一种基于RoIP 的会议安保融合通信系统设计

黄伦文，陈 勇

（安徽四创电子股份有限公司，合肥 230031）

1 会议安保融合通信系统背景

在重大社会活动、自然灾害、紧急事故、突发安全等事件中，现有的通信调度系统存在诸多的缺点，例如通信手段单一，存在盲区，覆盖距离有限，各个专网之间以及专网与公网的手机、公话、虚拟网等多种通信方式不能实现互联互通。为了充分发挥各类通信方式优势，利用先进的软交换技术及DSP 数字信号处理技术把各种通信手段融合，实现多坐席网络化共享通信资源，实现多频段、多制式无线通信系统的集中交换和指挥调度，实现IP 网络、PSTN 网络、移动网和无线网络互联互通，实现统一调度，提高通信效率。为此，本文介绍了一种会议安保融合通信系统的设计，实现公安（350 MHz）、交警（800 MHz）等数字集群终端，会议安保对讲终端、普通话机融通信。

2 RoIP 融合通信工作原理

RoIP（Radio Over Internet Protocol） 是 将 无 线 电（Radio）信号所承载的语音信号通过IP 网进行传输的一种技术，它要解决的主要问题是实时性和PTT 信号的无错误传输，从而解决无线电传输中受发射功率、天线灵敏度等约束传输距离的难题，不但实现了超长距离无中继互联的目的，同时也可以组成小功率分布式对讲机信号覆盖系统，主要用于应急通信、大规模组网等场合。工作原理如图1所示。

图1 系统工作原理

系统将模拟语音信号转化为数字PCM 信号（A/D），接着经过特定的数字编码后以特定的帧长进行压缩编码，送入网络处理器为其添加包头，时标和其他信息形成RTP 数据包，通过网络传送到目的地。最后到达目的地后，接收到这些数据包后进行处理，获得PCM 信号，提供给解码器，最终将数字信号还原成模拟语音信号（D/A）从扬声器输出。系统还可以实现对讲机的键盘DTMF 拨号等高级功能。为了能够实现呼叫，在LAN或者WAN 中，需要专门架设软交换服务器来建立连接。

3 RoIP 融合通信系统设计

3.1 系统组成

会议安保通信系统主要由前端系统、通信链路、指挥中心3部分组成。如图2所示。

图2 系统组成图

（1）前端系统是RoIP 的构建部分。整个环境基于SIP 信令运行的，维系指挥中心握手信令和媒体接收和转发的控制；RoIP 通信作为发送端的采集、编码、打包和接收端接收，解码，播放等工作；组建前端网络。

（2）通信链路包括指挥中心、前端系统及相关的IP网络接入系统，是负责主要以IP 网络形式传输、交换来自链路两端的语音、控制及其他数据。

（3）指挥中心实现系统下所有通信终端及RoIP 网关的状态监控，并实现指挥调度功能，同时利用中继网关对接运行商网络，实现公网和专网互联互通。

3.2 前端设计

前端系统是核心部分，一般部署在移动通信车上，主要有RoIP 网关、无线终端、网络等。

3.2.1 RoIP 网关

RoIP 网关实现无线模拟信号转成标准IP 语音包的功能，作为集群无线电台和SIP 网络的一个接口，和电台设备互连关键要解决以下几个信号的运算与处理接入：音频输入（Audio in），音频输出（Audio Out），载波检测（COR），按键发射（PTT），辅助音频输入（Aux In），辅助音频输出（Aux Out），网关内部还有VOX（声音控制PTT）电路和静噪电路，更好实现集群电台通话语音质量。

RoIP 网关把集群电台的模拟语音信号进行电压转换、放大，然后送入DSP 信号处理单元，进行模/数转换，降噪处理，最后将语音数据打包成UDP 包送入IP软交换单元，供IP 调度系统进行交换处理。同时，DSP单元还提供一条PTT 信号用来协调与半双工电台的收发同步。设备接口如图3所示。

图3 RoIP网关接口示意图

3.2.2 无线终端、网络、控制终端

无线终端包括350 MHz PDT 集群数字车载台和800 MHz TETRA 数字集群车载台，分别接收和发送相应频点的无线语音信号，同时为RoIP 网关提供初始的模拟信号。

