CN108173858B - 一种基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统，从上到下进行对处理系统进行分层，并对处理系统底层的操作系统API进行封装，实现处理系统对VxWorks操作系统的支持，所述处理系统包括：VOIP链路处理模块，所述VOIP链路处理模块用于：在VOIP链路建立的协商过程中，添加民航用交互信息；VOIP媒体传输模块，所述VOIP媒体传输模块用于：在VOIP链路建立后的媒体传输过程中，添加民航用交互信息；电台控制模块，所述电台控制模块用于对电台进行控制和状态监视。

Description

一种基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统

技术领域

本发明涉及VOIP研究领域，具体地，涉及一种基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统。

背景技术

VoIP(Voice over Internet Protocol)简而言之就是将模拟信号(Voice)数字化，以数据封包(Data Packet)的形式在IP网络(IP Network)上做实时传递。VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。VoIP可以在IP网络上便宜的传送语音、传真、视频、和数据等业务，如统一消息业务、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、电话视频会议、电子商务、传真存储转发和各种信息的存储转发等。

VOIP电台网关是一种用于将电台接入VOIP网络的通讯终端网络接入设备，通过先进的语音处理技术和网络专用加密传输技术可以将电台设备无缝接入到计算机网络中。现有电台网关种类稀少，仅对标准SIP(Session Initiation Protocal)协议进行支持，并未针对具体应用环境对其进行其他扩展(例如民航应用场景中)，也无法对本地的电台设备进行网络调度和管理，且其软件运行平台也并不包含广泛应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求极高的领域中的VxWorks系统。

综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的VOIP电台网关存在未针对具体应用环境对其进行其他扩展，也无法对本地的电台设备进行网络调度和管理，无法支持VxWorks系统的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统，解决了现有的VOIP电台网关存在未针对具体应用环境对其进行其他扩展，也无法对本地的电台设备进行网络调度和管理，无法支持VxWorks系统的技术问题，实现了系统能够在实时性更高的VxWorks平台上运行，针对具体应用环境进行了相应扩展，能够对本地的电台设备进行网络调度和管理的技术效果。

为解决上述技术问题，本申请提供了一种基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统，并对处理系统底层的操作系统API进行封装，实现处理系统对VxWorks操作系统的支持。

所述处理系统包括：

VOIP链路处理模块，所述VOIP链路处理模块用于：在VOIP链路建立的协商过程中，添加民航用交互信息；

VOIP媒体传输模块，所述VOIP媒体传输模块用于：在VOIP链路建立后的媒体传输过程中，添加民航用交互信息；

电台控制模块，所述电台控制模块用于对电台进行控制和状态监视。

进一步的，所述VOIP链路处理模块具体用于：在VOIP链路建立的协商过程中，添加信号强度比选信息、频段信息、R2S协议协商信息。

进一步的，所述VOIP媒体传输模块具体用于：在链路建立后的媒体传输过程中，将PTT信息、静噪信息、多载波延时补偿信息添加到RTP协议的头字段扩展中。

进一步的，所述VOIP链路处理模块的工作流程具体为：

当电台启动并向电台网关上报状态参数，或是电台网关周期性查询各个电台状态参数并收到无异常反馈时，电台网关自动向VOIP服务器发送对应电台的注册请求；当电台关闭并向电台网关上报状态参数时，电台网关自动向VOIP服务器发送对应电台的注销请求；当电台异常并向电台网关上报异常状态参数，或是电台网关周期性查询各个电台状态参数并收到异常反馈时，电台网关在本地自动记录该电台状态；电台网关中记录各个电台状态，当收到席位语音网关通过VOIP服务器发送的INVITE信令时，判断受邀电台的电台状态：当电台状态正常时，电台网关自动回复200OK响应消息，语音链路建立成功；当电台状态异常时，电台网关自动回复503错误响应消息，语音链路建立失败；链路成功建立后，若收到席位语音网关通过VOIP服务器发送的BYE信令，则断开对应链路；若电台状态出现异常，则当电台上报异常状态后，电台网关自动通过VOIP服务器向席位语音网关发送BYE信令，断开对应链路。

