专利名称：Roip无线电台传输终端设备及传输方法
技术领域：
本发明涉及一种无线电台之间通信的实时传输系统，特别是涉及一种利用IP寻址 技术以IP网络作为传输载体实现无线电台之间通信的ROIP无线电台传输终端设备及 传输方法。
背景技术：
无线通信是一种重要的民用和军用通信手段，无线电台广泛应用于远洋通信、应 急通信及军事通信等许多领域。在很多应用场景中，控制中心与无线电台之间距离较 远，这就需要通过专用线缆操作远程无线通信设备。传统的解决方法是采用带遥控盒 的无线电台，即有无线转接器，通过有线遥控实现对无线电台的异地控制。这种遥控 电台存在以下缺点
(1) 必须提供专用的遥控通道，机动性能差；
(2) 遥控方式难统一，电台之间协调不灵活；
(3) 带遥控盒的电台价格较高，且一个遥控盒大多遥控一个电台。
网络技术与多媒体技术的发展，促进了通信技术的综合化、数字化的发展，使得 在单一网络平台上实现语音、数据、图像等多种业务成为可能。在这一背景下，综合 了网络技术与多媒体技术的VOIP技术得到了迅速发展。无线通信网经过VOIP有无 线网桥互联后，各个无线通信设备不再孤立运行，而是可以相互连接。
发明内容
为了克服传统遥控电台的缺点，本发明的目的是提供一种ROIP无线电台传输终
端设备及传输方法，该传输方法运用IP寻址技术，以网络为依托，利用IP网络作为
传输载体实现无线电台之间通信的实时传输系统，即ROIP (RadioverlP)技术，实现 收发信台之间的自动控制设备，形成具有高度机动性、抗毁能力强的无线通信平台。 只要网络结构合理，即使单个电台的失效，控制中心的指令仍然可以通过网络上的其 他电台发射出去。真正做到一个控制中心可以调度多个发信台， 一个收信台可以被多 个控制中心使用。从而发挥通信实体和指挥实体的整体效能。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种ROIP无线电台传输终端设备，其特征在于该终端设备包括无线电台、ROIP 终端、IP网络、ROIP控制中心和常规电台， 一组无线电台与相对应的一组ROIP终端 连接， 一组ROIP终端通过IP网络与ROIP控制中心连接；控制中心通过IP网络对一
4组无线电台进行控制指挥； 一组无线电台之间通过IP网络互联； 一组常规电台与相对
应的一组无线电台进行点对点通信。
本发明中，所述ROIP终端的系统协议组合是RTP/UDP/SIP/IP。 所述一组常规电台与相对应的一组无线电台通过传统方式进行点对点通信。 所述ROIP终端包括所述ROIP终端包括话筒、扬声器、串口模块、网络、音频处
理模块、ARM核心板和网络接口模块，话筒、扬声器通过音频处理模块与ARM核心
板连接；网络通过网络接口模块与ARM核心板连接；串口模块与ARM核心板连接。
一种ROIP无线电台传输终端设备的传输方法，其特征在于该传输方法包括以下 步骤
Fl:开始；
F2:系统初始化；
F3:判断是否接收到来自网络或控制中心的包；未收到来自网络的包，则进行Fll 或F12;
F4:收到来自网络的包，启动DMA的ZDMA控制寄存器接收数据；
F5:接收到的是控制数据；则进行F8;
F6:接收到音频数据；则进行F9;
F7:接收到报文数据；则进行F10;
F8:接收到控制数据后对电台发送控制指令；
F9:接收到音频数据，控制电台进行话音的发送；
F10:接收到报文数据，控制电台进行报文的发送；
Flh接收来自电台的音频数据；
F12:接收来自电台的报文数据；
F13:将音频或报文数据进行UDP打包；
F14:判断是否发送音频或数据包；不发送则回到F3;
F15:启动DMA的ZDMA控制寄存器向网络或控制中心发送包。
本发明中，控制中心通过IP网络对网内的电台进行控制指挥，带有ROIP终端的 电台之间通过网络互联，并接受控制中心的调度，不带有ROIP的常规电台则通过传 统方式与带有ROIP终端的电台进行点对点通信，从而形成一个完整的无线IP网络。
