民航甚高频VoIP 新技术的应用研究与展望

徐晓强，杨 璞，孙中路

（民航云南空管分局，云南 昆明 650200）

1 甚高频VoIP 技术概况

1995 年至1996 年期间，基于 H.323 协议（ H.323是一种标准的音视频传输协议，可实现远程提审的功能）的第一个 IP 电话成功实现，取得了网络传输的技术突破。 1996 年至1999 年期间， SIP（Session Initiation Protocol，会话初始协议）协议提出，使得 VoIP 得到更多的推广和发展。 2000 年至今，基于 DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）的高速音频信令处理技术，让 VoIP 技术趋于成熟和广泛。

甚高频 VoIP 话音通信交换技术具备成本低、运行维护简单、使用便捷、业务灵活等诸多优点但是其网络传输固有的安全性问题、系统延时、网络丢包等缺点也较为明显。甚高频 VoIP 的基本原理为，甚高频电台将模拟话音通过 A/D 转换后进行比如G.711/ G.726/G.729编码后进行 IP 封装，加协议包头比如 IP、UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）、 RTP（Real-time Transport Protocol，实时传输协议）等，将模拟话音转换为 IP 数据包后通过如 FA36 等设备，利用 IP 网络，采用路由“储存——转发”的方式，进行交换和传输[1]。远端如遥控盒或内话系统，根据 OSI（Open System Interconnection，开放式系统互联）模型，一层一层去除协议包头，获得原始数据，即将收到的 IP 数据包转换为数据。再根据 G.711/ G.726/G.729 等进行语音解码，后经 D/A 转换，还原模拟话音。

2 VoIP 关键技术

VoIP 关键技术主要包括编码技术、信令技术、实时传输技术、 QoS 保障技术、网络传输技术等内容。

其信令技术是一种采用 ITU（International Telecommunication Union，国际电联）推荐的 H.323 协议，另一种是 IETF（Internet Engineering Task Force，国际互联网工程任务组）的 SIP。这两种协议代表了解决同一问题的两种不同的方法： H.323 是信令基于 ISDN Q.931和早期推荐的 H 系列协议的传统电路交换方式，而 SIP 是一种支持基于 HTTP（超文本传输协议）的 IP网络的超轻量协议标准。目前， EUROCAE（European Organization for Civil Aviation Equipment，欧洲民用航空设备组织）推荐的 SIP 无线通信模型分为两个阶段：第一阶段：必须是由话音调度系统发起 SIP 会话； SIP 协议建立起话音调度系统与台站间的连接，并且通过 SDP（Session Description Protocol，会话描述协议）协议传输RTP 会话所需要的参数。第二阶段：当 SIP 会话建立起来后，在两端都要使用 R2S（Reed2Solomon Code，里德2所罗门码）协议来保持连接；当 PTT 或SQL 激活时，就要使用 RTP 协议传输话音数据；话音分组和 R2S 分组都要夹带 RTP 扩展头，用以传输协议模型中提到的参数信息[1]。

其编码技术主要分为波形编码技术、参数编码技术和混合编码技术。编码是为了在一定的算法量和通信延时的情况下，尽可能少的占用通信容量传送尽可能高质量的话音。目前， VoIP 主流的编码技术有ITU-T（ITU-T for ITU Telecommunication Standardization Sector，国际电信联盟电信标准分局）定义的 G.711、G.728、G.729等。

服务质量（ Quality of Service，简称 QoS）是QoS保障技术的核心，是在分组交换的过程中对数据包的延时、丢包、抖动等服务能力进行评估。进行网络资源控制及调配、减少报文丢失率、网络流量调控、网络拥塞避免及管理、支撑网络上的实时业务、为特定用户或特定业务提供专用带宽等是 VoIP QoS 的目标。 VoIP中主要技术手段是采用 RSVP（Resource Reservation Protocol，资源预留协议）以及进行服务质量监控的实时传输控制协议 RTCP（RTP Control Protocol）来避免网络拥塞，保障通话质量。

