CN114051078A - 基于ip在超短波电台网络中进行话音传输的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法，对交互通信的两个设备通过超短波电台进行网络连接，在设备会话发起协议中，包括对以下两个部分进行优化处理：对会话协商过程进行优化处理的信令集；对信令帧格式进行限定处理的信令帧。本发明提供一种基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法，在超短波电台网络通信中，提出一种新的会话发起协议，通过精简的信令集可简化会话协商过程，使得信令重发尽可能地减少；通过紧凑的信令帧格式可降低对带宽容量的占用，能高效地利用超短波电台网络的负载能力。

Description

基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法
技术领域
本发明涉及一种VoIP技术优化通信方法。更具体地说，本发明涉及一种基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的。
背景技术
VoIP(基于IP的话音传输，英语：Voice over Internet Protocol)是一种语音通话技术，经由IP来达成话音通话，也就是通过IP网络来进行通信。
标准的VoIP技术中主要包含如下几个方面的内容：
1、通信会话建立与维护；
2、话音编解码；
3、话音数据传输。
超短波电台网络是以超短波电台作为物理链路层来实现的网络，为VoIP的实现提供网络服务。受限于超短波电台通信能力限制，超短波电台网络为VoIP应用场景提供的IP网络有如下特点：
1、半双工通信；
2、低带宽；
3、数据包偶发性高延时。
当前实现VoIP所采用的技术协议中关于会话建立与维护方面的有SIP、IAX2等信令协议，对于话音传输一般采用RTP协议。由于超短波电台网络的应用特性，这些协议在超短波电台网络中应用存在很大的问题，例如：(1)SIP协议一旦遇到丢失ACK的情况会触发大量信令重发，进一步导致网络连通性下降直至最终完全丢失网络连接；(2)SIP协议一般是配合RTP协议一起使用，建立会话之后话音数据已经开始传输的情况下，SIP协议同样会发出一些信令来保持通话的状态，这在半双工通信网络上会引发ACK丢失的情况，进而出现(1)中的情况；(3)IAX2协议中是将信令数据和话音数据封装在一个数据包中传输，虽然在协议格式上比SIP紧凑很多但是在建立会话之后话音和信令同时传输一样也会出现如(2)类似的情形。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法，对交互通信的两个设备通过超短波电台进行网络连接，在设备会话发起协议中，包括对以下两个部分进行优化处理：
对会话协商过程进行优化处理的信令集；
对信令帧格式进行限定处理的信令帧。
优选的是，在交互通信的两个设备中通过超短波电台进行网络连接；
所述信令集的优化方式包括:
在主叫方呼叫流程和被叫方呼叫流程中，只选取UDP协议呼叫流程中的New命令、Ack命令、Answer命令、End命令作为优化后的信令集，完成会话中对呼叫流程的优化。
优选的是，在通话双方进行协议交互的过程中，将信令帧封装在UDP协议中发送。
优选的是，限定处理后的信令帧格式包括：
信令头Head+命令号Command+会话IDSession ID+序列号Seq Number+主叫方标识字节长度CLER length+被叫方标识字节长度CLEE length+主叫方标识Caller tag+被叫方标识Callee tag+附带数据字节长度Data length+附带数据Data。
优选的是，所述会话ID由发起方随机生成，且在一次会话中保持唯一性；
在附带数据中，可填充话音数据或其他命令的补充信息。
优选的是，还包括对会话中的通信协议进行优化；
其中，对通信协议的优化包括对协议构成、协议格式、会话管理的优化。
优选的是，在超短波电台通信网络中的协议构成优化包括：
在超短波电台网络通信中，将会话管理层定义为只包含应用层；
在超短波电台网络通信中，数据传输被配置为只采用UDP协议，且编码采用二进制编码，将传输与编码层合并为一层。
优选的是，在超短波电台通信网络中的协议格式优化包括：
协议采用二进制协议，且协议的消息帧只定义二进制帧格式。
优选的是，在超短波电台通信网络的会话管理中，通过超时重发机制保证消息传输的可靠性，且在中重发机制中的重发间隔设置为3秒，5次重发无响应为错误，此时状态恢复到初始态，并销毁此次会话，故基于协议构成的优化，在一次会话中只有一次事务状态变化。
本发明至少包括以下有益效果：本发明在超短波电台网络通信中，提出一种新的会话发起协议，通过精简的信令集可简化会话协商过程，使得信令重发尽可能地减少；通过紧凑的信令帧格式可降低对带宽容量的占用，能高效地利用超短波电台网络的负载能力。
