（信息与通信工程专业论文）基于voip技术的小型vhf通信网的设计.pdf

、 ， d p t h ev o l p b a s e dd e s i g no fv h fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k at h e s i ss u b m i t t e dt o d a l i a nm a r i t i m eu n i v e r s i t y i np a r t i a lf u l f i l l m e n to ft h er e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f t y p e so fd e g r e e b y l if a n ( i n f o r m a t i o na n dc o m m u n i c a t i o ne n g i n e e r i n g ) d i s s e r t a t i o n t h e s i ss u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl i ux i a o m i n g j u n e2 0 1 1 舢1删9m 5 啪5 舢9舢8哪眦 舢y 、 却 p 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博硕士学位论文= = 基王! 撞盔的型! 型y h 适信圆丝遮让：。除论文 中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公 开发表或未公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：盈 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解大连海事大学有关保留、使用研究生学 位论文的规定，即：大连海事大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。同意将本学位论文收录到中国优秀博硕士 学位论文全文数据库( 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社) 、中国学位论文全 文数据库( 中国科学技术信息研究所) 等数据库中，并以电子出版物形式出版发 行和提供信息服务。保密的论文在解密后遵守此规定。 本学位论文属于：保密口在年解密后适用本授权书。 不保密函( 请在以上方框内打“4 ) 论文作者签名：辔f 乙 导师签名： v押叨吗 日期：少f f 年7 月牟日 畸 中文摘要 摘要 作为海上交通指挥与控制中心，船舶交通管理信息系统( v t s ) 在提高船舶交通 效率、船舶航行安全和船舶通信等方面发挥着重要的作用。随着海上交通密度的 不断增大，对v t s 的交通组织和通信能力提出了更高的要求，管理水域的全面通 信覆盖和更好的通信质量是v t s 发展的新目标。v h f 通信子系统主要负责v t s 与船舶之间的话音通信，它是利用微波来传输话音信号，通信范围有限，并且信 号较容易受到干扰，通信质量较差。显然，传统的v h f 通信子系统已不能满足 s 发展的需求。 为了解决v h f 通信子系统通信覆盖范围有限，通信质量易受干扰等问题，提 高v t s 的通信能力，适应未来海上交通的发展，本课题设计并实现了一套基于v o l p 的v h f 通信系统。本文利用话音适配器将v h f 收发信机终端接入v o l p 网络，并 编程设计出v h f 通信人机交互面板，实现了p c 机对v h f 通信系统的远程控制及 话音通信，也可以通过硬件v h f 通信面板对v h f 终端的控制与话音通信。并在 v i s u a l n e t2 0 0 8 的平台上，通过软件编程实现了v h f 话音的记录与再现。 基于v o l p 的v h f 通信系统的提出，极大的扩展了s 的通信覆盖范围，实 现了交管中心操作人员的远程值守，大大提高了v t s 与船舶之间的通信质量，实 现了v h f 系统信息的数字化传输交换，话音通信的数字化控制管理，并且能够更 高效率地进行话音记录及远程重现，提高了话音控制管理的灵活性，具有较高的 理论与实际应用价值。 