CN107888596A - 一种基于软交换的模拟电台训练系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于软交换的模拟电台训练系统，包括语音服务器和多个管制学员席位，所述语音服务器用于提供虚拟电台和模拟语音服务，并对所述虚拟电台和所述管制学员席位进行管理；所述管制学员席位用于训练学员操作电台；多个管制学员席位设置优先级并记录在语音服务器中，所述语音服务器对管制学员席位和虚拟电台的管理信令采用SIP协议传输；模拟语音的媒体流采用RTP协议传输。该系统可以模拟真实空管语音通信系统中电台通信功能和使用方式上的差异，以提升空管模拟训练的效果。

Description

一种基于软交换的模拟电台训练系统

技术领域

本发明属于空中交通管理领域，具体涉及一种空中交通管理模拟训练系统中模拟电台通信的方法。

背景技术

空管语音模拟训练系统一般具备模拟电台语音收发功能，学员在席位对电台进行操作，包括对电台进行监听，或通过电台发送话音。席位监听一部或多部电台需要以监听模式选中电台，当一个席位选中了多部电台的监听，该席位将会接收到所有被监听电台的声音，如果同一时刻多部电台有接收到话音，那么席位将会接收到这些电台的声音的混音结果。席位通过一部或多部电台发送话音，需要以发送模式选中电台，如果一个席位选中一部电台的发射并按下PTT(Push To Talk)开关发话，那么系统中选中了该部电台监听的席位将会接收到发话席位的话音，由此实现了席位间语音的传输。如果多个席位同时选中电台的发射并按下PTT发话，那么优先级最高的席位将获得电台的发话权，其他席位竞争失败。

目前国内外关于模拟电台的设计主要是基于会议(组播)的方法，一部电台对应于一个会议室(组播组)，选中使用这部电台的席位进入该会议室(组播组)，选中发送的席位能够按下PTT在会议室(组播)发言，选中监听的席位能够接收会议室(组播)声音。但是基于会议(组播)的方法无法实现PTT抢占功能，同时训练席位可同时使用的电台数量较少(一般小于4)，无法及时准确地广播电台收发状态，这些约束使得空管语音模拟训练系统与真实的空管语音通信系统的功能和使用方式存在较大差别，影响了模拟训练的效果。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种基于软交换的模拟电台训练系统，该系统可以模拟真实空管语音通信系统中电台通信功能和使用方式上的差异，以提升空管模拟训练的效果。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种基于软交换的模拟电台训练系统，包括语音服务器和多个管制学员席位，所述语音服务器用于提供虚拟电台和模拟语音服务，并对所述虚拟电台和所述管制学员席位进行管理；所述管制学员席位用于训练学员操作电台；多个管制学员席位设置优先级并记录在语音服务器中，所述语音服务器对管制学员席位和虚拟电台的管理信令采用SIP协议传输；模拟语音的媒体流采用RTP协议传输。

所述语音服务器对管制学员席位的管理信令包括席位注册、会话建立、席位注销、席位对电台的选中、席位对电台的取消；所述语音服务器对虚拟电台的管理包括记录电台状态。

所述模拟语音服务为语音服务器根据席位对电台的占用情况在不同席位之间采用RTP协议传输语音媒体包。

所述语音服务器与各管制学员席位之间采用星型网络结构，所述语音服务器为星型网络的中心节点。

所述席位注册包括如下步骤：

(1.1)席位使用SIP Register消息向语音服务器发起注册，语音服务器应答SIP200OK消息通知注册成功；

(1.2)注册成功后，席位通过SIP INFO消息向语音服务器请求本机的电台和电话面板配置信息，语音服务器通过INFO Panel消息将配置信息返回给席位；

(1.3)席位在注册成功后向语音服务器周期性的发送INFO心跳消息，语音服务器将心跳消息原样送回作为心跳应答。

所述会话建立包括如下步骤：

(2.1)席位向语音服务器发送SIP INVITE消息作为会话建立请求，所述会话建立请求中包含了媒体流编码方式、采样率、传输协议、席位的传输端口信息；

(2.2)语音服务器应答SIP 200OK消息通知席位会话建立成功，所述会话建立成功应答消息中包含了语音服务器的传输端口；

(2.3)席位和语音服务器开放席位的传输端口和语音服务器的传输端口。

所述席位注销包括如下步骤：

(3.1)席位向语音服务器发送SIP BYE消息作为席位注销请求，所述席位注销请求中包含席位与语音服务器已建立的会话标识；所述席位释放本席位的传输端口；

(3.2)语音服务器收到SIP BYE消息后，释放会话标识所对应的传输端口。

所述席位对电台的选中、席位对电台的取消包括如下步骤：

席位通过SIP INFO消息传递电台选中或取消选中的消息，语音服务器在收到这些消息后记录电台的状态。

有益效果：与现有技术相比，本发明公开的基于软交换的模拟电台训练系统具有以下优点：1、充分考虑了模拟训练系统与真实空管语音通信系统的差别，提供与真实系统无差别的功能和使用方式；2、可以实现同一时刻使用多部电台进行收发；3、语音服务器对电台进行管理，可以实现电台工作状态的实时广播和更新显示；4、可以有效实现基于席位优先级的电台发话权的抢占。

