专利名称：Ip语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及在应急卫星通信领域的IP语音通信实现领域，尤其涉及的是一种IP 语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法及系统。
背景技术：
由于卫星通信具有不受时间、地点、环境等多种因素的限制，开通时间短、传输距离远、通信容量较大、网络部署快、组网方式灵活、便于实现多址联接、通信成本与通信距离无关等诸多优点，可以实现图像、话音和数据的实时双向传输，因此卫星通信已成为应急通信的重要通信手段，在应急通信中具有至关重要的作用当灾害发生、常规地面通信遭到严重破坏，受灾地区急需上报灾情、外部急需了解灾区情沉时，卫星应急通信系统将能够确保关键信息的传输，使上级能够根据灾情进行有效的指挥，从而拯救更多的生命和财产。因此，为了保证在现严重灾害、常规通信遭到严重破坏时通信和指挥的畅通， 建设以卫星通信为主的应急通信系统已刻不容缓。其中，卫星电话是现有实现卫星通信的一种，由于卫星信道具有与地面信道不同的一些特点，而TCP/IP协议当初是为地面网络设计的，所以TCP/IP协议在卫星信道上的传输性能比较差。对TCP影响较大的几个因素是
1) 一方面延迟大大于500MS 卫星信道的延时很长，在GEO系统中，传输往返时间(发送端从发送数据到收到应答所需时间)为540毫秒，而一般地面网络的传输往返时间为几个到几十个毫秒。这样大的延时使TCP的慢启动花费很长的时间。拥塞控制等机制也要花费好几个往返时间，无法高效率的运作；
1)另一方面带宽低(一路卫星电话信道只有8K左右)，VOIP要求采用G723. 1标准需要带宽(6. 3K/5. Ι)，净荷RTP + UDP包头，在IP包头=16K bps，一般要占用2个卫星信道。因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法及系统，其可以解决卫星信道带宽低和卫星信道延迟大的问题。本发明解决技术问题所采用的技术方案如下
一种IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，其中，包括步骤
A、主叫IP语音接入设备接收主叫卫星电话发来的模拟语音信号，并将该模拟语音信号转换为数字呼叫数据；
B、主叫IP语音接入设备对该数字呼叫数据采用包头压缩技术进行封包，将多个净负荷加入一包头，并采用自协商的方法加入相应的控制信令，形成适合卫星传输的卫星数据包，并采用RTP协议通过主叫卫星猫转发给主叫卫星地面接收器发送出去；C、远程卫星接收主叫卫星地面接收器发出的卫星数据包，并将该卫星数据包根据其控制信令，转发给相应的被叫卫星地面接收器，再通过被叫卫星猫转发给被叫IP语音接入设备；
D、被叫IP语音接入设备接收所述卫星数据包，并对该卫星数据包根据其相应的控制信令进行解包，还原成模拟语音信号，发送给被叫卫星电话。所述的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，其中，所述步骤A之前还包括将主叫IP语音接入设备通过卫星与被叫IP语音接入设备建立通信链路。所述的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，其中，所述步骤B中的对该数字呼叫数据采用包头压缩技术进行封包，将多个净负荷加入一包头包括
采用G. 729编码方式，将多个净负荷加入一包头中对语音数据包封装，形成在IP层上封装后的数据包格式如下20Byte的IP Header+8Byte的UDP Header+12Byte的RTP Header+净载部分。所述的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，其中，所述步骤B中的采用自协商的方法加入相应的控制信令包括在通话时不发送信令包或定时错开发送信令。所述的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，其中，所述RTP协议中包括 载荷类别(CODEC的类别)、序列号(语音包的顺序)、时间戳(语音包的发送间隔)。所述的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，其中，所述步骤D包括采用 G. 729解码方式对卫星数据包进行解包，还原成模拟语音信号。一种IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统，其中，包括依次连接的主叫 IP语音接入设备、主叫卫星猫、主叫卫星地面接收器、远程卫星、被叫卫星地面接收器、被叫卫星猫、被叫IP语音接入设备；