本发明运用IP寻址技术，依托网络作为传输载体的系统，包括至少两个或多个具 有ROIP功能的终端设备，通过一个IP网络连接。系统的每个无线通信网络遥控台站由无线电台、ROIP终端设备、ROIP控制中心、无线通信网络遥控软件及ROIP系统 协议构成，所述无线电台包括短波电台和超短波电台；在网络环境下工作，将无线电 台与网络相连接；无线通信网络遥控软件完成具体的应用功能，包括外调管理、信号 传输控制、数据交互等，采用多任务设计方法，进行网络数据处理、音频数据处理和 串口数据处理；ROIP系统协议采用RTP/UDP/SIP/IP协议的组合，数据和命令传输采 用UDP协议，网际协议采用会话初始化协议系统SIP，实时传输协议RTP用于实现传 输层功能。
(1) ROIP终端设备
本发明所述的ROIP终端设备由ARM核心板、音频处理模块、网络接口模块、串 行接口电路和相应的软件组成。
a. 所述的ROIP终端在硬件设计原则上尽量不改变电台原有的结构，采用串口控 制方式实现对电台的调频调谐等控制，音频信号分别由无线电台的Mic和Phones输入 输出。
b. 终端釆用ARM9嵌入式系统并以Linux作为操作系统，以此为基础实现终端所 需功能。在具体实现上采用S3C2410作为核心板进行DSP处理。
c. 音频处理模块完成语音录入、编解码及语音播放等功能。核心板S3C2410通过 IIS总线与音频控制芯片连接，实现音频处理模块功能。IIS总线发送接收数据的模式 采用直接内存存取(DMA)模式。
d. 网络模块用于完成网络通信，进行网络数据的发送和接收。网络模块由ARM 控制进行网络通信、实现地址解析协议、Internet控制报文协议(ICMP)、 IP协议、用 户数据报协议(UDP)等协议的解析和封包。
e. 串行接口电路完成对于串行数据流的电平转换和数据格式的处理、判断串行数 据的起始位及停止位和完成对数据和校验位的提取等功能。无线电台与核心板芯片之 间需要电平转换芯片进行电平转换。
f. 所述的ROIP终端不仅要实现网络协议，还要管理外围设备，完成具体的应用 功能，信号的传输包括控制信号、报文信号及话音信号。
g. 由于终端系统功能繁多，所述发明设计的软件框架程序设计，把程序划分为几 个相互协作的任务完成，每个任务有自己的流程，任务之间可以相互交流数据。
h. 整个程序由一个主循环和多个任务组成，系统启动后首先进行初始化然后进入 主循环，主循环调用几个任务来完成所需要的操作，任务的分配不是抢占式的，而是 按时间进行分配的。终端系统的主要任务包括网络数据处理、音频数据处理和串
6口数据处理。任务的划分主要是针对这3个部分进行。
i.串口部分使用S3c2410内部集成的UART控制器来实现并串转换，串口部分划 分为一个任务完成；网络数据处理和音频数据处理都划分为两个任务来完成。
j.网络数据处理和音频数据处理都使用DMA传输方式，以减小对CPU的占用。 (2) ROIP系统协议
所述发明在不提供服务质量保证的因特网上进行实时业务传输，所选择的协议集 要求可以有效减小网络延时，提高网络的褚传输质量，系统协议包括网际协议、传输 协议及实时传输协议。
a. ROIP系统协议采用RTP/UDP/SIP/IP协议的组合，即通过IP网络，结合SIP协 议的乘法实用，借助UDP的高效率，使用RTP协议增强达到实时传输的目的。
b. 系统传输协议的总体框架是数据和命令传输均采用UDP协议，发送和接收 采用同样的端口，传输的数据类型包括语音、数据和命令3种，其中命令的传输采用 可靠的UDP连接。
c. 在ROIP系统传输层协议处理上，采用UDP、 RTP及RTCP协议组合取代TCP 协议，是一种有质量保证而且能够快速建立连接的协议组合。
d. 网际协议采用IETF的会话初始化协议系统SIP，它侧重于将IP电话作为因特 网上的一个应用，更偏向于实用性，增加了信令和QoS要求，对补充业务的支持更加 灵活，建立呼叫简单。
