基于IP的对讲系统通信协议研究

中国传媒大学学报（自然科学版） 22，第2卷，2015年4月2日，第2卷，2015年4月，基于IP的舞台对讲系统通信系统任慧，王慧琴，马旭超（中国传媒大学自动化系，北京100024）基于IP的舞台间系统可以解决传统剧院调度的缺陷，有必要研究相关的技术协议. 本文介绍了基于IP的对讲系统的组成框架，重点分析和研究了该系统的通信协议及其在对讲系统虚拟控制平台中的应用. 基于IP的对讲通信协议具有一定的可靠性和实时性. 经过实际系统的应用测试，可以满足战区舞台监督调度的通信要求. 关键字: 对讲系统；通讯协议； TCP; UDP中文图片分类号: TN919文档标识号: A文章编号: 1673 -4793（2015）02 -0020 -04基于IPREN Hui，王慧琴，马旭超的舞台对讲系统通信协议研究中国传媒大学自动化学院，北京100024）摘要: 基于IP的舞台对讲系统可以解决传统剧场调度的缺陷，研究相关技术协议是必要的. 本文介绍了基于IP的对讲系统的框架，重点分析了系统中使用的通信协议，并简要介绍了该协议在对讲系统虚拟控制平台中的应用. 该系统的通信协议具有一定的可靠性和实时处理能力，可以满足剧院调度中的通信需求. 关键词: 对讲系统；通信协议； TCP; UDP1简介在剧院演出中，舞台监督人员通过剧院的舞台对讲系统安排与演出相关的人员，以确保演出的顺利进行.

传统的对讲系统是基于电路交换的，子系统是分散且独立的，设备之间的协作性不高[1]. 由于网络技术的飞速发展，有可能通过网络交换数据. IP技术提供了理想的多服务平台，可以满足语音，视频和数据等新业务需求. 终端设备通过IP网络集成在局域网中，解决了项目: “十二五”国家科技支撑计划重大项目“关键支撑技术研发与应用示范成果展示（项目编号: 2012BAH38F00）”资助作者简介: 任辉（1966-），男，汉族，山西应县人，中国传媒大学教授. 电子邮件: renhui @ cuc. 埃杜CnRen等人: 基于IP的对讲通信协议的研究阶段2 2基于IP的对讲系统介绍基于IP的对讲系统主要分为有线对讲部分，无线对讲部分和调度中心部分. 系统组成如图1所示. 各部分的终端最终连接到交换机，以IP数据包的形式交换信息. 其中，有线基站和无线基站首先通过四根线访问数字矩阵. 数字矩阵具有内置的网络接口卡，可将模拟数据转换为IP数据，然后访问交换机.

调度中心的硬件呼叫平台和虚拟呼叫平台连接到同一交换机，矩阵通过网络连接[2]. 通过自定义设置矩阵的各种功能，可以实现与矩阵下各种有线和无线通信单元的通信需求. 与矩阵进行数据交换时，硬件呼叫平台和虚拟呼叫平台遵循相同的协议. 协议中研究的通信方是呼叫平台（硬件呼叫平台或您的呼叫平台）和数字矩阵的网络接口卡. 图1阶段对讲系统的框图3激活基于IP的阶段对讲系统通信协议后，通信平台必须按照一定顺序发送消息，以便与网络接口卡进行通信. 仅在进行通信后才能进行语音呼叫. 总通信时序如表1所示. 表1阶段通信系统内的通信总顺序1234协议UDP UDP TCP TCP功能设备连接UDP心跳TCP连接TCP心跳3.1设备数字矩阵的网络接口卡连接后激活后，它将每5秒钟向呼叫平台发送一次信号，直到收到为止. 结束呼叫平台响应用于网络接口卡和呼叫平台之间的初始联系. 收到连接请求后，呼叫平台将回复以实现连接. 该请求帧由网络接口​​卡使用UDP协议发送，并包含诸如网络接口卡的ID号，主叫平台占用的网络接口卡设备的通道号，设备类型和接口等信息. 连接到网络接口卡的设备的通道号. 响应帧由呼叫平台使用UDP协议发送. 其中包含的信息包括网络接口卡ID号和网络接口卡通道号.

