基于专网集群和3G/4G公网的公/专网互连互通系统及方法与流程

本发明属于移动通信领域，具体涉及一种支持专网集群和公网手机之间进行语音视频双向传输的方法及系统。

背景技术：

集群通信业务是指利用具有信道共用和动态分配等技术特点的集群通信系统组成的集群通信共网，为多个部门、单位等集团用户提供的专用指挥调度等通信业务。集群分为模拟集群和数字集群，目前正在从模拟集群向数字集群发展，当前数字集群主要有：TETRA(陆地集群无线电系统)、iDEN(集成数字增强型网络)、GOTA(开放式集群架构)、华为GT800。

目前公、专网的互连互通技术主要应用在应急救灾场景，由于灾区的通信设施和电力系统遭到破坏，使得灾区内无法使用公网进行通信。无线宽带专网，这一形式的通信方式，在出现灾情时，可以依靠临时建立的无线宽带系统，实现10-15公里内的无线宽带信号覆盖。可以依靠其带宽的优势，通过应急通信车和视频单兵设备等，实现对灾区现场情况的图像和视频采集，并迅速传回地方分指挥中心和总指挥中心，便于整体性的管理和指挥。

当前公/专网互连互通往往存在以下几点不足：(1)专网集群通常采用一套自定义的通信规约，公网用户无法直接访问专网，专网内用户也无法获取公网数据。(2)专网内传输的音视频数据通常有统一格式，而公网音视频数据格式复杂多样，无法直接与专网进行交流。

技术实现要素：

本发明目的是提出一种基于专网集群和3G/4G公网的公/专网互连互通方法，面向不同类型的专网集群以及公网用户，实现专网集群与公网用户之间的音视频双向传输，解决了公网到专网音视频格式统一的问题。该基于专网集群和3G/4G公网的公/专网互连互通方法，一方面实现了从专网集群到公网手机用户的音视频传输和显示，另一方面实现了从不同公网用户(电脑终端，手机终端)向专网内传输音视频数据并在专网无线手持终端上显示的功能。

本发明的技术方案是：基于专网集群和3G/4G公网的公/专网互连互通系统，包括专网系统与公网系统两部分；所述专网系统由认证中心与无线手持终端组成，所述公网系统由调度服务器、存储服务器、流媒体服务器、电脑终端以及手机终端组成；

所述认证中心负责完成专网与公网之间应用层通信，并控制无线手持终端与公网设备进行音视频数据交流；

所述无线手持终端是专网内进行通信用到的手持终端，采用专网统一标准进行配置；

所述调度服务器是公网系统中用来与专网系统进行通信的服务器，公网系统的用户通过调度服务器获得专网当中的音视频数据；

所述存储服务器用来临时存储音视频数据，包括从专网到公网通信过程中的音视频数据以及从公网到专网通信过程中的音视频数据；

所述流媒体服务器用来实现专网音视频数据与手机终端之间的互通。

进一步的，所述电脑终端即公网IP地址下的电脑。

进一步的，所述手机终端即公网3G/4G手机。

本发明还提供基于专网集群和3G/4G公网的公/专网互连互通方法，从系统完成的功能进行划分，将系统分为二个模块，分别为：信令控制模块、传输控制模块；所述信令控制模块分为认证注册模块和会话终止模块，所述传输控制模块分为数据传输模块和数据转码模块；具体互连互通方法的步骤如下：

(1)认证注册模块由公网系统调度服务器与专网认证中心之间以及公网系统流媒体服务器与调度服务器之间进行交互实现，处于公网的调度服务器采用专网统一的通信规约，按照其格式向专网认证中心发起会话邀请，当认证中心接受并确认后会向调度服务器发送回码表示接受会话邀请，接着调度服务器会按照规约标准向认证中心发起音视频邀请，该音视频邀请包括音视频上拉以及音视频下发；流媒体服务器与调度服务器之间的通信与之相同；若呼叫发起后被叫方发生异常无法与主叫方进行连接，则被叫方会向主叫方返回错误代码，表示本次会话建立失败，主叫方接收并确认，本次会话终止；若呼叫发起后而连接尚未建立之前主叫方发生异常需要结束会话，则由主叫方向被叫方发送呼叫取消请求，被叫方接受该请求后回码确认并终止会话；

(2)数据传输模块开始于音视频邀请发送之后，若发送的邀请为音视频上拉邀请，则分为两种情况：认证中心会向调度服务器发送音视频数据，并由调度服务器将其转发到电脑用户；认证中心将数据传输给调度服务器后，由调度服务器转发到流媒体服务器，然后手机用户能够通过流媒体服务器获得该数据；若发送的为下发邀请，也会有两种可能：调度服务器采集电脑终端用户上传的音视频数据并发送给认证中心；调度服务器采集流媒体服务器当中的由手机用户上传的音视频数据，并将其发送给认证中心；