e. 为实现音频数据的实时传输，ROIP的传输协议要求较小的传输延迟，而TCP 协议由于其重传机制和拥塞控制机制不适应实时传输要求，另外TCP协议的报头大、 启动速度慢，因此不适合作为ROIP的协议。而UDP协议由于其简洁性，可以作为 ROIP的传输协议。
f. 所述系统采用UDP协议与RTP (实时传输协议)及RTCP (实时传输控制协议) 共用以实现传输层的功能。由声卡模块生成的声音数据块被封装在RTP信息包中，每 个RTP信息包被封装在UDP消息段中，然后再封装在IP数据包中进行发送，RTCP 包是在通道建立后利用RTP包进行发送的。
所述的ROIP系统用UDP、 RTP及RTCP协议组合取代单一的TCP协议，是一种 有质量保证而且能够快速建立连接的协议组合，具有如下优势
① 可以提供时间戳。RTP可以提供时间戳，在系统的管理中例如话音编码的调整， 控制延时补偿等方面，都需要以时间戳提供的延时作为参考。
② 縮短建立链接时间。建立连接时间即UDP连接时间，在同样提供了服务保证的情况下縮短了连接时间。
③省去了拥塞控制机制及重传机制。这两种机制的设置都是为了减小丢包设置的， 但它是以牺牲传输时间为代价的，这恰恰违背了实时传输要求即允许少量丢包而尽量 縮短延时。
(3) ROIP控制系统
由于网络延时的存在，ROIP系统必须保证整个控制系统的稳定性。所述发明采用 设置缓冲队列的方法来进行系统控制，这种方法是通过设置缓冲队列把接收到的控制 信号的延时由不确定变为确定。
a. 具体实施由一个观察器和一个控制器完成。使用观察器来对网络延时进行观 测，并基于过去的延时量来进行延时估计，根据延时估计值设置控制器的控制量。
b. 系统根据分组延时预测鬼:；^组抖动大小预测值及分组丢包率对ROIP系统语 音传输进行QoS控制i控制时机^i^^采用设定一个常数值C，当接收端收到C个语 音分组时即进行控制。这种方法简单实用，能够及时反应情况，缺点是不够灵活，为 此可以将常数C的值设小即可克服这一缺点。
ROIP终端本质上是一种数据转接设备。无线电台作为一种重要的通信设备,在军 用民用中都起着重要作用。然而对于特定功率的电台，其通信范围有限，这一点极大 地制约了电台的调度和使用。与现有技术相比，本发明机动性能高、电台之间协调灵 活、将无线电台与网络连接起来，广泛用于远程调度、多点智能控制等众多领域，并 能够使无线电台也融合到数字化信息交互平台中，提高了应急通信能力。
本发明能够达到以下功能
① 拥有传统VOIP的所有语音通信功能；
② 全面提供多样化的电台控制功能以及电台保护功能；
③ 适合网内通信，对网络要求低，拥有良好的安全性和可靠性；
④ 具备语音和数传控制并发处理功能；
⑤ 适用于应急通信系统。
图1是ROIP系统的组织结构示意图。
图2是ROIP终端的结构示意图。
图3是ROIP无线电台传输方法的流程图。
具体实施例
8下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
图1是本发明所述的一种ROIP无线电台传输终端设备的结构示意图。终端设备 包括无线电台(HF短波电台/UHF超短波电台)1、 ROIP终端2、 IP网络3和ROIP 控制中心4， 一组三个无线电台1、 一组三个ROIP终端2和控制中心4通过IP网络3 连接。在ROIP控制中心4的指挥调度下，IP网络3内的计算机能够通过远程遥控， 控制各个无线电台。为了在IP网络3上传输语音和控制信号，要求至少具有两个或两 个以上的带有ROIP功能的ROIP终端2。 ROIP终端2的一端与无线电台1相连，另 一端连接到IP网络3。未与ROIP终端2连接的常规电台5，通过与无线电台l之间 的无线链路，建立与网络及网内其他设备之间的通信连接，从而实现各个无线通信电 台不再孤立运行，而是可以相互连接。
图2是ROIP终端2的结构示意图。图2中，话筒、扬声器21，串口模块22，网
络23，音频处理模块24， ARM核心板25，网络接口模块26。
在图2中，音频信号分别由无线电台的话筒和扬声器21输入输出。
