安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 孟憲偉 黃倫文

一、引言

隨著近年來(lái)國(guó)家海上重大突發(fā)事件的增多，急需加速構(gòu)建融合現(xiàn)代信息通信技術(shù)，有效集成整合無(wú)線、有線、衛(wèi)星信息通信資源，具有綜合的信息通信功能、海陸空三位一體的海上應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，為用戶提供全球化、全天候、全方位公眾通信和遇險(xiǎn)安全通信服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

從目前水上應(yīng)急通信現(xiàn)狀和特點(diǎn)出發(fā)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套以VSAT衛(wèi)星為鏈路，融合多種終端的語(yǔ)音通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了短波（漁業(yè)電臺(tái)、對(duì)空電臺(tái)、單邊帶）、超短波、Wi-Fi手機(jī)、IP電話等互聯(lián)互通，為海上突發(fā)應(yīng)急提供有效指揮調(diào)度手段的系統(tǒng)。該系統(tǒng)以交通應(yīng)急寬帶衛(wèi)星VSAT通信鏈路為中繼，以SIP為主要通信協(xié)議，以Wi-Fi為拓展的網(wǎng)絡(luò)；提高船舶通信手段應(yīng)用效率，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有通信手段的延伸效果。

二、語(yǔ)音通信系統(tǒng)構(gòu)架和工作原理

1. 系統(tǒng)構(gòu)成

該語(yǔ)音通信系統(tǒng)由中心站、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、船舶端三部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 語(yǔ)音通信系統(tǒng)部署

其中船舶端是基于SIP信令構(gòu)建的系統(tǒng)，在SIP網(wǎng)元中也可以把短波電臺(tái)、超短波電臺(tái)、電臺(tái)網(wǎng)關(guān)，基于Wi-Fi的終端看作含媒體通信功能的UA客戶端，把通信主機(jī)看作處理握手信令、控制媒體分發(fā)的軟交換服務(wù)器。主要完成船舶的通信網(wǎng)絡(luò)鏈路構(gòu)建，前期語(yǔ)音采集、打包，處理和融合等工作。

衛(wèi)星鏈路主要包括指揮中心的主站、船舶端的小站及相關(guān)的IP網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)。是中心站和船舶端重要通信鏈路，負(fù)責(zé)傳輸、交換來(lái)自衛(wèi)星兩端（中心站、船舶端）的語(yǔ)音、視頻及其他數(shù)據(jù)。主要以IP網(wǎng)絡(luò)形式。

中心站主要包括中心站主機(jī)、指揮調(diào)度軟件、數(shù)字中繼等。中心站能接收來(lái)自船舶端的語(yǔ)音，能把IP語(yǔ)音和運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)路（PSTN，2G/3G）互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)公網(wǎng)和專網(wǎng)互通。中心站能控制該系統(tǒng)所有SIP終端和監(jiān)控狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)指揮調(diào)度功能。

2.系統(tǒng)工作原理

船舶端的無(wú)線電臺(tái)網(wǎng)關(guān)、Wi-Fi終端及其他SIP終端注冊(cè)到主機(jī)（船舶）。如果它們需要和中心站通話。這些終端可以發(fā)出建立語(yǔ)音通道請(qǐng)求。船舶端主機(jī)可以根據(jù)主機(jī)號(hào)、呼叫路由，通過(guò)衛(wèi)星鏈路找到被叫所在地后，建立連接。連接建立后，終端采集語(yǔ)音的模擬信號(hào)，然后轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)（A/D），經(jīng)過(guò)編碼后，IP打包，通過(guò)VSAT鏈路傳到中心主機(jī)，再到被叫終端。被叫終端進(jìn)行解碼，進(jìn)而轉(zhuǎn)模擬信號(hào)（D/A），最后播放語(yǔ)音媒體。如果和普通運(yùn)營(yíng)商通話，還有通過(guò)中繼網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)接程控交換，用到模擬、數(shù)字、IP等中繼。

三、中心站通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中心站通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的核心，本文主要介紹中心通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1. 中心站SIP服務(wù)器

圖2 主機(jī)構(gòu)架圖

包括注冊(cè)服務(wù)器、信令服務(wù)器、媒體服務(wù)器結(jié)構(gòu)，如圖2所示。注冊(cè)服務(wù)器響應(yīng)終端用戶注冊(cè)請(qǐng)求，完成UA注冊(cè)和撤銷功能；信令服務(wù)器實(shí)現(xiàn)通話過(guò)程建立、掛斷、調(diào)度管理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能；媒體服務(wù)器完成對(duì)音視頻等媒體的存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。

2. 數(shù)字中繼網(wǎng)關(guān)

