通信与网络 Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ＆Ｎｅｔｗｏｒｋｓ 基于ＳＩＰ协议的模拟电台语音通信系统设计 Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｏｒｓ ｒａｄｉｏ ｖｏｉｃｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＩＰ ｐｒｏｔｏｃｏ 牟健何波贤岳明王岩 ９２７２４（山东青岛２６６１０８） 摘要：为了提高模拟电台训练系统的仿真程度，在模拟电台语音通信系统中以计算机网络通信技术为核心，构建一种基于 ｓ１Ｐ协议的语音通信技术 经过实验测试，在多部电台模拟器之间相互构建语音组网通信时延小￣２００ｒｎｓ，音质清晰，能够 清楚分辨出发话人的语音特征，满足了设计的要求 关键词：ＳＩＰ协议；模拟电台；语音通信 ＤＯＩ：１ Ｏ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００Ｓ・５５１ ７．２０１ ７．１．０１ ２ 牟健（１９８８一），男， 页士，研究方向：无线电通信；何波贤，男，讲师，研究方向：无线电通信 引言 当前大部分模拟电台训Ｉ练系统基于电台界面的操作，对 语音通信交互及组网的构建存在一定的缺陷，随着计算机技 术及仿真技术的飞速发展，以局域网为依托，利用计算机技 及网络电话设备，极大地推进了ＳｌＰ协议技术的发展。 １ ＳＩＰ协议 ＳＩＰ（Ｓｅｓｓｉｏｎ Ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏ１）是一个基于ＩＰ应用层控制 术，基于ＳＩＰ协议的多线程即时语音通信技术，构建模拟仿真 电台一对一、一对多、多对多的即时语音通信组网效果，以 适应当前开展多元化、现代化的仿真模｝Ｌ￣ＵＪＩＩ练需求。 ＳＩＰ协议是一种网络电话协议，可以在局域网络中即时构 协议，继承了互联网通信一些设计理念，它高效、稳定、简 单、扩展方便而又不缺乏灵活性，可以在几分钟之内构建出一 个可以在多系统平台运行的服务器和客户端。主要功能是以服 务器为中心，即时建立、调整、撤消客户端的呼叫与会话，同 时可进行用户定位、用户交换、呼叫建立、处理等，构建完整 的语音通信网络系统。 Ｐ代理客户端￣Ｅ］ＳＩＰ服务 ＳＩＰ协议采用了Ｃ／Ｓ模式 包括ＳＩ器。其中，代理客户端是一个 交互的系统接口，又分为负责 发起ＳＩＰ呼叫请求的用户代理客 户端和负责对呼叫请求做出响 应的用户代理服务器。而ＳＩＰ￣Ｅ 建一对一、一对多、多对多参与者之间的语音交互通信。由 于ＳＩＰ协议开源、简单、快捷、灵活、扩展性强等特点，当前 国内外企业研制出很多基于ＳＩＰ协议的视频语音会议解决方案 务器主要包括注册、代理、位 置、重定向服务器，它们之间 — ］・ ＳＩＰ注册 －ｒ 可以共存于一个设备当中，也 可以分布在整个物理实体中 Ｓ ｌ Ｐ服务器并不依赖硬件系统， 完全是基于软件实现的文本协 ＳＩＰ信息处理 图１总体框图 图２ ＳＩＰ注册流程 ５ ６ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴ ＷＯＲＬＤ ２０１ ７ 责任编辑：王金旺 其中，ＳＩＰ注册是认证各电台模拟训练器子系统组网的状态： 语音处理模块包括语音采集、播放、编码和解码过程：实时语 音传输主要包括ＳＩＰ线程、发送线程、接收线程和网络状态反 馈线程；ＳＩＰ信息处理主要记录各模拟电台通信组网状态，发 起或拆除语音系统组网以及相对应的消息处理，实时调整处于 不同组别电台模拟训练器的组网连接状态。 ３模块具体实现 ３．１ ＳＩＰ注册 ＳＩＰ服务器设置在主控计算机上，主控计算机ｌＰ地址设置 为：１６８．１９２．１．１，端口为：５０６０；每一台电台模拟器在系统 中充当ＳＩＰ客户端，设置的ｌＰ地址为：１ ６８．１ ９２．１．（２—１ ２），端口 图３语音处理流程 为５０６１—５０７１。根据Ｃ／Ｓ模式把主控ＳＩＰ￣Ｅ务器、电台模拟器进 行组网连接，如图５所示，并依次分配 ＩＰ、端口地址、用户名字，以及设定 的密码。此系统第一次使用时，需要 取ｔｉｌｅ务器的注册认证，否则无法进 行组网通信，ＳＩＰ的注册过程如图２所 不Ｏ 第一步，首次启动语音通信时， 图４语音传输流程 图５邀请加入组网流程 ＳＩＰ客户端先通过局域网向安装在主控 计算机上的ＳＩＰＩＥ务器发起ＲＥＧＩＳＴＥＲ 注册申请： 议，主要负责接收和处理用户端请求、注册、鉴权、认证、处 理呼叫相关信令的网络等服务。 ＳＩＰ作为一个开源的协议栈，编码方式是采用扩展的 Ｂ Ｎ Ｆ范式来规定的，不是一个垂直集成的通讯系统，本身不 提供服务，往往与实时数据传输协议（ＲＴＰ）、实时流协议 （ＲＳＴＰ）、媒体网关控制协议、会话描述协议（ＳＤＰ）等协 同合作，来实现不同的网络通信服务，构造完整的多媒体网络 通信架构。同时，ＳＩＰ的技术核心是采用了标准Ｃ语言编写开 源的０ＳＩＰ协议栈，并可在ＶＣ６．０编译器中运行，并为语音通信 提供了一些解析消息的ＡＰＩ和事物处理状态机。 第二步，ＳＩＰＪ￣Ｅ务器对ＳＩＰ客户端进行查询并认证该客户的 信息，确保这名客户信息是一个新的用户，服务器对该用户返 回４０１ Ｕｎａｕｔｈｏｒｉｚｅｄ质询信息及所需的安全认证令牌； 第三步，用户根据服务器的提示，输入相应的标识及用 户信息，再次向服务器发出ＲＥＧＩＳＴＥＲ￣ｊ息请求； 第四步，服务器收到请求后，检查用户信息的正确性， 质询信息验证用户的合法性，若是用户信息错误，返回失败， 若是户信息合法，把用户信息保存到数据库当中，最后返回成 功的相应消息２００ ＯＫ。 ２设计思路 ＳＩＰ协议的语音通信模块设计的目的是把分布在计算机局 域网内的半实物电台模拟器实时构建语音通信网，该语音通信 网络的设计主要采用模块设计，各模块之间松耦合且相对独 立．主要的模块包括：ＳＩＰ注册模块、语音处理模块、实时语 ３．２语音处理模块 当客户端完成注册验证之后，由主控计算机选择相应的 电台模拟训ｌ练器进行组网，构建ＳｌＰ语音会议通信系统。语音 的采集是由模拟电台训练器终端负责语音采集，语音处理的流 程如图３所示，首先判断手咪的ＰＴＴ按键是否触发，若是没有 被触发，该电台模拟训ｌ练器处于接收语音状态，即时对语音信 音传输模块、ＳＩＰ￣Ｊ息处理模块。模块的总体框图如图１所示。 ｗｗｗ．ｅｅｐｗ．ｃｏｍ．ｃａ ２０１ ７．１ ５ ７ 通信与网络Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ＆Ｎｅｔｗｏｒｋｓ 息进行解码 主控计算机 端发送相对应的会议号，各电台模拟器终端根据接收到的会议 号，向主控发送Ｉ ＮＶＩＴＥｉ￣息，请求加入相对应的会议号，具 体的流程如图５所示。首先主控ＳＩＰ￣ＪＥ务器根据创建的会议号向 模拟器客户端提出邀请ＩＮＶＩＴＥ消息，带有新的协商信息；然 后模拟器客户端回复２００ ＯＫ，并将协商后的信息带回；最后服 务器发送ＡＣＫ给模拟器客户端进行答复，成功邀请新的成员 加入组网，即时可进行语音通信。 退出组网模式是基于电台模拟器工作参数的改变，当某 电台的工作参数发生改变时，该电台模拟器需要向主控服务器 发送ＢＹＥ消息进行申请退出当前会议号，服务器接收￣ＵＢＹＥ请 求后，对该模拟器语音通信链路进行切断。 