关键词：v r s ；v h f 通信；v o l p 哪 英文摘要 a b s t r a c t a sac o m m a n da n dc o n t r o lc e n t e ro fm a r i n et r a f f i c ，v t sp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei n i m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c yo fv e s s e lt r a f f i c ，v e s s e ln a v i g a t i o ns a f e t ya n dm a r i t i m e c o m m u n i c a t i o n s w i t ht h ei n c r e a s i n gd e n s i t yo fm a r i t i m et r a f f i c ，t h eb e t t e rt r a f f i c o r g a n i z a t i o na n dc o m m u n i c a t i o nc a p a c i t yo fv t si sr e q u i r e d ，t h em o r ew a t e rc o v e r a g e a n dt h eb e t t e rc o m m u n i c a t i o nq u a l i t ya r et h en e w d e v e l o p m e n to b j e c to fv t s i nv t s ， v h fc o m m u n i c a t i o ns u b s y s t e mi sr e s p o n s i b l ef o rv o i c ec o m m u n i c a t i o n sb e t w e e nt h e v e s s e l s ，a si tu s e sm i c r o w a v et ot r a n s m i tv o i c es i g n a l s ，t h ec o m m u n i c a t i o nr a n g ei s l i m i t e d ，a n dt h es i g n a lm a yb ei n t e r f e r e dm o r es u s c e p t i b l y , t h ec o m m u n i c a t i o nq u a l i t y m a yb ea l s op o o r t h e r e f o r e ，t h et r a d i t i o n a lv h fc o m m u n i c a t i o ns u b s y s t e mc a nn o t m e e tt h ed e v e l o p m e n tn e e d so fv t s t or e s o l v ea b o v ep r o b l e m s ，s u c ha st h el i m i t e d c o v e r a g ea n dt h ev u l n e r a b l e i n t e r f e r e n c eo fc o m m u n i c a t i o nq u a l i t y , a n di m p r o v et h ec o m m u n i c a t i o na b i l i t yo fv t s t om e e tt h e f u t u r ed e v e l o p m e n to fm a r i t i m et r a f f i c ，i nt h i sp a p e r , av o l p - b a s e dv h f c o m m u n i c a t i o ns y s t e mi s p r e s e n t e d i n t h i s p a p e r , v h ft r a n s c e i v e rt e r m i n a l i s c o n n e c t e dt ov o l pn e t w o r kb yt h ev o i c ea d a p t e r ；a n dt h ev h fc o m m u n i c a t i o n i n t e r a c t i v e p a n e l i s d e s i g n e d ，t h r o u g h t h i sp a n d ，t h er e m o t ec o n t r o lo fv h f c o m m u n i c a t i o ns y s t e mc a nb er e a l i z e do nap c ；i nv i s u a ls t u d i o2 0 0 8p l a t f o r m ，v h f v o i c er e c o r da n dr e p r o d u c t i o na r ea c h i e v e db ys o f t w a r ep r o g r a m m i n g t h ev o l p - b a s e dv h fc o m m u n i c a t i o ns y s t e mc a ng r e a t l ye x t e n dt h ec o v e