车载话音集中控制器中VOIP网关单元的设计

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3.0 朱铭铭 2024-09-30 15 4 3.4MB 59 页 15积分
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摘要
车载话音集中控制器中 VOIP 网关单元的设计
摘 要
车载话音集中控制器是指挥调度系统中的重要组成部分，其组网能力强大与否已成为指挥调
度系统中一个重要衡量指标。增加 VOIP 网关单元可以依托 IP 信道实施快速组网，摆脱传输信道造
成的组网距离的限制。此外通过设备间的组网可以解决单一设备接口数量对组网规模限制的问题。本
文详细介绍了车载话音集中控制器中 VOIP 网关单元的设计，并对设备加装 VOIP 网关单元后的相
关性能进行了测试。
本文首先阐述了课题研究背景及主要研究工作，然后详细介绍了 VOIP 网关相关技术与协议，
车载话音集中控制器系统设计、VOIP 网关单元设计，最后给出整体性能测试。本文通过选用基于
PowerPC 架构的 MPU8321E 的CPU 模块和 Audio Codes 公司的语音编解码芯片设计 VOIP 网关单元，
测试加装 VOIP 网关单元后的车载话音集中控制器相关性能。新一款设备提升了设备间组网能力，
目前已经装备某型应急通信指挥车中，在两年的实际使用过程中，充分验证了其组网能力，真正解
决老款设备语音通信组网距离短和组网时间效率低的问题。
关键词：车载话音集中控制器， VOIP 网关，互联互通，话音编码
I
Abstract
DESIGN OF VOIP GATEWAY IN
VEHICULAR VOICE CENTRALIZED
CONTROLLER
Master Candidate: LI Zhi-guo Supervised by Prof. JIANG Min
Southeast University
Abstract
Vehicular voice centralized controller is an important part of the command and dispatching
system. Its networking capability is a main index to measure the performance of command and
dispatching system. With VOIP gateway unit, the controller can fulfill fast networking through IP
channel with no limitation of networking distance by transmission channel. In addition,
networking devices can get rid of the limitation of networking scale caused by the limited number
of interfaces of a single device. This paper describes the design of vehicular voice centralized
controller in detail and discusses the test result of the devices’ performances after installation of
VOIP gateway unit.
This paper first describes the research background and research work, and then details the
relevant technology and protocol of VOIP gateway, the vehicular voice centralized controller
system design, VOIP gateways unit design. Finally, we list the test result of the general
performance. By choosing PowerPC-architecture-based CPU of MPU8321E and voice codec chip
design VOIP gateway unit from Audio Codes Company, we test the relevant performance of the
vehicular voice centralized controller equipped with VOIP gateway unit. The testing result shows
the improved networking capability of the device. Now, the new devices have been installed in
certain emergency communication command vehicles. The controllers show their strongly
improved networking capability during two years’ practical use. The problems of limited
networking distance and low networking efficiency of the legacy devices are actually solved.