在图2中，ARM核心板25完成终端的各种控制和处理功能，在本实施例中，核
心板采用的ARM9系列嵌入式系统是三星公司的16/32位RISC微处理器S3C2410即
ARM920T， Linux操作系统，。核心板与外围电路间的连接采用可靠的SO-DIMM200
接插件形式。
在图2中，串口模块22主要完成对串行数据流的电平转换和数据格式的处理、判 断串行数据的起始位及停止位和完成对数据和校验位的提取等功能。核心板S3C2420 内部集成了UART控制器，实现了并串转换，但是外部需要提供CMOS/TTL电平与 RS232之间的转换。由于无线电台大多采用RS232接口标准，但RS232-C标准定义的 高低电平信号与S3C2420系统的LVTTL电路所定义的高低电平完全不同，因此需要 电平转换。在本实施例中，采用MAX3232芯片实现电平转换。
在图2中，音频处理模块24主要完成声音的录入、编解码及声音的播放等功能。 在本实施例中，核心板S3C2410的Inter-IC Sound即IIS总线用于实现8/16位立体声 音频的多媒体数字信号编解码器，它支持IIS总线数据格式，可以同时发送和接收数 据，也可以在发送和接收数据中二者择一。
在图2中，网络23通过网络接口模块26实现与控制中心4之间的数据交互。网 络接口模块26用于实现网络通信，进行网络数据的发送和接收。网络接口模块由ARM 核心板控制进行网络通信，实现地址解析协议、Internet控制报文协议、IP协议、用户 数据报协议UDP等协议的解析和封包。在本发明的实施例中，采用美国Cirrus公司的CS8900芯片作为以太网控制芯片，控制程序只需要配置好内部寄存器，即可实现网络 通信。
图3是ROIP无线电台传输方法的流程图。主要完成信号的传输，包括控制信号、 报文信号以及话音信号。系统启动后首先进行初始化，然后进入主循环，主循环依次 调用几个任务来完成所需要的操作，任务的分配不是抢占式的，而是按时间进行分配。 系统完成初始化后，ROIP终端判断是否收到来自网络或控制中心的分组；如果收到， 则启动直接内存存取传输模式接收报文，然后根据接收到的报文类型分任务处理，如 果收到的是控制数据，则通过串口对电台进行控制，如果收到的是音频数据，则送到 电台发送话音信号，如果收到的是报文数据，则送到电台发送报文，而后ROIP接收 来自电台的数据；如果没有接收到来自网络或控制中心的包，则转入接收来自电台的 数据。当接收到来自电台的音频或报文数据时，将数据进行UDP打包，根据实际情况 判断是否向网络发送，如果发送，则启动直接内存存取发送包；如果不发送，则回到 网络接收状态。具体流程如下
Fl:开始；
F2:系统初始化；
F3:判断是否接收到来自网络或控制中心的包；未收到来自网络的包，则进行Fll 或F12;
F4:收到来自网络的包，启动DMA的ZDMA控制寄存器接收数据； F5:接收到的是控制数据； F6:接收到音频数据； F7:接收到报文数据；
F8:接收到控制数据后对电台发送控制指令；
F9:接收到音频数据，控制电台进行话音的发送；
F10:接收到报文数据，控制电台进行报文的发送；
Fll:接收来自电台的音频数据；
F12:接收来自电台的报文数据；
F13:将音频或报文数据进行UDP打包；
F14:判断是否发送音频或数据包；不发送则回到F3;
F15:启动DMA的ZDMA控制寄存器向网络或控制中心发送ZDMA包。
发送完毕后重新回到F3。网络数据处理和音频数据处理都采用DMA (直接内存存取)传输方式，DMA的 使用可以有效减小对CPU的占用。以太网数据帧的接收过程就是控制器通过査询网卡 芯片内部的读写指针寄存器，判断是否有新的数据帧到达。当有新的数据帧到达时， ARM核心板通过网卡芯片远端DMA操作接收网卡内部的RAM中的数据帧，将其保 存在控制器RAM缓冲区中。以太网数据帧的发送过程是首先通过网卡芯片远端DMA 操作，将准备好的数据从控制器缓冲区中传递到网卡内部RAM中，然后启动网卡芯 片本地DMA操作，将准备好的数据从控制器缓冲区中传递到网卡内部RAM中，然 后启动网络接口模块本地DMA操作，将数据帧发送到以太网；S3C2410的IIS控制器 同样也支持音频数据的DMA传输。