r a g eo f v t sc o m m u n i c a t i o n ，r e a l i z et h er e m o t ew a t c h k e e p i n gb yo p e r a t o r si nt h ev t sc e n t e r , g r e a t l yi m p r o v ec o m m u n i c a t i o nq u a l i t yb e t w e e nt h e sa n dv e s s e l s ，r e a l i z ed i g i t a l e x c h a n g eo f fs y s t e mi n f o r m a t i o n ，d i g i t a lc o n t r o la n dm a n a g e m e n to fv o i c e c o m m u n i c a t i o n ，m o r ee f f i c i e n t l yv o i c er e c o r da n dr e m o t er e p r o d u c t i o na n di m p r o v et h e f l e x i b i l i t yo fv o i c ec o n t r o la n dm a n a g e m e n t , t h ed e s i g n e ds y s t e mh a sah i g h e r t h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lv a l u e k e yw o r d s ：v t s ；v h fc o m m u n i c a t i o n ；v o l p 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 课题研究背景和意义1 1 2 国内外研究现状3 1 3 课题主要研究内容5 1 4 本文结构6 第2 章v o l p 技术特点分析7 2 1v o l p 技术及通信过程7 2 2v o l p 相关协议及特点分析9 2 2 1h 3 2 3 通信协议10 2 2 2 初始会话协议( s i p ) 17 2 2 4h 3 2 3 与s i p 的综合评价2 0 第3 章系统方案设计2 2 3 1 传统v h f 通信系统2 2 3 2v o l p 用于v h f 通信系统可行性分析2 3 3 3 系统需求分析2 4 3 4 系统总体设计2 6 3 5 系统功能模块设计2 8 3 5 1v h f 收发信机v o l p 化模块设计2 8 3 5 2 拨号连接及网络传输模块3 0 3 5 3 远程p c 机控制界面3 3 3 5 4 话音记录管理模块3 6 第4 章系统实现4 1 4 1v h f 收发信机v o l p 化实现4 l 4 1 1 状态控制处理器4 1 4 1 2 话音适配器4 4 4 2 系统网络传输编程实现4 7 4 2 1 控制信息传输实现4 8 4 2 2 话音信息传输实现4 8 4 3 v h f 遥控台及远程p c 机控制界面实现5 0 4 4 话音记录管理的实现5 2 4 4 1 话音记录模块5 2 目录 4 4 2 话音再现模块5 4 第5 章结束语5 8 参考文献6 0 致谢6 4 研究生履历6 5 基于v o i p 技术的小型v h f 通信网的设计 第1 章绪论 1 1 课题研究背景和意义 随着我国经济的快速发展，航运事业日益繁荣，海上运输逐渐成为我国与世 界各国进行贸易运输的重要手段之一。然而，随着船舶数量和吨位数的逐渐增加， 水上交通密度不断增大，导致水上交通事故率逐渐增高，严重威胁到船舶航行安 全。为了提高海上交通运输能力，更加有效的配合海上交通疏导，提高船舶安全 航行能力，海事部门于8 0 年代从国外引进了船舶交通管理系统( v t s ) 。v t s 可 以提供助航、信息、交通组织以及应急等服务，极大的降低船舶航行安全隐患、 增进船舶交通安全、提高交通效率及保护水域环蝌。 v t s 系统全称是船舶交通管理系统，其建立的宗旨是为了保障船舶航行安全， 提高船舶交通效率，避免水域污染，为船舶提供相关航行服务的系统。该系统主 要由雷达、v h f 通信、c c t v 监控、气象和管理信息组成【2 1 。v t s 是海事执法和 管理的综合指挥平台，它可以提供信息、助航、交通组织等子系统服务【3 】。在加快 我国航运发展、保护海上生态环境及搜救应急反应等方面发挥着重要的作用。 v h f 通信系统是v t s 系统中的一个不可或缺的子系统，这个子系统是用来保 证v t s 与其区域内的船舶之间进行有效和可靠的信息联系【4 】。v h f 通信系统是船 与船和船与岸联络沟通的纽带，它不仅可以发送和接收遇险、紧急和安全信息， 也用于船舶电台之间、海岸电台与船舶电台之间的无线呼叫及应答f 5 l 。