进一步的，所述VOIP媒体传输模块的工作流程具体为：

链路建立成功，当收到席位语音网关发来的语音数据包时，PTT信号有效，电台处于发信机状态，处理并传递网口收到的数据包，同时周期性发送R2S心跳包维持链路；当收到电台发来的数据且未收到席位语音网关发来的语音数据包时，E信号有效，电台处于收信机状态，处理并向席位语音网关发送语音数据包；未进行数据包收发时，周期性向席位语音网关发送R2S心跳包以维持链路。

进一步的，所述电台控制模块的工作流程具体为：

当进行本地操作时，电台网关通过串口获取对应的控制或查询信息，随后发送至对应电台，电台处理完毕后反馈至电台网关，电台网关接受反馈信息并记录在本地；当进行远程操作时，电台网关通过网口获取来自席位或服务器的控制或查询消息，随后发送至对应电台，电台处理完毕后反馈至电台网关，电台网关将反馈信息转发至席位或服务器，再记录在本地。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过在VOIP实时语音管理处理系统软件底层对VxWorks操作系统提供的POSIX标准的函数库进行封装，使本系统能够在实时性更高的VxWorks平台上运行，提升了本系统实时性和有效性，使其能够胜任难度更高、更加专业化的话音通信任务；

通过在VOIP实时语音管理处理系统软件的链路处理模块和媒体传输模块添加ED137欧标协议文件中所要求的民航必需信息交互，使经过扩展后的本系统能够在标准的民航系统中得到应用；

通过在VOIP实时语音管理处理系统中添加电台管理模块，使本系统具备在本地通过电台网关控制电台或远程控制电台的功能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请中RTPTx信息域示意图；

图2是本申请中RTPRx信息域示意图；

图3是本申请中VOIP链路处理模块工作流程示意图；

图4是本申请中VOIP媒体传输模块工作流程示意图；

图5是本申请中电台控制模块工作流程示意图；

图6是本申请中电台网口在系统中的连接关系示意图；

图7是本申请中协议处理系统架构设计示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统，解决了现有的VOIP电台网关存在未针对具体应用环境对其进行其他扩展，也无法对本地的电台设备进行网络调度和管理，无法支持VxWorks系统的技术问题，实现了系统能够在实时性更高的VxWorks平台上运行，针对具体应用环境进行了相应扩展，能够对本地的电台设备进行网络调度和管理的技术效果。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请实施例提供了一种基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统，根据具体的民航应用场景，对SIP协议进行扩展，使本系统能够支持欧洲民航VOIP环境标准协议ED137；在管理系统中添加对本地电台管理协议的支持，使本系统能够方便地对本地电台组进行网络调度和管理。

在电台网关软件进行设计时，将其从上到下进行分层设计，并对底层的操作系统API进行封装。VxWorks操作系统提供符合POSIX标准的操作系统接口函数库，因此在实现时不需要过多地关注VxWorks本身的任务管理等具体而特殊的系统特性，只需要将其所提供的函数接口进行一层封装，即可实现本系统对VxWorks操作系统的支持。此外，若对Windows或Linux等系统同时进行了系统函数封装，便可使本系统跨平台运行。

在VOIP实时语音管理处理系统中，需要进行扩展的模块主要有VOIP链路处理模块和VOIP媒体传输模块。扩展的方式为：

在VOIP链路处理模块根据ED137文件要求，在VOIP链路建立的协商过程中，添加包含信号强度比选信息、频段信息、R2S协议协商信息等在内的民航用信息交互(如表1中加粗字体字段所示)；

表1：SDP协议会话描述字段

在链路建立后的媒体传输过程中，将PTT信息、静噪信息、多载波延时补偿等信息添加到RTP协议的头字段扩展中(如图1、图2中所示，更多功能信息包含在Extension foradditional features字段中)。