所述主叫IP语音接入设备，一方用于接收主叫卫星电话发来的模拟语音信号，并将该模拟语音信号转换为数字呼叫数据；另一方面用于对该数字呼叫数据采用包头压缩技术进行封包，将多个净负荷加入一包头，并采用自协商的方法加入相应的控制信令，形成适合卫星传输的卫星数据包，并采用RTP协议通过主叫卫星猫转发给主叫卫星地面接收器发送出去；
所述远程卫星接收主叫卫星地面接收器发出的卫星数据包，并将该卫星数据包根据其控制信令，转发给相应的被叫卫星地面接收器，再通过被叫卫星猫转发给被叫IP语音接入设备；
所述被叫IP语音接入设备用于接收所述卫星数据包，并对该卫星数据包根据其相应的控制信令进行解包，还原成模拟语音信号，发送给被叫卫星电话。所述IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统，其中，所述主叫IP语音接入设备还用于通过卫星与被叫IP语音接入设备建立通信链路。所述IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统，其中，所述主叫IP语音接入设备和被叫IP语音接入设备包括
编码模块、用于采用G. 729编码方式，将多个净负荷加入一包头中对语音数据包封装；
信令控制模块，用于控制在通话时不发送信令包或定时错开发送信令；
接收解压模块，用于采用G. 729解码方式对卫星数据包进行解包，还原成模拟语音信号。
所述IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统，其中，所述RTP协议中包括载荷类别(CODEC的类别)、序列号(语音包的顺序)、时间戳(语音包的发送间隔)
本发明所提供的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法及系统，由于采用了包头压缩技术进行封包，将多个净负荷加入一包头，并采用自协商的方法加入相应的控制信令(即在通话时不发送信令包或定时错开发送信令)，形成适合卫星传输的卫星数据包，解决了低带宽下的数据传输问题，节约了带宽，提高了带宽的利用率。
图1是本发明实施例的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统原理结构示意图。图2是本发明实施例的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统的IP语音接入设备内部原理框图。图3是本发明实施例的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法流程图。
具体实施例方式VoIP (Voice over Internet Protocol)简而言之就是将模拟声音讯号(Voice) 数字化，以数据封包(Data Packet)的型式在IP数据网络(IP Network)上做实时传递。本发明所提供的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，本发明实施例提供的一种IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统，包括依次连接的主叫IP语音接入设备110、主叫卫星猫120、主叫卫星地面接收器 130、远程卫星140、被叫卫星地面接收器131、被叫卫星猫121、被叫IP语音接入设备111。其中，所述主叫IP语音接入设备110，一方用于接收主叫卫星电话发来的模拟语音信号，并将该模拟语音信号转换为数字呼叫数据，因为语音信息是一种模拟信号，而将语音转换成数据包首先需要将模拟信号转换为数字信号(数-模转换)；另一方面用于对该数字呼叫数据采用包头压缩技术进行封包，将多个净负荷加入一包头，形成适合卫星传输的卫星数据包，并采用RTP协议通过主叫卫星猫120转发给主叫卫星地面接收器130发送出去；所述IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统，其中，所述RTP协议中包括载荷类别(CODEC的类别)、序列号(语音包的顺序)、时间戳(语音包的发送间隔)。本实施例的卫星数据包的传输都基于RTP (real-time transport protocol RFC 1889 / RFC 3350)协议在网络上传输。这是一种为传输实时媒体流而由IETF制定的协议。 语音包在IP层上封装为卫星数据包后被送出到网络上，Payload (净负荷)部分的信息量多少取决于所采用的编码方式。 一般说来，在VoIP的世界里采用G. 7 编码的较多，而在运营商提供的IP电话服务中则是G. 711较多。G. 711是在ISDN网中也被使用的CODEC， 音质较好，但与G. 7 相比信息量较多。而G. 7 则是一种压缩率高且音质也较好的CODEC。 在传输一路语音信息时，G. 711所需的带宽是641cbpS，而G. 729只需要Slcbps。两者一般都以20msec间隔(这个间隔可变)发送数据包，因此可以推算出实际的包大小。计算语音数据包的大小和所需带宽，实际的语音信息在IP层上封装后的数据包格式如下IP Header (20Byte) +UDP Header (8Byte) +RTP Header (12Byte)+I^ayload (净载部分，可变长)