其二，本发明通过针对性的设计，有效降低通信的复杂度和带宽要求，使得VoIP技术能在超短波电台网络中实施。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的设备连接示意图；
图2为本发明主叫方呼叫流程状态示意图；
图3为本发明被叫方呼叫流程状态示意图；
图4为现有技术中SIP协议构成示意图；
图5为本发明的协议构成示意图；
图6为现有技术中在SIP协议中的一次会话，Alice向Bob发起一次通话的流程示意图；
图7为现有的SIP协议中INVITE事务客户端状态变化；
图8为现有的SIP协议中INVITE事务服务端状态变化；
图9为现有的SIP协议中non-INVITE事务客户端状态变化；
图10为现有的SIP协议中non-INVITE事务服务端状态变化；
图11为本发明的协议消息帧格式；
图12为本发明中的一次会话，主叫向被叫发起一次通话的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本发明提出一种VoIP技术实现方法，通过提供一种新的会话发起协议，内含精简的信令集以及紧凑的信令帧格式，以通过精简的信令集简化会话协商过程，使得信令重发尽可能地减少；通过紧凑的信令帧格式降低对带宽容量的占用，能高效地利用超短波电台网络的负载能力；
另外，本方法还提供一种针对此会话发起协议优化的有限状态机设计(即对呼叫流程状态设计)，在满足功能的前提下减少有限状态机的状态数，进而使得协议交互流程变短。
对比现有的VoIP技术实现方法，本方法采取各种针对性的设计使得VoIP技术能在超短波电台网络中实施。
根据上述发明机制，下面介绍详细的实施方式。本方明将实施方式分为2个方面：
1、呼叫流程状态设计；
2、信令帧格式设计。
如图1，VoIP设备A与设备B通过超短波电台网络连接，A设备向B设备发起电话呼叫，A为主叫、B为被叫。
呼叫流程状态中的主叫方呼叫流程状态设计和被叫方呼叫流程状态设计如图2-3所示，在主叫方呼叫流程和被叫方呼叫流程中，只选取UDP协议呼叫流程中的New命令、Ack命令、Answer命令、End命令作为优化后的信令集，完成会话中对呼叫流程的优化；
通话双方在进行协议交互的过程中将信令帧封装在UDP协议中发送，协议信令帧格式如图4所示，即限定处理后的信令帧格式包括：
信令头Head+命令号Command+会话IDSession ID+序列号Seq Number+主叫方标识字节长度CLER length+被叫方标识字节长度CLEE length+主叫方标识Caller tag+被叫方标识Callee tag+附带数据字节长度Data length+附带数据Data，且协议信令帧中的各字段含义如下：
Head：信令头；
Command：命令号；
New(0x01)；
Answer(0x02)；
End(0x03)；
Ack(0x04)；
Audio(0x05)；
Session ID：会话ID，由发起方随机生成，一次会话中保持唯一；
Seq Number：序列号；
CLER length：主叫方标识字节长度；
CLEE length：被叫方标识字节长度；
Caller tag：主叫方标识，由号码与自定义标识组成两者以“-”分隔；
Callee tag：被叫方标识，由号码与自定义标识组成两者以“-”分隔；
Data length：附带数据字节长度；
Data：附带数据(可填充话音数据，也可填充其他命令的补充信息)；
以上实施方式是完成超短波电台网络中VoIP实现的一种具备实际操作性的方式，在实际应用中可根据具体的使用场景对本方法做一定修改以满足实际的需求。
将本发明优化后的协议方案与SIP协议，从协议构成(分层)、协议格式(编码)、会话管理三个方面进行比对比式说明，以说明本发明优化后的协议方案所具有的优势之处：
1、协议构成
如图5所示，现有的SIP协议分为5层，而如图6所示，实现本方法的协议分为2层。
SIP协议设计目标为一般通用场景的会话建立过程，所以将会话管理分为了3层(应用层、事务用户层、事务层)；而本协议针对超短波电台网络进行设计，将会话管理只分为一层来简化设计，其原因在于现有的SIP协议要求支持多种传输方式(如UDP、TCP、WebSocket等)，从而设计上抽象出传输层；而本协议仅要求UDP传输，故能将传输与编码合为一层。
在协议的最底层，SIP协议以文本为编码，而本协议以二进制为编码，故不需要在最低层设置语法约束层。
2、协议格式
在协议的最底层，SIP协议由文本构成，而本协议是二进制协议。
SIP协议消息帧需要由语法约束形成帧内容，而本协议只需定义二进制帧格式。而二进制协议的优势在于帧内容更加紧凑，例如，SIP协议中的INVITE控制消息一般占用1000字节左右，而本协议中的NEW控制消息不超过160字节。所以在超短波电台网络中本协议更具备可实施性。
3、会话管理
3.1本协议
本协议的会话管理的状态流程图如图2-3所述，同时本协议中通过超时重发的机制保证消息传输的可靠性(发送端负责重发，接收端负责去重，且重发和去重为现有技术，故在此不再赘述)。在超短波电台网络中重发机制中的重发间隔设置为3秒，5次重发无响应为错误，此时状态恢复到初始态，并销毁此次会话。
