VoIP技術在空管語音交換系統中應用的可行性分析

羅朝輝

民航甘肅空管分局 甘肅 蘭州 730000

1 VolP基本概念及原理

1.1 VoIP基本概念

在語音通信系統中，VoIP技術的應用理念是通過聲音信號的模擬數字轉化來進行傳遞。首先將其進行壓縮和封包，在IP網絡中，將音訊和視訊信息通過數據包形式來加以傳輸。由于VoIP技術是基于互聯網來實現的，因此它具有互聯網簡單、開放的特點，同時解決了公共交換電話網難以部署、數據承載靈活性不高以及收費高等問題。具體來說，VoIP優勢有以下4方面：第一，成本較低。該技術是以互聯網為基礎，除了與PSTN互聯時需要落地費用，其他場景基本免費。同時其語音業務可以通過專用IP網絡的建立或者是VPN來實現，有利于提高語音質量。第二，業務更加靈活。能夠進行多種數據的傳輸，例如視頻、語音和傳真等等，并且在數據的承載上較為靈活，能夠更好地擴展和部署新功能，如圖1所示。第三，使用中較為便捷。在實際中只需要有互聯網支持就可以使用VoIP技術，并且網絡帶寬越高，其應用效果更好。第四，其應用過程中運營工作簡單。通常只需要開通網絡服務器，而不需要維護復雜的程級交換機。

圖1 網絡語音通信——VolP基本傳輸過程

1.2 VoIP的基本原理

VoIP技術實現依靠互聯網協議，在系統中將模擬聲音信號通過語音壓縮設備進行壓縮編碼，然后進行數據封包處理，以IP分組網絡為媒介將數據包傳輸給接收端，然后接收端進行數據拆包和解碼等過程后便可獲得最初的語音信號，從而在IP網絡上實時傳輸相應數據信息。其原理可以概括為以下5個方面[1]。

1.2.1 將信號進行模擬數字轉換，同時完成編碼過程。要想將模擬信號其轉化為數字信號，首先需要完成采集工作，接著進行保持、量化和編碼。其中可支持的音頻格式較多，例如Mp3、PCM、G711、G729等等，數據速率范圍為600bps～1411.2kbps。編碼器通常包括參數編碼、波形編碼以及混合編碼集中方式，在實際中一方面要確保通話質量效果，同時也要注意降低信源編碼比特率。

1.2.2 原數據到IP數據。以網絡協議為基礎來打包數據。通常在傳輸數據過程中，一定程度的時延是允許的，但是低于分組丟失問題是極其敏感的，因此采用TCP協議，利用其確認機制來避免丟包問題，保證數據的有序傳遞。而對于語音傳輸來說則對于時延較為敏感，反而一定的丟包是可以接受的，因此可以采用UDP方式。UDP不需要建立連接便能進行數據發送，同時能夠實現一次性的語音數據包發送，能夠滿足實時性要求。

1.2.3 IP數據傳輸。采用分組交換技術來進行數據的傳輸，從而實現源IP地址與目標IP地址之間的互通。以規格化分組來將報告文進行處理，按照路由儲存-轉發方式進行數據傳輸。首先將報告文進行劃分，變為具有相同固定長度的數據段，同時在段前添加含有地址以及控制信息的首部，然后根據其地址信息，向接收端傳輸以分組為數據的信息，最后接收端對其進行還原，得到相應信息。

1.2.4 數據還原。將數據段首部去掉，重新組合，根據OSI模型來除掉協議包頭，得到最初數據信息。此過程要除去尋址信息和控制信息，將源數據進行保留，以供解碼器解碼。

1.2.5 數據轉換模擬語音。通過DA轉換得到數據包相關的模擬信號，其中語音解碼的格式為G.711/G.726/G.729。

2 VolP的關鍵技術

2.1 信令技術

信令技術能夠有效保證通信的質量和效率。信令規范主要有H.323和SIP協議。H.323主要定義了多媒體通信協議和規程，特別是在無業務質量保證的網絡上。SIP與H.323不同，沒有提供全部的通信協議，是一種簡單回話初始化協議，只具備會話與呼叫等控制功能。

2.2 編碼技術

在算法以及時延條件下，通過語音編碼能夠有效減少通信容量，同時保證通信質量。編碼技術主要包括G.729、G.723等。在交換網絡中業務質量對于語音編碼靈活性要求較高，因此其編碼速度和尺度要符合要求。G.729原本屬于8kbit/s的編碼標準，當前其可以在6.4-11.8kbit/s范圍內進行話音編碼，同時話音質量也會存在一定區別，但是其話音質量較好，因此在VoIP系統中應用較多。

2.3 實時傳輸技術

在信息傳遞過程中通過RTP協議來進行實時傳輸，RTP協議提供了時間標簽，并且對于不同的數據流也能夠進行控制同步，接收端能夠重組數據包，同時接收端能夠及時反饋發送服務質量。RTP協議對音視頻數據包標準格式進行了詳細說明。其中主要包含兩部分，即RTP和RTCP。前者用于數據的實時傳輸，后者用于QoS反饋以及媒體流的同步。對于不同的多媒體流來說，會建立相應的RTP會話。會話中包含了RTP和RTCP相應端口IP地址。