当系统内所有模拟器的工作参数不相同或退出组网模拟 及播放：若 是被触发， 该电台模拟 训练器进行 语音采集， … 初始化语音 存储的数据 电台模拟训练器１ 训练器２ 图６系统的框架结构 ＿ｉＪｌｌ练器ｎ 结构．调用 录音设备 并根据电台设定的电磁干扰类型的强度，对语音信息进行编 码，当保存数据的缓冲区满时，对语音数据进行打包，并发送 到会议系统中进行组播。 时，组网结束，主控服务器会向所有模拟器终端发送ＢＹＥ请 求，中断所有的组网。 ３．３语 传输模块 语音传输模块包括ＳＩＰ线程、发送线程、接收线程和网络 状态反馈线程四个线程，为了满足建立多线程￣９ｃ／ｓ模型和严 格的异常处理机制，局域网中采用ＵＤＰ协议进行传输。ＵＤＰ 协议传输是一种单向的传输方式，事前不必与对方进行连接， 直接发送数据，例如微信，不用担心对方是否在线，都可以向 对方发送数据，不仅可以实现一 多点的数据广播，还可以进 ４系统测试 电台模拟器训练系统主要有主控计算机、局域网、电台模 拟训练器组成，如图６所示。其中把ＳｌＰ的注册服务器、代理服 务器、位置服务器及重定向服务器安装在一台主控计算上，每 一行用户分组通信，具有通信效率高，占用网络资源少等特点。 然而ＵＤＰ协议存在的缺点是存在数据的丢包现象，不能完全确 保对方接收到完整的数据包。为了解决这种问题，采用了三个 ＵＤＰ控件，如图４所示，ＭＵＵＤＰ１负责ＳＩＰ线程及网络转状态反 台电台模拟训练器都是基于ＡＲＭ１１的嵌入式ＳＩＰ客户终端， 以局域网技术为依托，构建电台模拟训练系统强大的语音交互 网。在模拟电台通信过程中 主控计算机周期扫描模拟电台训Ｉ 练器的工作参数，用模拟器工作参数相同的组合构建实Ｂ－，ＪＢ￣语 音通信网，经过测试，通信延时小于２００ｍｓ，音质清晰，能够 清楚分辨出发话人的语音特征，满足了设计的要求。 馈线程，ＭＵＵＤＰ２负责语音发送线程，ＭＵＵＤＰ３负责语音接 收线程，这样可以有效地解决传输信息存在的丢包现象。 ３．４ ＳＩＰ信息处理模块 当主控在进行组网语音通信时，根据当前所有电台模拟 器设置的工作参数进行组网，在主控服务器中生成模拟器会话 会议号，例如根据１号、５号、８号电台模拟器设置的工作参数 一５结论 本文基于局域网通信技术，利用ＳＩＰ协议，构建了电台模 拟训练系统的语音通信系统，并在ＶＣ６．０平台上编译通过，实 致，建立组网号１ ８６００１，１、５、８号电台模拟器就可以在 现了多台电台模拟训练器之间的组网语音通信，通信效果良 好，对电台模拟器的语音仿真训练具有很强的 网、加入组网、退出组网、结束组网等步骤。 创建组网方式采用即时会议的形式进行，首先主控服务 实际参考价值。 构建的网络内进行语音交互通信。组网的过程一般包括创建组 器对每台电台模｝１：．ｔｋｉｌｌ练器工作参数进行周期扫描，并进行匹配 对比，若发现电台的工作参数有相同的组合，则即时生成新的 参考文献： 会议号进行组网。 ｌ ｊ 器 肇， 籍 鲥 “ ｄ。 加入组网方式采用Ｃａｌ Ｉｌｎ方式，当建立组网完成之后， 主控利用即时消息的方式向具有相同工作参数的电台模拟器终 【３】杨俊智．基于ｌＰ的可视电话中Ｈ ２６３＋编码器的买现及其优化【Ｄ】浙江大学．２００３ ＿４４］ Ｗｉｎｄ Ｒｉｖｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｌｎｃ Ｔｏｒｎａｄｏ ＡＰＩ Ｇｕｉｄｅ １ ０ １［ｚ】Ａｌａｍｅｄａ．ＣＡ．２００２ ５ ８ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＰＲＯＤＵＣＴ ＷＯＲＬＤ ２０１ ７．１
