CN111970289B

CN111970289B - 一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网方法及系统

Info

Publication number: CN111970289B
Application number: CN202010857678.7A
Authority: CN
Inventors: 胡皓; 李娟�; 彭毅
Original assignee: Chengdu Spaceon Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Spaceon Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2020-09-10
Publication date: 2023-02-10
Anticipated expiration: 2040-09-10
Also published as: CN111970289A

Abstract

本发明公开了一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网方法及系统，系统内部组件包括管制席位、甚高频地空模拟电台、甚高频地空VoIP电台、电台网关、监控维护子系统、电话通信管理子系统、电话网关、网络交换子系统、VoIP录音服务器、时间同步服务器等；本系统在一定区域内，充分利用现有甚高频电台设备与IP分组交换网络，构建以SIP体制为基础的VoIP空中交通管制系统，除满足现有内话系统基本功能之外，还可实现管制员对现有任意地理位置的甚高频电台实施灵活操作和话音指挥，实现地面话音资源的综合统一调度、共享及按需索取。

Description

一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网方法及系统

技术领域

本发明涉及IP网络语音通信技术领域，特别是涉及一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网方法及系统。

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。

随着民航运输业的飞速发展,各空管单位的管制区飞行总量增长迅速,民航飞行安全对空管设备运行保障能力提出了新的要求。VoIP技术在民航空管语音通信系统中的应用，能够实现语音信息在基于IP的网络传输平台上实时传送，与传统的VHF语音通信传输方式相比，VoIP技术最大的优势是充分利用了网络资源，使网内的任一空管单位能够无阻碍地与另一空管单位联络，并共享VHF通信台站资源,这使得管制空域划分更具机动灵活性，实现了管制单位间的互相操作，这种互操作性表明空域扇区能够轻松地从一个空中交通管制中心转换到另一个,无论是分流、处置紧急情况还是商务运营等。另外，VoIP技术也使通信系统的维护管理从独立分散到系统集中,维护排故更方便、直接,维护人员可使用移动终端在IP网络任何节点登入即可检测所有通信设备的运行状态。

SIP（Session Initiation Protocol，会话初始协议）是由IETF（InternetEngineering Task Force，因特网工程任务组）制定的多媒体通信协议。它是一个基于文本的应用层控制协议，用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。SIP是一种源于互联网的IP语音会话控制协议，具有灵活、易于实现、便于扩展等特点。SIP 的一个重要特点是它不定义要建立的会话的类型，而只定义应该如何管理会话。有了这种灵活性，也就意味着SIP可以用于众多应用和服务中，包括交互式游戏、音乐和视频点播以及语音、视频和 Web会议。

EUROCAE（欧洲全民航空电子学组织）第67工作组编写了一套针对于民用航空空中交通管理的接入协议，即ED-137协议。采用该协议可以使不同厂商的不同设备做到相互兼容，从技术上解决了升级改造的问题。

传统话音组网系统存在以下主要问题：

（1）区域内布置的地空电台相对独立和分散，无法发挥出潜在的集群效应从而形成较大区域的地空语音覆盖；

（2）地空话音指挥的协同程度较低，语音组网能力不足；

（3）灵活性和可扩展性不足，由于物理硬件和环境的限制，无法简单地对现有系统的结构和端机进行修改和配置，也更难拓展更多的高级网络功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网方法及系统。

本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网方法，包括以下步骤：

S1. 民航语音通信交换系统初始化配置；

S2. 管制席位通过选取预设外线电话DA按键或在拨号盘直接输入外线号码，使用获取或输入的目标外线对应的SIP账号，向电话通信管理子系统发起Invite请求；

S3. 电话管理子系统收到管制席位的Invite请求后，按照SIP协议进行解析并根据已配置好的路由策略转发至电话网关；

S4. 外部语音通信交换系统经过内部处理后，回复响应消息并沿相同路由路径经电话网关和电话通信管理子系统返回到管制席位；

S5. 通过信令交互，管制席位与外线电话之间建立起SIP语音通信链路；

S6. 外线通话发射与接收双向同时进行；

S7. 管制席位或外线电话发起断链请求；

S8. 管制席位或外线收到断链请求后，按照协议进行解析并应答。

所述步骤S1具体包括以下子步骤：

S101. 监控维护子系统向电话通信管理子系统中配置管制席位用SIP账号和管制员角色信息；

S102. 监控维护子系统将管制员角色与管制席位用SIP账号进行绑定配置；

S103. 管制席位启动后，管制人员选择其角色并向电话通信管理子系统注册登陆，登录成功后电话管理子系统记录其当前IP地址信息；

S104. 监控维护子系统对电话通信管理子系统和电话网关进行配置和部署，确保管制席位与电话网关间的内部SIP信令通道的通畅和路由策略的正确配置，以及电话网关对外接口的正确配置；