其中各个位域的功能信息含义如下：

●PTT type：PTT(Push-to-talk)信号类型

●SQU：静噪信号使能标识

●PTT-ID：链路建立时协商分配的PTT识别号

●PM：PTT静音使能标识

●PTTS：PTT累加标识

●Reserved：保留位

●X：扩展位使能标识

●Extension for additional features：扩展信息位

●SCT：并发传输检测指示标识

上述民航必需信息交互的添加，使本系统能够承担民航环境下的工作任务。

VOIP链路处理模块工作流程图如图3所示，链路的管理由SIP协议实现。SIP协议是应用层控制协议。对于地面电台应用的SIP协议的规定，用于建立、修改、终止席位接入设备与电台网关的SIP会话。由电台网关代理各个电台，向VOIP服务器进行自动注册或注销操作：当电台启动并向电台网关上报状态参数，或是电台网关周期性查询各个电台状态参数并收到无异常反馈时，电台网关自动向VOIP服务器发送对应电台的注册请求；当电台关闭并向电台网关上报状态参数时，电台网关自动向VOIP服务器发送对应电台的注销请求；当电台异常并向电台网关上报异常状态参数，或是电台网关周期性查询各个电台状态参数并收到异常反馈时，电台网关在本地自动记录该电台状态。电台网关中记录各个电台状态，当收到席位(民航环境下，与本地电台通过VOIP电台网关进行话音传输的客户端)语音网关通过VOIP服务器发送的INVITE信令时，判断受邀电台的电台状态：当电台状态正常时，电台网关自动回复200OK响应消息，语音链路建立成功；当电台状态异常时，电台网关自动回复503错误响应消息，语音链路建立失败；链路成功建立后，若收到席位语音网关通过VOIP服务器发送的BYE信令，则断开对应链路；若电台状态出现异常，则当电台上报异常状态后，电台网关自动通过VOIP服务器向席位语音网关发送BYE信令，断开对应链路。

VOIP媒体传输模块工作流程图如图4所示，根据欧标ED137文件，电台网关的话音数据传输通过RTP、RTCP以及R2S协议实现。一旦电台网关和席位接入设备之间的通信使用SIP协议建立，这两端之间要求采用实时传输协议(RTP)(RFC3550)和RTP包头扩展来建立实时会话监控(R2S)通信。语音传输可以通过其关联的控制协议(RTCP)(RFC3550)进行扩充，以便监控语音数据包传输。由电台网关作为接口，通过已建立成功的语音链路，在席位网关与电台之间传输语音数据，并支持多个席位与一部或多部电台间传输语音数据。通过周期性地发送Keep-alive心跳包，检测、监视和维持已建立成功的语音链路：当收到席位语音网关发来的语音数据包时，PTT信号有效，电台处于发信机状态，仅处理并传递网口收到的数据包，同时周期性发送R2S心跳包维持链路；当收到电台发来的数据且未收到席位语音网关发来的语音数据包时，E信号有效，电台处于收信机状态，处理并向席位语音网关发送语音数据包；未进行数据包收发时，周期性向席位语音网关发送R2S心跳包以维持链路。

在VOIP实时语音管理处理系统中，为了对本地电台进行网络调度和管理，添加了电台控制模块，用以提供在本地通过电台网关控制电台或远程控制电台的功能。电台控制模块工作流程图如图5所示。电台控制模块实现电台网关以及席位或服务器对8部电台的电台控制和状态监视，并支持电台网关对电台状态的周期性查询机制。当进行本地操作时，电台网关通过串口获取对应的控制或查询信息，随后发送至对应电台，电台处理完毕后反馈至电台网关，电台网关接受反馈信息并记录在本地；当进行远程操作时，电台网关通过网口获取来自席位或服务器的控制或查询消息，随后发送至对应电台，电台处理完毕后反馈至电台网关，电台网关将反馈信息转发至席位或服务器，再记录在本地。

