VoIP技術(shù)在民航語音通信領(lǐng)域的發(fā)展與應用

肖炎榮 謝來陽 周至凱

【摘要】簡述VoIP技術(shù)的概念和在民航語音通信的發(fā)展背景和歷程，分析VoIP技術(shù)的結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合語音時延參數(shù)的測試，描述VoIP技術(shù)在民航領(lǐng)域現(xiàn)實使用中所面臨的挑戰(zhàn)和機遇。

【關(guān)鍵詞】VOIP EUROCAE語音交換系統(tǒng)語音時延

一、引言

1.1發(fā)展背景

VoIP（VOICE OVER INTERNET PROTOCOL）基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的語音通信技術(shù)從上世紀九十年代中期出現(xiàn)之后得到了長足的發(fā)展和廣泛的應用，隨著網(wǎng)絡(luò)時代的來臨，VoIP以不可比擬的成本優(yōu)勢和便利性迅速在語音通信市場占有了一席之地。Skype、MSN等就是為人們熟知的使用VoIP技術(shù)進行語音通信的工具。EUROCAE（European Organization for CivilAviation Equipment）歐洲民航裝備組織在2009年頒布了ED-136、ED-137、ED-138、ED-139 4份關(guān)于VoIP技術(shù)在民航通信中應用的標準，標志著VoIP技術(shù)正式成為未來民航語音通信系統(tǒng)的發(fā)展的方向。

1.2VOIP技術(shù)概述

VoIP（Voice over Internet Protocol）基于網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)協(xié)議的語音通信。基本原理就是通過語音壓縮設(shè)備對我們的語音進行壓縮編碼處理，然后再把這些語音數(shù)據(jù)根據(jù)相關(guān)的協(xié)議進行打包，經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳送到目的地后，再把這些語音數(shù)據(jù)包串起來，經(jīng)過解壓解碼處理后，恢復成原來的信號，從而達到由IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送語音的目的[1]。EUROCAE定義了民航使用的VoIP技術(shù)采用會話發(fā)起協(xié)議（Session Initiation Protocol SIP）和實時傳輸協(xié)議RPT（Real-time Transport Protocol）等協(xié)議進行語音通信。

會話發(fā)起協(xié)議是一個控制發(fā)起、修改和終結(jié)交互方式多媒體會話的信令協(xié)議。多媒體會話是多樣化的，包括雙方或多方音頻、視頻呼叫、聊天會話或游戲會話[2]。

SIP支持5個方面功能：

（1）用戶定位（user location）：確定終端所在的位置。

（2）用戶可用性（user availability）：確定被呼叫方是否空閑或者愿意加入會話。

（3）用戶可容性（user capabilities）：確定所用媒體和媒體參數(shù)。

（4）會話建立（session setup）：邀請和提示被叫，與主叫間建立會話。

（5）會話管理（session management）：轉(zhuǎn)交（transfer）和終止會話，修改會話參數(shù)[4]。

RTP實時傳送協(xié)議。

RTP定義了兩種報文：RTP報文和RTCP報文，RTP報文用于傳送媒體數(shù)據(jù)，由RTP報頭和數(shù)據(jù)兩個部分組成，RTP數(shù)據(jù)部分稱為有效載荷，RTP報文用于傳送控制信息。

二、VoIP技術(shù)在民航語音通信領(lǐng)域的發(fā)展

民航語音通信系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷了三個階段，模擬語音通信、PCM（Pulse Code Modulation）語音通信和VoIP語音通信。早期的民航語音通信通常使用模擬甚高頻電臺與飛機進行通信，沒有成型的通信系統(tǒng)，直到上世紀90年代前后，基于PCM的語音交換系統(tǒng)在民航語音通信領(lǐng)域的應用，為民航語音通信系統(tǒng)的發(fā)展起到了巨大的推動作用。目前，國內(nèi)外絕大部分的機場塔臺、區(qū)域中心使用的都是這類語音交換系統(tǒng)。VoIP在通信領(lǐng)域從上世紀九十年代初開始在民用市場得到了蓬勃的發(fā)展，由于通信時延和穩(wěn)定性的問題，在民航語音通信方面一直沒有得到應用，直到2004年，才形成了第一個關(guān)于VoIP在民航語音通信中的應用的模型，維也納協(xié)定定義了VoIP在民航語音通信中包括VCS（Voice Communication Switch）、網(wǎng)絡(luò)、無線電、電話、錄音等幾個模塊，為VoIP技術(shù)在民航的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。圖1為維也納協(xié)定框架圖。

