分组话音在窄带信道的组播实现方案

改造者：张大明 宋峥东

分组话音在窄带信道的组播实现方案

改造者：张大明 宋峥东

话音组播在某些专用通信系统中具有特殊作用，窄带信道组网时话音组播的实现是话音实现的难点。文章提出了一种基于多目组播算法的分组话音在窄带信道的组播实现方案，介绍了方案的关键算法，并应用该方案进行了设计实现。经验证该方案在窄带信道组网时切实可行，为专用通信系统的分组话音组播提供了一种可行方案。

话音通信在通信系统中占据着至关重要的地位，随着通信的迅猛发展，编码格式为PCM的分组话音已成为当今终端话音的主流。而在某些专用通信系统中，传输信道为无线窄带电台，信道速率只具有4800bits/s或9600bits/s，如何将速率为64000bits/s的PCM分组话音在不同节点间进行话音组播成为系统话音实现的关键。

本文提出了一种基于多目组播算法的分组话组播实现方案。

算法

话音数据算法

分组话音在传输信道若以PCM话音编码方式进行传输，则信道速率为4800bit/s或9600bit/s的传输信道无法满足对速率为64000bits/s的PCM分组话音的实时传输。在本实现方案中，采用对话音编码进行无失真编解码转换，源端完成话音编码转换，将速率为64000bits/s，每20ms产生一帧为160字节的PCM编码转换为速率为2400bits/s，每50ms产生一帧为15字节的AHELP话音帧；接收端将AHELP话音帧还原为PCM话音帧送话音终端。

为了匹配信道的传输特性，通常在信道传输时，会对声码话进行分组处理，即将多帧声码话音按既定协议组成一个分组包进行传输。如：将10帧AHELP声码话音帧组成一个分组包，分组包内有效话音为10×15byte=150byte。具体组包数可根据实际信道特性进行调整。

多目组播算法

多目组播算法的核心为通过单播路由协议实现组播功能。由源用户指定组播用户列表，当组播报文由源用户交给组播模块发送时，需在IP报头后列出各组播用户的IP地址。组播模块作为组播代理，当收到组播报文后，将逐个分析组播用户列表中的IP地址，对每个IP地址按单播路由的原理选择相应的路由出口下一跳，完成对IP地址选路后，将根据出口及下一跳节点的情况，把下一跳相同的分为一类，同一类地址在一个报文里重新构建组播报文，将组播报文发给下一跳组播代理，直到报文到达最终接收用户。组播用户组网见图1。

图1　组播用户组网图

图2　用户a组播报文示意图

图3　发送设备B组播报文

图4　发送设备E组播报文

用户a需要发送组播报文到用户c、用户d、用户e。首先用户a通过组播用户列表把需要发送的用户地址收集起来以图2的方式构建组播报文。

用户a通过单播的方式把数据发送给设备A的组播代理，设备A的组播代理通过检查目的用户列表IPc、IPd、IPe，针对这3个地址查找路由表，把下一跳地址相同的归在一类，其中IPc、IPd的下一跳都是设备B，而IPe的下一跳地址是设备E，因此组播报文分成两类，设备A把组播报文分别发送给设备B和E，以此类推直到完成整个组播报文传输过程。

采用这种改进多目的地寻址方式是把传统的多目的地寻址与有源组播树的方式结合起来，由信源确定目的组播组成员的信息，源路由设备根据组成员的位置以及单播路由表来构造组播有源树，但该树不需要专门的组播路由协议的支持（因而避免了组播路由协议对无线网络带宽的消耗），而是采用在组播分组中把相关组播组成员地址写入的办法来代替组播路由协议的工作，因此中间转发的节点简单，不需要存储组播组的信息，只需要根据分组头里的目的地址域进行简单的操作即可。

图5　话音组播应用组网图

图6　源节点控制面流程

设计实现

图7　中继节点控制面流程

图8　末端节点控制面流程

网络模型

话音组播应用组网如图5所示，交换设备实现话音终端用户接入、编解码转换、组播代理等功能。话音用户通过以太网与交换设备互联， 交换设备A、交换设备B、交换设备C通过无线窄带信道互联组成无线子网，交换设备C、交换设备D、交换设备E通过无线窄带信道互联组成无线子网，交换设备C作为中继节点。话音组播实现用户a1讲话，用户b、用户c、用户d及用户e1同时听到。

软件设计

在图5中，交换设备分别位于源节点、中继节点、末端节点，不同节点的软件实现流程各不相同。

控制面软件设计

源节点话音组播软件控制面流程如图6所示。

交换设备A作为源节点，占用编解码转换资源，同时根据参加话音组播的成员，运用多目组播算法，生成两类会话报文，分别发送交换设备B和交换设备C。

中继节点话音组播软件控制面流程如图7所示。

交换设备C作为中继节点，收到会话信令报文后，占用编解码转换资源，匹配相应话音终端，生成通话对信息表。运用多目组播算法生成会话信令，发送交换设备D和交换设备E。

末端节点话音组播软件控制面流程如图8所示。

交换设备B、交换设备D和交换设备E作为末端节点，收到会话报文后，占用编解码转换资源，匹配相应话音终端，生成通话对信息表。

业务面软件设计

交换设备A作为源节点，对话音进行编码转换，将PCM话音转换为AHELP话音，并根据信道传输特性，将多包AHELP话音分组，封装后发送交换设备B和交换设备C。

交换设备C作为中继节点，收到分组话音包后，转发话音包到交换设备D和交换设备E， 对话音拆包后进行编解码转换，将AHELP话音转换为PCM话音发送相应话音终端。

交换设备B、交换设备D和交换设备E作为末端节点，对话音拆包后进行编解码转换，将AHELP话音转换为PCM话音发送相应话音终端。

应用验证

试验验证环境如图5所示，5台交换设备窄带信道组网，对话音组播进行功能、性能测试，用户a1讲话，各节点用户均可听到清晰流畅话音，验证了在窄带信道速率为4800bits/s和9600bits/s时可实现分组话音组播功能。

结语

本文简介绍了一种基于多目组播算法的分组话在窄带信道的组播实现方案，并在交换设备的设计实现中使用了这种方案，并通过实验验证了方案的可行性。基于多目组播算法的分组话在窄带信道的组播实现方案为窄带信道组网的专用通信系统的分组话音组播提供了一种可行的实现方案。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.039