VOIP电台网关用来解决电台接入VOIP网络的问题，主要完成电台模拟话音和网络数字话音的转换，已及链路管理工作。

主要功能：

支持VxWorks操作系统；支持SIP、RTP、R2S通信协议；支持ITU－G.711、G.728、G.729语音编码标准；

支持8路民航VHF电台模拟话音与IP话音的转换；完成系统与电台之间控制信令的转换；设备具有自检功能，可自检到模块级。

在VOIP系统中，电台网关一端连接到电台的E&M模拟话音接口以及下以太网交换机，另一端连接到上以太网交换机。电台网关在系统中的连接关系如图6所示。

电台网关在系统中的主要功能包括：

负责电台的模拟话音与VOIP话音数据包的转换工作，支持G.711、G.728、G.729编码标准；

话音会话链路管理，实现多个席位与一部或多部电台之间会话链路的建立、撤销和保持等链路状态管理；

电台控制，实现席位对相应会话链路的电台控制和状态监视，或本地VOIP语音网关同时对8部电台的电台控制和状态监视；

远程参数加载和监视，接收管理席位对VOIP语音网关的参数配置管理和状态监视；

UTC时间同步，接收授时服务器的授时指令，实现与授时服务器之间的UTC时间同步；

语音数据记录，实现与录音服务器之间对收发的语音数据进行实时可靠的语音数据记录。

VOIP协议处理软件采用分层架构模式，主要分为通信接口处理层、事务处理层和人机交互接口层，如图7所示。

通信接口处理层，通信接口处理层主要完成与系统内各交联设备或设备内板卡间的通信处理，包括：

与电台接口处理模块，通过与电台之间的网口通信，实现能同时最多对8部电台的控制和状态监视的数据收发处理，此功能为前述本地电台管理功能的具体实施(本系统所使用的电台为成都天奥信息科技有限公司所生产的SPMH-1000甚高频地空通信电台，因此电台控制模块所使用协议为《SPMH-1000甚高频地空通信电台网络协议150521_改》。)；

与VOIP代理服务器接口处理模块，通过与VOIP代理服务器之间的网口通信，实现同时与多个席位语音网关间VOIP会话链路的建立/撤销过程中数据收发处理，此处将在SDP协议中添加额外媒体属性，为前述对民航环境进行扩展支持的具体实施；

与席位语音网关接口处理模块，通过与席位语音网关之间的网口通信，实现同时与多个席位语音网关之间语音数据、话音终端状态数据、会话链路保持等数据的实时收发处理，此处将添加对R2S协议的支持，并在RTP头字段扩展中增加民航专用信息的交互，为前述对民航环境进行扩展支持的具体实施；

与对时服务器接口处理模块，通过与对时服务器之间的网口通信，实现与对时服务器之间对时数据的收发处理；

与录音服务器接口处理模块，通过与录音服务器之间的网口通信，实现与录音服务器之间协议数据、实时语音数据的收发处理；

与管理席位接口处理模块，通过与管理席位之间的网口通信，实现对管理席位的配置参数数据和状态监视控制命令的收发处理；

与语音处理板接口处理模块，通过与语音处理板之间的PCI-E通信，实现与语音处理板之间的语音数据收发处理。

事务处理层，事务处理层完成对通信接口处理层接收的数据进行逻辑业务处理，即完成对应接口接收的数据处理；或将发送至相关交联设备或内部板卡的数据，向下发送至通信接口处理层，即完成事务数据的发送处理，包括：

电台控制状态监视和接口转换处理模块，同时处理从多个席位语音网关送来的电台控制/监视的命令按照与电台接口要求进行控制接口转换处理，并发送至相应的电台终端，并将电台上报的命令执行结果或设备状态按与席位网关接口要求进行接口转换处理；实时监视各电台终端的语音通信收发状态，并将相关状态参数及时上报给相应会话的席位语音网关；

VOIP语音会话链路处理模块，基于SIP协议实现与语音网关之间的VOIP语音链路的建立/撤销过程的逻辑处理，实现多个席位语音网关与一个电台终端的多个会话链路的建立/撤销；或一个席位语音网关与多部电台之间的多个会话链路的建立/撤销；

VOIP语音数据实时处理模块，基于多个席位语音网关与一部电台终端之间的会话链路，实现多个席位语音网关与此电台之间的收发语音数据逻辑处理和协议格式转换处理；或基于一个席位语音网关与多部电台之间的会话链路，实现一个席位语音网关与多部电台之间的收发语音数据逻辑处理和协议格式转换处理；

对时服务处理模块，基于网络对时服务协议，完成与对时服务器之间对时协议处理，实现VOIP语音网关与对时服务器之间的UTC时间同步；

语音数据录音处理模块，基于录音协议，完成与录音服务器之间对VOIP语音网关收发的语音数据进行实时可靠录音记录处理。

人机交互接口：基于VxWorks终端控制模式的人机交互接口，实现对协议处理软件的参数配置和运行状态监视等人机交互功能。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