本发明机将无线电台与网络连接起来，广泛用于远程调度、多点智能控制等众多 领域，并能够使无线电台也融合到数字化信息交互平台中，提高了应急通信能力。本 发明能够提供多样化的电台控制功能以及电台保护功能；适合网内通信，对网络要求 低，拥弯良好的安全性和可靠性；具备语音和数传控制并发处理功能；适用于应急通 信系统。
权利要求
1、一种ROIP无线电台传输终端设备，其特征在于该终端设备包括无线电台(1)、ROIP终端(2)、IP网络(3)、ROIP控制中心(4)和常规电台(5)，一组无线电台(1)与相对应的一组ROIP终端(2)连接，一组ROIP终端(2)通过IP网络(3)与ROIP控制中心(4)连接；控制中心(4)通过IP网络(3)对一组无线电台(1)进行控制指挥；一组无线电台(1)之间通过IP网络(3)互联；一组常规电台(5)与相对应的一组无线电台(1)进行点对点通信。
2、 根据权利要求l所述的一种ROIP无线电台传输终端设备，其特征在于所述 的ROIP终端(2)的系统协议组合是RTP/UDP/SIP/IP。
3、 根据权利要求l所述的一种ROIP无线电台传输终端设备，其特征在于所述 一组常规电台(5)与相对应的一组无线电台(1)通过传统方式进行点对点通信。
4、 根据权利要求l所述的一种ROIP无线电台传输终端设备，其特征在于所述 ROIP终端(2)包'括话筒、扬声器(21)'、串口模块(22)、网络(23)、音频处理模块(24)、 ARM核心板(25)和网络接口模块(26)，话筒、扬声器(21)通过音频处理 模块(24)与ARM核心板(25)连接；网络(23)通过网络接口模块(26)与ARM 核心板(25)连接；串口模块(22)与ARM核心板(25)连接。
5、 根据权利要求l所述的一种ROIP无线电台传输终端设备，其特征在于所述 无线电台(1)包括短波电台和超短波电台。
6、 一种ROIP无线电台传输终端设备的传输方法，其特征在于该传输方法包括以 下步骤-Fl:开始；F2:系统初始化；F3:判断是否接收到来自网络或控制中心的包；未收到来自网络的包，则进行Fll 或F12;F4:收到来自网络的包，启动DMA的ZDMA控制寄存器接收数据；F5:接收到的是控制数据；则进行F8;F6:接收到音频数据；则进行F9;F7:接收到报文数据；则进行F10;F8:接收到控制数据后对电台发送控制指令；F9:接收到音频数据，控制电台进行话音的发送；F10:接收到报文数据，控制电台进行报文的发送；Fll:接收来自电台的音频数据；F12:接收来自电台的报文数据；F13:将音频或报文数据进行UDP打包；F14:判断是否发送音频或数据包；不发送则回到F3;F15:启动DMA的ZDMA控制寄存器向网络或控制中心发送包。
全文摘要
本发明公开了一种ROIP无线电台传输终端设备及传输方法，该终端设备中一组无线电台与相对应的一组ROIP终端连接，一组ROIP终端通过IP网络与ROIP控制中心连接；控制中心通过IP网络对一组无线电台进行控制指挥；一组无线电台之间通过IP网络互联；一组常规电台与相对应的一组无线电台进行点对点通信。本发明无线电台之间利用IP寻址技术、以IP网络作为传输载体实现无线电台之间通信的实时传输，从而形成一个完整的无线IP网络。本发明机动性能高、电台之间协调灵活，真正做到一个控制中心可以调度多个发信台，一个收信台可以被多个控制中心使用。从而发挥通信实体和指挥实体的整体效能。
文档编号H04M7/00GK101553047SQ200910026450
公开日2009年10月7日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者叶芝慧, 晓 徐, 陆茂林 申请人:南京大学;南京厚华通信设备有限责任公司