基于3G網絡的戰場視頻會議系統

沈劉平等

摘 要： 為了充分發揮視頻會議系統在軍事行動中的支撐作用，在分析了該系統應用于作戰領域主要特征的基礎上，給出了融入3G網絡服務的戰場視頻會議系統體系結構，并探討了系統構建過程中的若干關鍵問題。研究表明該系統能在一定程度上提高視頻數據的傳輸效率，可為從事野外電視會議保障和相關研究的技術人員提供參考。

關鍵詞： 3G服務； 戰場視頻會議系統； 無線接入； 傳輸策略

中圖分類號： TN911.7?34； TP393 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）11?0037?03

Abstract： In order to make full use of the support role of the video conference system in the military action， the architecture of the battlefield video conference system integrating into the 3G web services is described in this paper， based on the analysis of the primary characteristics of the system applied to battle field. Some pivotal problems in the process of the system construction are discussed. The research result shows this system can improve the transmission efficiency of video data to a certain extent， and provides references for the men who engaged in the field service of TV conference and interrelated technical personals.

Keywords： third generation wireless communication service； battlefield video conference system； wireless access； transmission strategy

0 引 言

為深度拓展作戰信息的通聯渠道，全面掌握部隊戰斗力在不同作戰階段的變化規律，有效提高各級指戰員偵察情報和命令指示上傳下達的數字化水平，各國軍事部門都加大了對戰場視頻會議系統的投入力度，不斷完善系統構建形態和組網方式，盡力滿足部隊在不同戰場環境下多維感知外界信息的迫切需求。

鑒于戰場視頻會議系統廣闊的應用前景，本文在分析了該系統區別于同類民用產品主要特征的基礎上，積極探索將3G網絡服務運用到視頻數據傳輸過程中的可能性，給出了符合實際軍事需求的戰場視頻會議系統體系結構，并進一步探討了構建該系統需要著重考慮的幾個關鍵問題。

1 戰場視頻會議系統的主要特征

戰場視頻會議系統（Battlefield Video Conference System），又稱為戰場會議電視系統，是指戰場空間內兩個或兩個以上處于不同地域的己方單位或個人，通過現有通信網絡以及信號解壓縮處理技術，完成語音、圖像及數據信息實時交互，實現戰場監控、作戰指揮、會晤決策等軍事目的的系統設備[1]。

基于作戰進程的運動特性，從直觀反映戰場變化情況的角度出發，戰場視頻會議系統除了具備一般民用視頻會議系統的基本功能外，還應該體現如下特征：

（1） 布點設站的靈活性。戰場視頻會議系統要求不受地域限制，所以除固定式傳統形態外，還配置了車載式、班用可搬移式、單兵便攜式等多種形態，并賦以相應傳輸網絡和安全管理機制，以滿足不同級別軍事用戶的使用需求，可以布放到民用視頻會議系統無法覆蓋的險要區域，而且系統搭建和撤收方便快捷，并能根據任務特征及時進行位置調整和狀態轉換。

（2） 執行任務的準實時性。因為戰場視頻會議系統可隨己方部隊靈活機動，故根據特定作戰需要，將其就近配置在同一任務區域的作戰單位中，當收到視頻通信請求時，可快速建立數據鏈路，互傳流媒體信息。特別適合那些只能通過現場視覺信息反饋才可以做出科學決策的場合，包括作戰指揮進度跟進、戰場態勢變化掌控、人員裝備戰損情況評估等等，以及其他民用視頻會議系統無法預先部署的地域。

（3） 建設成本的低廉性。相較于民用視頻會議系統，由于只要配置相關會議終端并動態接入周邊即設基站，戰場視頻會議系統的后期投入成本無論是從人力上還是物力上都要遠遠低于前者，而且對于一些不必執行長期視頻交互任務的非重點區域，按需布放戰場視頻會議系統并依托地方移動運營商提供的網絡資源進行組網通信可以得到更高的性價比。

2 戰場視頻會議系統體系構建

2.1 會議終端

在戰場視頻會議系統中，終端作為感知外界環境的末端觸角，其主要作用是對與作戰有關的語音、圖像、數據信息進行采集、加工和再現。圖1給出了會議終端基本結構框圖[2]。

視頻編解碼單元完成圖像編解碼、視頻切換及前處理過程，不同制式的視頻信號通過中間格式轉換實現了互通；音頻編解碼單元完成音頻的編解碼、回聲抵消和降噪工作，相對于視頻信號，音頻信號數據量小且處理時間短，延時單元能保證視、音頻信號同步達到對端；數據業務主要包括電子白板、書寫電話和傳真機等，可以用來召開數據會議；系統控制部分執行兩種功能，一種是通過端到網絡接口信令訪問網絡，另一種是通過端到端信令實現端到端控制；復用解復用單元在發送方向主要負責視頻、音頻、數據和控制信令等各種數字信號的碼流復用處理，使之成為能與用戶、網絡接口兼容的信號格式，在接收端則進行相反的解復用處理，使從網口進來的信號被解復用到相應的媒體處理單元；用戶網絡接口單元將復用后的數據流轉換成可在各種網絡上傳輸的碼流，并送到網絡中傳遞。

