基于3G網(wǎng)絡(luò)的PTT業(yè)務(wù)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

葉 丹

（中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院，北京 100032）

1.PTT業(yè)務(wù)介紹

1.1 PTT業(yè)務(wù)定位

3G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展和智能手機(jī)的快速普及，使得大量傳統(tǒng)電信不能實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)得到快速發(fā)展，如基于IP的音視頻業(yè)務(wù)。PTT是Push-To-Talk的縮寫(xiě)，是一種半雙工的基于IP的通信方式，在支持PTT的用戶終端上，用戶可以一對(duì)一或在群組間進(jìn)行全球范圍內(nèi)的類似對(duì)講機(jī)功能的通話。PTT被定位為一種移動(dòng)增值業(yè)務(wù)，可為手機(jī)用戶帶來(lái)新的使用體驗(yàn)和通話選擇，同時(shí)為運(yùn)營(yíng)商創(chuàng)造價(jià)值。PTT業(yè)務(wù)可廣泛應(yīng)用于酒店、物流、零售、汽車租賃、港口、制造業(yè)、醫(yī)院、建筑業(yè)等小型商業(yè)用戶及企業(yè)用戶。目前，PTT業(yè)務(wù)的主要市場(chǎng)還是在行業(yè)用戶。

1.2 PTT業(yè)務(wù)模式

運(yùn)營(yíng)商通過(guò)建立一套可運(yùn)營(yíng)的電信級(jí)別的PTT系統(tǒng)，針對(duì)政企行業(yè)用戶提供集群調(diào)度的業(yè)務(wù)，收取相應(yīng)的費(fèi)用?，F(xiàn)網(wǎng)短信按條計(jì)費(fèi)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用流量計(jì)費(fèi)的方法，恐怕都不適用于PTT業(yè)務(wù)。從國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，PTT業(yè)務(wù)采用包月或包業(yè)務(wù)量的方式較為合理，此外還可通過(guò)設(shè)定不同的服務(wù)組合和資費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為不同用戶提供個(gè)性化服務(wù)。

1.3 PTT技術(shù)特征

PTT業(yè)務(wù)的主要技術(shù)特征為：

(1)一按即刻通：手機(jī)變成對(duì)講機(jī)，呼叫接續(xù)快，支持單呼和組呼。

(2)組網(wǎng)門(mén)檻低：依托移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，相對(duì)于傳統(tǒng)的PTT通信方式，建網(wǎng)投資和終端費(fèi)用都大幅降低。

表1給出了普通通信業(yè)務(wù)和PTT業(yè)務(wù)的對(duì)比，可見(jiàn)PTT業(yè)務(wù)主要針對(duì)集團(tuán)用戶，該業(yè)務(wù)用于工作調(diào)度、區(qū)域性強(qiáng)的場(chǎng)景，如機(jī)場(chǎng)、火車站等，客戶主體是以區(qū)域?yàn)閱挝婚_(kāi)展業(yè)務(wù)，如調(diào)度員等。

基于3G網(wǎng)絡(luò)的PTT業(yè)務(wù)在形式和特征發(fā)生了很多變化，表2給出了PTT業(yè)務(wù)與普通對(duì)講和專業(yè)數(shù)字集群的性能對(duì)比，基于3G網(wǎng)絡(luò)的PTT業(yè)務(wù)能力，性能有了很大的進(jìn)步。

表1 普通通信和PTT的對(duì)比

表2 PTT業(yè)務(wù)與普通對(duì)講和專業(yè)數(shù)字集群的性能對(duì)比

PTT業(yè)務(wù)提供的不僅是集群對(duì)講功能，還可以提供一整套綜合信息應(yīng)用，支持圖片傳輸、數(shù)據(jù)查詢等信息化應(yīng)用，甚至也可將LBS、SNS集成其中。

2.PTT業(yè)務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 總體架構(gòu)