3.2SIP协议
图7是SIP协议中的一次会话，Alice向Bob发起一此通话流程示意图，其中F1～F6为SIP消息，内容必须符合编码层的规则，消息在传输层上传输；F1～F3、F4、F5～F6各为一次事务，处于事务层(此层服务创建状态机和消息重发与去重)；发起或者接收事务的对象处于事务用户层。
现有SIP协议中的一次对话包含多个事务，一次会话包含一个或多个对话以及各个对象实体间传输的媒体流，故协议复杂不适合小带宽下的话音传输。而在实际通话中，事务发起(处理)端的状态变化分为：
1、INVITE事务客户端状态变化
2、INVITE事务服务端状态变化
3、Non-INVITE事务客户端状态变化
4、Non-INVITE事务客户端状态变化
从图4中圆圈所标识的位置可以看出，现有SIP协议的一次对话中，包括至少4个事务状态变化，即一个圆圈所指示区为一个事务状态变化，如图7-8列出了现有的SIP协议中，INVITE事务客户端以及服务端状态变化，而图9-10列出了现有的SIP协议中，non-INVITE事务客户端以及服务端状态变化，可以看出在现有的SIP协议中，因其适应的通信协议较多，故INVITE以及，non-INVITE的事务状态伴随变化较多；
图12为本发明优化协议后主叫与被叫进行一次会话的流程示意图，在主叫与被叫的通话过程中，其相对于现有技术，只有具有主叫与被叫方的两个状态，即通过协议的简化，在通信过程中，不再需要INVITE以及non-INVITE事务状态做相应变化，其通话状态变化如图2-3所示，更为简化，有利于在超短波电台中进行实施应用。
以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法，其特征在于，对交互通信的两个设备通过超短波电台进行网络连接，在设备会话发起协议中，包括对以下两个部分进行优化处理：
对会话协商过程进行优化处理的信令集；
对信令帧格式进行限定处理的信令帧。
2.如权利要求1所述的基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法，其特征在于，在交互通信的两个设备中通过超短波电台进行网络连接；
所述信令集的优化方式包括:
在主叫方呼叫流程和被叫方呼叫流程中，只选取UDP协议呼叫流程中的New命令、Ack命令、Answer命令、End命令作为优化后的信令集，完成会话中对呼叫流程的优化。
3.如权利要求1所述的基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法，其特征在于，在通话双方进行协议交互的过程中，将信令帧封装在UDP协议中发送。
4.如权利要求1所述的基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法，其特征在于，限定处理后的信令帧格式包括：
信令头Head+命令号Command+会话IDSession ID+序列号Seq Number+主叫方标识字节长度CLER length+被叫方标识字节长度CLEE length+主叫方标识Caller tag+被叫方标识Callee tag+附带数据字节长度Data length+附带数据Data。
5.如权利要求4所述的基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法，其特征在于，所述会话ID由发起方随机生成，且在一次会话中保持唯一性；
在附带数据中，可填充话音数据或其他命令的补充信息。
6.如权利要求1所述的基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法，其特征在于，还包括对会话中的通信协议进行优化；
其中，对通信协议的优化包括对协议构成、协议格式、会话管理的优化。
7.如权利要求6所述的基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法，其特征在于，在超短波电台通信网络中的协议构成优化包括：
在超短波电台网络通信中，将会话管理层定义为只包含应用层；
在超短波电台网络通信中，数据传输被配置为只采用UDP协议，且编码采用二进制编码，将传输与编码层合并为一层。
8.如权利要求6所述的基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法，其特征在于，在超短波电台通信网络中的协议格式优化包括：
协议采用二进制协议，且协议的消息帧只定义二进制帧格式。
9.如权利要求6所述的基于IP在超短波电台网络中进行话音传输的方法，其特征在于，在超短波电台通信网络的会话管理中，通过超时重发机制保证消息传输的可靠性，且在中重发机制中的重发间隔设置为3秒，5次重发无响应为错误，此时状态恢复到初始态，并销毁此次会话，故基于协议构成的优化，在一次会话中只有一次事务状态变化。
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