Key words: vehicular voice centralized controller; VOIP gateway; interoperability; Voice
encoding
II
东南大学工程硕士学位毕业论文
目 录
第一章 绪论.............................................................................................................................................1
1.1 课题研究背景...............................................................................................................................1
1.2 本文研究意义及主要研究工作...................................................................................................2
1.3 本文组织结构...............................................................................................................................4
第二章 VOIP 网关相关技术与协议.........................................................................................................5
2.1 VOIP 基本概念..............................................................................................................................5
2.2 VOIP 关键技术..............................................................................................................................6
2.2.1
信令技术
..................................................................................................................................6
2.2.2
实时传输技术
..........................................................................................................................7
2.2.3
语音编码技术
..........................................................................................................................7
2.2.4
服务质量保证技术
..................................................................................................................8
2.2.5
网络传输技术
..........................................................................................................................9
2.3 本章小结.......................................................................................................................................9
第三章 车载话音集中控制器系统设计...............................................................................................10
3.1 整体设计.....................................................................................................................................10
3.2 单元模块的硬件详细设计.........................................................................................................11
3.3 软件开发要求及编程接口.........................................................................................................16
3.3.1 IP
联网总体要求
...................................................................................................................18
3.3.2 IP
联网的话音模式
...............................................................................................................19
3.3.3
软件编程接口模块
................................................................................................................21
3.4 本章小结.....................................................................................................................................26
第四章 VOIP 网关单元设计与实现.......................................................................................................27
4.1 VOIP 网关硬件设计....................................................................................................................28
4.1.1
模块选型
................................................................................................................................28
4.1.2
模块间的通信设计
................................................................................................................30
4.1.3
硬件详细设计
........................................................................................................................32
4.1.4
可靠性、安全性及电磁兼容性设计
....................................................................................38
4.2 软件设计接口..............................................................................................................................40
4.2.1
联网接口设计
........................................................................................................................41
4.2.2
录音终端设计接口
................................................................................................................43