IntServ 模型（ Integrated Services，集成式服务模型）和 DiffServ 模型（区分服务模型）为目前两种典型的 VoIP QoS 模型。 IntServ 模型（集成式服务模型）中业务通过信令向网络申请特定的 QoS 服务，网络在流量参数描述的范围内，预留资源以承诺满足该请求。DiffServ 模型（区分服务模型）中当网络出现拥塞时，根据业务的不同服务等级约定，有差别地进行流量控制和转发来解决拥塞问题[2]。实时传输技术主要是采用实时的传输协议 RTP，而RTP 包括数据和控制两个部分，后者称为 RTCP。

VoIP 中网络传输技术主要是 TCP 和UDP，此外还包括了网关互联、路由选择、网络管理以及安全认证等技术。由于实时传输协议 RTP 提供具有实时特征的、端到端的数据传输业务，因此 VoIP 可用 RTP 来传送语音数据，在 RTP 报头中包含装载数据的序列号、标识符、时间戳以及传送监视等。通常 RTP 协议数据单元是用UDP 分组来承载的，而且为了尽量减少时延，话音净荷通常都会很短。 IP、 UDP 和RTP 报头都按最小的长度计算， VoIP 话音分组开销比较大，采用 RTP 协议的 VoIP格式，在这种方式中将多路话音插入话音数据段中，就提高了传输效率[3]。

3 民航空管VoIP 语音通信交换系统

民航空管 VoIP 语音通信交换系统是基于混合模拟数字技术使用会话初始协议（ SIP）进行区域地空电台话音建链组网后，采用互联网语音技术（VoIP）进行语音通信的一套系统。在系统构架上，通信链路管理基于 CS（Client/Server，客户端 /服务器）架构，席位与电台网关之间采用 SIP 会话初始协议建立链路，服务器集中鉴权和控制。席位与席位之间，席位与电台网关之间的语音传输采用 P2P（Peer-to-Peer）方式，点对点传输，减少语音传输时延，提高语音传输质量。

VoI P 系统运行过程中的主要技术指标有系统延时、通话质量、网络抖动和网络丢包率。系统延时包括整个地面各传送部分的语音总延时、单个设备的延时（管制席位、电台网关、 VoIP 电台）、网络传输延时三个部分。话音质量主要通过PESQ（Perceptual evaluation of speech quality，主观语音质量评估）获得 MOS（Mean Opinion Score，平均意见值）来衡量。 MOS 包括对于整个被测信号的 MOS（Total MOS）、对于话音部分的 MOS（Speech MOS）、对于静音部分的MOS（Background MOS）三个部分。一般建议要求 MOS ≧4，即达到 GOOD。德国Testi ng Technologies IST GmbH（简称 Testing Tech）公司的TTSuite-SIP 测试套件等工具软件可对 VoIP 系统的协议一致性进行测试[3]。

目前，德国 R&S4200 系列甚高频电台、国产天奥SPMH-1000系列甚高频电台等，具备 VoIP 功能的甚高频电台已开通 VoIP 功能并在小范围内探索使用。

4 结束语

西方发达国家及欧洲 ATC 领域正处在改变语音通信基础设施发展的转折点。两大因素推动着这一变化：一是电信服务提供商正逐步淘汰租用线路 TDM 服务，二是联邦航空管理局（ Eurocontrol）以及其他组织都制定了强制性的互操作性要求，以便应对不断增加的空中流量。因此， ATC 部门必须了解这些因素如何影响自身业务，并且基于转型、系统互操作性、灵活的空域分配以及成本效益等考虑着手制定规划。 VoIP 技术在国内也将迎来语音通信技术的变革，也只有通过技术的升级才能高效满足空中流浪的增长。

通过最新技术的 VCS（Voice Communications System）网关，可以在传统 VCS 保留不变的情况下，在ATC 基础设施中集成具有符合 EUROCAE ED-137规范的 VoIP 电台，甚至可以混合安装具有模拟音频接口的电台。根据此方法，我们可以将自己的网络顺利过渡到IP 技术，并且逐步构建满足未来需求的基础设施，这也适用于传输基础设施本身。鉴于符合 EUROCAE ED-137规范的 VCS 网关可部署在台站或航管小区中心机房内，因此，它们也支持传输基础设施内 TDM 到IP 的过渡。