民航空管VOIP技術組網

劉海洋 趙旭

摘要

本文根據空管話音傳輸要求，參考相關技術標準規范，總結分析了空管VOIP組網設計規劃的可行思路，為空管話音組網實踐提供借鑒參考。未來在規劃中還需完成網絡及業務測試，掌握網絡業務特性，以便開展系統保障工作。

【關鍵詞】民航空管 話音通信系統 VoIP技術 組網

民航空管話音通信系統是民航空管信息系統的重要組成及基礎設施，為空中交通管制服務提供了可靠支撐。隨著民航飛行量的增長和空管業務的高速發展，面對空域管理動態變化改革、各管制部門之間靈活協調等要求，空管現有采用電路交換方式傳輸的話音系統面對新形勢的發展需要存在一定的滯后及不足。

IP電話（VoIP）技術具有低成本、高靈活性、高效率等特點，符合業務IP化、承載IP化演進發展趨勢，己成為電信運營商的主流選擇。有鑒于此，國際民航組織及相關機構均提出了空管VOIP應用的相關技術標準。除需滿足VoIP傳輸的通用要求外，空管VoIP組網也要考慮空管VoIP的特殊功能需要。本文就如何實現空管VoIP技術大規模組網，提出了一種可行思路。

1 空管話音業務綜述

1.1 空管話音通信業務系統

空管話音通信系統包括地一地、地一空通信兩大部分。從業務應用看，民用地空航空通信系統包括空中交通服務、航務管理、航空行政管理、航空旅客等四類。本文主要闡述空中交通服務話音服務組網的實現。從傳輸信息對象看，航空通信系統則分為兩類：數據通信和話音通信，話音通信又包括甚高頻、高頻、衛星話音等，如圖1所示。

為有效集中整合各種通信資源，方便管制員準確高效實施對空指揮、協調及信息通報工作，民航空管語音通信交換系統（VCSS，即內話系統）應運而生，如圖2所示。內話系統整合、配置、并靈活調度有線及無線通信資源，實現各種語音信息之間的準確、可靠、高效信息交換，并為管制員提供了一個簡單易操作的人機界面。

目前，我國民航空管內話系統均為分布式結構，采用數字化、模塊化實現交換網絡的無阻塞設計。

1.2 空管話音業務傳輸面臨的挑戰

空管話音業務傳輸面臨的主要挑戰是如何改進目前空管話音通信技術的落后不足，以適應新航行系統下空管業務融合、靈活傳輸要求。

空管話音通信系統歷經模擬傳輸、數字傳輸發展階段，目前以電路交換、時分復用TDM）技術傳輸為主。隨著民航業的高速發展和空域管理的變革，空域資源改革包括通航空域資源管理，管制區域動態扇區管理，應急通信管制以及各管制中心之間協調的需要，要求空管話音通信系統能適應高速、高效、動態靈活傳輸發展趨勢。空管現有話音通信系統在這一方面存在一定的滯后及不足。

隨著數據通信的出現普及，數據、話音融合到統一網絡框架成為未來發展目標及技術解決方案。空管新航行系統（CNS/ATM）中通信建設目標也將適應這一發展趨勢。IP技術采用分組交換實現資源動態調配，業務靈活接入，滿足未來空管話音高速通信系統高速、高效、靈活傳輸發展要求。考慮到話音和數據的融合，QOS，安全和防護等技術的實踐與發展，IP技術己成為實現空管新一代通信傳輸的事實選擇。

2 VoIP技術概要

VoIP即為IP電話（Voice over IntemetProtocol），指的是將模擬的語音信號經過采樣、壓縮與封包之后，以數據封包的形式在IP網絡的環境進行語音信號的傳輸。本文中VoIP技術泛指實現VoIP電話的各類技術。

2.1 VoIP技術原理

在IP網絡上實現語音傳輸要經過語音-數據轉換，數據至IP報文轉換，傳送，IP報文至數據轉換，數據轉換到語音五個過程，如圖3所示。傳輸過程中涉及到的關鍵技術包括話音處理技術、信令技術、實時傳輸技術、服務質量（QOS）保證技術、以及網絡傳輸技術等。

2.1.1 語音處理技術

語音處理技術主要目的是將采樣的語音信號處理成適合在IP網絡中高效傳輸的數據報文，包括語音編碼壓縮、靜音檢測和回聲消除等。目前，主要的編碼技術有國際電聯ITU-T）定義的6.711、6.729、6.723等。靜音檢測技術可有效剔除靜默信號，從而使語音信號占用帶寬進一步降低。回聲消除技術利用數字濾波器技術來消除回聲干擾以保證通話質量，這點在時延相對較大的IP分組網絡中尤為重要。

2.1.2 信令技術

信令技術是為保證電話呼叫順利實現和話音質量的通信協定，目前被廣泛接受的VoIP控制信令體系包括ITU-T的H.323系列和IETF的會話初始化協議SIP。

2.1.3 實時傳輸技術

語音業務實時性要求較高，主要采用實時傳輸協議（RTP）。RTP是提供端到端的包括音頻在內的實時數據傳送協議，其包括數據和控制兩部分。

2.1.4 QoS保障技術

VOIP中可采用帶寬規劃、資源預留協議 （RSVP）以及進行服務質量監控的實時傳輸控制協議（RTCP）來避免網絡擁塞，保障通話質量。

2.1.5 網絡傳輸技術

VoIP中網絡傳輸技術主要是TCP和UDP，此外還包括網關互聯技術、路由選擇技術、網絡管理技術以及安全認證和計費技術等。考慮到語音業務特性，其信令報文采用TCP傳輸以提高語音傳輸的安全可靠性，數據報文采用UDP傳輸以提高傳輸效率。