2.2 組網結構

由于大部分站點的部署使用機動分散，戰場視頻會議系統多采用復合星形結構進行組網，其有線數據傳輸可利用ISDN、B?ISDN或長途數字傳輸網（DDN）等通信網絡，而無線數據傳輸則采取接入3G網絡基站的方式組網，故需要在有關終端預裝3G無線接入模塊，兩型網絡之間通過跨網服務器實現數據交換，如圖2所示。

圖2中多點控制單元（Multi?Control Unit，MCU）是戰場視頻會議系統的核心控制部件，當參加視頻信息交互的終端數量多于2個時，必須通過MCU進行交換和管理，而多個MCU在組網結構中的地位也是不相同的，有等級高低之分，表現在下層MCU受上層MCU的控制和制約，如圖2中野戰固定終端的MCU管理權限就高于車載、可搬移、單兵便攜等無線接入終端，而作戰會議中心則擁有全網頂級MCU管理權限，它負責管理整個網絡中的所有用戶，這種分級模式與部隊常規作戰時實行的從聯合指揮部經前線指揮所到一線作戰部隊的三級劃分體制相吻合。另外，圖中虛線部分表明還可以有其他形態的視頻終端通過MCU接入網絡，更能體現出戰場視頻會議系統按需動態擴充的特點。

3 戰場視頻會議系統建設的關鍵問題

3.1 機動臺站無線接入

通過無線互聯網實現機動站點接入戰場視頻會議系統是一種比較現實可靠的方法。當前廣泛應用的各類無線數據服務中，3G業務具有上網速度快、覆蓋范圍廣、運行穩定性高等優勢，而且隨著國家對其改造、升級、擴建工作的不斷深入，上述優勢將更加明顯。僅以江蘇省為例，全省3G基站多達30 000個，主城區覆蓋率達99%，全國的網絡建設規?？上攵?，因此，對本土防御型作戰中實施大容量信息無線傳送具有重要的借鑒意義。

本文采用的無線接入方案，就是利用3G無線終端模塊，將機動站點接入3G網絡平臺，從而構建專用的戰場會議電視網絡，該方案的數據傳輸流程如圖3所示。發送端將采集到的視頻數據經過H.264壓縮編碼后，通過3G通信鏈路送到網絡上指定的本地接收端，本地接收端則運行客戶端監控軟件，回放接收到的視頻數據，并進行存儲與管理。在此過程中，需要采取合適的網絡傳輸策略，來保證視頻信息的傳輸質量[3]。目前，國內相關單位已研制出多款基于3G網絡平臺的同類型產品，如華為公司開發的EM770W型3G無線傳輸功能模塊[4]，具備解決上述方案的技術基礎。

3.2 網絡傳輸策略制定

網絡環境的復雜性、異域性、動態性和不可控性對視頻信息在網絡中傳輸造成不可低估的影響力，普遍存在數據丟包、傳輸延時、品質降低等隱患，嚴重影響了戰場視頻會議的質量。為了避免上述現象發生，有必要使用一系列行之有效的網絡傳輸策略：一是采取輪詢重傳機制，通過重傳?確認準則來保證視頻信息的可靠交付，從而解決數據丟包的問題；二是借助擁塞控制理論，結合網絡狀態反饋信息，隨時更改視頻流在網絡上的發送速率，以滿足視頻數據低延遲的要求[5]；三是引入自適應視頻質量調整方案，對視頻質量進行量化分級，并根據發送速率的變化情況動態調整視頻質量級別，確保網絡視頻畫面清晰度與播放流暢度兩個重要指標之間的有機平衡。文獻[6]還提出了一種跨層優化控制策略，即同時采集各層有關參數，包括應用層編碼參數、傳輸層傳輸速率、物理層自適應調制編碼模式等，并利用特定算法對其進行科學配比，最終實現端到端視頻最優化傳輸。