附图说明

图1为实施例中模拟电台训练系统的架构示意图；

图2为实施例中管制学员训练过程示意图；

图3为席位注册流程图；

图4为会话建立流程图；

图5为实施例中席位对电台的选中关系映射图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

本实施例搭建了一套包括21台管制学员席位、1台语音服务器的模拟电台训练系统，每个管制学员席位配置平板电脑1台，话音接入单元1个，手柄1个，头戴耳麦1个。其中平板电脑用于运行席位通信软件，是学员与模拟电台训练系统的交互界面，话音接入单元实现话音的收发，它将接收到来自平板电脑的声音发送到手柄或者头戴耳麦播放出来，同时将来自手柄或者头戴耳麦的麦克风声音发送给平板电脑，由平板电脑转发给语音服务器。语音服务器与各管制学员席位之间采用星型网络结构，语音服务器为星型网络的中心节点，席位之间没有信息交互，全部的信息通过语音服务器转发和广播。系统的连接如图1所示，图中1为语音服务器，2为管制学员坐席，3为网络，4为平板电脑，5为话音接入单元，6为手柄，7为头戴耳麦，8为网络交换机。

语音服务器用于提供虚拟电台和模拟语音服务，并对虚拟电台和管制学员席位进行管理，在本实施例中使用的是惠普Z440工作站。虚拟电台没有物理实体，是模拟电台训练系统虚拟出的服务，用于模拟语音媒体的收发，本实施例中模拟电台训练系统提供20个虚拟电台，每个虚拟电台有发送端TX和接收端RX。

训练系统对管制学员席位设置优先级，并记录在语音服务器中，语音服务器为每一个席位维护一张监听电台(RX_R)列表、一张发送电台(TX_R)列表，其中RX_R列表记录该席位选中监听的电台，TX_R列表记录该席位选中发送的电台。同时，语音服务器为每一部电台维护一张监听席位(RX_V)列表、一张发送席位(TX_V)列表，RX_V列表记录选中该电台监听的席位，可能有多个，这种情况下所有对该电台监听的席位都可以接收到该电台发送的语音；TX_V列表记录当前选中该电台发送的席位，即当前获得该电台发话权的席位，该席位按下PTT开关发话，话音由该电台发送出去。如果多个席位同时选中电台的发射并按下PTT发话，那么优先级最高的席位将获得电台使用权，其他席位竞争失败。

管制学员进行训练的过程如图2所示，首先学员登录席位，并创建与语音服务器的媒体通道，其中包括席位注册和会话建立过程，席位注册的步骤如图3所示，包括如下步骤：

(1.1)席位使用SIP Register消息向语音服务器发起注册请求，语音服务器应答SIP 200OK消息通知注册成功；

(1.2)注册成功后，席位通过SIP INFO消息向语音服务器请求本机的电台和电话面板配置信息，语音服务器通过INFO Panel消息将配置信息返回给席位；

(1.3)席位在注册成功后向语音服务器周期性的发送INFO心跳消息，语音服务器将心跳消息原样送回作为心跳应答。

席位注册成功后，通过会话建立来创建与语音服务器的媒体通道，如图4所示包括如下步骤：

(2.1)席位向语音服务器发送SIP INVITE消息作为会话建立请求，所述会话建立请求中包含了媒体流编码方式、采样率、传输协议、席位的传输端口信息；本实施例中采用PCMA和PCMU音频编码，采样率采用8KHz或16KHz，语音数据采用RTP协议传输；

(2.2)语音服务器应答SIP 200OK消息通知席位会话建立成功，所述会话建立成功应答消息中包含了语音服务器的传输端口；

(2.3)席位和语音服务器开放席位的传输端口和语音服务器的传输端口。

会话建立后，席位通过SIP INFO消息传递电台选中消息，语音服务器在收到这些消息后记录电台的状态。在某次模拟训练中，席位1选中了电台A和电台B的TX，它按下PTT将要求占用电台A和电台B进行话音发送；席位1选中了电台B的RX，它要求实时接收模拟电台B的输出话音。席位2选中了电台A的TX，它按下PTT将要求占用电台A进行话音发送；席位2没有选中任何电台的RX，它不接收任何电台的输出话音。席位3选中了电台A的TX，它按下PTT将要求占用电台A进行话音发送；席位3选中了电台B的RX，它要求实时接收电台B的输出话音，席位对电台的选中映射如图5所示。