此外為解決IP語音通信中存在的語音延時、丟失分組語音包、匯接交換導致的延時、抖動等現象，后期發展了舒適背景噪音、語音活動檢測（VAD）、語音緩沖區動態調整、語音丟包補償等技術提升語音傳輸質量。

2.2 技術標準

2.2.1 H.323技術標準

H.323是由ITU制定的通信控制協議，用于在分組交換網中提供多媒體業務。呼叫控制是其中的重要組成部分，它可用來建立點到點的媒體會話和多點間媒體會議。H.323定義了介于電路交換網和分組交換網之間的H.323網關（Gateway）、用于地址翻譯和訪問控制的網守（GateKeeper）、提供多點控制的多點會議控制器（MC）、提供多點會議媒體流混合的多點處理器（MP），以及多點會議控制單元（MCU）等實體。

2.2.2 SIP技術標準

會話初始協議（SIP）是由國際互聯網工程任務組（IETF）所制定，其特性幾乎與H.323相反，只提供會話或呼叫的建立與控制功能。SIP協議可支持多媒體會議、遠程教學及Internet電話等領域的應用。

SIP是一種基于文本的協議，相較H.323來說，其靈活性與擴展性的表現較好，具備了快速建立呼叫快與支持電話號碼之傳送等特點。此外，SIP同時支持單點播送（Unicast）及組播功能。在網絡層次模型上，SIP屬于應用層協議，可透過UDP或TCP協議進行傳輸。

3 空管volp技術組網

空管話音系統采用volp技術組網需考慮空管話音業務傳輸及空管volp組網技術兩方面要求。其中，空管話音業務傳輸除了要滿足普通IP話音通信要求外，還要滿足空管話音通信的特殊功能要求。

3.1 空管話音業務傳輸要求

3.1.1 IP話音通信要求

IP話音通信質量與時延、抖動、丟包等密切相關。參照ITU-T Y.1541對IP語音服務質量的要求，分別從端到端丟包率、時延、抖動以及MOs評分等方面進行評價，如表1所不。

3.1.2 空管話音通信系統要求

空管內話系統是提供管制服務的核心，是實現地空和地地語音通信的通信終端設備。除具有傳統話音通信功能外，其應實現呼叫無呼損，無線電臺特殊信息處理，無線信道語音信號比選，無線頻率耦合功能，電話會議，席位控制移交，電話轉接以及系統聯網等功能。

3.1.3 空管話音volp組網技術要求

為實現空管volp技術組網，需解決三個主要問題：定義空管volp網絡中組件架構模型，選擇改進實現空管volp的協議技術，研討空管volp網絡中地地、地空話音技術規格。目前，歐洲民航電子設備組織（EUROCAE）中WG67小組已完成空管volp系統ED系列相關標準化工作，圖4中是空管VOIP網絡中組件架構。ED標準中規范了地地、地空話音技術規格要求，采用SIP協議作為組網的信令協議，并改進RTP協議來支持空管VoIP系統的功能應用，實現了空管話音面向連接傳輸保障。

3.2 空管VOIP組網設計

空管VOIP組網設計主要包括如下幾個方面的內容：整體架構、網絡容量、可用性、QoS，安全、管理保障等內容規劃設計。

根據空管話音系統傳輸要求，參考ED系列相關標準，借鑒運營商IP話音組網實踐，空管VOIP組網作為一個體系架構整體來考慮。網絡整體采用IP技術體制，通過SIP協議及改進的RTP協議實現IP分組網絡上的空管話音傳輸。設計核心即網絡架構是通過采用面向連接的技術實現空管話音高質量傳輸。考慮到空管話音業務過渡期的兼容性，過渡期也可采用面向連接技術、設備模擬話音專業處理并結合業務監視技術實現空管話音保障。

有別于其他VOIP系統，空管VoIP網絡要完成的重要設計包括網絡容量規劃。網絡的容量應當能滿足網絡話音和信令傳輸需要，即網絡中繼帶寬應高于最大信道話音帶寬與最大信道信令帶寬之和。傳統電信電路交換網絡中，每路話音固定為64kbpso在IP分組網絡中，話音帶寬與采樣周期、編碼方式有關。以20ms采樣周期、G.711編碼方式為例，1條E1中繼（帶寬為2M）可傳輸21路話音，考慮到話音信令信號控制，工程中1條E1中繼設計傳輸20路話音，容量規劃中可以此設計為基準。

為達成空管語音業務高可用性，網絡需實現高可用性設計。目前IP網絡高可用性設計包括網絡架構、設備、鏈路、協議等內容規劃設計，此外在網絡運維管理上也提供可用性支撐。考慮到鏈路租用成本等問題，網絡可以采用扁平的層次化架構，通過冗余鏈路規劃實現雙路由保障，并開啟路由動態快速收斂機制。

考慮到空管VOW網絡未來除承載空管話音業務，空管數據業務占比較大。為實現空管話音實時傳輸，在IP網絡中采用QOS技術實現業務傳輸質量差異化保障。

4 總結

本文根據空管話音傳輸要求，參考相關技術標準規范，總結分析了空管VoIP組網設計規劃的可行思路，為空管話音組網實踐提供借鑒參考。未來在規劃中還需完成網絡及業務測試，掌握網絡業務特性，以便開展系統保障工作。

參考文獻

[1]Cisco IP電話疑難解析.

[2]ITU-T Recommendation Y.1541，2002.

[3]ITU-T Recommendation6.114，2003.

[4]ED-136VoIP ATM System Operational andTechnical Requirements.