運(yùn)營(yíng)商構(gòu)建的PTT業(yè)務(wù)，是基于智能手機(jī)和3G通信網(wǎng)絡(luò)而開(kāi)發(fā)的綜合應(yīng)用系統(tǒng)。在確保信息安全的情況下，以PTT為基本功能，輔以提供GPS定位、集群調(diào)度、視頻監(jiān)控、高清圖片互傳、多媒體文檔互傳、便攜式掃描、打印、移動(dòng)辦公等為一體的業(yè)務(wù)應(yīng)用?；?G的PTT業(yè)務(wù)較傳統(tǒng)數(shù)字集群系統(tǒng)在諸多方面有突出的優(yōu)勢(shì)。圖1給出了基于3G的PTT業(yè)務(wù)總體架構(gòu)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

各行業(yè)客戶開(kāi)通了PTT業(yè)務(wù)后，將擁有自己的集群調(diào)度臺(tái)，通過(guò)3G移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)集群調(diào)度的功能，可以實(shí)現(xiàn)跨地域、一對(duì)一、一對(duì)多的語(yǔ)音通信功能，可實(shí)現(xiàn)組呼、單呼、跨組呼叫、遠(yuǎn)程遙斃、非當(dāng)前組呼叫提醒、多種語(yǔ)音質(zhì)量模式遠(yuǎn)程激活提示、首長(zhǎng)模式、臨時(shí)組功能、遠(yuǎn)程激活。

PPT終端用戶可使用具備攝像頭的手機(jī)，將現(xiàn)場(chǎng)的圖像實(shí)時(shí)傳輸?shù)街行模?shí)現(xiàn)圖像信息的記錄保留。各手機(jī)間或手機(jī)與調(diào)度臺(tái)之間可進(jìn)行多種格式（Word、excel、PPT等文檔）文件傳輸及文字信息編寫(xiě)和傳輸。

此外，系統(tǒng)具備GPS定位及位置管理的功能，由調(diào)度臺(tái)來(lái)控制打開(kāi)和關(guān)閉手機(jī)上的GPS服務(wù)，在檢測(cè)到有效的GPS數(shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)發(fā)給服務(wù)器。在調(diào)度臺(tái)上顯示手機(jī)持有者所在的位置。并可以同時(shí)顯示多個(gè)手機(jī)終端的位置，且能畫(huà)出手機(jī)持有者的移動(dòng)軌跡。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸架構(gòu)

(1)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸

終端通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，整個(gè)無(wú)線數(shù)據(jù)流都走在3G網(wǎng)絡(luò)上，而底層無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互和3G網(wǎng)絡(luò)本身的數(shù)據(jù)交互都由底層的信令來(lái)完成，PTT系統(tǒng)處理的最底層的數(shù)據(jù)就是網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)包。

(2)集群內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸

在集群內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸分為兩部分：集群內(nèi)服務(wù)器間數(shù)據(jù)的傳輸、集群中服務(wù)器中各服務(wù)之間數(shù)據(jù)的傳輸。集群內(nèi)服務(wù)器間數(shù)據(jù)的傳輸通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)連接，基于TCP/IP協(xié)議。Linux平臺(tái)進(jìn)程間通信方式包括：管道、共享內(nèi)存、消息隊(duì)列。服務(wù)器中各服務(wù)間的數(shù)據(jù)由于傳輸速度快且數(shù)據(jù)傳輸都是單個(gè)完整包，所以PTT系統(tǒng)了采用消息隊(duì)列作為進(jìn)程間信息傳輸方式。

2.3 集群服務(wù)器端架構(gòu)

服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫(kù)基于MySQL-CLUSTER，可保證最基本的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)庫(kù)的同步。利用MySQL-CLUSTER的同步特性，在單臺(tái)服務(wù)器上通過(guò)共享的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)本來(lái)獨(dú)立的服務(wù)器間的集群，因此集群的架構(gòu)如圖2所示。

