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摘要：在民航VoIP地空通信链路中，语音信号需要经过内话系统网关、交换机、电台网关等设备才能被电台所接收。在实际的生产运行过程中，任何一个环节的故障都可能导致系统故障甚至地空通信失效。因此，针对VoIP地空通讯链路中的故障情况进行仿真与研究具有重要意义。本文针对生产运行中的几种实际的故障情况进行仿真与复现，对几种典型故障的结果进行了总结与分析，其结果对民航空管安全生产与运行具有一定的指导意义。
关键词：VoIP技术；地空通信；故障仿真
Design and Research on Simulation of VoIP Link Failure in Civil Aviation Ground-to-air Communication
LI Jing,SU Jing,SHEN Lu
(North China Regional Air Traffic Management Bureau of CAAC,Beijing 100621)
【Abstract】：In the civil aviation VoIP ground-to-air communication link,the voice signal needs to pass through the internal telephone system gateway,switch,radio gateway and other equipment to be received by the radio.In the actual production and operation process,any failure of any link may cause system failure or even ground-to-air communication failure.Therefore,it is of great significance to simulate and study the fault conditions in the VoIP ground-to-air communication link.This article simulates and reproduces several actual failures in production and operation,and summarizes and analyzes the results of several typical failures.The results have certain guiding significance for the safe production and operation of civil aviation pipelines.
【Key words】：VoIP technology;A-G communications;simulation
0引言
VoIP技术是国际互联网工程任务组（IETF）组织发展起来的一项基于IP网络传送话音的先进技术，目前在民用语音通信传输领域已经广泛使用。国际民航组织（ICAO）和EUROCAE组织把发展VoIP技术作为一种非常重要的语音通信方案进行推广。
在民航的生产运行中，合理利用IP网络传输架构来实现空管内话系统与甚高频电台之间、各地内话系统之间的通信可以弥补现有传输架构的很多缺陷，并且能够提供更加便捷的系统连接方式[1]。然而，在民航VoIP地空通信链路中，语音信号需要经过内话系统网关、交换机、电台网关等设备才能被电台所发送接收。在实际的生产运行过程中，任何一个环节的故障都可能导致系统故障甚至地空通信失效。因此，针对VOIP地空通讯链路中的故障情况进行仿真与研究具有重要意义。
1地空通信VoIP技术简介
在内话系统和甚高频电台之间建立VoIP通信，所需基本协议为SIP协议和RTP协议。SIP协议用来在内话系统和甚高频电台之间建立连接，RTP协议用来传输话音包和包含在RTP协议扩展报头里的无线电信令[2]。
SIP协议和RTP协议可用于在内话系统和甚高频电台之间提供VoIP通信服务。内话系统与甚高频电台之间通信可分为两个步骤，如图1所示。
（1）SIP会话由内话系统发起，并通过会话描述协议(SDP)定义/协商在会话期问使用的参数，使内话系统与甚高频电台之间建立连接。
（2）连接建立之后，由RTP协议传输话音信号，而RTP扩展报头实时传输从内话系统至甚高频电台的PTT信号和从甚高频电台至内话系统的squelch(SQL)信号和BSS质量信号。在没有语音流的时候，RTP协议使用“Keep Alive”机制，即“心跳包”来监控内话系统和收发信机之间的连接。
2地空通信传输链路设计
2.1测试平台搭建