将语音信息封装为IP包在3层以上就必然产生40Byte的额外开销，那么使用G. 711/ G. 729 CODEC分别以20msec周期封装语音信息包的话，所生成的包长度如下。G. 711时每秒送出的包为1000 / 20msec = 50pps 一路语音信息所需的带宽 64kbps = 50pps XPayload 大小 Payload 大小=64000 / 50 = 1280bit = 160byte 语音包的长度为40 byte的包头+160 byte的Payload=200byte。G. 7 时每秒送出的包为50pps —路语音信息所需的带宽81ibpS = 50pps XPayload 大小 Payload 大小=8000 / 50 = 160bit = 20byte 语音包的长度为 40byte 的包头 +20 byte 的 Payload= 60byteo在实际应用中具体应该使用哪种CODEC呢？仅从语音通话业务的角度来看是用哪一种CODEC都没有问题的。但是，如果需要利用传真服务或是与VoIP运营商互联的话，就必须使用G. 711。而拥有多处分支机构的企业，用于分支间互联的往往不会是与LAN 等同的10/100MbpS的线路。多数分支甚至还在用USlcbps的线路互联。 此时如果选择 G. 711的话，光是语音信息就有可能把可用带宽消耗光。所以本发明采用在窄带连接上使用 G. 729，而在宽带连接上使用G. 711。如果采用这类产品，为了统一运用管理策略，可以考虑使用“分支间采用G. 729 ；同一 LAN内采用G. 711”的设计。但如果有需要在分支间使用传真服务，则必须在分支间也使用G. 711。 此外，在进行带宽计算时，还必须考虑二层上的开销。具体到采用以太网传输时，必须加上以太帧的开销。 以太网传输所需的额外开销包括@前同步(Preamble) :7byte (为了通知帧发送开始而取同步的信号)0 SFD =Ibyte (Start Frame Delimiter 数据帧开始部分)@对端MAC地址6byte i源MAC地址6byte i 协议:2byte (VLAN 时包含于 802. Iq) §802. Iq :4byte (使用 VLAN 时)i FCS :4byte
下面再举两个实例。实例1 以太帧带VLAN Tag i Preamble :7byte i SFD =Ibyte i 对端 MAC 地址6byte i 源 MAC 地址6byte i 802. Iq :4byte (使用 VLAN 时)@ FCS 4byte 根据实例1的计算可知，在使用VLAN功能的以太网上，每个三层的数据包需要加 ± 28byte的开销。实例 2 不带 VLAN Tag 的以太帧 @ Preamble :7byte i SFD =Ibyte i 对端 MAC 地址6byte i源MAC地址6byte i协议类别2byte i FCS :4byte 根据实例2的计算可知，无VLAN环境下，每个3层包在以太网上需要的额外开销是^byte。最后来简单计算一下不同CODEC下所需的实际带宽。计算的前提是RTP包送出间隔为20msec且2层上不使用VLAN，此时每个包需要附加还必须加上40Byte(3层以上的开销)+^Byte (2层的开销)=66Byte的额外开销。而每一秒钟共产生50个包(50pps)，因此除了净载的语音信息(641cbpS)外开销部分所占用的带宽是66ByteX8X50=26. 41cbpS。 由此得出G. 711在实际传输中需要占用90. 4kbps的带宽，而在实际的网络设计中一般都是按照每路通话lOOlcbps来进行估算的。G. 729所占的带宽是34. 41cbpS，虽然加上额外开销后它所需的带宽仍远低于G. 711，所以本发明中就需要采用包头压缩等技术来进一步提高带宽的利用效率了，采用包头压缩技术进行封包，将多个净负荷包加入一包头。IP Header(20Byte)+UDP Header(8Byte)+RTP Header(12Byte)+Payloadl+ Payload2 + Payload 3+ Payload 4+ Payload5 ()其中
Payloadl 净负荷包1 Payload2 净负荷包2 Payload3 净负荷包3 Payload4 净负荷包4 Payload5 净负荷包5
