PTT未來的發展不僅僅是簡單的一鍵通話，還將在此基礎上演變出更多更好的通信模式。它將為用戶提供一種簡單而友好的Push-To-User的用戶界面，實現更大意義上的一鍵連接(Push-To-Connect)和一鍵多媒體(Push-To-Media)。

運營商可借助這些互聯網PPT產品培養的市場和用戶使用習慣，充分發揮自身優勢，快速部署電信級的PTT產品，并結合即時消息的靈活性，使PTT成為一種新的殺手級業務。該業務一方面可以提高運營商的收入，另一方面可以給移動通信用戶帶來更多的便捷和全新的體驗，有望創造出比短信時代更繁榮的發展局面。

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