集群中各個(gè)模塊的功能如下：

(1)接入服務(wù)器：負(fù)責(zé)分配終端應(yīng)該接入的服務(wù)器。

(2)服務(wù)器：負(fù)責(zé)處理整個(gè)的呼叫、視頻、郵件等業(yè)務(wù)。

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)連接層：負(fù)責(zé)服務(wù)器私有數(shù)據(jù)庫(kù)和MySQLCLUSTER數(shù)據(jù)庫(kù)間的同步。

(4)數(shù)據(jù)庫(kù)：?jiǎn)蝹€(gè)服務(wù)器的私有數(shù)據(jù)庫(kù)，只存有本服務(wù)器需要的數(shù)據(jù)庫(kù)信息。

(5)MySQL-CLUSTER：集群數(shù)據(jù)庫(kù)，所有服務(wù)器共享。

終端通過(guò)3G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接到Internet，然后連接到PPT系統(tǒng)的接入服務(wù)器，接入服務(wù)器收到終端的請(qǐng)求后分配服務(wù)器地址，終端中斷與接入服務(wù)器的連接后接入到分配的服務(wù)器上。

服務(wù)器連接到MySQL-CLUSTER數(shù)據(jù)庫(kù)，共享該數(shù)據(jù)庫(kù)信息，同時(shí)每個(gè)服務(wù)器有私有數(shù)據(jù)庫(kù)，其同步是靠專有的數(shù)據(jù)庫(kù)連接層實(shí)現(xiàn)。各服務(wù)器之間除了同步數(shù)據(jù)外，相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)也可通過(guò)互聯(lián)進(jìn)行共享。

圖2 集群整體架構(gòu)圖

3.PTT業(yè)務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 通信安全

由于非對(duì)稱的加密算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜，在實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)中多采用對(duì)稱加密方法，常用的對(duì)稱加密算法有DES、3DES、Blowfish等。

PPT系統(tǒng)的任何一個(gè)終端和SIM卡都有全球唯一的IMEI和IMSI號(hào)，這些信息與用戶帳號(hào)綁定，只有三者完全匹配，用戶才能登陸系統(tǒng)。為了保證通信的安全性，任何一個(gè)用戶登陸所用的密鑰KEY都是動(dòng)態(tài)隨機(jī)分配，以防止使用固定密鑰而被破解。圖3給出了信息加密流程。

終端登陸對(duì)于密鑰的分配過(guò)程如下：

(1)所有手機(jī)用戶和調(diào)度臺(tái)的信息存儲(chǔ)在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中，信息包括用戶的IMEI碼、IMSI碼、調(diào)度臺(tái)ID、調(diào)度臺(tái)名字、調(diào)度臺(tái)登錄密碼等。每個(gè)用戶的加密密鑰PKEY為用戶的前16位IMEI碼加上前8位IMSI碼，每個(gè)調(diào)度臺(tái)的加密密鑰為調(diào)度臺(tái)ID的前10位，調(diào)度臺(tái)名字的前8位，再加密碼的前6位；

(2)手機(jī)進(jìn)行登陸時(shí)，服務(wù)器隨機(jī)分配24位作為其KEY值，使用PKEY進(jìn)行3DES加密后返回給用戶。用戶收到加密信息后，使用PKEY解密得到自己的KEY；

(3)服務(wù)器同時(shí)將該用戶的KEY進(jìn)行3DES加密，發(fā)送給其用戶組所有在線用戶和調(diào)度臺(tái)。發(fā)送給用戶的加密密鑰為每個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的PKEY，發(fā)送給調(diào)度臺(tái)的密鑰為調(diào)度臺(tái)的PKEY；

(4)調(diào)度臺(tái)進(jìn)行登陸時(shí)，服務(wù)器隨機(jī)分配24位作為其KEY值，使用調(diào)度臺(tái)的PKEY進(jìn)行3DES加密后返回給調(diào)度臺(tái)?？刂婆_(tái)收到加密信息后，解密得到自己的KEY；