3.3 虛擬專用網絡構建

考慮到軍事信息傳遞的安全性，戰場視頻會議系統產生的信息保密級別比較高，如果在非單一業務網絡通道中傳輸，容易被敵特鎖定并可能遭到惡意攻擊，所以必須采取相應措施來增強信息傳遞的隱蔽性。參考當前國內外比較成熟的技術體制，從經濟實惠的角度出發，在充分利用現有大多數網絡平臺的基礎上，構建基于C/S模式的虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN），通過合理配置VPN服務器來區分內外網并正確指定VPN用戶，建立覆蓋特定站點的邏輯鏈路隧道，實現虛擬的戰場視頻會議局域網通信，再借助VPN所固有的網絡封裝、數據加密和身份驗證等功能來提高網絡防御能力[7]。另外，也可視情況加裝網絡隔離器和容災備份系統，并增加通往重要站點的冗余通道實現迂回鏈路調度，以強化網系抗損毀性能。

4 結 語

作為戰場指揮控制系統的重要組成部分，戰場視頻會議系統既是作戰指揮決策的有力保障，也是奪取制信息權的重要利器。而在視距交互、衛星通信等“動中通”模式日漸成熟的基礎上，依靠3G網絡資源進行網系擴展可以增強該系統的抗損毀性能。放眼未來，要在信息化條件下的局部戰爭中始終處于有利位置，就必須著力提升基于信息系統的體系作戰能力，繼續加大對戰場視頻會議系統的深入研究，積極研發適應各種通信保障需求的會議電視軟硬件平臺，把升空專用終端納入健全系統體系結構的考慮范疇，并不斷挖掘其在機動性、可靠性、小型化和網絡化等方面的潛力。

參考文獻

[1] 沈劉平，于江，秦愛祥.視頻會議系統[J].四川兵工學報，2011，32（4）：83?84.

[2] 張炳林，楊改學.多媒體視頻會議系統及其現代遠程教育模式初探[J].遠程教育雜志，2007（4）：66?68.

[3] 吳怡，蔡堅勇，林瀟，等.一種基于雙CDMA信道的動態視頻傳輸質量控制策略[J].微計算機應用，2009，30（4）：27?33.

[4] 梅魯海.一種3G網絡移動流媒體監控系統的圖像處理及傳輸設計[J].電訊技術，2013，53（5）：613?618.

[5] 貢智敏，陳一民，秦霆鎬.多媒體遠程教育系統中實時視頻傳輸的研究[J].計算機工程，2006，32（3）：233?235.

[6] 彭光超，劉延偉，胡亞輝，等.一種動態頻譜下的實時視頻傳輸仿真框架[J].計算機工程與應用，2011，47（16）：1?3.

[7] 謝希仁.計算機網絡[M].4版.北京：電子工業出版社，2003.

2.2 組網結構

由于大部分站點的部署使用機動分散，戰場視頻會議系統多采用復合星形結構進行組網，其有線數據傳輸可利用ISDN、B?ISDN或長途數字傳輸網（DDN）等通信網絡，而無線數據傳輸則采取接入3G網絡基站的方式組網，故需要在有關終端預裝3G無線接入模塊，兩型網絡之間通過跨網服務器實現數據交換，如圖2所示。

圖2中多點控制單元（Multi?Control Unit，MCU）是戰場視頻會議系統的核心控制部件，當參加視頻信息交互的終端數量多于2個時，必須通過MCU進行交換和管理，而多個MCU在組網結構中的地位也是不相同的，有等級高低之分，表現在下層MCU受上層MCU的控制和制約，如圖2中野戰固定終端的MCU管理權限就高于車載、可搬移、單兵便攜等無線接入終端，而作戰會議中心則擁有全網頂級MCU管理權限，它負責管理整個網絡中的所有用戶，這種分級模式與部隊常規作戰時實行的從聯合指揮部經前線指揮所到一線作戰部隊的三級劃分體制相吻合。另外，圖中虛線部分表明還可以有其他形態的視頻終端通過MCU接入網絡，更能體現出戰場視頻會議系統按需動態擴充的特點。

3 戰場視頻會議系統建設的關鍵問題

3.1 機動臺站無線接入

通過無線互聯網實現機動站點接入戰場視頻會議系統是一種比較現實可靠的方法。當前廣泛應用的各類無線數據服務中，3G業務具有上網速度快、覆蓋范圍廣、運行穩定性高等優勢，而且隨著國家對其改造、升級、擴建工作的不斷深入，上述優勢將更加明顯。僅以江蘇省為例，全省3G基站多達30 000個，主城區覆蓋率達99%，全國的網絡建設規?？上攵虼?，對本土防御型作戰中實施大容量信息無線傳送具有重要的借鑒意義。