为提高我国 水域航行安全系数，加强海上通信安全可靠性，建立可靠性较高的v h f 通信系统 是极其重要的。 另一方面，由于计算机快速发展和网络的不断完善，i p 技术也得到了广泛的 应用，其中最为典型的应用就是v o i p 业务。v o i p 技术以m 分组网为基础，实现 了话音、数据、图像、视频业务与网络的融合【6 】。v o i p 与传统的电话相比，由于 其话音和数据采用了统计复用技术，所以它们可以在同一线路上进行传输，这样 一来，不仅提高了线路带宽资源的利用率，而且还具有成本低、灵活性高及效率 第1 章绪论 高等优点【7 1 。目前，v o i p 技术受到越来越多研究机构的重视，应用方面也扩展到 军事及公共安全等领域。相对传统通信系统来说，基于统一的i p 网络融合技术， 也取得了一定的研究成果，例如电话、手机和普通四线话音设备等不同话音通信 系统之间的互联互通和统一调度，但针对v h f 话音通信的i p 网融合应用技术的研 究相对较少。 当前的v h f 通信系统一般由一个远程控制中心和多个基站组成。远程中心主 要由中央控制机柜( c c u ) 和多个控制台组成，每个基站拥有多个v h f 收发信机。 为了提高v h f 收发信机的信号收发能力，v h f 收发信机一般被安装在高山或高楼 上。操作中心通过微波链路等专线与远程基站连接互通，可实现对远程收发信机 的操作控制，并且可把收发信机接收到的信号送回操作中心，使得操作中心的值 班人员可以通过收发信机与船上电台进行通信。 由于这样的通信系统需要专门的线路对模拟话音信号进行传输，因此其成本较 高且效率相对较低。另外线路无法传输数字信号、图像或视频等信息，传输信息 单一。还有值得注意的一点，微波中继线路容易受到外部环境的干扰，通信质量 难以得到保证，这也大大限制了v h f 通信系统的覆盖范围。此外，中央电子控制 柜等设备采购成本较高，维修复杂，不利于维护。 本课题正是针对当前v h f 通信系统的不足，基于i n t e m e t 和全球i p 互连的环 境，利用v o l p 技术让操作中心的语音信号和控制状态信号通过i p 分组网络传送到 v h f 收发信机终端，实现v h f 系统信息的数字化传输交换，话音通信记录的远程 重现，通信管理灵活性大大提高。并且，音频、数字、视频及图像等信息可以在 i p 分组网络上的同一条线路上进行传送，提高了线路带宽资源的利用率以及传输 信号的多样性。同时，基于v o l p 的v h f 系统通信组网，扩大了v h f 海岸电台的 覆盖范围，交管人员可以远程值班守听，能够更加及时地掌握船舶交通动态，为 船舶提供航行安全相关的助航等服务，从而更加有效地指挥搜救应急行动。此外， v h f 通信系统的组建不需额外铺设专线或增加设备，只需利用现有的四通八达的 电信网络资源，可靠性较高、维护简单，大大节约了成本。 基于v o l p 技术的小型v h f 通信网的设计 1 2 国内外研究现状 基于计算机网络的话音通信是在美国国防部开发的a r p a n e t 上进行的，早 在1 9 7 7 年就制定了r f c 7 4 1 网络语音协议。但在早期实验中，由于网络速度慢， 无法传输高比特率和高质量编码的信号，以及低码率压缩编码技术不够成熟等原 因，使得话音质量不尽如人意。 1 9 9 0 年以后，计算机技术、通信技术及信息处理技术都有了飞速发展。在语 音压缩技术方面也制定了相关国际标准，如g 7 1 1 p c m ( 6 4 k b i t s ) ，g 7 2 1 a d p c m ( 3 2 k b i f f s ) ，g 7 2 7 e m b e d d e da d p c m ( 1 6 k b i t s 一3 2 k b i t s ) ，g 7 2 8 l d c e l p ( 1 6 k b i t s ) ， g 7 2 8 l d c e l p ( 1 6 k b i t s ) ，g 7 2 9 c s a c e l p ( 8 k b i s s ) 等【8 1 。每个地区和国家也存在自 己的标准，如欧洲g s mr p e l t p ( 1 3 2 k b i v s ) 、美国r s l 0 1 6 c e l p ( 4 8 k b i t s ) 标准。 这表明语音压缩技术基本成熟，并可在低码率上传输高质量的话音信号。而数字 信号处理及计算机处理能力的发展更是势不可挡，已能够实时编译处理更为复杂 的算法。同时，随着高速宽带网络及高速接入网s d v 、x d s l 、h f c 等技术的相 继出现，通信线路的传输速度和容量也在不断提高。这一切均为在i p 分组技术网 络上传送高品质语音提供了坚实的技术支持。 v o i p 的发展主要经历了下面几个时期： ( 1 ) 技术萌芽期( 1 9 9 5 1 9 9 8 ) v o c a l t e c 公司在1 9 9 5 年宣布推出“i n t e m e tp h o n e 客户端i p 电话，旨在以口 协议在网络上传输语音。