民航空管VOIP技术组网

刘海洋 赵旭

摘要

本文根据空管话音传输要求，参考相关技术标准规范，总结分析了空管VOIP组网设计规划的可行思路，为空管话音组网实践提供借鉴参考。未来在规划中还需完成网络及业务测试，掌握网络业务特性，以便开展系统保障工作。

【关键词】民航空管 话音通信系统 VoIP技术 组网

民航空管话音通信系统是民航空管信息系统的重要组成及基础设施，为空中交通管制服务提供了可靠支撑。随着民航飞行量的增长和空管业务的高速发展，面对空域管理动态变化改革、各管制部门之间灵活协调等要求，空管现有采用电路交换方式传输的话音系统面对新形势的发展需要存在一定的滞后及不足。

IP电话（VoIP）技术具有低成本、高灵活性、高效率等特点，符合业务IP化、承载IP化演进发展趋势，己成为电信运营商的主流选择。有鉴于此，国际民航组织及相关机构均提出了空管VOIP应用的相关技术标准。除需满足VoIP传输的通用要求外，空管VoIP组网也要考虑空管VoIP的特殊功能需要。本文就如何实现空管VoIP技术大规模组网，提出了一种可行思路。

1 空管话音业务综述

1.1 空管话音通信业务系统

空管话音通信系统包括地一地、地一空通信两大部分。从业务应用看，民用地空航空通信系统包括空中交通服务、航务管理、航空行政管理、航空旅客等四类。本文主要阐述空中交通服务话音服务组网的实现。从传输信息对象看，航空通信系统则分为两类：数据通信和话音通信，话音通信又包括甚高频、高频、卫星话音等，如图1所示。

为有效集中整合各种通信资源，方便管制员准确高效实施对空指挥、协调及信息通报工作，民航空管语音通信交换系统（VCSS，即内话系统）应运而生，如图2所示。内话系统整合、配置、并灵活调度有线及无线通信资源，实现各种语音信息之间的准确、可靠、高效信息交换，并为管制员提供了一个简单易操作的人机界面。

目前，我国民航空管内话系统均为分布式结构，采用数字化、模块化实现交换网络的无阻塞设计。

1.2 空管话音业务传输面临的挑战

空管话音业务传输面临的主要挑战是如何改进目前空管话音通信技术的落后不足，以适应新航行系统下空管业务融合、灵活传输要求。

空管话音通信系统历经模拟传输、数字传输发展阶段，目前以电路交换、时分复用TDM）技术传输为主。随着民航业的高速发展和空域管理的变革，空域资源改革包括通航空域资源管理，管制区域动态扇区管理，应急通信管制以及各管制中心之间协调的需要，要求空管话音通信系统能适应高速、高效、动态灵活传输发展趋势。空管现有话音通信系统在这一方面存在一定的滞后及不足。

随着数据通信的出现普及，数据、话音融合到统一网络框架成为未来发展目标及技术解决方案。空管新航行系统（CNS/ATM）中通信建设目标也将适应这一发展趋势。IP技术采用分组交换实现资源动态调配，业务灵活接入，满足未来空管话音高速通信系统高速、高效、灵活传输发展要求。考虑到话音和数据的融合，QOS，安全和防护等技术的实践与发展，IP技术己成为实现空管新一代通信传输的事实选择。

2 VoIP技术概要

VoIP即为IP电话（Voice over IntemetProtocol），指的是将模拟的语音信号经过采样、压缩与封包之后，以数据封包的形式在IP网络的环境进行语音信号的传输。本文中VoIP技术泛指实现VoIP电话的各类技术。

2.1 VoIP技术原理

在IP网络上实现语音传输要经过语音-数据转换，数据至IP报文转换，传送，IP报文至数据转换，数据转换到语音五个过程，如图3所示。传输过程中涉及到的关键技术包括话音处理技术、信令技术、实时传输技术、服务质量（QOS）保证技术、以及网络传输技术等。

2.1.1 语音处理技术

语音处理技术主要目的是将采样的语音信号处理成适合在IP网络中高效传输的数据报文，包括语音编码压缩、静音检测和回声消除等。目前，主要的编码技术有国际电联ITU-T）定义的6.711、6.729、6.723等。静音检测技术可有效剔除静默信号，从而使语音信号占用带宽进一步降低。回声消除技术利用数字滤波器技术来消除回声干扰以保证通话质量，这点在时延相对较大的IP分组网络中尤为重要。

2.1.2 信令技术

信令技术是为保证电话呼叫顺利实现和话音质量的通信协定，目前被广泛接受的VoIP控制信令体系包括ITU-T的H.323系列和IETF的会话初始化协议SIP。

2.1.3 实时传输技术

语音业务实时性要求较高，主要采用实时传输协议（RTP）。RTP是提供端到端的包括音频在内的实时数据传送协议，其包括数据和控制两部分。

2.1.4 QoS保障技术

VOIP中可采用帶宽规划、资源预留协议 （RSVP）以及进行服务质量监控的实时传输控制协议（RTCP）来避免网络拥塞，保障通话质量。

2.1.5 网络传输技术

VoIP中网络传输技术主要是TCP和UDP，此外还包括网关互联技术、路由选择技术、网络管理技术以及安全认证和计费技术等。考虑到语音业务特性，其信令报文采用TCP传输以提高语音传输的安全可靠性，数据报文采用UDP传输以提高传输效率。