席位1-3通过SIP INFO消息传递电台选中或取消选中的消息，语音服务器在收到这些消息后更新列表RX_R、TX_R、RX_V、TX_V。在这次训练中，电台A的发送端被席位1-3均选中，当席位1-3均按下PTT要求发送话音时，PTT按下的消息以及话音通过RTP协议传输至语音服务器，具体是通过拓展RTP头部信息发送PTT按下消息，在负载数据发送语音数据，由此实现了在RTP媒体流中同时传输语音媒体数据、控制信令和状态信息。语音服务器选中席位1-3中优先级最高的席位作为PTT竞争成功的席位，该席位获取电台A的发话权。竞争PTT失败的席位收到语音服务器回应的PTT竞争失败的消息并在平板电脑的界面上显示出来。

一个席位可以监听多部电台，如果语音服务器中该席位的RX_R列表为空，表示该席位没有监听任何一部电台，输出静音；如果该席位的RX_R列表不为空，获取RX_R列表中电台的输出话音并进行混音。语音服务器将某席位RX_R列表中每个电台输出的话音逐个取出并混音得到该席位的输入话音。本实施例中音频编码采用PCMA或PCMU编码，混音过程中需要进行PCMA编码与PCM线性码之间的相互转换，计算量大。为加速混音过程，降低对语音服务器硬件设备的要求，考虑到PCMA是单字节编码，语音服务器内部开辟了一个256*256字节的的二维数组MIX。通过预先计算PCMA编码256*256种可能的混音结果并存储在该数组中，将混音过程转换为查表过程，加速了混音过程。混音结果即该席位的监听话音。

语音服务器通过SIP INFO消息通道将各个电台的工作状态发送给席位，席位收到后在界面上实时更新显示。电台的消息种类有电台发射中、电台接收中、电台空闲，PTT抢占失败等多种。

训练结束后席位退出，此时席位需要向语音服务器注销，包括如下步骤：

(3.1)席位向语音服务器发送SIP BYE消息作为席位注销请求，所述席位注销请求中包含席位与语音服务器已建立的会话标识；所述席位释放本席位的传输端口；

(3.2)语音服务器收到SIP BYE消息后，释放会话标识所对应的传输端口。

Claims (8)

1.一种基于软交换的模拟电台训练系统，包括语音服务器和多个管制学员席位，所述语音服务器用于提供虚拟电台和模拟语音服务，并对所述虚拟电台和所述管制学员席位进行管理；所述管制学员席位用于训练学员操作电台；其特征在于，多个管制学员席位设置优先级并记录在语音服务器中，所述语音服务器对管制学员席位和虚拟电台的管理信令采用SIP协议传输；模拟语音的媒体流采用RTP协议传输。

2.根据权利要求1所述的基于软交换的模拟电台训练系统，其特征在于，所述语音服务器对管制学员席位的管理信令包括席位注册、会话建立、席位注销、席位对电台的选中、席位对电台的取消；所述语音服务器对虚拟电台的管理包括记录电台状态。

3.根据权利要求1所述的基于软交换的模拟电台训练系统，其特征在于，所述模拟语音服务为语音服务器根据席位对电台的占用情况在不同席位之间采用RTP协议传输语音媒体包。

4.根据权利要求1所述的基于软交换的模拟电台训练系统，其特征在于，所述语音服务器与各管制学员席位之间采用星型网络结构，所述语音服务器为星型网络的中心节点。

5.根据权利要求2所述的基于软交换的模拟电台训练系统，其特征在于，所述席位注册包括如下步骤：

(1.1)席位使用SIP Register消息向语音服务器发起注册请求，语音服务器应答SIP200 OK消息通知注册成功；

(1.2)注册成功后，席位通过SIP INFO消息向语音服务器请求本机的电台和电话面板配置信息，语音服务器通过INFO Panel消息将配置信息返回给席位；

(1.3)席位在注册成功后向语音服务器周期性的发送INFO心跳消息，语音服务器将心跳消息原样送回作为心跳应答。

6.根据权利要求2所述的基于软交换的模拟电台训练系统，其特征在于，所述会话建立包括如下步骤：

(2.1)席位向语音服务器发送SIP INVITE消息作为会话建立请求，所述会话建立请求中包含了媒体流编码方式、采样率、传输协议、席位的传输端口信息；

(2.2)语音服务器应答SIP 200 OK消息通知席位会话建立成功，所述会话建立成功应答消息中包含了语音服务器的传输端口；

(2.3)席位和语音服务器开放席位的传输端口和语音服务器的传输端口。

7.根据权利要求2所述的基于软交换的模拟电台训练系统，其特征在于，所述席位注销包括如下步骤：

(3.1)席位向语音服务器发送SIP BYE消息作为席位注销请求，所述席位注销请求中包含席位与语音服务器已建立的会话标识；所述席位释放本席位的传输端口；

(3.2)语音服务器收到SIP BYE消息后，释放会话标识所对应的传输端口。

8.根据权利要求2所述的基于软交换的模拟电台训练系统，其特征在于，所述席位对电台的选中、席位对电台的取消包括如下步骤：

席位通过SIP INFO消息传递电台选中或取消选中的消息，语音服务器在收到这些消息后记录电台的状态。