该网络使用名为“i p 分组交换的新技术，即传送的数 据单元是独立的数据包，由数据和标识两部分封装而成，所以并不适合传送模拟 语音信号。为了解决i p 网络这一问题，必须利用数模转换来将原始模拟信号转换 成数字信号，经过压缩再生成新的数据包，进而实现语音信号在i p 网络上传输【9 】。 两台计算机之间通过网络进行语音传输，这种技术是v o l p 的雏形。但是它很不成 熟，无法保证语音质量。 ( 2 ) 技术发展期( 19 9 8 2 0 0 4 ) 随着互联网和话音编码在全球范围内的快速发展，v o i p 技术也获得了许多突 第1 章绪论 破性的进展，并应用于多个行业。人们认识到利用h t e m e t 实现话音业务存在巨大 的市场，仅在计算机间实现通话是远远不够的，于是开始考虑将i n t e r n e t 和传统电 话p s t n 网络相结合，于是p h o n e p h o n e 、p h o n e p c 、p c p h o n e 等多种v o i p 业务 相继出现了。中国联通、中国电信等电信运营商都提供i p 电话业务服务，通过公 共的i p 分组网络来传送通话人的语音。此外，v o i p 技术在企业应用市场中还有更 为广阔的发展前景。目前，许多传统的通信公司和网络公司都投身于v o l p 市场开 发的大潮中，以l u c e n t 、n o r t e l 、s i e m e n s 为代表的传统通信公司，能够将先进的 计算机网络技术和传统的通信技术相结合；纯粹的计算机网络公司如a v a y a 、 c i s c o 、3 c o m ，虽然开发v o i p 的时间不长，但却拥有相当强的开发实力和先进的 网络通信技术。另外，发展期的最显著特征就是i p 网关的出现。 ( 3 ) 技术成熟期( 2 0 0 4 ) 也许过几年i p 电话将步入成熟期，届时v o l p 将具备以下特点：语音质量良好、 全球统一标准、全球网络互联互通、大部分传统电信运营公司提供i p 电话业务。 当前，在美国，无论是传统的时代华纳、s p r i n t ，还是网络新贵l e v e l 3 都在积 极进行v o i p 技术的试验；埃及电信、丹麦的s o n o f o n d 、葡萄牙的p tp r i m e 等运营 商已实现了v o i p 技术的商用；文莱在华为技术支持下建成了覆盖全国的商用v o i p 网络；在日本，新的宽带网络运营公司希望把v o i p 技术作为和传统运营公司竞争 的武器，在3 g 网络中n 订d o c o m o 也倾向引入v o i p 技术【1 0 】。 v o i p 技术不仅受到i t 公司的青睐，也一直受到学术界密切的关注。k o s 和 k l e p e c 等学者致力于优化v o i p 系统的本身性能】。o o u c h 和p r a g t o n g 等人专攻于 研究恰当的数据传输率【呓】和数据长度【1 3 】以达到更好的话音通信效果。w a n g 等学者 致力于v o i p 系统的q o s 问趔1 4 1 ，s c h e e t s 等人则着眼于于解决传输延迟问题【1 5 1 。 随着以上基础研究的日渐成型，k u n d a n 和z e a d a l l y 等人提出一些优秀的设计模式 1 6 1 1 7 1 ，并且在j a v a 平台上研发出一些模型系统。另外，在信令调度层面，关于h 3 2 3 和s i p 标准孰优孰劣一直是学术界争论的焦点。 在国内，2 0 0 0 年，众多电信企业开始内部v o i p 项目组，开展了对v o i p 市场 基于v o l p 技术的小型v h f 通信网的设计 前景的调研。其中，2 0 0 1 年，中国电信逐步完成了对一些电信公司( 例如北电网 络、摩托罗拉、朗讯科技等) 的v o l p 方案试验测试；2 0 0 2 年，中国电信开展了 v o l p 的试验网项目；2 0 0 3 年，该项目进入了商业化的试运行；在同一年，中国铁 通在上海、北京、重庆及广州四地，完成了本地v o i p 的商用话音试验网的部署和 测试；2 0 0 2 年年底，中国联通编写了中国联通v o i p 试验网络测试规范，并在 2 0 0 4 年开展了国内六大城市的试验网项目；自2 0 0 3 年起，中国网通在南方各省铺 建了接入网，搭建了v o i p 测试环境，加快了全网全程的建设步伐【l 引。 学术方面，国内虽然对v o l p 的研究相对较晚，现在正处于一个吸收、消化世 界先进科学技术的时期，但是，也有许多研究人员提出了自己的想法，如魏春城 等人提出的关于s i p 协议的观点，刘敏、张尧弼等人提出的关于n a t 技术分类的 见解，李卿、杜吉友等对s i p 穿越n a t 的探讨，同时，还有一些学者如周国超等 人提出的r s i p 解决方案，何永龙、罗强等提出的a l g 解决方案，程艳伟的s i p 扩展解决方案。 