就是将一包头带5个净负荷包，比起每一个只带一个净负荷包，减少了因为包头占据的带宽的额外开销，提高了传输效率。所述远程卫星140接收主叫卫星地面接收器130发出的卫星数据包，并将该卫星数据包根据其控制信令，转发给相应的被叫卫星地面接收器131，再通过被叫卫星猫121转发给被叫IP语音接入设备111。所述被叫IP语音接入设备111用于接收所述卫星数据包，并对该卫星数据包根据其相应的控制信令进行解包，还原成模拟语音信号，发送给被叫卫星电话。其中，所述主叫IP语音接入设备110还用于在通话前通过卫星与被叫IP语音接入设备建立通信链路。进一步地，如图2所示，所述主叫IP语音接入设备110和被叫IP语音接入设备 111都包括
编码模块101、用于采用G. 729编码方式，将多个净负荷加入一包头中对语音数据包封装，具体如上所述。信令控制模块102，用于控制在通话时不发送信令包或定时错开发送信令。接收解压模块103，用于采用G. 729解码方式对卫星数据包进行解包，还原成模拟语音信号，具体的解包过程与封装过程相反，故在此不再赘述。基于上述实施例的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统的工作原理，本发明实施例提供的一种IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，如图1所示，主要包括以下步骤
步骤S201 将主叫IP语音接入设备通过卫星与被叫IP语音接入设备建立通信链路。步骤S210、主叫IP语音接入设备接收主叫卫星电话发来的模拟语音信号，并将该模拟语音信号转换为数字呼叫数据；
步骤S220、主叫IP语音接入设备对该数字呼叫数据采用包头压缩技术进行封包，将多个净负荷加入一包头，并采用自协商的方法加入相应的控制信令，形成适合卫星传输的卫星数据包，并采用RTP协议通过主叫卫星猫转发给主叫卫星地面接收器发送出去；
其中，所述步骤S220中的对该数字呼叫数据采用包头压缩技术进行封包，将多个净负荷加入一包头包括
采用G. 729编码方式，将多个净负荷加入一包头中对语音数据包封装，形成在IP层上封装后的数据包格式如下20Byte的IP Header+8Byte的UDP Header+12Byte的RTP Header+净载部分。其中，所述步骤S220中的采用自协商的方法加入相应的控制信令包括在通话时不发送信令包或定时错开发送信令，例如，采用通话建立时在发第一个数据包时发控制信令，随后通话过程中定时错开发送信令。
8
其中，所述RTP协议中包括载荷类别(CODEC的类别)、序列号(语音包的顺序)、时间戳(语音包的发送间隔)。步骤S230、远程卫星接收主叫卫星地面接收器发出的卫星数据包，并将该卫星数据包根据其控制信令，转发给相应的被叫卫星地面接收器，再通过被叫卫星猫转发给被叫 IP语音接入设备；
步骤S240、被叫IP语音接入设备接收所述卫星数据包，并对该卫星数据包根据其相应的控制信令进行解包，还原成模拟语音信号，发送给被叫卫星电话。例如，采用G. 729解码方式对卫星数据包进行解包，还原成模拟语音信号。本实施例中低带宽的问题采用如下办法(1)、包头压缩技术(多个净负荷打入一包头)
IP Header(20Byte)+UDP Header(8Byte)+RTP Header(12Byte)+Payloadl+ Payload2 + Payload 3+ Payload 4+ Payload5 (净载部分，可变长) 其中
Payloadl 净负荷包1 Payload2 净负荷包2 Payload3 净负荷包3 Payload4 净负荷包4 Payload5 净负荷包5
就是将一包头带5个净负荷包，比起每一个只带一个净负荷包，减少了因为包头占据带宽的额外开销，提高了传输效率。(2)、在VOIP信令采用自协商的办法来控制信令包，比如通话时不发送信令包或错开发送。这样来节约带宽。本发明所提供的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法及系统，由于采用了包头压缩技术进行封包，将多个净负荷加入一包头，并采用自协商的方法加入相应的控制信令，即在通话时不发送信令包或定时错开发送信令，形成适合卫星传输的卫星数据包， 解决了低带宽下的数据传输问题，节约了带宽，提高了带宽的利用率。应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，其特征在于，包括步骤A、主叫IP语音接入设备接收主叫卫星电话发来的模拟语音信号，并将该模拟语音信号转换为数字呼叫数据；B、主叫IP语音接入设备对该数字呼叫数据采用包头压缩技术进行封包，将多个净负荷加入一包头，并采用自协商的方法加入相应的控制信令，形成适合卫星传输的卫星数据包，并采用RTP协议通过主叫卫星猫转发给主叫卫星地面接收器发送出去；C、远程卫星接收主叫卫星地面接收器发出的卫星数据包，并将该卫星数据包根据其控制信令，转发给相应的被叫卫星地面接收器，再通过被叫卫星猫转发给被叫IP语音接入设备；D、被叫IP语音接入设备接收所述卫星数据包，并对该卫星数据包根据其相应的控制信令进行解包，还原成模拟语音信号，发送给被叫卫星电话。
