VoIP技术在民航语音通信领域的发展与应用

肖炎荣 谢来阳 周至凯

【摘要】简述VoIP技术的概念和在民航语音通信的发展背景和历程，分析VoIP技术的结构特点，结合语音时延参数的测试，描述VoIP技术在民航领域现实使用中所面临的挑战和机遇。

【关键词】VOIP EUROCAE语音交换系统语音时延

一、引言

1.1发展背景

VoIP（VOICE OVER INTERNET PROTOCOL）基于互联网协议的语音通信技术从上世纪九十年代中期出现之后得到了长足的发展和广泛的应用，随着网络时代的来临，VoIP以不可比拟的成本优势和便利性迅速在语音通信市场占有了一席之地。Skype、MSN等就是为人们熟知的使用VoIP技术进行语音通信的工具。EUROCAE（European Organization for CivilAviation Equipment）欧洲民航装备组织在2009年颁布了ED-136、ED-137、ED-138、ED-139 4份关于VoIP技术在民航通信中应用的标准，标志着VoIP技术正式成为未来民航语音通信系统的发展的方向。

1.2VOIP技术概述

VoIP（Voice over Internet Protocol）基于网络之间互联协议的语音通信。基本原理就是通过语音压缩设备对我们的语音进行压缩编码处理，然后再把这些语音数据根据相关的协议进行打包，经过IP网络把数据包传送到目的地后，再把这些语音数据包串起来，经过解压解码处理后，恢复成原来的信号，从而达到由IP网络发送语音的目的[1]。EUROCAE定义了民航使用的VoIP技术采用会话发起协议（Session Initiation Protocol SIP）和实时传输协议RPT（Real-time Transport Protocol）等协议进行语音通信。

会话发起协议是一个控制发起、修改和终结交互方式多媒体会话的信令协议。多媒体会话是多样化的，包括双方或多方音频、视频呼叫、聊天会话或游戏会话[2]。

SIP支持5个方面功能：

（1）用户定位（user location）：确定终端所在的位置。

（2）用户可用性（user availability）：确定被呼叫方是否空闲或者愿意加入会话。

（3）用户可容性（user capabilities）：确定所用媒体和媒体参数。

（4）会话建立（session setup）：邀请和提示被叫，与主叫间建立会话。

（5）会话管理（session management）：转交（transfer）和终止会话，修改会话参数[4]。

RTP实时传送协议。

RTP定义了两种报文：RTP报文和RTCP报文，RTP报文用于传送媒体数据，由RTP报头和数据两个部分组成，RTP数据部分称为有效载荷，RTP报文用于传送控制信息。

二、VoIP技术在民航语音通信领域的发展

民航语音通信系统发展经历了三个阶段，模拟语音通信、PCM（Pulse Code Modulation）语音通信和VoIP语音通信。早期的民航语音通信通常使用模拟甚高频电台与飞机进行通信，没有成型的通信系统，直到上世纪90年代前后，基于PCM的语音交换系统在民航语音通信领域的应用，为民航语音通信系统的发展起到了巨大的推动作用。目前，国内外绝大部分的机场塔台、区域中心使用的都是这类语音交换系统。VoIP在通信领域从上世纪九十年代初开始在民用市场得到了蓬勃的发展，由于通信时延和稳定性的问题，在民航语音通信方面一直没有得到应用，直到2004年，才形成了第一个关于VoIP在民航语音通信中的应用的模型，维也纳协定定义了VoIP在民航语音通信中包括VCS（Voice Communication Switch）、网络、无线电、电话、录音等几个模块，为VoIP技术在民航的发展奠定了基础。图1为维也纳协定框架图。

2006年，欧洲民航装备组织完成了VoIP标准第一版的编写，在2008年进行了VoIP设备的第一次接入测试并在同年完成了第二版的编写。2009年颁布了关于VoIP技术在民航设备中应用的四份指导性的标准，同时完成了与其它语音交换系统的联网测试工作。2011年成功完成了录音设备的互用性测试。

目前国内民航系统中部分新型号的甚高频、VCS设备已具有VoIP功能，绝大部分尚未投入到正式使用当中，只在个别区域进行运行测试。在与原有的基于PCM的语音交换设备进行接入使用，采用网关形式，将语音数据从IP模式转换成模拟语音再经过传输设备发送到远端台站。

三、VoIP语音通信系统在实际应用中面临的挑战

VoIP语音通信系统有结构简单、扩展性强、成本低廉等优势，由于是基于网络的通信系统，不可避免存在着数据包丢失、通信时延、抖动和回音等问题。根据国际电信联盟推荐的语音时延在0～150ms是通话质量最佳范围，150ms～3000ms是可接受范围，300ms以上时延是不可接受范围。针对网络通信的特有问题，EUROCAE对网络服务质量QoS（Quality of Service）和通信链路时延等有着严格的规定，ED-138定义了用于民航语音通信的网络性能和需要达到以下标准：

（1）单向每个语音通道带宽不小于100kbps。

（2）本地与远端网络时延小于40ms。

（3）无线电信号抖动不大于5ms，电话信号抖动不大于10ms。

（4）丢包率小于1%。

ED-136规定了单向的通信链路时延总共不能超过130ms，图2为ED-136所定义的语音通信时延要求。

罗德施瓦茨公司的VCS-4G型语音交换系统是其中一种应用VoIP技术在民航语音通信领域的设备，作者参与了该设备的入网测试，语音通信时延测试是入网测试的一个关键参数。图3为发射通道语音时延，黄色音频部分为设备麦克风输入波形，绿色为VCS输出到传输设备波形。语音时延大约68ms。图4为接收通道时延，黄色部分为扬声器输出，绿色部分为传输设备输入到VCS波形。语音时延大约为65ms。可以看出与基于PCM的语音交换系统的语音时延行业标准小于50ms差距不是很大，语音通信的通话质量没有明显的下降。

民航除了对语音通信的通话质量、VoIP语音通信设备稳定性有着更高的要求以外还对通信网络的安全性有着严格的要求，出于安全性考虑，VOIP语音通信设备接入公共网络的可能性不大，对于VoIP语音通信设备在国内民航语音通信领域的大规模应用，还需有待民航专用网的日益完善。

四、结论

作为通信领域的新技术，VoIP技术虽然存在着极度依赖网络服务质量的缺点，但其结构简单、扩展性强、成本低廉的优势，契合未来民航语音通信领域的发展方向，随着网络技术的飞速发展和服务质量的不断提升，基于VoIP技术的语音通信设备将成为民航语音通信领域的主流设备。

参考文献

[1]于波. VoIP技術在空管内话通信中的应用初探[J].西安：电子元器件应用，2006.6

[2]（美）戴维森等著，高艳译. VOIP技术架构[M].北京：人民邮电出版社. 2008.4

[3]张登银，孙精科. VoIP技术分析与系统统计[M].北京：人民邮电出版社，2003

[4]朱道娴. VoIP技术在空管内话通信中的应用初探[J].北京：空中交通管理，2013.10