1 3 课题主要研究内容 本课题是基于传统v h f 通信系统框架，针对当前此系统的不足，利用先进v o l p 技术对系统进行改进和完善。并以i p 网络电话系统的基本原理为技术基础，研究 并设计基于v o i p 技术的v h f 通信系统，实现v h f 岸台与操作中心之间通过i p 分组网络进行信息的数字化传输交换。本课题主要研究内容包括以下几个方面： ( 1 ) 研究v o l p 技术关键技术和协议，构建v o l p 网络系统所需要的关键要素。 ( 2 ) 分析传统f 通信系统，针对其不足设计出基于v o p 的 f 通信系统。 ( 3 ) 分析v h f 通信系统所传输的信号特点，分析f 收发信机作为v o i p 的 一个重要终端所必备的条件，使v h f 收发信机v o l p 化。 ( 4 ) 测试并分析v h f 控制指令及状态指令的含义，研究相关的软件编程并实 现v h f 终端远程控制及话音通信。 ( 5 ) 研究系统的话音管理方案，并对w a v e 音频文件格式进行了研究。通过在 v s n e t2 0 0 8 平台上，利用软件编程实现了w a v e 音频数据。 第1 章绪论 1 4 本文结构 本文首先研究了v o l p 技术的通信系统的工作原理及相关的技术和所需要的协 议，在此基础上通过对v h f 收发信机终端分析和研究，并把v h f 收发信机作为 一个重要终端接入v o l p 网络，以达到远程控制v h f 收发信机的目的。此系统分 为v h f 收发信机终端i p 化及网络传输实现，并对系统的几个关键部分进行了分析 与具体实现。论文共分为5 章，内容安排如下： 第1 章绪论。详细阐述了本课题的研究背景和意义，全面总结了本课题的国 内外研究现状，给出了本文的主要研究内容和结构安排。 第2 章v o l p 技术特点分析。简要介绍概述了v o l p 通信原理，并对v o l p 相关 协议的特点进行了具体的分析，并比较了不同协议的特点及优劣。 第3 章系统方案设计。根据系统的需求分析，结合v h f 通信系统的结构特 点设计出了系统的总体方案，并对主要模块的接入进行了分析。最后根据系统完 整性的要求，设计出了v h f 话音记录管理系统。 第4 章系统实现。从系统的总体结构出发，对关键的模块进行了具体的软件 实现。重点阐述了v h f 收发信机是如何接入网络并作为v o l p 传输系统的一个重 要终端，及系统传输线路和话音管理的具体实现方法。 第5 章结束语。对全文进行总结，分析了本文研究的主要成果以及不足之处， 并给出了本课题今后进一步研究的重点。 基于v o l p 技术的小型v h f 通信网的设计 第2 章v o l p 技术特点分析 2 1v o i p 技术及通信过程 v o l p ( v o i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c 0 1 ) ，又称i p 电话，它实现了话音信号在因特网 上的实时传输。其基本原理是将模拟话音信号数字化，并通过优化话音压缩算法 对话音数据进行压缩编码处理，然后将这话音数据根据t c p i p 标准进行封包( d a t a p a c k e t ) ，并通过i p 分组网络传送到接收端。在接收端对信号进行拆包，解码等操 作把其恢复成原始话音信号，实现通过i p 分组网络传输话音信号的目的【1 9 1 。 传统电话网是以电路交换的方式传输话音信号，所要求的话音传输固定带宽 为6 4 k b i t s 。而v o i p 技术是建立在i p 网络上的分组化，数字化传输技术，它利用 目前i n t e m e t 和全球i p 互联的环境，实现数字业务、话音及视频在i n t e m e t 上廉价 传输。v o i p 的模型结构如图2 1 所裂2 0 1 。 图2 iv o i p 通信模型结构 f i g 2 1t h e c o m m u n i c a t i o ns t r u c t u r eo f v o l p v o i p 技术的传输过程可分为以下几个部分： ( 1 ) 模拟语音数字语音 电话机发出信号是模拟信号，通过m 分组交换网络传输语音是数字信号。因 第2 章v o l p 技术特点分析 此必须通过数模转换将模拟语音信号转换成数字信号，也就是对模拟话音信号进 行1 6 或8 位p c m 量化，并将量化后的数字话音数据然后存入到缓冲存储区，并 传送给网络上。接收方采用相同的语音编码器和语音解码算法，将其还原模拟语 音信号。 ( 2 ) 数据i p 数据包 语音网关将接收到话音数据以特定的帧长进行压缩编码，并将压缩的语音包 传送进网络处理器。网络处理器向语音包增添i p 包头、时序及其它信息后组合而 成新的i p 数据包，每个i p 数据包将被附带上相应的寻址和控制信息，然后通过i p 网络一站站转发至目的终端。 ( 3 ) 数据传输 与电路交换不同，i p 分组网络并不会形成连接。