网络设备主要包括网络机、路由器、及卫星站等联网设备。

控制终端一般用作配置和修改网关参数的计算机、PDA 等。

3.3 链路设计

系统提供宽带卫星网络、公网（3G/4G/5G）、有线网络三种链路。

（1）宽带卫星网络：在公共通信网路出现盲区或者破坏等应急情况下，目前有海事、VSAT 及我国自主研发的大S 三种宽带卫星系统，建议使用G711A，G711U语音编码格式，每路编码和网络开销约为96 kb/s，虽然带宽大，但是语音质量好。

（2）公共网络：即运营商网络（3G/4G/5G），一般在公网信号良好或车载场合使用，车辆应配置所需交换机、路由器，其费用比卫星宽带网络大大下降。

（3）有线IP 网：有些固定会议安保系统，建议使用有线IP 网络，这样相比无线通信更加稳定可靠。

3.4 指挥中心

指挥中心能随时控制每个通信终端的连接方式和工作状态，由软交换、调度软件、中继网关组成。

3.4.1 软交换模块

软交换主要完成处理通信信令及媒体分发等功能。本系统采用Asterisk 开源软交换系统，Asterisk 具有强大的灵活性和扩展性，它能够连接各种标准的硬件物理接口，如模拟接口、数字接口，同时通过协议、编码等模块化的API 接口和其内部核心部件相互联系实现软件互联，具备把呼叫控制与呼叫传输分离和智能化应用的软交换方式。Asterisk 提供一个基本的运行核心组件，具体功能通过加载外围相应的插件或驱动实现，其内部核心由编解码转换、应用调用、PBX 交换核心、动态加载、CDR 生成、调度与I/O 管理6大模块组成。如图4所示。

图4 Asterisk构件图

软交换主要实现以下功能：

（1）注册功能：接受RoIP 及中继网关的注册信息、更新网关的IP 地址、维护地址和网络路由列表及注册撤销。

（2）信令功能：通过代理和重新定向信令运行方式实现RoIP、中继网关及其他用理终端的通话流程建立、鉴权、挂断以及状态监测、行为控制。

（3）媒体转发存储功能：在传输中采用UDP 和RTP结合的方式实时传输语音数据流，同时还包括时间戳（用于同步）、序列号（用于丢包和重排序检测）、负载格式（用于说明数据的编码格式）、网路质量QoS 反馈、同步媒体流等信息；数据流也带有特殊的IP 地址，便于数据的存储和备份。

3.4.2 调度软件

调度软件管理整个系统，能实时了解每个分机的状态（注册、振铃、通话），对通信终端进行组织结构管理。通过该模块，调度人员可根据业务需要进行基本呼叫、强插、强拆、代接、监听、强挂、呼叫转接、夜服、通播、组播、会议、语音短消息发布等各种语音控制和话务。如图5所示。

图5 指挥调度软件界面

软件通过对上、下行数据及组织信息流的控制，实现管理端口连接、控制协议解析、调度逻辑维护、调度指令生成等功能。具体流程如图6所示。

图6 指挥调度软件数据流

信息流主要通过信令媒体及管理协议进行的流转，信令和媒体本系统主要由SIP 协议OSIP，EXOSIP，RTP，RTSP，JRTP 等协议库栈驱动进行封装打包，同时集成G729，G711U，G711A，GSM 等编解码。管理协议有软件自带的ManagerAPI 实现，由包括请求、响应、状态事件3种格式数据组成。

3.4.3 中继网关

中继网关承载着IP 网络与电路语音网络的汇聚和转换任务，有模拟中继和数字中继两种。若通信终端并发数少，建议用模拟中继，运营商的程控电话线直接接入设备电话口（RJ11），设备另一端通过网络和软交换互联。若通信终端并发数较大，建议使用数字中继，通过E1或IP 组网方式和运营商互联，实现SS7、中国NO.1、PRI等信令和SIP 协议的转换，从而实现PSTN 公共网络和IP 应急通信专网的互联。

图7 RoIP会议融合通信系统典型拓扑图

4 系统应用

如图7所示，以上设计的RoIP 通信系统，已经成功应用了某大型会议的安保，实现了如下功能：

（1）无线通信的融合，内部电台可以监听公安（350 MHz）、交管（800 MHz）通话。

（2）内部系统通话时可实现抢话功能，保证内部通话的正常进行，其他系统收听不到本系统内部的语音。

5 结束语

随着IP 多媒体通信、5G 宽带网路、无线通信数字化等技术的飞速发展，RoIP 融合通信系统变得越来越多元化和智能化。在不远的将来，将融合北斗定位导航、视频等模块，从位置、图像等方面获取更多的会议现场安保信息，多维度的沟通，提高处置应急事故的效率，满足会议安保通信的安全、高效、全方位的发展要求。