3. 2连接UDP心跳后，网络接口卡和呼叫平台会互相发送信号以建立心跳连接并相互响应一次. 响应后，建立心跳连接，然后两者定期发送心跳包. 如果有响应舞台通讯系统，则表示两个设备保持联机状态. 如果在一段时间内没有响应，则表示设备已断开连接，然后网络接口卡进入上一节中显示的请求的状态. （1）心跳开始帧和响应帧如第3.1节所述，在收到呼叫平台的响应帧后，网络接口卡使用UDP协议将心跳开始帧发送到呼叫平台. 网络接口卡的心跳开始帧中包含的信息包括: 网络接口卡的标识号，音频代码标识，网络接口卡的IP地址. 12中国传媒大学学报（自然科学版）第22卷和端口号. 网络接口卡标识号在相同连接期间不会更改，而在不同连接中会更改. 呼叫平台收到网络接口卡心跳开始帧后，会使用UDP协议将响应帧发送到网络接口卡. 网络接口卡心跳开始帧的响应帧包括平台心跳开始ID和平台标识号. 呼叫平台响应网络接口卡心跳开始帧后，使用UDP协议将平台心跳开始帧发送到网络接口卡. 并等待网络接口卡的响应. 平台心跳开始帧中包含的信息包括: 平台标识号，音频编码标识，呼叫平台IP地址和端口号. 网络接口卡收到平台心跳启动帧后，使用UDP协议调用平台端口发送响应帧.

平台心跳开始帧的响应帧包括网络接口卡心跳开始ID和网络接口卡标识号. （2）心跳保持帧当呼叫平台收到网络接口卡发送的心跳开始帧的响应帧时，它使用UDP协议将呼叫平台心跳保持帧发送到包含平台的网络接口卡端口标识号信息，第一个字节为0x81. 当网络接口卡收到呼叫平台发送的以0x81开头的信令时，使用UDP协议向呼叫平台发送网络接口卡心跳保持帧，该帧包含网络接口卡标识号，首字节为0Xc1 . 网络接口卡发送此信令后，双方开始进行TCP连接. 3.3 TCP连接和心跳呼叫平台作为TCP客户端，网络接口卡作为TCP服务器. 建立TCP连接后，双方将彼此发送设备信息，然后心跳保持帧将不包含信息. 监视信息以TCP消息格式发送. 前三个字节是SOM的ASCLL代码（Send Of Message的缩写），后两个字节是消息长度，其余字节是特定的消息内容. 不同的消息描述对应于不同的功能请求. 例如: 平台设备检测和查询，矩阵连接状态，矩阵和字符相关的设置信息，呼叫平台功能选项，矩阵选项信息，配置信息查询和响应，配置信息更改请求和响应等.

TCP心跳保持帧的发送和响应是同一帧，不包含任何信息，并且是固定格式的5个字节. 3.4实时语音通话语音通话需要发送相应的语音控制命令，包括发送控制和接收控制命令. 语音数据采样率为8000Hz，每个采样8位，单个通道. 发送的语音数据中有一个语音报头，即前18个字节，语音报头是语音中最关键的部分，因为语音报头具有相应的含义，因此必须以相应的格式生成，否则接收者将不会接收它. . （1）语音传输信令使用TCP协议. 讲话时，按通话键将发送呼叫开始命令，然后发送语音包. 语音传输信令包括组号和组值信息. 组号是呼叫平台上的频道所在的组号，四个号码是一个组. 当与呼叫平台相连的设备的通道号在00H -03H范围内时，组号为00H. 在04H-07H范围内组号为01H；在08-0BH的范围内，组号为02H. 组值是该组中的数字. 一个组有四个通道，四个通道的编号为01H，02H，04H和08H. （2）语音接收信令使用TCP协议. 接听时，按键，将发送开始接听命令，然后接收语音包. 语音接收信令还包含组号和组值信息. 组号与信令相同，组号从10H开始. 当平台上与通信平台相连的设备的通道号在00H -03H范围内时，组号为10H. 在04H -07H范围内，组号为11H；在08-0BH的范围内，组号为12H.