(5)服務(wù)器同時(shí)將調(diào)度臺(tái)的KEY進(jìn)行3DES加密，發(fā)送給調(diào)度臺(tái)對(duì)應(yīng)的所有用戶。加密密鑰為每個(gè)用戶對(duì)應(yīng)的PKEY，用戶收到后解密得到控制臺(tái)的KEY；

無(wú)論是調(diào)度臺(tái)還是用戶，呼叫時(shí)都用自己的KEY對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行3DES加密，接收到語(yǔ)音的一方都用呼叫人的KEY進(jìn)行語(yǔ)音的3DES解密。

圖3 信息加密流程

3.2 語(yǔ)音編碼

目前常見(jiàn)語(yǔ)音編碼類型為：EVRC、PCM、ADPCM、MELP。這四種語(yǔ)音編碼的碼率如表3所示。

表3 四種語(yǔ)音編碼的碼率

不同語(yǔ)音編碼格式碼率上的差別導(dǎo)致語(yǔ)音質(zhì)量上也會(huì)有巨大差別。其中PCM的語(yǔ)音碼率最高，超過(guò)了50KB/S，已經(jīng)超過(guò)了有限帶寬的范圍，因此在真正使用的時(shí)候并不會(huì)經(jīng)常使用。

從語(yǔ)音質(zhì)量來(lái)對(duì)比，PCM和ADPCM都有良好的語(yǔ)音質(zhì)量和保真度，而EVRC同時(shí)也完全能滿足PTT中語(yǔ)音通話的需求，只是在音頻質(zhì)量上有損失，不過(guò)不足以造成通信問(wèn)題。MELP的音頻壓縮質(zhì)量最差，在進(jìn)行語(yǔ)音通信的時(shí)候語(yǔ)音會(huì)失真，跟原聲有很大的差別，但是能夠聽(tīng)清楚。因此在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)首選ADPCM和EVRC編碼。

4.互聯(lián)網(wǎng)PTT應(yīng)用對(duì)比

當(dāng)前移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)類PTT應(yīng)用，如米聊、微信的語(yǔ)音對(duì)講功能，但這些應(yīng)用還偏向用戶個(gè)體間的娛樂(lè)通信功能，而在行業(yè)應(yīng)用和電信級(jí)PTT產(chǎn)品層面尚存在空白。表4給出了電信級(jí)PTT業(yè)務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)類PTT應(yīng)用在多個(gè)層面的對(duì)比情況。

表4 電信級(jí)PTT業(yè)務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)類PTT應(yīng)用對(duì)比

5.PTT業(yè)務(wù)發(fā)展展望

基于3G網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)PTT系統(tǒng)，不僅非常適合行業(yè)用戶，比如公交、武警和消防之類，而且作為運(yùn)營(yíng)商的一項(xiàng)增值業(yè)務(wù)，也具有非常廣闊的應(yīng)用前景。PTT未來(lái)的發(fā)展不僅僅是簡(jiǎn)單的一鍵通話，還將在此基礎(chǔ)上演變出更多更好的通信模式。它將為用戶提供一種簡(jiǎn)單而友好的Push-To-User的用戶界面，實(shí)現(xiàn)更大意義上的一鍵連接(Push-To-Connect)和一鍵多媒體(Push-To-Media)。

運(yùn)營(yíng)商可借助這些互聯(lián)網(wǎng)PPT產(chǎn)品培養(yǎng)的市場(chǎng)和用戶使用習(xí)慣，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，快速部署電信級(jí)的PTT產(chǎn)品，并結(jié)合即時(shí)消息的靈活性，使PTT成為一種新的殺手級(jí)業(yè)務(wù)。該業(yè)務(wù)一方面可以提高運(yùn)營(yíng)商的收入，另一方面可以給移動(dòng)通信用戶帶來(lái)更多的便捷和全新的體驗(yàn)，有望創(chuàng)造出比短信時(shí)代更繁榮的發(fā)展局面。

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