基于三级通信组网的设计过程中的语音通话实施方案

本文主要讲述了在三级组网条件下的语音通信问题。其中组网方式可分为有线和无线两种模式，在本文介绍了一套语音通话解决方案，从他的设计、调试和测试工作来看，基本能满足用户对系统的功能及性能要求。

1 系统连接关系图

本系统的连接关系图如图1所示。

在图1中，左边为本系统的一个语音系统，右边也为本系统的一个语音系统，这两个系统之间可通过中继传输设备进行连接，以增加系统间通信传输距离，而在每个系统的一级终端留有物理接口，可通过有线接入中继传输设备、电话机、中继交换机等设备，以达到增加传输距离、与电话机通信和接入市话网的功能。而在本语音系统内部，可通过有线和无线两种方式实现平级、上下级、越级之间的语音通信功能。

2 组网模式

2.1 有线组网

有线组网模式下，各级话音终端通过高速有线方式与上、下级单位进行连接。组网结构如图2所示。

2.2 无线组网

无线组网模式下，各级话音终端通过无线方式与上、下级单位进行连接。如图3所示。

2.3 混合组网

混合组网模式下，各级话音终端通过高速有线或无线方式与上、下级终端进行连接，如图4所示。

3 主要功能

3.1 话音终端间通话功能

话音终端组网后可以进行数据传输和语音通话，其具体功能要求如下：

1）各级话音终端可以与直连友邻话音终端进行通话，在有线传输模式下，实现双向双工通话功能，在无线传输模式下，实现单向单工语音通话功能;

2）在有线模式传输下，各级话音终端间可进行语音通话，各级话音终端也可越级进行语音通话，实现双向双工通话功能。

3.2 各级话音终端可与中继传输设备通话功能

各级话音终端可以与中继传输设备进行通话。

3.3 各级话音终端可与电话机通话功能

各级话音终端可以通过顶层话音终端与电话机进行语音呼叫和通话功能。

3.4 各级话音终端可与中继交换机通话功能

各级话音终端可以通过顶层话音终端与直连的中继交换机进行语音呼叫和通话功能。

4 设计与实施

4.1 总体设计

SIP是一个应用层的控制协议，在SDP协议的配合下，可以用来建立、修改和终止多媒体会话，已广泛应用于VOIP等各种软交换领域，它主要支持用户定位、用户有效性检查、用户能力、建立会话、会话管理等功能。

在本系统中有线工作模式下，使用SIP协议完成各话音终端间的话音呼叫控制及通话功能。

在本系统中，采用如图5所示的系统架构方式，实现了有线模式下的SIP的话音呼叫及媒体流控制功能。

其中，SIP服务器模块主要完成话音终端用户的信令呼叫处理，用户管理模块主要完成SIP用户及电话机、中继交换机的注册及注销操作及号码管理功能，呼叫控制模块主要完成电话机及中继交换机的呼叫控制流程，媒体控制模块主要实现各种话音媒体流的传输及转换功能。

4.1.2 无线通信模式

在本系统中采用超短波电台实现无线通信，受超短波电台带宽的影响，不可能采用有线通信方式下的SIP协议通信机制，而只能采用自定义话音呼叫信令的方式。

超短波电台包含有数据通道和语音通道，本系统中，采用电台的数据通道来传输语音呼叫控制信令，语音通道来传送语音，通过时隙交换的方法把电台的语音数据接入话音终端，这样能节省传输空间，并能最大化利用电台的功能。

话音终端用户作为主叫用户发起呼叫时，输入被叫号码完毕后，向通信节点发出呼叫请求消息，等待收到呼叫应答消息后向终端送提示音和提示界面（成功或失败）。被叫用户摘机，通信节点向终端发送连接请求消息后，建立接续，主、被叫进入通话状态。呼叫流程如图6所示。