(3)数据转码模块发生在调度服务器或流媒体服务器接受到音视频数据的过程中，此过程包括音视频的上拉及下发，由于专网数据格式与公网数据格式差异巨大，无法直接交互并显示，所以使用数据转码对经过调度服务器以及流媒体服务器的公/专网数据进行相应的转码从而使其能够通用；

(4)会话终止模块发生在音视频数据交流完成时，会话终止请求能够由主叫方或被叫方当中任意一方发起，当一方接受到会话终止请求后终止正在进行的音视频数据接收或发送，并向发起方返回OK表示结束成功。

本发明的有益效果是：本发明提出的基于专网集群和3G/4G公网的音视频双向传输系统，既可适用于窄带集群进行语音交互，也能用于宽带无线集群进行音视频交互，为传输对象提供了多种可能；为当前专网集群与公网之间音视频传输受限于通信规约提供一条解决途径；该系统能适应不同环境不同类型的公网用户，提高了系统的适应性，同时拓宽了业务范围。

附图说明

图1系统组成框图；

图2公/专网音视频双向传输交互流程；

图3专网到公网数据流传输具体流程；

图4公网到专网数据流传输具体流程。

具体实施方式

本发明目的是提出一种基于专网集群和3G/4G公网的公/专网互连互通技术，一方面实现了从专网集群到公网手机用户的音视频传输和显示，另一方面实现了从不同公网用户(电脑终端，手机终端)向专网内传输音视频数据并在专网无线手持终端上显示的功能。为实现该功能设计了一套公/专网音视频双向交互的终端系统，其系统结构如图1所示,包括专网系统与公网系统两部分，其中专网系统由认证中心与无线手持终端组成，公网系统由调度服务器、存储服务器、流媒体服务器、电脑终端以及手机终端组成。具体来说，认证中心负责完成专网与公网之间应用层通信，并控制无线手持终端与公网设备进行音视频数据交流；无线手持终端是专网内进行通信用到的手持终端，采用专网统一标准进行配置；调度服务器是公网系统中用来与专网系统进行通信的服务器，公网系统的用户通过该服务器获得专网当中的音视频数据；存储服务器用来临时存储音视频数据，包括从专网到公网通信过程中的音视频数据以及从公网到专网通信过程中的音视频数据；流媒体服务器用来实现专网音视频数据与手机终端之间的互通；电脑终端即公网IP地址下的电脑；手机终端即公网3G/4G手机。

从系统完成的功能进行划分，将系统分为二个模块，分别为：信令控制模块、传输控制模块。其中信令控制模块分为认证注册模块和会话终止模块，传输控制模块又分为数据传输模块和数据转码模块。下面将按照这四个功能模块对系统进行介绍。

附图2为公/专网音视频双向传输交互流程，具体来说，(1)认证注册模块由公网系统调度服务器与专网认证中心之间以及公网系统流媒体服务器与调度服务器之间进行交互实现，处于公网的调度服务器采用专网统一的通信规约，按照其格式向专网认证中心发起会话邀请，当认证中心接受并确认后会向调度服务器发送回码表示接受会话邀请，接着调度服务器会按照规约标准向认证中心发起音视频邀请，该邀请包括音视频上拉(videopull)以及音视频下发(videopush)。流媒体服务器与调度服务器之间的通信与之相同。若呼叫发起后被叫方发生异常无法与主叫方进行连接，则被叫方会向主叫方返回错误代码，表示本次会话建立失败，主叫方接收并确认，本次会话终止。若呼叫发起后而连接尚未建立之前主叫方发生异常需要结束会话，则由主叫方向被叫方发送呼叫取消请求，被叫方接受该请求后回码确认并终止会话。(2)数据传输模块开始于音视频邀请发送之后，若发送的邀请为音视频上拉邀请，则分为两种情况：认证中心会向调度服务器发送音视频数据，并由调度服务器将其转发到电脑用户；认证中心将数据传输给调度服务器后，由调度服务器转发到流媒体服务器，然后手机用户可以通过流媒体服务器获得该数据。若发送的为下发邀请，也会有两种可能：调度服务器采集电脑终端用户上传的音视频数据并发送给认证中心；调度服务器采集流媒体服务器当中的音视频数据(该数据由手机用户上传)，并将其发送给认证中心。(3)数据转码模块发生在调度服务器或流媒体服务器接受到音视频数据的过程中，此过程包括音视频的上拉及下发，由于专网数据格式与公网数据格式差异巨大，无法直接交互并显示，所以使用数据转码对经过调度服务器以及流媒体服务器的公/专网数据进行相应的转码从而使其能够通用。(4)会话终止模块发生在音视频数据交流完成时，会话终止请求可以由主叫方或被叫方当中任意一方发起，当一方接受到会话终止请求后终止正在进行的音视频数据接收(发送)，并向发起方返回OK表示结束成功。

