一種基于RoIP 的會議安保融合通信系統設計

黃倫文，陳 勇

（安徽四創電子股份有限公司，合肥 230031）

1 會議安保融合通信系統背景

在重大社會活動、自然災害、緊急事故、突發安全等事件中，現有的通信調度系統存在諸多的缺點，例如通信手段單一，存在盲區，覆蓋距離有限，各個專網之間以及專網與公網的手機、公話、虛擬網等多種通信方式不能實現互聯互通。為了充分發揮各類通信方式優勢，利用先進的軟交換技術及DSP 數字信號處理技術把各種通信手段融合，實現多坐席網絡化共享通信資源，實現多頻段、多制式無線通信系統的集中交換和指揮調度，實現IP 網絡、PSTN 網絡、移動網和無線網絡互聯互通，實現統一調度，提高通信效率。為此，本文介紹了一種會議安保融合通信系統的設計，實現公安（350 MHz）、交警（800 MHz）等數字集群終端，會議安保對講終端、普通話機融通信。

2 RoIP 融合通信工作原理

RoIP（Radio Over Internet Protocol） 是 將 無 線 電（Radio）信號所承載的語音信號通過IP 網進行傳輸的一種技術，它要解決的主要問題是實時性和PTT 信號的無錯誤傳輸，從而解決無線電傳輸中受發射功率、天線靈敏度等約束傳輸距離的難題，不但實現了超長距離無中繼互聯的目的，同時也可以組成小功率分布式對講機信號覆蓋系統，主要用于應急通信、大規模組網等場合。工作原理如圖1所示。

圖1 系統工作原理

系統將模擬語音信號轉化為數字PCM 信號（A/D），接著經過特定的數字編碼后以特定的幀長進行壓縮編碼，送入網絡處理器為其添加包頭，時標和其他信息形成RTP 數據包，通過網絡傳送到目的地。最后到達目的地后，接收到這些數據包后進行處理，獲得PCM 信號，提供給解碼器，最終將數字信號還原成模擬語音信號（D/A）從揚聲器輸出。系統還可以實現對講機的鍵盤DTMF 撥號等高級功能。為了能夠實現呼叫，在LAN或者WAN 中，需要專門架設軟交換服務器來建立連接。

3 RoIP 融合通信系統設計

3.1 系統組成

會議安保通信系統主要由前端系統、通信鏈路、指揮中心3部分組成。如圖2所示。

圖2 系統組成圖

（1）前端系統是RoIP 的構建部分。整個環境基于SIP 信令運行的，維系指揮中心握手信令和媒體接收和轉發的控制；RoIP 通信作為發送端的采集、編碼、打包和接收端接收，解碼，播放等工作；組建前端網絡。

（2）通信鏈路包括指揮中心、前端系統及相關的IP網絡接入系統，是負責主要以IP 網絡形式傳輸、交換來自鏈路兩端的語音、控制及其他數據。

（3）指揮中心實現系統下所有通信終端及RoIP 網關的狀態監控，并實現指揮調度功能，同時利用中繼網關對接運行商網絡，實現公網和專網互聯互通。

3.2 前端設計

前端系統是核心部分，一般部署在移動通信車上，主要有RoIP 網關、無線終端、網絡等。

3.2.1 RoIP 網關

RoIP 網關實現無線模擬信號轉成標準IP 語音包的功能，作為集群無線電臺和SIP 網絡的一個接口，和電臺設備互連關鍵要解決以下幾個信號的運算與處理接入：音頻輸入（Audio in），音頻輸出（Audio Out），載波檢測（COR），按鍵發射（PTT），輔助音頻輸入（Aux In），輔助音頻輸出（Aux Out），網關內部還有VOX（聲音控制PTT）電路和靜噪電路，更好實現集群電臺通話語音質量。

RoIP 網關把集群電臺的模擬語音信號進行電壓轉換、放大，然后送入DSP 信號處理單元，進行模/數轉換，降噪處理，最后將語音數據打包成UDP 包送入IP軟交換單元，供IP 調度系統進行交換處理。同時，DSP單元還提供一條PTT 信號用來協調與半雙工電臺的收發同步。設備接口如圖3所示。

圖3 RoIP網關接口示意圖

3.2.2 無線終端、網絡、控制終端

無線終端包括350 MHz PDT 集群數字車載臺和800 MHz TETRA 數字集群車載臺，分別接收和發送相應頻點的無線語音信號，同時為RoIP 網關提供初始的模擬信號。

網絡設備主要包括網絡機、路由器、及衛星站等聯網設備。

控制終端一般用作配置和修改網關參數的計算機、PDA 等。

3.3 鏈路設計

系統提供寬帶衛星網絡、公網（3G/4G/5G）、有線網絡三種鏈路。

（1）寬帶衛星網絡：在公共通信網路出現盲區或者破壞等應急情況下，目前有海事、VSAT 及我國自主研發的大S 三種寬帶衛星系統，建議使用G711A，G711U語音編碼格式，每路編碼和網絡開銷約為96 kb/s，雖然帶寬大，但是語音質量好。