话音终端用户作为被叫时，收到通信节点送来的其它用户呼叫请求消息后，根据当前话音终端用户状态向通信节点发送呼叫应答消息。如果被叫用户空闲，则向该终端用户送提示音和提示界面。话音终端用户摘机后，向通信节点发送连接请求消息由其处理。通信节点收到连接请求消息后，建立连续，主、被叫进入通话状态。呼叫流程如图7所示。

4.2 方案实施

4.2.1 话音终端之间的通话

话音终端之间的语音通话是本方案中的核心部分，语音通话的业务流程主要有以下几个步骤：

1）用户输入目标号码，拨号;

2）话音终端发送连接请求报文给通信控制程序，得到目标号码终端与本机的连接方式。该连接方式返回值主要有：0x00-有线直连;0x01-无线直连;0x02-有线越级;0x03-无线越级;0x04-混合越级;0x05-不在线;0x06-号码不存在;

3）话音终端根据返回值选择对应的处理方式，在有线直连和有线越级的情况下使用有线通话模式协议，即SIP控制协议;在无线直连模式下使用电台通信模式;

4）经过连接请求等报文通信之后建立通话连接状态，话音终端通知通信控制程序已经建立连接的目标号码，根据该号码，通信控制程序把语音数据发送给目标终端设备;

5）若通话结束，话音终端发送释放报文给通信控制程序，通信控制程序释放相关资源，恢复状态。主要业务流程如图8所示。

4.2.2 系统与中继传输设备通话

中继传输设备是为了扩展话音终端的通信距离而接入的数据中转设备，它是单纯的转发设备。在设计中，中继传输设备只需要接收语音的功能，所以，话音终端拨打中继设备的号码之后，通信控制模块直接发送语音数据给中继传输设备来完成通话。

4.2.3 系统与电话机通话

本系统使用的是标准的SIP话音呼叫信令，而电话机采用的是模拟话音呼叫信令，为此，需在二者之间加入一个SIP代理，以实现二者之间的话音呼叫信令及话音数据的相互转换，为此，该SIP代理需完成以下功能：1.由于所以的SIP服务器都需要终端用户提供注册功能，因此该SIP代理应完成电话机的注册功能;2.信令转换功能，能将电话机的话音呼叫转换为SIP话音呼叫，同时产生相应的SIP呼叫报文，也能将SIP呼叫报文转换成普通话机的话音呼叫信息;3.话音数据转换功能，能将标准格式的RTP话音数据包通过话音编解码芯片转换成PCM格式的话音数据，同时也能将PCM格式的话音数据通过话音编解码芯片打包成RTP话音数据包并通过网络进行传送。

本系统与电话机之间的工作流程可用一状态转换图来表示，如图9所示。

4.2.4 本系统与中继交换机通话

与电话机类似，为实现本系统与中继交换机的通话功能，以实现话音终端接入PSTN网，也需在二者之间加入一个SIP代理，实现二者之间的话音呼叫信令及话音数据的相互转换。其主要处理流程如图10所示。

5 通信协议

5.1 有线通话协议

在本系统中主要使用标准的SIP呼叫协议及SDP附加协议完成SIP用户之间的话音呼叫控制及媒体流交互。

5.2 无线通话协议

无线通话协议采用自定义协议，话音终端应用软件通过socket把通话协议发送到通信板40000端口，由通信板进行转发。

应用软件采用IP地址：10.0.0.6。

通信板使用IP地址：10.0.0.3。

应用报文格式如表1所示。

信息类型格式定义如表2所示。

正文用来表示需要传输的信息内容，最大长度不能超过600Bytes。校验和为从0x7E到正文结束所有内容的值的和。

6 结论

通过该项目的实践，发现该语音系统具有较好的话音呼叫控制及通话功能及性能，它基本上能满足用户对多级话音通信系统的功能及性能要求（包括有、无线环境）。同时，该话音系统在话音呼叫控制协议上也通过增加CRC校验及重发机制来保证其传输的可靠性，大大增强了系统的抗干扰能力，提高了系统的可靠性及稳定性，在实现上也不复杂、易理解，具有一定的推广应用价值。