2.4 QoS服務質量保障技術

QoS即服務質量，是服務場所中較為常見的概念，主要用來評估客戶需求的滿足能力。而對于因特網來說，QoS主要用來對網絡投遞分組能力進行評價。其功能主要有以下幾方面[2]：①報文分類和著色；②網絡擁塞管理；③網絡擁塞避免；④流量監管和流量整形。QoS目標為：①有效控制網絡資源及其使用；②避免并管理網絡擁塞；③減少報文的丟失率；④調控網絡的流量；⑤為特定用戶或特定業務提供專用帶寬；⑥支撐網絡上的實時業務。

2.5 網絡傳輸技術

在VoIP技術中主要涉及TCP和UDP兩種傳輸手段。其中，TCP方式是以連接為基礎的數據包傳輸，可靠性較高，具有多路復用、數據流傳送、雙全工操作等服務。而對于UDP來說則不具備IP可靠性、留空以及差錯恢復功能。TCP傳輸是以連接為基礎，在數據收發之前必須要保證連接的可靠性，因此TCP方式可以滿足可靠性較高的場景應用。而UDP是非連接協議，不需要連接便能進行信息傳輸，通常在可靠性要求不高、傳輸量較少的場景中應用。

3 VolP技術在空管語音交換系統的發展及應用

3.1 VoIP技術在空管語音交換系統的發展

空管語音通信交換系統又稱為內話系統，主要負責接入各種有線和無線資源，是空管系統中一種專用的多功能通信設備，能夠將資源向管制席位進行分配，為空中交通管制的語音通信提供保障。長久以來，空管語音系統都是以TDM/PCM技術為基礎，如今通信網絡中更加偏向使用通用基本設施來進行語音數據的相關服務，而IP網絡則正好適應該需求，因此在空管語音通信系統中IP技術有著較好的發展前景，滿足空管語音通信對于安全性、可靠性、服務質量以及語音數據匯集等多方面的要求。

EUROCAE和ICAO在針對IP語音空中交通管制標準做出了明確的規定，EUROCAE67工作組采用VoIP技術作為語音服務可行性保障，對ATMVoIP系統中關于語音技術的相關指標和操作要求進行了規定。ICAO已經通過EUROCAEWG67成為國際標準。其主要內容包括以下幾方面[3]：①ATMVoIP系統的主要技術指標和相關操作要求；②ATMVoIP系統關于兼容性的要求以及系統組件的具體定義；③ATMVoIP組件互聯對于運行要求和網絡要求的具體定義；④ATMVoIP系統在質量方面需要進行相關測試。VoIP的EUROCAE標準中對其具體的規格參數做出了相關要求：①語音包大小主要包括10ms、20ms以及30ms，并且支持0ms也就是空包；②可以實現一路甚高頻和多路內話之間進行同時的通話，最多能夠支持7個；③PTT優先級（普通、耦合、優先、應急）；④PTT解鎖、PTT狀態匯總；⑤SQ信令，優選信號的信號強度；⑥?；顧C制（RTP空包）；⑦普通和應急SIP通話；⑧動態延遲補償。

空管語音交換系統中應用VoIP的優點有以下幾方面：①VoIP能夠提供服務質量控制，從而有效提高語音傳輸質量；②IP網絡具有較高的安全性，在實際應用中可以組成空管系統的局域網，實現物理隔斷外網的目的；③整個IP網絡服務由不同的骨干網絡組成，能夠在一定程度上減少系統維護所消耗的成本，在數據和語音服務方面鞥能夠做好靈活路由的提供；④IP網絡可以借助固有路由來有效降低網絡連接過程中的故障概率，同時如果有故障發生，能夠及時將通信鏈路進行恢復；⑤以IP為基礎的網絡可以實現多站點的動態數據訪問，同時不同中心之間能夠共享數據，并且能夠完成遠程控制。

3.2 VoIP語音通信系統在實際應用中的挑戰

VoIP語音系統具有成本較低、結構簡單易于擴展的特點，并且該技術是以網絡為基礎，由于客觀原因的存在而無法避免地存在著通信時延、數據丟包等問題。根據國際電信聯盟對于語音時延的推薦，當時延處于0～150ms時通話質量最佳，當時延處于150～300ms時對于通話質量來說可以接受，而如果時延超過300ms則是通話的不可接受范圍。對于以網絡為基礎的通信問題來說，需要滿足以下幾方面標準[4]：①單向語音通道要滿足帶寬大于100kbps的要求；②本地和網絡之間時延不能大于40ms；③無線電信號不能抖動過大，通常要小于5ms，同樣，電話信號抖動要小于10ms；④丟包率不能大于1%。

在空管語音交換系統中，不但要求通話質量、VoIP設備穩定性，同時還要保證通信的安全。在VoIP技術應用過程中，不但要提高通信服務質量，更要考慮到通信安全要求，起重點在于數據鏈路以及網絡層安全保全保護系統?？梢越柚鶶IP安全、防火墻代理等技術來構建VoIP安全系統。因此在空管語音交換系統中，VoIP語音技術仍有可完善之處。

4 結束語

VoIP技術是當前通信領域中較為新興的先進技術，雖然該技術的應用對網絡服務質量有著較高的依賴性，但是其成本較低、結構簡單易于擴展，具有較為明顯的優勢，與民航語音通信的發展需求高度契合。通過VoIP技術的應用有利于實現VHF頻率共享，有利于提高頻率資源的有效節約，提高通信設備的使用質量和效率，同時降低空管系統運營成本，在當前社會經濟水平和技術水平快速發展的今天，VoIP技術在空管交換系統中有著更為廣闊的應用前景，也將成為民航通信領域中的主要技術手段之一。