4.3 本章小结.....................................................................................................................................46
第五章 设备整体性能测试...................................................................................................................48
5.1 测试内容.....................................................................................................................................48
5.2 测试方法.....................................................................................................................................50
5.3 联网性能及电磁兼容性测试结果..............................................................................................52
5.3 本章小结.....................................................................................................................................55
I
东南大学工程硕士学位毕业论文
第六章 总结与展望...............................................................................................................................56
6.1 总结.............................................................................................................................................56
6.2 下一步工作展望.........................................................................................................................56
致 谢.....................................................................................................................................................58
参考文献.................................................................................................................................................59
II
东南大学工程硕士学位毕业论文
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
随着社会的发展和科技的进步，人们日常使用的通讯手段发生了前所未有的变化，
各式各样的通讯设备出现在我们的日常生活之中，例如：卫星通信、短波通信、超短波
通信、集群通信、IP 电话通信、公网电话通信等。由于不同通讯设备的通信原理的不一样，
各种通讯设备之间存在着不同的通信接口关系和通信协议等[1~2]。不同的通信手段具有其
不同的工作特点和不同的应用场合。在实际的车载指挥系统工程的应用中，一次通信过
程往往都是通过两种或者两种以上的设备去完成。为了满足车载指挥通信过程中对资源
共享、信息互通、响应及时、机动部署等方面的需求，需要在同一个平台上实现多种制式
的通信系统之间的互联互通。车载话音集中控制器是用于解决语音互联互通问题的应用
平台，已经广泛应用于应急指挥调度系统、ITS 智能交通系统以及列车指挥调度系统中。
车载话音集中控制器将短波通信、超短波通信、卫星通信、集群通信、PSTN（公共交换电
话网络）、GSM/CDMA 公共通信网络及其它专用通信系统在统一平台上相互连接起来，
实现在异构网络（有线、无线）环境下的集中、统一指挥与调度。
在实际工程应用中，指挥调度系统包括语音调度、视频调度和数据调度三部分内容
通过视频信息显示和语音的指挥调度可以直接监控和指挥突发事件现场的行动，实现
在突发事件现场的指挥与调度功能。其中语音调度是整个指挥调度系统的关键基础，固
定指挥中心或现场指挥员可以充分利用所配备的多种通信终端设备，通过车载话音集
中控制器可以方便快捷地与其它指挥中心或现场用户终端进行语音通信，各用户终端
可以方便地接入到固定指挥中心[3]。
车载话音集中控制器是车载指控领域内的一款指挥调度类产品。该产品针对车载指
控系统应用的特点专门设计，使车内操作席位既是指挥作业席也可以作为通信调度席，
席位操作人员通过车载指控软件实施现场指挥作业，通过语音调度软件实施指挥调度
作业，由于指挥调度作业在操作席位计算机上进行操作，因此，对于不同网系得用户
来进行指挥调度，都变得简单快捷。
车载话音控制器作为指控车上的无障碍通信交汇平台，可实现不同网系用户的接
入与调度。目前可接入的通信系统包括：军用400M 集群通信系统、公安350M 集群通信
系统、常规对讲系统、短波通信系统、超短波通信系统、卫星通信系统、有线电话网络、
GSM/CDMA 移动通信网络，以及其它专用的通信系统，语音通信系统互联关系示意图
如图1-1 所示。
1
东南大学工程硕士学位毕业论文
图1-1 语音通信系统互联关系示意图
传统的车载话音集中控制器都采用电路交换原理，可以实现本地模拟语音互联互
通，能够快速架构机动指挥所内部不同制式语音信号之间的互联互通。但是，由于采用
的是电路交换技术，其组网范围以及组网规模受到一定程度的限制，组网范围往往局
限于机动指挥所内部通信终端之间，其规模受终端设备本身扩展接口的限制。因此，迫
切需要针对目前出现新的应用的需求对传统车载话音集中控制器进行升级[4]。
新一代车载话音集中控制器中增加 VOIP 网关单元设计可以弥补电路交换的不足，
扩大了组网范围及其规模，延伸了通信距离。车载话音集中控制器既可以单独安装在应
急指挥通信车内，完成应急指挥通信车独立执行任务时的语音通信和指挥调度功能；
也可与专用交换机配合使用，实现应急指挥通信车之间的语音通信和指挥调度功能。新
一代车载话音集中控制器的研制是为了解决传统车载话音集中控制器组网能力和应用
规模的问题，实现更多制式通讯设备之间互联互通的功能。对现有已装备部队的机动指
控车辆的车载话音集中控制器进行升级后，可弥补机动指控车辆内部现有语音通信系
统的不足，增强指控车内各级指挥员的通信指挥调度能力。通过车载话音集中控制器，
机动指挥所系统内各级指挥车辆不仅可以依托 IP 网络进行联网工作，也可自行独立工
作；不仅驻车后能完成机动指挥所内部的通信保障任务，也可以完成行车过程中各级
指挥车之间及指挥车对外的通信联络任务；车载话音集中控制器还可完成野战地域网
与无线网络（车载电台、集群、常规对讲、军队 CDMA 网络、卫星通信网）之间的互联互
通，增强对机动指挥所内通信网络、通信业务和用户的管理能力[5]。
1.2 本文研究意义及主要研究工作
车载话音集中控制器是车载指挥调度系统中重要的组成部分。车载指挥调度系统是
整合了车内计算机网络、无线通信、视频监控、广播、GPS 导航定位、GIS 地理信息系统和
视频会议系统等技术所建立起的语音、数据、图像三位一体的大型全面的综合性系统。利
用图像显示和语音调度直接监控、指挥调度与部署，完成多种指挥调度功能。其中组网
能力强大与否成为车载指挥调度系统中一个重要衡量指标，增加了 VOIP 网关单元可以
依托 IP 信道实施快速组网，解决由于传输信道所造成的组网距离的限制，此外通过车
载话音集中控制器设备间的组网可以解决单一设备接口数量对组网规模的限制。
加装 VOIP 网关单元的车载话音集中控制器的工作方式主要分为独立工作模式、组
网工作模式和联合工作模式。
1. 独立工作模式
车载话音集中控制器作为一个小型的交换汇接平台，可安装在各种通信指挥车、首
2
摘要：

摘要车载话音集中控制器中VOIP网关单元的设计摘要车载话音集中控制器是指挥调度系统中的重要组成部分，其组网能力强大与否已成为指挥调度系统中一个重要衡量指标。增加VOIP网关单元可以依托IP信道实施快速组网，摆脱传输信道造成的组网距离的限制。此外通过设备间的组网可以解决单一设备接口数量对组网规模限制的问题。本文详细介绍了车载话音集中控制器中VOIP网关单元的设计，并对设备加装VOIP网关单元后的相关性能进行了测试。本文首先阐述了课题研究背景及主要研究工作，然后详细介绍了VOIP网关相关技术与协议，车载话音集中控制器系统设计、VOIP网关单元设计，最后给出整体性能测试。本文通过选用基于PowerP...

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