S105. 管制席位向电话通信管理子系统获取所有预设外线对应的SIP账号。

所述步骤S6具体包括以下两种非顺序同时进行的步骤：

A. 对于外线语音发送方向，管制席位将语音信号进行模数转换后，通过ED-137标准所规定的RTP扩展方式进行编码和组包，形成语音数据流，经电话网关转换后发送到目标外线电话；

B. 对于外线语音接收方向，外线发送的语音数据流经电话网关转换后发送到管制席位，管制席位接收到IP数据包后进行协议解析和语音解码，将语音信号进行数模转换后，通过扬声器或耳机输出并在界面上进行显示。

所述的一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网方法的系统，包括管制席位、甚高频地空模拟电台、甚高频地空VoIP电台、电台网关、监控维护子系统、电话通信管理子系统、电话网关、网络交换子系统、VoIP录音服务器、时间同步服务器。

所述管制席位由席位接入主机、触摸屏、扬声器、话柄组成；所述管制席位用于管制员、协调员通过对席位触摸屏的操作完成席位对外协调、对空话音指挥。

所述监控维护子系统用于对整个语音交换系统中的工作节点状态进行监视，包括管制席位、电台网关、数据信息交互处理子系统、网络交换子系统、电话网关等，当节点出现故障告警时，监控维护子系统会通过声音和图像提醒席位值班员及时处理。

所述电话通信管理子系统作为所述语音通信交换系统的数据信息交换的中心，负责处理和分发多种系统管理控制消息并提供数据库访问与操作。

本发明的有益效果：

（1）整合管理空管区域内布置的相对独立和分散的所有地空电台，发挥出其潜在的集群效应从而形成较大区域的地空语音覆盖；

（2）本系统可通过监控维护子系统和电话通信管理子系统统一集中监控和管理所有地空和地地通话，提高话音指挥的协同程度和语音组网能力；

（3）方便灵活地调用系统内和跨系统的无线资源和有线资源，可实现空域内甚高频和内话席位资源动态调配，使席位配置更加灵活，减少台站建设数量，提高频率利用率，在一个管制单位就能够实现全区域范围内的甚高频覆盖；

（4）本地不需再配置应急备份电台，可在本地调用异地电台资源，将异地电台做为本地的应急备份电台使用，降低了通信设备的部署数量，节省了大量的设备购置费用。尤其在灾备条件下的航空应急指挥中，基于IP的VHF频率共享技术，将发挥极其重要的作用；

（5）较强的灵活性和可扩展性，能够方便地对现有系统的结构和端机进行修改和配置，也可以按需拓展更多的高级网络功能；

（6）本系统采用国际通用的协议标准，与众多空管设备厂商提供互联互通接口。兼容国内在用的地空甚高频模拟电台和地空甚高频VoIP电台，实现内话系统与地空甚高频电台之间、内话系统与语音记录仪之间、内话系统与内话系统之间的互联互通；

（7）高可靠性，网络交换子系统采用双链路、双核心的组网架构，在语音传输过程中具有数据传输准确、及时的特点，更符合民航行业对通信系统安全性和可靠性的特殊要求。

附图说明

图1是本发明的方法流程框图；

图2是本发明的系统结构框图；

图3是本发明实施例中网络交换子系统的架构示意图。

具体实施方式

如图1，一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网方法，包括以下步骤：

S1. 民航语音通信交换系统初始化配置；

S6. 外线通话发射与接收双向同时进行；

S7. 管制席位或外线电话发起断链请求；

所述步骤S1具体包括以下子步骤：

所述步骤S6具体包括以下两种非顺序同时进行的步骤：

如图2，所述的一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网方法的系统，包括管制席位、甚高频地空模拟电台、甚高频地空VoIP电台、电台网关、监控维护子系统、电话通信管理子系统、电话网关、网络交换子系统、VoIP录音服务器、时间同步服务器。

本实施例公开了一种基于SIP协议、并符合MH4027_2019标准和ED-137标准的民航VoIP语音通信交换系统，系统内部组件包括管制席位、甚高频地空模拟电台、甚高频地空VoIP电台、电台网关、监控维护子系统、电话通信管理子系统、电话网关、网络交换子系统、VoIP录音服务器、时间同步服务器等。

管制席位主要用于管制员、协调员通过对席位触摸屏的操作完成席位对外协调、对空话音指挥。管制席位主要由席位接入主机、触摸屏、扬声器、话柄组成。管制席位采用双网口设计，可同时接两根网线，提供两条数据传输路由。