此外为解决IP语音通信中存在的语音延时、丢失分组语音包、汇接交换导致的延时、抖动等现象，后期发展了舒适背景噪音、语音活动检测（VAD）、语音缓冲区动态调整、语音丢包补偿等技术提升语音传输质量。

2.2 技术标准

2.2.1 H.323技术标准

H.323是由ITU制定的通信控制协议，用于在分组交换网中提供多媒体业务。呼叫控制是其中的重要组成部分，它可用来建立点到点的媒体会话和多点间媒体会议。H.323定义了介于电路交换网和分组交换网之间的H.323网关（Gateway）、用于地址翻译和访问控制的网守（GateKeeper）、提供多点控制的多点会议控制器（MC）、提供多点会议媒体流混合的多点处理器（MP），以及多点会议控制单元（MCU）等实体。

2.2.2 SIP技术标准

会话初始协议（SIP）是由国际互联网工程任务组（IETF）所制定，其特性几乎与H.323相反，只提供会话或呼叫的建立与控制功能。SIP协议可支持多媒体会议、远程教学及Internet电话等领域的应用。

SIP是一种基于文本的协议，相较H.323来说，其灵活性与扩展性的表现较好，具备了快速建立呼叫快与支持电话号码之传送等特点。此外，SIP同时支持单点播送（Unicast）及组播功能。在网络层次模型上，SIP属于应用层协议，可透过UDP或TCP协议进行传输。

3 空管volp技术组网

空管话音系统采用volp技术组网需考虑空管话音业务传输及空管volp组网技术两方面要求。其中，空管话音业务传输除了要满足普通IP话音通信要求外，还要满足空管话音通信的特殊功能要求。

3.1 空管话音业务传输要求

3.1.1 IP话音通信要求

IP话音通信质量与时延、抖动、丢包等密切相关。参照ITU-T Y.1541对IP语音服务质量的要求，分别从端到端丢包率、时延、抖动以及MOs评分等方面进行评价，如表1所不。

3.1.2 空管话音通信系统要求

空管内话系统是提供管制服务的核心，是实现地空和地地语音通信的通信终端设备。除具有传统话音通信功能外，其应实现呼叫无呼损，无线电台特殊信息处理，无线信道语音信号比选，无线频率耦合功能，电话会议，席位控制移交，电话转接以及系统联网等功能。

3.1.3 空管话音volp组网技术要求

为实现空管volp技术组网，需解决三个主要问题：定义空管volp网络中组件架构模型，选择改进实现空管volp的协议技术，研讨空管volp网络中地地、地空话音技术规格。目前，欧洲民航电子设备组织（EUROCAE）中WG67小组已完成空管volp系统ED系列相关标准化工作，图4中是空管VOIP网络中组件架构。ED标准中规范了地地、地空話音技术规格要求，采用SIP协议作为组网的信令协议，并改进RTP协议来支持空管VoIP系统的功能应用，实现了空管话音面向连接传输保障。

3.2 空管VOIP组网设计

空管VOIP组网设计主要包括如下几个方面的内容：整体架构、网络容量、可用性、QoS，安全、管理保障等内容规划设计。

根据空管话音系统传输要求，参考ED系列相关标准，借鉴运营商IP话音组网实践，空管VOIP组网作为一个体系架构整体来考虑。网络整体采用IP技术体制，通过SIP协议及改进的RTP协议实现IP分组网络上的空管话音传输。设计核心即网络架构是通过采用面向连接的技术实现空管话音高质量传输。考虑到空管话音业务过渡期的兼容性，过渡期也可采用面向连接技术、设备模拟话音专业处理并结合业务监视技术实现空管话音保障。

有别于其他VOIP系统，空管VoIP网络要完成的重要设计包括网络容量规划。网络的容量应当能满足网络话音和信令传输需要，即网络中继带宽应高于最大信道话音带宽与最大信道信令带宽之和。传统电信电路交换网络中，每路话音固定为64kbpso在IP分组网络中，话音带宽与采样周期、编码方式有关。以20ms采样周期、G.711编码方式为例，1条E1中继（带宽为2M）可传输21路话音，考虑到话音信令信号控制，工程中1条E1中继设计传输20路话音，容量规划中可以此设计为基准。

为达成空管语音业务高可用性，网络需实现高可用性设计。目前IP网络高可用性设计包括网络架构、设备、链路、协议等内容规划设计，此外在网络运维管理上也提供可用性支撑。考虑到链路租用成本等问题，网络可以采用扁平的层次化架构，通过冗余链路规划实现双路由保障，并开启路由动态快速收敛机制。

考虑到空管VOW网络未来除承载空管话音业务，空管数据业务占比较大。为实现空管话音实时传输，在IP网络中采用QOS技术实现业务传输质量差异化保障。

4 总结

本文根据空管话音传输要求，参考相关技术标准规范，总结分析了空管VoIP组网设计规划的可行思路，为空管话音组网实践提供借鉴参考。未来在规划中还需完成网络及业务测试，掌握网络业务特性，以便开展系统保障工作。

参考文献

[1]Cisco IP电话疑难解析.

[2]ITU-T Recommendation Y.1541，2002.

[3]ITU-T Recommendation6.114，2003.

[4]ED-136VoIP ATM System Operational andTechnical Requirements.