基于VoIP技術(shù)的煤礦井下無線語音通信系統(tǒng)

摘要：煤礦井下通信系統(tǒng)是整個(gè)煤礦安全生產(chǎn)的重要部分，現(xiàn)代化的通信技術(shù)能迅速掌控局面，使損失降到最低。而我國(guó)目前井下通信系統(tǒng)一般都是有線通信，存在著一旦有一處線路發(fā)生故障，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)通信系統(tǒng)癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)[1]。基于VoIP技術(shù)的無線語音通信系統(tǒng)可以解決此類問題，實(shí)現(xiàn)井下現(xiàn)代化管理，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保障礦工和國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：煤礦井下 VoIP 無線通信

中圖分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2015）02-0000-00

1 用VoIP技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線語音通信系統(tǒng)

VoIP（Voice over Internet Protocol）又稱作IP電話，是建立在IP技術(shù)上的分組化、數(shù)字化傳輸技術(shù)，其基本原理是：通過語音壓縮算法對(duì)語音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼處理，然后把這些語音數(shù)據(jù)按IP等相關(guān)協(xié)議進(jìn)行打包，經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇邮盏?，再把這些語音數(shù)據(jù)包串起來，經(jīng)過解碼解壓處理后，恢復(fù)成原來的語音信號(hào)，從而達(dá)到由IP網(wǎng)絡(luò)傳送語音的目的?；緜鬏斶^程可以分為五步：模擬語音的數(shù)字化、原始數(shù)據(jù)到IP的轉(zhuǎn)換、傳送、IP包到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換以及數(shù)字語音轉(zhuǎn)換為模擬語音[2]。

由于VoIP技術(shù)低廉的通話費(fèi)以及清晰穩(wěn)定低時(shí)延的語音質(zhì)量、靈活的體系結(jié)構(gòu)，本文用其實(shí)現(xiàn)無線語音通信系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用802.11b無線標(biāo)準(zhǔn)，工作在2.4GHz的自由開放ISM頻段，比較適合煤礦井下的無線電環(huán)境。

AP（Access Point，接入點(diǎn)）是網(wǎng)絡(luò)中無線和有線網(wǎng)絡(luò)之間的橋接，由一個(gè)無線輸出口和一個(gè)有線的網(wǎng)絡(luò)接口構(gòu)成，相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)中的基站，將語音通信網(wǎng)中的終端Wi-Fi手機(jī)聚合到網(wǎng)絡(luò)中；Wi-Fi手機(jī)支持SIP協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)無線終端設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)無線語音通信；語音服務(wù)器IP-PBX的作用是對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的終端設(shè)備進(jìn)行管理。系統(tǒng)中選用IP02作為IP-PBX。IP02是一個(gè)兩端口的IP-PBX，這兩個(gè)端口分別為FXS口（簡(jiǎn)稱為S口），將模擬電話連接到S口上，此模擬電話就可以成為系統(tǒng)中的一個(gè)終端，實(shí)現(xiàn)普通模擬電話和系統(tǒng)中Wi-Fi手機(jī)的通信；另一個(gè)為FXO口（簡(jiǎn)稱為O口），將PSTN與O口相連可以實(shí)現(xiàn)PSTN內(nèi)的電話與系統(tǒng)內(nèi)部Wi-Fi手機(jī)的通信。

2 井下實(shí)驗(yàn)

井下實(shí)驗(yàn)選在內(nèi)蒙古上灣煤礦地下150m處的一條水平巷道，該巷道的寬度和高度均為4.2m，移動(dòng)PC上裝有用于抓取無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的軟件OmniPeek，通過OmniPeek抓取的數(shù)據(jù)可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的語音包進(jìn)行分析。兩個(gè)Wi-Fi手機(jī)的號(hào)碼分別為6001和6002（實(shí)驗(yàn)布線圖略）。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中通過兩個(gè)手機(jī)的互撥來驗(yàn)證在煤礦井下該系統(tǒng)是否可以實(shí)現(xiàn)語音通信。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)的語音通信質(zhì)量良好。由于煤礦井下沒有其他同頻段的無線系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，通話時(shí)聲音清楚沒有雜音。