本发明设计的系统面对的专网对象既可以是窄带集群也可以是宽带集群，由于宽带集群包含了窄带集群能实现的功能，以下以宽带集群为例进行介绍。

根据系统实施的具体流程，将其分为三部分：从专网到公网数据流传输具体流程、从公网电脑用户到专网数据流传输具体流程、从公网手机用户到专网数据流传输具体流程，具体步骤如下：

一、专网到公网数据传输具体流程如图3所示

1.认证注册模块，系统采用SIP信令做为通信协议进行握手，握手发起方称为主叫方，接收方称为被叫方，具体步骤如下：

1-1主叫方创建会话邀请INVITE消息并发送给被叫方；

1-2被叫方收到邀请并回码OK；

1-3主叫方设置音视频传输流程为音视频上拉，并发送ACK做好上拉准备；

1-4当主叫方在呼叫过程中产生异常需要结束会话时，主叫方向被叫方发送cancel请求，被叫方返回OK回码和主叫方异常标识回码457，主叫方接受并发送ACK确认结束；

1-5当被叫方在呼叫过程中产生异常无法进行会话连接时，被叫方会针对主叫方的邀请返回被叫方异常标识回码456，主叫方接受该回码并返回ACK确认并结束会话；

2.数据传输模块，系统采用RTP/RTSP协议进行传输控制，步骤如下：

2-1当调度服务器向认证中心发起videopull请求后，认证中心唤醒对应专网无线手持终端向调度服务器发送音视频数据；

2-2当流媒体服务器向调度服务器发起videopull请求后，调度服务器会将存储在存储服务器中的音视频数据发送给流媒体服务器；

2-3当手机终端向流媒体服务器发起请求后，流媒体服务器会将音视频数据发送给手机终端并在手机屏幕上实时显示。

3.数据转码模块，为了将专网数据在公网手机上显示，转码模块用在了两个阶段：

3-1当调度服务器接收到专网无线手持终端发送的数据时需要对其进行转码，然后对音视频进行同步并存储在存储服务器当中；

3-2当手机终端向流媒体服务器申请音视频数据时，流媒体服务器需要对从存储服务器当中接收到的数据进行转码，使其满足手机终端播放所需要的格式；

4.会话终止模块，会话终止请求发起方称为主叫方，接收方称为被叫方，具体步骤如下：

4-1完成音视频交互后，主叫方发送BYE消息给被叫方并停止发送音视频流；

4-2被叫方接受到BYE消息后向主叫方发出回码OK并停止音视频数据接收，本次会话结束；

二、公网到专网数据传输具体流程如图4所示

公网到专网的音视频数据传输分为两个过程：公网电脑终端向专网无线手持终端发送音视频流以及公网手机终端向专网无线手持终端发送音视频流，按照功能模块，将步骤统一介绍如下：

1.认证注册模块，系统采用SIP信令做为通信协议进行握手，握手发起方称为主叫方，接收方称为被叫方，具体步骤如下：

1-1.主叫方创建会话邀请INVITE消息并发送给被叫方；

1-2被叫方收到邀请并回码OK；

1-3主叫方设置音视频传输流程为音视频下发，并发送ACK做好下发准备；

1-4当主叫方在呼叫过程中产生异常需要结束会话时，主叫方向被叫方发送cancel请求，被叫方返回OK回码和主叫方异常标识回码457，主叫方接受并发送ACK确认结束；

1-5当被叫方在呼叫过程中产生异常无法进行会话连接时，被叫方会针对主叫方的邀请返回被叫方异常标识回码456，主叫方接受该回码并返回ACK确认并结束会话；

2.数据传输模块，系统采用RTP/RTSP协议进行传输控制，步骤如下：

2-1当调度服务器向认证中心发起videopush请求后，调度服务器获取存储服务器当中的音视频数据并发送给认证中心指定的专网无线手持终端；

2-2当流媒体服务器向调度服务器发起videopush请求后，流媒体服务器会将音视频数据发送给存储服务器并进行存储；

2-3当电脑终端用户向调度服务器发起请求后，调用终端摄像头采集音视频数据并将其发送给调度服务器；

2-4当手机终端向流媒体服务器发起请求后，手机终端将本地音视频数据上传到流媒体服务器中。

3.数据转码模块，为了将公网数据在专网无线手持终端上显示，转码模块用在了三个阶段：

3-1当调度服务器接收到电脑终端发送的音视频数据时需要对其进行实时转码，然后将其发送给专网无线手持终端；

3-2当手机终端向流媒体服务器上传音视频数据时，流媒体服务器需要对该音视频数据进行解码，使其能在电脑终端使用；

3-3当调度服务器收到流媒体服务器发送到存储服务器的音视频数据时，会对其进行实时转码，然后将其发送给专网无线手持终端。

4.会话终止模块，会话终止请求发起方称为主叫方，接收方称为被叫方，具体步骤如下：

4-1完成音视频交互后，主叫方发送BYE消息给被叫方并停止发送音视频流；

4-2被叫方接受到BYE消息后向主叫方发出回码OK并停止音视频数据接收，本次会话结束。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。