（2）公共網絡：即運營商網絡（3G/4G/5G），一般在公網信號良好或車載場合使用，車輛應配置所需交換機、路由器，其費用比衛星寬帶網絡大大下降。

（3）有線IP 網：有些固定會議安保系統，建議使用有線IP 網絡，這樣相比無線通信更加穩定可靠。

3.4 指揮中心

指揮中心能隨時控制每個通信終端的連接方式和工作狀態，由軟交換、調度軟件、中繼網關組成。

3.4.1 軟交換模塊

軟交換主要完成處理通信信令及媒體分發等功能。本系統采用Asterisk 開源軟交換系統，Asterisk 具有強大的靈活性和擴展性，它能夠連接各種標準的硬件物理接口，如模擬接口、數字接口，同時通過協議、編碼等模塊化的API 接口和其內部核心部件相互聯系實現軟件互聯，具備把呼叫控制與呼叫傳輸分離和智能化應用的軟交換方式。Asterisk 提供一個基本的運行核心組件，具體功能通過加載外圍相應的插件或驅動實現，其內部核心由編解碼轉換、應用調用、PBX 交換核心、動態加載、CDR 生成、調度與I/O 管理6大模塊組成。如圖4所示。

圖4 Asterisk構件圖

軟交換主要實現以下功能：

（1）注冊功能：接受RoIP 及中繼網關的注冊信息、更新網關的IP 地址、維護地址和網絡路由列表及注冊撤銷。

（2）信令功能：通過代理和重新定向信令運行方式實現RoIP、中繼網關及其他用理終端的通話流程建立、鑒權、掛斷以及狀態監測、行為控制。

（3）媒體轉發存儲功能：在傳輸中采用UDP 和RTP結合的方式實時傳輸語音數據流，同時還包括時間戳（用于同步）、序列號（用于丟包和重排序檢測）、負載格式（用于說明數據的編碼格式）、網路質量QoS 反饋、同步媒體流等信息；數據流也帶有特殊的IP 地址，便于數據的存儲和備份。

3.4.2 調度軟件

調度軟件管理整個系統，能實時了解每個分機的狀態（注冊、振鈴、通話），對通信終端進行組織結構管理。通過該模塊，調度人員可根據業務需要進行基本呼叫、強插、強拆、代接、監聽、強掛、呼叫轉接、夜服、通播、組播、會議、語音短消息發布等各種語音控制和話務。如圖5所示。

圖5 指揮調度軟件界面

軟件通過對上、下行數據及組織信息流的控制，實現管理端口連接、控制協議解析、調度邏輯維護、調度指令生成等功能。具體流程如圖6所示。

圖6 指揮調度軟件數據流

信息流主要通過信令媒體及管理協議進行的流轉，信令和媒體本系統主要由SIP 協議OSIP，EXOSIP，RTP，RTSP，JRTP 等協議庫棧驅動進行封裝打包，同時集成G729，G711U，G711A，GSM 等編解碼。管理協議有軟件自帶的ManagerAPI 實現，由包括請求、響應、狀態事件3種格式數據組成。

3.4.3 中繼網關

中繼網關承載著IP 網絡與電路語音網絡的匯聚和轉換任務，有模擬中繼和數字中繼兩種。若通信終端并發數少，建議用模擬中繼，運營商的程控電話線直接接入設備電話口（RJ11），設備另一端通過網絡和軟交換互聯。若通信終端并發數較大，建議使用數字中繼，通過E1或IP 組網方式和運營商互聯，實現SS7、中國NO.1、PRI等信令和SIP 協議的轉換，從而實現PSTN 公共網絡和IP 應急通信專網的互聯。

圖7 RoIP會議融合通信系統典型拓撲圖

4 系統應用

如圖7所示，以上設計的RoIP 通信系統，已經成功應用了某大型會議的安保，實現了如下功能：

（1）無線通信的融合，內部電臺可以監聽公安（350 MHz）、交管（800 MHz）通話。

（2）內部系統通話時可實現搶話功能，保證內部通話的正常進行，其他系統收聽不到本系統內部的語音。

5 結束語

隨著IP 多媒體通信、5G 寬帶網路、無線通信數字化等技術的飛速發展，RoIP 融合通信系統變得越來越多元化和智能化。在不遠的將來，將融合北斗定位導航、視頻等模塊，從位置、圖像等方面獲取更多的會議現場安保信息，多維度的溝通，提高處置應急事故的效率，滿足會議安保通信的安全、高效、全方位的發展要求。