本文采用的無線接入方案，就是利用3G無線終端模塊，將機動站點接入3G網絡平臺，從而構建專用的戰場會議電視網絡，該方案的數據傳輸流程如圖3所示。發送端將采集到的視頻數據經過H.264壓縮編碼后，通過3G通信鏈路送到網絡上指定的本地接收端，本地接收端則運行客戶端監控軟件，回放接收到的視頻數據，并進行存儲與管理。在此過程中，需要采取合適的網絡傳輸策略，來保證視頻信息的傳輸質量[3]。目前，國內相關單位已研制出多款基于3G網絡平臺的同類型產品，如華為公司開發的EM770W型3G無線傳輸功能模塊[4]，具備解決上述方案的技術基礎。

3.2 網絡傳輸策略制定

網絡環境的復雜性、異域性、動態性和不可控性對視頻信息在網絡中傳輸造成不可低估的影響力，普遍存在數據丟包、傳輸延時、品質降低等隱患，嚴重影響了戰場視頻會議的質量。為了避免上述現象發生，有必要使用一系列行之有效的網絡傳輸策略：一是采取輪詢重傳機制，通過重傳?確認準則來保證視頻信息的可靠交付，從而解決數據丟包的問題；二是借助擁塞控制理論，結合網絡狀態反饋信息，隨時更改視頻流在網絡上的發送速率，以滿足視頻數據低延遲的要求[5]；三是引入自適應視頻質量調整方案，對視頻質量進行量化分級，并根據發送速率的變化情況動態調整視頻質量級別，確保網絡視頻畫面清晰度與播放流暢度兩個重要指標之間的有機平衡。文獻[6]還提出了一種跨層優化控制策略，即同時采集各層有關參數，包括應用層編碼參數、傳輸層傳輸速率、物理層自適應調制編碼模式等，并利用特定算法對其進行科學配比，最終實現端到端視頻最優化傳輸。

3.3 虛擬專用網絡構建

考慮到軍事信息傳遞的安全性，戰場視頻會議系統產生的信息保密級別比較高，如果在非單一業務網絡通道中傳輸，容易被敵特鎖定并可能遭到惡意攻擊，所以必須采取相應措施來增強信息傳遞的隱蔽性。參考當前國內外比較成熟的技術體制，從經濟實惠的角度出發，在充分利用現有大多數網絡平臺的基礎上，構建基于C/S模式的虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN），通過合理配置VPN服務器來區分內外網并正確指定VPN用戶，建立覆蓋特定站點的邏輯鏈路隧道，實現虛擬的戰場視頻會議局域網通信，再借助VPN所固有的網絡封裝、數據加密和身份驗證等功能來提高網絡防御能力[7]。另外，也可視情況加裝網絡隔離器和容災備份系統，并增加通往重要站點的冗余通道實現迂回鏈路調度，以強化網系抗損毀性能。

4 結 語

作為戰場指揮控制系統的重要組成部分，戰場視頻會議系統既是作戰指揮決策的有力保障，也是奪取制信息權的重要利器。而在視距交互、衛星通信等“動中通”模式日漸成熟的基礎上，依靠3G網絡資源進行網系擴展可以增強該系統的抗損毀性能。放眼未來，要在信息化條件下的局部戰爭中始終處于有利位置，就必須著力提升基于信息系統的體系作戰能力，繼續加大對戰場視頻會議系統的深入研究，積極研發適應各種通信保障需求的會議電視軟硬件平臺，把升空專用終端納入健全系統體系結構的考慮范疇，并不斷挖掘其在機動性、可靠性、小型化和網絡化等方面的潛力。

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2.2 組網結構

由于大部分站點的部署使用機動分散，戰場視頻會議系統多采用復合星形結構進行組網，其有線數據傳輸可利用ISDN、B?ISDN或長途數字傳輸網（DDN）等通信網絡，而無線數據傳輸則采取接入3G網絡基站的方式組網，故需要在有關終端預裝3G無線接入模塊，兩型網絡之間通過跨網服務器實現數據交換，如圖2所示。

圖2中多點控制單元（Multi?Control Unit，MCU）是戰場視頻會議系統的核心控制部件，當參加視頻信息交互的終端數量多于2個時，必須通過MCU進行交換和管理，而多個MCU在組網結構中的地位也是不相同的，有等級高低之分，表現在下層MCU受上層MCU的控制和制約，如圖2中野戰固定終端的MCU管理權限就高于車載、可搬移、單兵便攜等無線接入終端，而作戰會議中心則擁有全網頂級MCU管理權限，它負責管理整個網絡中的所有用戶，這種分級模式與部隊常規作戰時實行的從聯合指揮部經前線指揮所到一線作戰部隊的三級劃分體制相吻合。另外，圖中虛線部分表明還可以有其他形態的視頻終端通過MCU接入網絡，更能體現出戰場視頻會議系統按需動態擴充的特點。