2.根据权利要求1所述的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，其特征在于， 所述步骤A之前还包括将主叫IP语音接入设备通过卫星与被叫IP语音接入设备建立通信链路。
3.根据权利要求1所述的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，其特征在于， 所述步骤B中的对该数字呼叫数据采用包头压缩技术进行封包，将多个净负荷加入一包头包括采用G. 729编码方式，将多个净负荷加入一包头中对语音数据包封装，形成在IP层上封装后的数据包格式如下20Byte的IP Header+8Byte的UDP Header+12Byte的RTP Header+净载部分。
4.根据权利要求1所述的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，其特征在于， 所述步骤B中的采用自协商的方法加入相应的控制信令包括在通话时不发送信令包或定时错开发送信令。
5.根据权利要求1所述的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，其特征在于， 所述RTP协议中包括载荷类别、序列号、时间戳。
6.根据权利要求3所述的IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法，其特征在于， 所述步骤D包括采用G. 729解码方式对卫星数据包进行解包，还原成模拟语音信号。
7.—种IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统，其特征在于，包括依次连接的主叫IP语音接入设备、主叫卫星猫、主叫卫星地面接收器、远程卫星、被叫卫星地面接收器、被叫卫星猫、被叫IP语音接入设备；所述主叫IP语音接入设备，一方用于接收主叫卫星电话发来的模拟语音信号，并将该模拟语音信号转换为数字呼叫数据；另一方面用于对该数字呼叫数据采用包头压缩技术进行封包，将多个净负荷加入一包头，并采用自协商的方法加入相应的控制信令，形成适合卫星传输的卫星数据包，并采用RTP协议通过主叫卫星猫转发给主叫卫星地面接收器发送出去；所述远程卫星接收主叫卫星地面接收器发出的卫星数据包，并将该卫星数据包根据其控制信令，转发给相应的被叫卫星地面接收器，再通过被叫卫星猫转发给被叫IP语音接入设备；所述被叫IP语音接入设备用于接收所述卫星数据包，并对该卫星数据包根据其相应的控制信令进行解包，还原成模拟语音信号，发送给被叫卫星电话。
8.根据权利要求7所述IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统，其特征在于，所述主叫IP语音接入设备还用于通过卫星与被叫IP语音接入设备建立通信链路。
9.根据权利要求7所述IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统，其特征在于，所述主叫IP语音接入设备和被叫IP语音接入设备包括编码模块、用于采用G. 729编码方式，将多个净负荷加入一包头中对语音数据包封装；信令控制模块，用于控制在通话时不发送信令包或定时错开发送信令；接收解压模块，用于采用G. 729解码方式对卫星数据包进行解包，还原成模拟语音信号。
10.根据权利要求7所述IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现系统，其特征在于，所述RTP协议中包括载荷类别、序列号、时间戳。
全文摘要
本发明公开了一种IP语音接入设备在卫星低宽信道的实现方法及系统，所述方法包括主叫IP语音接入设备对该数字呼叫数据采用包头压缩技术进行封包，将多个净负荷加入一包头，并采用自协商的方法加入相应的控制信令，形成适合卫星传输的卫星数据包，并采用RTP协议通过主叫卫星猫转发给主叫卫星地面接收器发送出去；被叫IP语音接入设备接收所述卫星数据包，并对该卫星数据包根据其相应的控制信令进行解包，本发明由于采用了将多个净负荷加入一包头，并采用自协商的方法加入相应的控制信令,即在通话时不发送信令包或定时错开发送信令，形成适合卫星传输的卫星数据包，解决了低带宽下的数据传输问题，节约了带宽，提高了带宽的利用率。
文档编号H04B7/185GK102404043SQ201110357578
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者李涛, 黄至美 申请人:深圳市世纪网通信设备有限公司