2006年，歐洲民航裝備組織完成了VoIP標準第一版的編寫，在2008年進行了VoIP設(shè)備的第一次接入測試并在同年完成了第二版的編寫。2009年頒布了關(guān)于VoIP技術(shù)在民航設(shè)備中應用的四份指導性的標準，同時完成了與其它語音交換系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)測試工作。2011年成功完成了錄音設(shè)備的互用性測試。

目前國內(nèi)民航系統(tǒng)中部分新型號的甚高頻、VCS設(shè)備已具有VoIP功能，絕大部分尚未投入到正式使用當中，只在個別區(qū)域進行運行測試。在與原有的基于PCM的語音交換設(shè)備進行接入使用，采用網(wǎng)關(guān)形式，將語音數(shù)據(jù)從IP模式轉(zhuǎn)換成模擬語音再經(jīng)過傳輸設(shè)備發(fā)送到遠端臺站。

三、VoIP語音通信系統(tǒng)在實際應用中面臨的挑戰(zhàn)

VoIP語音通信系統(tǒng)有結(jié)構(gòu)簡單、擴展性強、成本低廉等優(yōu)勢，由于是基于網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)，不可避免存在著數(shù)據(jù)包丟失、通信時延、抖動和回音等問題。根據(jù)國際電信聯(lián)盟推薦的語音時延在0～150ms是通話質(zhì)量最佳范圍，150ms～3000ms是可接受范圍，300ms以上時延是不可接受范圍。針對網(wǎng)絡(luò)通信的特有問題，EUROCAE對網(wǎng)絡(luò)服務質(zhì)量QoS（Quality of Service）和通信鏈路時延等有著嚴格的規(guī)定，ED-138定義了用于民航語音通信的網(wǎng)絡(luò)性能和需要達到以下標準：

（1）單向每個語音通道帶寬不小于100kbps。

（2）本地與遠端網(wǎng)絡(luò)時延小于40ms。

（3）無線電信號抖動不大于5ms，電話信號抖動不大于10ms。

（4）丟包率小于1%。

ED-136規(guī)定了單向的通信鏈路時延總共不能超過130ms，圖2為ED-136所定義的語音通信時延要求。

羅德施瓦茨公司的VCS-4G型語音交換系統(tǒng)是其中一種應用VoIP技術(shù)在民航語音通信領(lǐng)域的設(shè)備，作者參與了該設(shè)備的入網(wǎng)測試，語音通信時延測試是入網(wǎng)測試的一個關(guān)鍵參數(shù)。圖3為發(fā)射通道語音時延，黃色音頻部分為設(shè)備麥克風輸入波形，綠色為VCS輸出到傳輸設(shè)備波形。語音時延大約68ms。圖4為接收通道時延，黃色部分為揚聲器輸出，綠色部分為傳輸設(shè)備輸入到VCS波形。語音時延大約為65ms。可以看出與基于PCM的語音交換系統(tǒng)的語音時延行業(yè)標準小于50ms差距不是很大，語音通信的通話質(zhì)量沒有明顯的下降。

民航除了對語音通信的通話質(zhì)量、VoIP語音通信設(shè)備穩(wěn)定性有著更高的要求以外還對通信網(wǎng)絡(luò)的安全性有著嚴格的要求，出于安全性考慮，VOIP語音通信設(shè)備接入公共網(wǎng)絡(luò)的可能性不大，對于VoIP語音通信設(shè)備在國內(nèi)民航語音通信領(lǐng)域的大規(guī)模應用，還需有待民航專用網(wǎng)的日益完善。

四、結(jié)論

作為通信領(lǐng)域的新技術(shù)，VoIP技術(shù)雖然存在著極度依賴網(wǎng)絡(luò)服務質(zhì)量的缺點，但其結(jié)構(gòu)簡單、擴展性強、成本低廉的優(yōu)勢，契合未來民航語音通信領(lǐng)域的發(fā)展方向，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和服務質(zhì)量的不斷提升，基于VoIP技術(shù)的語音通信設(shè)備將成為民航語音通信領(lǐng)域的主流設(shè)備。

參考文獻

[1]于波. VoIP技術(shù)在空管內(nèi)話通信中的應用初探[J].西安：電子元器件應用，2006.6

[2]（美）戴維森等著，高艷譯. VOIP技術(shù)架構(gòu)[M].北京：人民郵電出版社. 2008.4

[3]張登銀，孫精科. VoIP技術(shù)分析與系統(tǒng)統(tǒng)計[M].北京：人民郵電出版社，2003

[4]朱道嫻. VoIP技術(shù)在空管內(nèi)話通信中的應用初探[J].北京：空中交通管理，2013.10