本设计使用飞坤Release7.1内话系统、5720交换机、RS4200甚高频电台作为测试设备，飞坤公司作为行业标准ED-137的主要制定者，其在国内广泛使用的VCS 3020X型内话Release7.1版本已具备VoIP能力。在实际应用当中，为了保证地空通信的安全性，往往对甚高频电台进行冗余配置，即采用两部电台分别作为主机与备机，在主机发生故障后能够切换至备机进行工作。为了模拟真实环境，本设计的测试系统的架构如图2所示：
2.2系统配置
2.2.1内话系统配置
由于测试内话系统内部为传统TDM传输，因此采用2块GPIF05.40板卡作为VOIP无线网关，在内话系统频率配置中，添加频率123.456，并将RS电台配置为主备模式。具体配置方案如表1所示：
配置项1，配置项2为内话端连接主备用电台的网关URI，配置项3，配置项4为电台1的收发信机URI，配置项5，配置项6为电台2的收发信机URI。
2.2.2甚高频电台配置
本文按照表2对甚高频电台进行配置。
配置项1、配置项2为电台主机收发信机的URI，配置项3、配置项4位电台备机收发信机的URI，配置项5为电台频率。
3链路中断仿真设计
3.1链路中断情况设计
在实际的生产运行过程中，由于系统的复杂性，以及传输链路上的节点数量过多，任何一个节点的故障都可能导致系统故障，本文在实验室搭建了一套VoIP无线单点通信系统，通过在不同节点上进行操作来仿真实际情况中的故障，进而观察故障现象。
在系统建链完成并测试正常后，本文针对以下三种情况进行故障模拟，观察内话端能否针对故障类型进行相应的操作：
3.1.1电台主机发生故障，自动切换至备机
在实际运行当中，会出现电台发生故障自动切换至备机的故障，本文通过在电台端手动切换主备机的方式模拟电台主机故障切换至备机的情况。
3.1.2内话系统与主机之间传输链路故障
通过切断GPIF1至公共交换机１之间的网线模拟内话端链路中断的情况；在内话席位上观察台站location是否能够自动由M切换为S，如果能够切换，按下PTT后，在内话端应能收到来自电台的侧音信号。
同理，通过切断电台主机至公共交换机２之间的网线模拟电台端传输链路中断的情况，在内话席位上观察台站location是否能够自动由M切换为S，如果能够切换，按下PTT后，在内话端应能收到来自电台的侧音信号。
3.1.3电台掉电
在实际生产运行中，甚高频电台一般采用双路供电，主机接一路电源，备机接一路电源，为了仿真实际运行中单机掉电的情况，本测试采用断开电台主机电源的方式模拟实际运行中电台单机掉电情况。如果内话端能够成功切换，按下PTT后，在内话端应能收到来自电台的侧音信号。
3.2链路中断实例仿真
3.2.1手动对台站主备机切换
内话系统与甚高频电台建链后，内话席位显示建链正常。在内话配置中配置GPIF1与GPIF2为主备用模式，将电台主备机URI分别输入内话SIP conversion的Main和Standby选项。即配置为主备模式。
在电台端进行切换主备机操作，发现内话与发射机1、接收机1链路中断，6秒后切换至与发射机2、接收机2链接，测试发射机2、接收机2工作均正常。
3.2.2通信链路中断
内话系统与甚高频电台收发信机1建链后，内话席位显示建链正常，切断内话GPIF1至公共交换机之间的网线，此时在内话端观察现象，发现内话与发射机1、接收机1链路中断，6秒后切换至与发射机2、接收机2链接。测试接收机2无法收到侧音。
切断收信机1或发信机1至公共交换机2之间的网线，在内话端观察到的情况与上述情况一致。原因在于，内话系统虽然能够检测到与收发信机1的链路中断并切换连接至收发信机2，但是在电台端，收发信机1仍然为主用电台，收发信机2并未工作。
3.2.3电台单机掉电
内话系统与甚高频电台收发信机1建链后，内话席位显示建链正常。电台端将主用收发信机1的电源线切断，在电台端观察到收发信机2为主用，在内话端观察现象，发现内话与发射机1、接收机1链路中断，6秒后切换至与发射机2、接收机2链接，测试发射机2、接收机2工作均正常。
由上述测试结果可得，在实际的生产运行中，当电台主机发生故障或因掉电切换至备机进行工作时，由于内话系统分别与主备机建立SIP链接，所以在电台切换至备机后若干秒后任然能够正常工作；当主用链路中断后，虽然能够与电台备机建立SIP会话，但是电台无法因链路中断切换主备机，因此无法正常工作。
4结语
在民航VOIP地空通信链路中，语音信号需要经过内话系统网关、交换机、电台网关等设备才能被电台所发送接收。在实际的生产运行过程中，任何一个环节的故障都可能导致系统故障甚至地空通信失效。本文针对生产运行中的几种实际的故障情况进行仿真与复现，对几种典型故障的结果进行了总结与分析，对民航空管安全生产与运行具有一定的指导意义。
参考文献
[1]倪国祥.VoIP技术在甚高频地空通信系统中的运用[J].通信电源技术,2020,37(21):136-138.
[2]肖刚.空管系统中地空通信电台VoIP多点接入功能测试方案解析[J].电子测试,2019(19):69-71.
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