IP02可以保存經(jīng)過它的所有呼叫的詳細(xì)呼叫紀(jì)錄（CDR， Call Detail Record），在CDR中，每一行代表著一次呼叫的詳細(xì)記錄，包括呼叫雙方、呼叫號(hào)碼、通話開始時(shí)間、通話結(jié)束時(shí)間、通話持續(xù)時(shí)間以及呼叫時(shí)的各種狀態(tài)，每一個(gè)值都由逗號(hào)分隔開來。

通過CDR可以清楚地看到兩個(gè)手機(jī)之間的通信記錄。

CDR中記錄的各項(xiàng)有：計(jì)費(fèi)碼accountcode，如果使用了SetAccount應(yīng)用，或者通道配置文件已經(jīng)配置好了，計(jì)費(fèi)碼將會(huì)作為基礎(chǔ)信息分配到每一個(gè)通道中；接收到的主叫方ID；目的地Extension；目的地context；文本格式的主叫方ID；使用的通道；可能存在的目的通道；可能存在的最后一個(gè)應(yīng)用；最后一個(gè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)；呼叫開始的時(shí)間；呼叫接通的時(shí)間；呼叫結(jié)束的時(shí)間；整個(gè)呼叫持續(xù)的時(shí)間，也就是呼叫從開始到結(jié)束，規(guī)定使用秒來計(jì)費(fèi)；整個(gè)呼叫通話的時(shí)間，也就是從呼叫接通開始到通話結(jié)束，規(guī)定使用秒來計(jì)費(fèi)；這個(gè)呼叫的情況，也就是說該呼叫時(shí)接通、沒有接通或者是忙音，以及此次呼叫使用什么樣的標(biāo)識(shí)符，文檔、計(jì)費(fèi)還是忽略，使用在每個(gè)基礎(chǔ)的通道中，就像是accountcode一樣。

從CDR中還可以看出，該呼叫由6001發(fā)起，被呼叫分機(jī)號(hào)碼為6002，由于此次呼叫為局域網(wǎng)內(nèi)部的分機(jī)呼叫，所以為免費(fèi)，可能存在的目的通道是SIP/6002&IAX2/6002&Zap/2，整個(gè)呼叫持續(xù)的時(shí)間為80秒，整個(gè)呼叫通話的時(shí)間為60秒，呼叫的情況為接通，并且此次呼叫使用的標(biāo)識(shí)符為文檔。其他呼叫也可以從各自的記錄中得到具體信息。

還有一個(gè)重要指標(biāo)就是語音延時(shí)，如果語音延時(shí)超過1s，則一個(gè)正常的通話幾乎不能忍受。

下面就對(duì)本文的無線語音通信系統(tǒng)的延時(shí)進(jìn)行測(cè)試。

由RTP協(xié)議可知，在語音包延時(shí)測(cè)試中，只要在發(fā)送端和接收端中找到具有相同RTP時(shí)間戳的語音包，并將語音包在接收端的接收時(shí)間和在發(fā)送端的發(fā)送時(shí)間相減就可以得到語音包的延時(shí)。實(shí)驗(yàn)中語音數(shù)據(jù)包的發(fā)送端為Wi-Fi手機(jī)，IP地址為192.168.1.108或192.168.1.107，經(jīng)過IP02（IP地址為192.168.1.141）后最終達(dá)到目的端，數(shù)據(jù)包的接收端同為Wi-Fi手機(jī)，IP地址為192.168.1.107或192.168.1.108。

為了使測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確，取9個(gè)語音包計(jì)算相應(yīng)的延時(shí)，然后取平均值所得結(jié)果如下。

從上表中可以看出，此無線語音通信系統(tǒng)在煤礦井下通信時(shí)語音延遲很小，具有良好的通信效果。

4結(jié)語

本文針對(duì)現(xiàn)有煤礦井下通信系統(tǒng)中存在的問題提出了一個(gè)基于VoIP技術(shù)的無線語音通信系統(tǒng)，通過實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)煤礦井下的通信并且具有良好的通信效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃偉，姚善化.礦井移動(dòng)通信技術(shù)難題及解決方案探討.煤礦機(jī)械，2003 （12）.

[2] 楊博.VoIP系統(tǒng)分析與構(gòu)建[D].湖南：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué).

收稿日期：2015-02-16

作者簡(jiǎn)介：王丹陽（1993—），女，遼寧盤錦人，西安建筑科技大學(xué)信息與控制工程學(xué)院2012級(jí)學(xué)生，專業(yè)方向：電子信息工程。