在话音传输的通道中，整个 网络被看成一个整体，持续不断的从接收端接收话音信号，并把话音信号封装成 可变长的i p 数据包，在一定时间t 内将其传送到接受端，t 可以在某一范围内变换， 反应网络传输的抖动性【2 1 】。网络中的中间节点检查每个i p 数据包附带的寻址信息， 根据寻址信息将数据包转发给路径上的下一结点，直到数据包传送到目的地为止。 网络链路可以是支持i p 数据流的任何访问方法或拓扑结构。 ( 4 ) i p 数据包数据 v o l p 的接收设备会在接收到i p 数据包后开始处理。网络级提供一个可变长的 缓冲区，用户可选择缓冲区的大小来调节网络产生的抖动。解码器将经编码的i p 包控制信息和去掉寻址后解压并产生新的话音包，并将语音数据传递给解码器。 ( 5 ) 数字语音向模拟语音的转换 解码器把p c m 的数据转换成原始的模拟的语音信号，经过电话机或者扬声器 播出。 p 网络上传送语音信号主要经过模数转换、封装数字语音成i p 的分组包、网 络传送分组包、拆包和数模转换等过程【2 2 1 。整个过程如图2 2 所示。 8 基于v o i p 技术的小型v h f 通信网的设计 图2 2v o i p 的基本处理过程 f i g 2 2t h eb a s i cp r o c e s so f v o i p 2 2v o i p 相关协议及特点分析 在v o i p 系统中，技术协议标准的目的是使不同产品之问的用户能够进行通信。 目前v o i p 技术所涉及的主要协议如图2 3 所示。 + 宁一甲中彳 ： t c p )( u d p ) 主中中 、，辱 圃( a l m ) (f ) ( v 3 4 s o i e t le t h ( r n v 图2 3v o i p 技术相关协议 f i g 2 3c o r r e l a t i v ep r o t o c o l so f v o i p i p 电话相关的协议主要可分为s i p 和h 3 2 3 协议，它们主要是在呼叫建立和 控制方面的方案不同。但是i p 网络上承载的音频、视频实时业务方式大体相同， 均是采用了源自i e t f 的r t p 2 4 。 s i p 协议是由i e t f 推出基于文本协议的初始会话协议，它主要提供关于呼叫 的建立、控制功能相关的协议。 第2 章v o i p 技术特点分析 h 3 2 3 协议是i t u 的一个标准协议簇，规定了无法保证服务质量、网络分组上 的多媒体系统通信标准。这些分组网络是当今桌面网络系统的主流，包括基于 t c p i p 、i p x 分组交换的以太网、快速以太网、令牌网和f d d i 技术等。因此，h 3 2 3 标准为局域网、广域网、i n t r a n e t 和互联网的多媒体应用通信提供相应的技术基础。 h 3 2 3 属于i t u - t 多媒体的通信标准( h 3 2 x ) 。h 3 2 0 为在窄带综合业务数字 网上进行的多媒体的通信标准；h 3 2 1 为在宽带综合业务数字网上进行的多媒体的 通信标准；h 3 2 2 为在可以保证服务质量的l a n 上进行的多媒体的通信标准；h 3 2 4 为在p s t n 和w i r e l e s s 上进行的多媒体的通信标准【2 5 1 。 2 2 1h 3 2 3 通信协议 ( 1 ) h 3 2 3 标准技术分析 h 3 2 3 标准包括了在无法保证服务质量的分组网络中进行多媒体通信所需要 的技术要求，这些分组网络包括局域网、广域网、i n t r a n e t i n t e r n e t 以及使用点对点 协议等，通过p s t n 或i s d n 的拨号或点对点的进行连接。h 3 2 3 系统由终端、网 关、网守和多点控制单元( m c u ) 组成【2 6 1 。h 3 2 3 系统及组件如图2 4 所示。 i l3 2 3 系统 i i 3 2 3 终端 c i i 多点控制单元 分组交换网络 关守i网关fl终端i终端 电话交换网 ) 镰糍龇翌婴黝卜触i s d 务n 黝 v 7 0 终端li h 3 2 4 终端il i i 3 2 3 终端ii l i 3 2 0 终端lh 3 2 1 终端 图2 4h 3 2 3 系统及组件 f i g 2 4t h ec o m p o n e n t so fh 3 2 3s y s t e m s 基- j - v o i p 技术的小型v h f 通信网的设计 a 终端( t e r m i n a l ) 终端是一个直接面向客户，提供实时双向通信的节点设备。终端必须支持语 音通信，数据和视频通信可选。h 3 2 3 规定了不同的音频、视频或数据终端协同工 作所需的操作模式。所有的终端都必须支持h 2 4 5 ，h 2 4 5 标准用于控制信道使用 情况和信道性能。h 3 2 3 终端结构如图2 5 所示。 