电台网关与甚高频模拟地空通信电台配合使用，实现VoIP网络接入，主要完成电台模拟话音和IP数据话音的转换，已及链路管理工作。

甚高频地空VoIP电台为具有IP语音通话功能的电台，可以不经由电台网关而是直接通过网口接入系统内，供管制员使用。

管制席位、电台网关和VoIP电台均采用SIP协议，并符合MH4027_2019标准和ED-137标准。

监控维护子系统是对整个语音交换系统中的工作节点状态进行监视，包括管制席位、电台网关、数据信息交互处理子系统、网络交换子系统、电话网关等，当节点出现故障告警时，监控维护子系统会通过声音和图像提醒席位值班员及时处理。

系统内各个组件情况如下：

a)管制席位主要用于管制员、协调员通过对席位触摸屏的操作完成席位对外协调、对空话音指挥。管制席位主要由席位接入主机、触摸屏、扬声器、话柄组成。管制席位采用双网口设计，可同时接两根网线，提供两条数据传输路由，具备较高的可靠性。

管制席位功能包括用户管理、地地话音管理、地空话音管理、系统管理、状态监控等。管制席位支持同时进行地地有线通信和地空无线通信，管制员可通过界面设置令地地话音或地空话音通过期望的音频设备进行输入和输出。

b)电台网关与甚高频模拟地空通信电台配合使用，实现VoIP网络接入，主要完成电台模拟话音和IP数据话音的转换，已及链路管理工作。

电台网关由电源模块、语音及协议处理模块和机箱3部分组成。

电源模块负责将外部交直流供电转换为内部模块需要的电压，具备有交、直流自动转换功能，交流电源供电优先功能，过流、过压保护功能。

语音处理模块主要功能包括：提供多路电台E/M接口；多路收发语音信号的ADC/DAC；语音编解码处理；语音数据组/解帧处理；提供多路电台收发话音指示。语音处理将电台E/M的模拟话音变为语音数据帧通过PCI-E总线送协议处理，反向，将协议处理通过PCI-E总线送来的语音数据帧变换为E/M口的模拟话音。

协议处理模块主要功能包括：处理多部电台控制命令；管理电台网关的配置参数；VoIP链路管理协议处理；VoIP语音数据包处理；语音数据组/解帧处理。

c)甚高频地空VoIP电台为具有IP语音通话功能的电台，可以不经由电台网关而是直接通过网口接入系统内，供管制员使用。

甚高频地空VoIP电台具有SIP协议解析功能，可将由网口收到的IP话音数据解码后数模转换为模拟语音信号和模拟控制信号，再向空中发射；也可将由空中收下的模拟语音信号和模拟控制信号进行模数转换、编码、组包，再通过网口发送至管制席位。

d)监控维护子系统是对整个语音交换系统中的工作节点状态进行监视，包括管制席位、电台网关、数据信息交互处理子系统、网络交换子系统、电话网关等，当节点出现故障告警时，监控维护子系统会通过声音和图像提醒席位值班员及时处理。

监控维护子系统采用客户端/服务器模式。值班员可通过本软件对系统的基础信息进行实时在线配置，可根据相关条件检索系统事件日志，对相关的状态数据及日志数据提供文件及打印输出，并向其他系统提供了可调用的输出接口。监控维护子系统作为独立运行的系统，与其余子系统之间通过内部协议进行通信，当发生故障时不影响系统其他部分的正常工作。当发生故障时，监控维护子系统可从数据库读取数据，快速恢复正常工作状态。

监控维护席位软件功能包括：系统监控、基础配置、故障告警、软件管理、日志管理。

监控维护子系统的数据交互关系框图见图 2。

e)电话通信管理子系统能全时监控服务器和软件的运行状态，采用开放管理协议，极大简化用户的设备部署、管理和维护工作。电话通信管理子系统作为所述语音通信系统的数据信息交换的中心，负责处理和分发多种系统管理控制消息并提供数据库访问与操作。

电话通信管理子系统硬件设备主要由服务器和磁盘阵列构成，其中服务器为主备设计，磁盘阵列则为主备服务器共享。

电话通信管理子系统的软件主要由系统管理服务软件、数据库服务软件和SIP软交换服务软件等3个部分组成。

系统管理服务软件提供系统的集中管理控制功能，负责为系统中各个节点的登录提供统一的认证功能，接收并在本地存储各个节点发送的各种动态数据和相关设备的状态信息，并为监控维护子系统提供相应的监视、控制和监控信息。