（3）语音停止信令使用TCP协议. 讲话时，按下停止呼叫按钮时，将发送停止呼叫命令. 接听时，按停止通话按钮时，将发送停止接听命令. 语音停止信令包含组号信息. 组号分为发送组号和应答组号. 当它是发送组号时，表示停止通话；当它是应答组号时，表示停止接收语音数据. （4）语音包当呼叫平台发送TCP呼叫命令时，它随后发送语音数据. 语音数据包使用UDP协议发送. 除固定标志和呼叫平台标识符之外，语音包的报头还包含以下信息: 第一个语音包标志: 对G711a进行编码时，值88H表示第一个语音包，而值08H表示后续的语音包. 对于其他编码，值80H指示第一个语音数据包，值00H指示后续的语音数据包. 22任辉等: 基于IP的系统间通信协议的研究第二阶段语音数据包编号: 指示语音数据包的顺序. 起始编号是随机确定的，随后的编号将自动加一. 例如，当前语音包号为08acH，下一个语音包号为08adH. 语音数据包大小识别: 可用于计算语音数据包的大小. 下一个语音包大小与当前语音包大小之间的差是当前语音包大小. 语音包的大小由设置的编码类型决定. 包头之后是包含语音信息的数据. 3.5关闭连接当呼叫平台关闭时，将发送断开连接的数据包.

有两种类型的数据包，一种是TCP数据包，另一种是UDP数据包. TCP数据包中标志的范围是01H-1F. 要断开连接，必须发送所有01H-1F数据包（32）. 然后发送包含心跳ID和平台标识信息的UDP数据包. 发送以上两种数据包后，连接断开. 4通信协议在对讲系统虚拟控制平台中的应用对讲系统虚拟控制平台的开发环境为VS2010，主要分为四个模块: 接口，设备通信，声卡控制和播放器. 设备通讯模块. 通信过程使用套接字编程. 具体过程如图2所示. 图2设备通信设计流程接收和发送数据包的最后一步必须严格按照时序执行. 根据该通信协议，可以实现虚拟控制平台的呼叫平台与矩阵网络接口卡的网络接口卡之间的连接，并且可以交换语音数据和配置数据. 基于该协议的对讲系统具有较强的可靠性和良好的实时性. 网络层遵循IP协议，传输层使用TCP和UDP协议，具有良好的兼容性[3]. 通过系统的测试和语音质量测试，指标的每个部分都可以满足阶段内调度的需求. 5结束语现阶段对讲系统的IP网络集成需要综合运用各种技术，其中以网络通信技术为核心，剧院对讲系统对实时性，准确性，和时间延迟. 系统设备之间的数据交换需要可靠的通信协议作为保证. 本文研究的级间通信系统的通信协议已应用于级间通信系统的虚拟控制平台中. 经过在真实系统工作环境中的测试，可以满足剧院舞台的监督. 通信需求对于提高剧院对讲系统的可靠性，确保剧院演出的顺利进行具有重要意义.

参考文献[1]陈维轩. 浅谈对讲系统的发展及实践经验［Ｊ］. 信息与通讯，2012，（3）. [2]李震，杨干一. 基于SIP的对讲系统QoS保证技术研究[J]. 应用力学与材料，2014，（9）: 644 -650. [3]乔纳森·戴维亚森，詹姆斯·彼得斯. IP基础上的VOIP [J]. 印第安纳波利斯: 思科出版社，2012年. （负责编辑: 王谦）32基于IP的通信协议的研究协议研究: 任辉，王快勤，马旭超，任辉，王辉勤，马旭超作者: 中国传媒大学自动化系，北京，100024职称: 中国传媒大学（自然科学）英文期刊名称: 中国传媒大学学报（自然科学版），年（册）: 引文格式: 王仁辉慧琴. 马旭超. 任辉. 王慧琴. 马旭超基于IP的舞台对讲系统通信协议研究[期刊论文]-中国传媒大学学报（自然科学版）2015（2）2015（2） ）

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