音频音频编解码器 i 0 设备 g 7 1 1 g 、g 7 2 9 a 接收路径延迟 视频图像编解码器 ( r t p r t c p ) i o 设备 h 2 6 1 、h 2 6 3 巡 数据设备 数据接【j t 1 2 0 号 辎 要 器 鼙 系统控制 z 暖 通信控制h 2 4 5 系统控制 i 呼叫控制h 2 2 5 o f f j p 接l a r a s 控帆2 2 5 o 图2 5 h 3 2 3 终端结构 f i g 2 5s t r u c t u r eo fh 3 2 3t e r m i n a l b 网关( g a t e w a y ) 网关是i n t e r n e t 网络与p s t n i s d n p b x 网络之间接口的关键设备，相当于在 i p 网络和电话网之间的“桥 ，完成电路交换与分组交换之间的协议转换，对不同 的话音传输格式和不同的通信格式进行转换。网关是可选组件，通过i p 网络可 以实现p c t o p h o n e 、p h o n e t o p c 、p h o n e t o p h o n e 语音通信。 i p 电话网关对话音数据处理的过程如下：p s t n 接收来自终端模拟话音信号， 首先经过模数转换成数字信号，并优化算法完成话音压缩处理，对压缩后的数据 第2 章v o i p 技术特点分析 按t c p i p 协议封装成i p 分组信号，再根据r t p r t c p 协议标准封装成r t p 话音 包，通过网络接1 ：3 将话音信号发送i n t e m e t _ l z t 2 8 1 。同理，话音数据从i n t e m e t 接口 到p s t n 接口的处理是相逆过程。图2 6 是i p 电话网关原理。 图2 6 i p 电话网关原理 f i g 2 6d i a g r a mo fi pp h o n eg a t e w a y 网关是向h 3 2 3 节点来提供呼叫和控制服务的可选组件。h 3 2 3 网守在系统中 必须提供带宽限制、地址翻译、区域管理与许可控制4 种服纠2 9 1 。另外呼叫鉴定、 带宽管理、呼叫管理和呼叫控制等是网守的选择性功能。从逻辑上讲，网守和h 3 2 3 节点设备应该是分离的，但是制造商可以将其功能融合进h 3 2 3 终端、网关或多 点控制单元等物理设备中。 c 网守( g a t e k e e p e r ) 网守在多点连接中起到重要作用，为支持多点会议，用户可使用网守来接收 点对点会议系统两个终端的h 2 4 5 控制信道。当点对点会议切换到多点会议时， 网守将h 2 4 5 控制信道定向给多点控制器，而无需处理h 2 4 5 信令，它只需要将 信令通过两个终端或终端发送到多点控制器。 d 多点控制单元( m c u ) 多点控制单元支持3 个节点以上的设备会议，一个m c u 一般由单个多点控制 器和零个或多个多点处理器而组成【3 0 1 。多点控制器主要处理其终端间的h 2 4 5 控 制信息，它决定了对视频和音频的处理能力。必要时，多点控制器可以根据视频 基于v o m 技术的小型v h f 通信网的设计 或音频的需要进行多点广播来控制会议资源。 多点处理器不直接处理任何媒体信息流，而将它们留给多点控制器处理。多 点控制器对音频、数据或视频信息进行混合、切换及处理。 ( 2 ) h 3 2 3 协议栈 h 3 2 3 协议栈是根据h 3 2 3 通信功能分为视频编解码、音频编解码、系统控制 及数据会议4 个部分【3 l 】。h 3 2 3 标准协议栈结构如图2 7 所示。 数据 会议控制和 音频视频 呼叫信令 g 7 1 1 木 g 7 2 2 t s h a r et 1 2 6t 1 2 7 g 7 2 8 h 2 6 1 n 2 4 5 * g 7 2 3 1 h 2 6 3 a 2 2 5 0 宰 g 7 2 9 a r a s t 1 2 4 r t p * t 1 2 2 、t 1 2 5 r t c 胁 t 1 2 3 t c pu d p 网络层( i p ) 链路层 物理层 图2 7 h 3 2 3 协议栈 f i g 2 7p r o t o c o ls t a c ko f h 3 2 3 系统控制是h 3 2 3 终端的核心，提供了h 3 2 3 终端操作的相关信令。系统控 制的功能包括呼叫控制、能力切换、命令和指示信令以及用于描述和开放逻辑信 道内容的报文等。整个系统的控制由h 2 2 5 0 呼叫信令信道、r a s 信道、以及h 2 4 5 多媒体通信控制信道提供。h 2 2 5 0 描述了无q o s 的分组网络上媒体流的打包分组 与同步传输机制，并对传输的数据流、控制流、音频流与视频流进行格式化，便 于输出到网络接口【3 2 1 。另外，同时从网络接口将报文中补偿接收到的数据流、控 第2 章v o i p 技术特点分析 制流、音频流与视频流。h 2 2 5 0 还完成顺序编号、逻辑成帧、检错与纠错功能【3 3 】。 音频编解码器是对从麦克风输入的音频信息进行编码传输，在接收端解码并 输出到扬声器将声音播放。h 3 2 3 支持的压缩算法都遵循i t u - t 标准，h 3