通过在VOIP实时语音管理处理系统软件底层对VxWorks操作系统提供的POSIX标准的函数库进行封装，使本系统能够在实时性更高的VxWorks平台上运行，提升了本系统实时性和有效性，使其能够胜任难度更高、更加专业化的话音通信任务；

通过在VOIP实时语音管理处理系统软件的链路处理模块和媒体传输模块添加ED137欧标协议文件中所要求的民航必需信息交互，使经过扩展后的本系统能够在标准的民航系统中得到应用；

通过在VOIP实时语音管理处理系统中添加电台管理模块，使本系统具备在本地通过电台网关控制电台或远程控制电台的功能。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统，其特征在于，处理系统采用分层设计，处理系统底层的操作系统API进行封装，实现处理系统对VxWorks操作系统的支持，所述处理系统包括：

VOIP链路处理模块，所述VOIP链路处理模块用于：在VOIP链路建立的协商过程中，添加民航用交互信息,使民航用VoIP链路建立时的必要参数得到正确的交互；

VOIP媒体传输模块，所述VOIP媒体传输模块用于：在VOIP链路建立后的媒体传输过程中，添加民航用交互信息,使成功建立的民航用VoIP链路得到正确的维持和监控；

电台控制模块，所述电台控制模块用于对电台进行控制和状态监视；

其中，所述VOIP链路处理模块的工作流程具体为：

当电台启动并向电台网关上报状态参数，或是电台网关周期性查询各个电台状态参数并收到无异常反馈时，电台网关自动向VOIP服务器发送对应电台的注册请求；当电台关闭并向电台网关上报状态参数时，电台网关自动向VOIP服务器发送对应电台的注销请求；当电台异常并向电台网关上报异常状态参数，或是电台网关周期性查询各个电台状态参数并收到异常反馈时，电台网关在本地自动记录该电台状态；电台网关中记录各个电台状态，当收到席位语音网关通过VOIP服务器发送的INVITE信令时，判断受邀电台的电台状态：当电台状态正常时，电台网关自动回复200OK响应消息，语音链路建立成功；当电台状态异常时，电台网关自动回复503错误响应消息，语音链路建立失败；链路成功建立后，若收到席位语音网关通过VOIP服务器发送的BYE信令，则断开对应链路；若电台状态出现异常，则当电台上报异常状态后，电台网关自动通过VOIP服务器向席位语音网关发送BYE信令，断开对应链路。

2.根据权利要求1所述的基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统，其特征在于，所述VOIP链路处理模块具体用于：在VOIP链路建立的协商过程中，添加信号强度比选信息、频段信息、R2S协议协商信息。

3.根据权利要求1所述的基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统，其特征在于，所述VOIP媒体传输模块具体用于：在链路建立后的媒体传输过程中，将PTT信息、静噪信息、多载波延时补偿信息添加到RTP协议的头字段扩展中。

4.根据权利要求1所述的基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统，其特征在于，所述VOIP媒体传输模块的工作流程具体为：

链路建立成功，当收到席位语音网关发来的语音数据包时，PTT信号有效，电台处于发信机状态，处理并传递网口收到的数据包，同时周期性发送R2S心跳包维持链路；当收到电台发来的数据且未收到席位语音网关发来的语音数据包时，电台处于收信机状态，处理并向席位语音网关发送语音数据包；未进行数据包收发时，周期性向席位语音网关发送R2S心跳包以维持链路。

5.根据权利要求1所述的基于VxWorks操作系统的VOIP实时语音网管处理系统，其特征在于，所述电台控制模块的工作流程具体为：

当进行本地操作时，电台网关通过串口获取对应的控制或查询信息，随后发送至对应电台，电台处理完毕后反馈至电台网关，电台网关接受反馈信息并记录在本地；当进行远程操作时，电台网关通过网口获取来自席位或服务器的控制或查询消息，随后发送至对应电台，电台处理完毕后反馈至电台网关，电台网关将反馈信息转发至席位或服务器，再记录在本地。

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