3 戰場視頻會議系統建設的關鍵問題

3.1 機動臺站無線接入

通過無線互聯網實現機動站點接入戰場視頻會議系統是一種比較現實可靠的方法。當前廣泛應用的各類無線數據服務中，3G業務具有上網速度快、覆蓋范圍廣、運行穩定性高等優勢，而且隨著國家對其改造、升級、擴建工作的不斷深入，上述優勢將更加明顯。僅以江蘇省為例，全省3G基站多達30 000個，主城區覆蓋率達99%，全國的網絡建設規?？上攵?，因此，對本土防御型作戰中實施大容量信息無線傳送具有重要的借鑒意義。

本文采用的無線接入方案，就是利用3G無線終端模塊，將機動站點接入3G網絡平臺，從而構建專用的戰場會議電視網絡，該方案的數據傳輸流程如圖3所示。發送端將采集到的視頻數據經過H.264壓縮編碼后，通過3G通信鏈路送到網絡上指定的本地接收端，本地接收端則運行客戶端監控軟件，回放接收到的視頻數據，并進行存儲與管理。在此過程中，需要采取合適的網絡傳輸策略，來保證視頻信息的傳輸質量[3]。目前，國內相關單位已研制出多款基于3G網絡平臺的同類型產品，如華為公司開發的EM770W型3G無線傳輸功能模塊[4]，具備解決上述方案的技術基礎。

3.2 網絡傳輸策略制定

網絡環境的復雜性、異域性、動態性和不可控性對視頻信息在網絡中傳輸造成不可低估的影響力，普遍存在數據丟包、傳輸延時、品質降低等隱患，嚴重影響了戰場視頻會議的質量。為了避免上述現象發生，有必要使用一系列行之有效的網絡傳輸策略：一是采取輪詢重傳機制，通過重傳?確認準則來保證視頻信息的可靠交付，從而解決數據丟包的問題；二是借助擁塞控制理論，結合網絡狀態反饋信息，隨時更改視頻流在網絡上的發送速率，以滿足視頻數據低延遲的要求[5]；三是引入自適應視頻質量調整方案，對視頻質量進行量化分級，并根據發送速率的變化情況動態調整視頻質量級別，確保網絡視頻畫面清晰度與播放流暢度兩個重要指標之間的有機平衡。文獻[6]還提出了一種跨層優化控制策略，即同時采集各層有關參數，包括應用層編碼參數、傳輸層傳輸速率、物理層自適應調制編碼模式等，并利用特定算法對其進行科學配比，最終實現端到端視頻最優化傳輸。

3.3 虛擬專用網絡構建

考慮到軍事信息傳遞的安全性，戰場視頻會議系統產生的信息保密級別比較高，如果在非單一業務網絡通道中傳輸，容易被敵特鎖定并可能遭到惡意攻擊，所以必須采取相應措施來增強信息傳遞的隱蔽性。參考當前國內外比較成熟的技術體制，從經濟實惠的角度出發，在充分利用現有大多數網絡平臺的基礎上，構建基于C/S模式的虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN），通過合理配置VPN服務器來區分內外網并正確指定VPN用戶，建立覆蓋特定站點的邏輯鏈路隧道，實現虛擬的戰場視頻會議局域網通信，再借助VPN所固有的網絡封裝、數據加密和身份驗證等功能來提高網絡防御能力[7]。另外，也可視情況加裝網絡隔離器和容災備份系統，并增加通往重要站點的冗余通道實現迂回鏈路調度，以強化網系抗損毀性能。

4 結 語

作為戰場指揮控制系統的重要組成部分，戰場視頻會議系統既是作戰指揮決策的有力保障，也是奪取制信息權的重要利器。而在視距交互、衛星通信等“動中通”模式日漸成熟的基礎上，依靠3G網絡資源進行網系擴展可以增強該系統的抗損毀性能。放眼未來，要在信息化條件下的局部戰爭中始終處于有利位置，就必須著力提升基于信息系統的體系作戰能力，繼續加大對戰場視頻會議系統的深入研究，積極研發適應各種通信保障需求的會議電視軟硬件平臺，把升空專用終端納入健全系統體系結構的考慮范疇，并不斷挖掘其在機動性、可靠性、小型化和網絡化等方面的潛力。

參考文獻

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