中繼網(wǎng)關(guān)承載著IP域與電路域的語(yǔ)音匯接任務(wù)，本系統(tǒng)中利用數(shù)字中繼網(wǎng)關(guān)的E1接口和運(yùn)營(yíng)商的程控交換（PABX）連接，中繼網(wǎng)關(guān)的以太網(wǎng)口和中心站SIP服務(wù)器連接，實(shí)現(xiàn)NO.7和SIP信令轉(zhuǎn)換。從而達(dá)到PSTN網(wǎng)和IP應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。

3. 調(diào)度軟件

調(diào)度軟件是系統(tǒng)核心，在應(yīng)急時(shí)，可以對(duì)所有語(yǔ)音資源調(diào)配。各種通信網(wǎng)絡(luò)通過(guò)相應(yīng)的接口連接到IP交換中心，如何對(duì)這些網(wǎng)絡(luò)的通信終端進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。調(diào)度管理平臺(tái)主要功能有：呼叫、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、代接、監(jiān)聽(tīng)、強(qiáng)掛、呼叫轉(zhuǎn)接、通播、組播、會(huì)議、語(yǔ)音發(fā)布等；系統(tǒng)允許多個(gè)管理員同時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，不同的調(diào)度管理客戶端連接并注冊(cè)到調(diào)度管理代理服務(wù)器上，代理服務(wù)器根據(jù)調(diào)度管理員的權(quán)限不同賦予管理員相應(yīng)的調(diào)度管理功能。調(diào)度管理模塊主要包括：調(diào)度管理客戶端、調(diào)度管理代理服務(wù)器端、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和調(diào)度管理接口，如圖3所示。

圖3 調(diào)度軟件結(jié)構(gòu)圖

其中，調(diào)度管理客戶端是運(yùn)行在Windows系統(tǒng)中的管理軟件，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到IPPBX上，調(diào)度管理代理服務(wù)器和PBX上的Manage模塊控制端口進(jìn)行連接，通過(guò)ManageAPI或CLI（Command Line Interface）指令調(diào)用SIP模塊、ZAP模塊和Channel模塊，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的調(diào)度操作，同時(shí)接收并分析Manage端口返回的數(shù)據(jù)，處理后在調(diào)度管理客戶端上實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前系統(tǒng)的狀態(tài)。調(diào)度管理代理服務(wù)器端軟件直接訪問(wèn)管理數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取當(dāng)前系統(tǒng)中的用戶信息以及組織機(jī)構(gòu)信息，并且在調(diào)度管理客戶端上實(shí)時(shí)顯示，調(diào)度管理客戶端被授權(quán)后可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行增刪改等操作。

圖4 功能拓?fù)鋱D

4. 衛(wèi)星的G.729編碼設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)鏈路是VSAT衛(wèi)星，帶寬資源是非常寶貴的，低速率語(yǔ)音編碼是關(guān)鍵，G.729編碼主要應(yīng)用了線性預(yù)測(cè)、線譜對(duì)參數(shù)、矢量化、代數(shù)碼書搜索等技術(shù)，將64kb/s的PCM信號(hào)壓縮到8kb/s，大大節(jié)約了帶寬，并且有著較低的長(zhǎng)話質(zhì)量和穩(wěn)定性，達(dá)到通信質(zhì)量要求。

四、系統(tǒng)應(yīng)用

根據(jù)以上的原理及設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能（見(jiàn)圖4）：

（1）無(wú)線（超短波、漁業(yè)電臺(tái)、對(duì)空電臺(tái)、單邊帶電臺(tái)、Wi-Fi終端）、有線（IP電話、PSTN網(wǎng)絡(luò)）互通。船舶和中心互通。

（2）提供應(yīng)急預(yù)案接口，同船舶運(yùn)行監(jiān)測(cè)、應(yīng)急指揮等信息系統(tǒng)互動(dòng)。輔助生成調(diào)度決策并予以實(shí)現(xiàn)，支持基本呼叫、強(qiáng)插、強(qiáng)拆、跨網(wǎng)會(huì)議、群組廣播，語(yǔ)音發(fā)布等功能。

（3）分布式組網(wǎng)：通過(guò)VSAT衛(wèi)星聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)指揮中心和船舶多點(diǎn)組網(wǎng)?？梢詫?shí)現(xiàn)中心到船舶、船舶和船舶多維通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多部門、全方位的應(yīng)用語(yǔ)音通信指揮調(diào)度系統(tǒng)。

五、結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)利用先進(jìn)的IP軟交換及DSP信號(hào)處理技術(shù)，結(jié)合VSAT衛(wèi)星通信技術(shù)將水上應(yīng)急多種語(yǔ)音終端實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。提高了應(yīng)急場(chǎng)合通信健壯性、協(xié)調(diào)性、快速靈活性。該系統(tǒng)已經(jīng)在中國(guó)交通信心中心救撈船使用。隨著衛(wèi)星、軟交換相關(guān)技術(shù)不斷成熟，如何通過(guò)衛(wèi)星鏈路對(duì)各種視頻資源融合并指揮調(diào)度，是今后要研究的課題。

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