数据库服务软件为语音通信系统的所有子系统提供数据服务，包括数据库管理、数据库的查询与操作、数据库维护等服务。

SIP软交换服务软件为管制席位提供语音通信信令交换服务，包括呼叫控制和处理功能、业务提供/支持功能、用户管理功能、协议处理功能、路由处理、互通功能等。

f)电话网关作为电话通信的小容量核心语音网关，提供成熟的模拟与IP转换通信解决方案。电话网关采用宽窄带一体化设计，集成度高。可通过数字、模拟及SIP中继连接运营商网络或者专网语音交换设备，支持模拟话机和IP话机混合接入。电话网关可提供丰富的语音功能，多种沟通渠道，提升沟通效率。

g)网络交换子系统用于系统内网络设备间的互联。针对民航通信可靠性要求，选择高可用性网络元素，创建和维护一个高可用性环境,达到网络的高可用性。

网络交换子系统架构图见图 3。

子系统的交换机采用堆叠方式，提供高速的数据转发通道，交换机通过堆叠虚拟为一台设备，可简化管理。路由器采用负载动态均衡工作方式，台站到核心通信机房采用双链路链接，单条线缆断开，网络自动切换，另一台链路承载数据转发，保障语音业务的正常运行。

核心通信机房采用双机，避免单台设备故障导致网络瘫痪。整个网络交换子系统采用双链路、双核心的组网方式，网络稳定性大幅提升，满足物理分开、完全冗余的要求。

h)VoIP录音服务器为本系统内的管制席位、甚高频地空VoIP电台、电台网关提供了通过ED-137标准所规定的RTSP协议进行IP语音录音的功能。系统内所有的地空和地地话音均可在VoIP录音服务器中进行保存，用户可自由进行检索、回放、下载、导出等操作。

i)时间同步服务器选用高精度GPS 接收机/北斗二代接收机/外部B码基准/NTP输入，提供高可靠性、高冗余度的时间基准信号，并采用先进的时间频率测控技术驯服晶振，使守时电路输出的时间同步信号精密同步在GPS/北斗/外部B码/NTP输入时间基准上，输出短期和长期稳定度都十分优良的高精度同步信号。

时间同步服务器采用精准的测频与智能驯服算法，使振荡器时间频率信号与GPS卫星/北斗卫星/外部B码时间基准保持精密同步。

时间同步服务器有标准RS232、RS422/485、脉冲、IRIG-B、DCF77、PTP、NTP/SNTP协议时间输出等接口形式，可以适应各种不同设备的对时需要。

各个子系统节点接入到本地局域网中，节点间信息包括：

a)语音业务数据：包括SIP消息，RTP语音流，信息交互的主体是管制席位，电台网关，电话通信管理子系统中的SIP软交换服务软件，电话网关，甚高频地空VoIP电台等；

b)管理控制消息：包括了内部定义的系统控制消息(比如登录认证消息，事件告警等)，信息交互的主体是管制席位，电台网关，电话通信管理子系统中的系统管理服务软件，监控维护子系统等；

c)数据库消息：包括了数据的创建，获取，更新和删除操作, 信息交互的主体是管制席位，电台网关，电话通信管理子系统中的系统管理服务软件与数据库服务软件，监控维护子系统等；

d)时间同步消息：包括时间同步的请求和响应消息，信息交互的主体是需要时间同步的各个子系统节点。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 民航语音通信交换系统初始化配置；

S6. 外线通话发射与接收双向同时进行；

S7. 管制席位或外线电话发起断链请求；

S8. 管制席位或外线收到断链请求后，按照协议进行解析并应答;

所述步骤S1具体包括以下子步骤：

S105. 管制席位向电话通信管理子系统获取所有预设外线对应的SIP账号；

所述步骤S6具体还包括以下两种非顺序同时进行的子步骤：

2.根据权利要求1所述的一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网方法的系统，其特征在于，包括管制席位、甚高频地空模拟电台、甚高频地空VoIP电台、电台网关、监控维护子系统、电话通信管理子系统、电话网关、网络交换子系统、VoIP录音服务器、时间同步服务器。

3.根据权利要求2所述的一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网系统，其特征在于，所述管制席位由席位接入主机、触摸屏、扬声器、话柄组成；所述管制席位用于管制员、协调员通过对席位触摸屏的操作完成席位对外协调、对空话音指挥。

4.根据权利要求2所述的一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网系统，其特征在于，所述监控维护子系统用于对整个语音交换系统中的工作节点状态进行监视，包括管制席位、电台网关、数据信息交互处理子系统、网络交换子系统、电话网关等，当节点出现故障告警时，监控维护子系统会通过声音和图像提醒席位值班员及时处理。

5.根据权利要求2所述的一种民航VoIP语音通信交换系统的互联组网系统，其特征在于，所述电话通信管理子系统作为所述语音通信交换系统的数据信息交换的中心，负责处理和分发多种系统管理控制消息并提供数据库访问与操作。