一种基于互联网与软件对讲机协同组网的远距离跨地域对讲方法及系统

技术领域

本发明涉及远距离通信技术领域，具体涉及一种基于互联网与软件对讲机协同组网的远距离跨地域对讲方法及系统。

背景技术

二战后对讲机从军队专用逐步拓展到了民用市场，特别是随着大规模集成电路和数字技术的广泛应用，无线电对讲机的设计制造更加成熟，不但体小身轻，而且功能完善，还增加了数据信息处理能力，逐渐成为公安、民航、运输、水利、铁路、制造、建筑、服务等诸多行业提高工作效率和应急反应能力而用于成员联络、指挥调度、数据处理的新型无线通信工具。特别是信息产业部无线电管理局将400MHz频段规划为公众对讲机使用频率放开后，作为通讯管制产品的对讲机不再仅仅局限于特定单位使用，个人也可以依法购买持有，使用409MHz～410MHz市民频段的公众对讲机还无须申请执照，免收频率占用费，进一步增强了人们相互沟通联络的兴趣。

传统的无线对讲机及其对讲系统依然是利用无线电通信技术，常常受限于无线电传输距离、信号干扰、调频、以及不同对讲机终端设备的兼容性等问题，严重影响其易用性和可靠性。

传输距离限制，导致在远距离的场合下对讲系统几乎不可用。另外，传统对讲系统要求参与对讲的人员必须要有对讲机设备，但是对于临时突发的对讲场景中，有的人员并没有合适的对讲设备，导致无法参与到交流中。

由此可见，传统的无线对讲系统在传输距离上的限制以及对人员必须有相应对讲设备的限制严重影响到了无线对讲机及其系统的通用性和易用性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于互联网与软件对讲机协同组网的远距离跨地域对讲方法及系统，用于解决传统的无线对讲系统在传输距离和对讲设备使用上存在限制的技术问题，从而达到实现远距离跨地域对讲以及突破对讲设备限制的目的。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于互联网与软件对讲机协同组网的远距离跨地域对讲方法，包括以下步骤：

通过硬件对讲网关使用互联网与软件式对讲控制系统建立通话，以及与传统无线对讲机建立通信；

将所述传统无线对讲机在其所在调频频道内与其他对讲机互联，并基于所述硬件对讲网关与所述软件式对讲控制系统间的通话，向所述软件式对讲控制系统发送音频流和行为请求；

将软件对讲机与所述软件式对讲控制系统建立通话、发送音频流和行为请求；

基于建立的通话，通过所述软件式对讲控制系统进行软件层面的对讲组配置，并对各通话传输过来的音频流进行处理后，分发给所述硬件对讲网关和所述软件对讲机；以及对各通话传输过来的行为请求进行仲裁。

作为本发明优选的实施方式，通过所述硬件对讲网关建立通话和通信时，包括：

通过所述硬件对讲网关的网关上联侧使用互联网利用SIP通信协议与所述软件式对讲控制系统建立通话；

通过所述硬件对讲网关的网关下联侧使用无线电通信的方式与所述传统无线对讲机通信。

作为本发明优选的实施方式，在所述传统无线对讲机发送音频流和行为请求时，包括：

通过所述硬件对讲网关的下联侧接收所述传统无线对讲机发送的音频流和行为请求；

通过所述硬件对讲网关的上联侧利用RTP协议将所述硬件对讲网关的下联侧接收到的音频流发往所述软件式对讲控制系统；

通过所述硬件对讲网关的上联侧利用RTP协议指定的DTMF信号将所述硬件对讲网关的下联侧接收到的行为请求发往所述软件式对讲控制系统。

作为本发明优选的实施方式，在所述软件对讲机建立通话、发送音频流和行为请求时，包括：

通过所述软件对讲机利用SIP协议与所述软件式对讲控制系统建立通话；

通过所述软件对讲机利用RTP协议向所述软件式对讲控制系统发送音频流；

通过所述软件对讲机利用私有协议向所述软件式对讲控制系统发送行为请求。

作为本发明优选的实施方式，在对音频流进行处理并分发时，包括：

所述软件式对讲控制系统采用一次编码，多路复用分发策略分发处理后的音频流；

其中，所述一次编码，多路复用分发策略，包括：

当所述软件式对讲控制系统配置的对讲组与所述软件式对讲机和/或所述硬件对讲网关采用SIP协议协商出一种新的编码格式时，建立与之对应的已编码频道；

并通过所述已编码频道将发言者的音频流编码成对应的编码格式后，多路分发给使用所述编码格式的所述软件式对讲机和/或所述硬件对讲网关。

作为本发明优选的实施方式，所述对讲方法，还包括：

通过RTP音频流活跃监测机制、音频流音量变化检测机制以及软件对讲机话语权保活机制，对话语权的健康性进行监测；

当发现话语权被异常占用导致其他用户无法发言时，通过自动释放话语权，使其他用户可以正常申请到话语权。

作为本发明优选的实施方式，所述对讲方法，还包括：

当所述硬件对讲网关出现掉线和异常时，所述软件式对讲控制系统先尝试几次自动重新呼叫所述硬件对讲网关；

若所述硬件对讲网关在预设的时间内还没回复，所述软件式对讲控制系统记录下异常的硬件对讲网关及其所在的对讲组；

当所述异常的硬件对讲网关再次通过SIP协议进行设备注册和通话时，若其所在的对讲组依然没有解散，则所述软件式对讲控制系统再次自动重新呼叫所述异常的硬件对讲网关。

一种基于互联网与软件对讲机协同组网的远距离跨地域对讲系统，包括：

软件式对讲控制系统，用于进行软件层面的对讲组配置、对讲话语权仲裁以及对音频流进行处理后分发给硬件对讲网关和/或软件对讲机；

硬件对讲网关，用于与传统无线对讲机通信以及与所述软件式对讲控制系统建立通话，并将所述传统无线对讲机发送的音频流和行为请求，传输给所述软件式对讲控制系统；

传统无线对讲机，用于在其所在调频频道内与其他对讲机以及所述硬件对讲网关互联；

软件对讲机，用于与所述软件式对讲控制系统建立通话、发送音频流和行为请求。

作为本发明优选的实施方式，所述硬件对讲网关，包括：网关上联侧和网关下联侧；

所述网关上联侧，用于使用互联网利用SIP通信协议与所述软件式对讲控制系统建立通话；

所述网关下联侧，用于使用无线电通信的方式与所述传统无线对讲机通信。

作为本发明优选的实施方式，所述软件对讲机用于通过SIP协议和RTP协议与所述软件式对讲控制系统建立通话及传输音频流；以及用于利用私有协议传输其行为请求。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明将传统的无线对讲系统通过互联网与软件对讲系统对接，从而突破了传统的无线对讲系统在传输距离上的限制，实现远距离跨地域对讲，大大扩展了无线对讲可覆盖的对讲范围；

(2)本发明利用如今几乎人人都有的智能手机，将智能手机当做对讲机接入系统，是实现无论是否有传统对讲机设备，都能进入对讲系统进行对讲的功能，从而突破对讲设备限制，对突发情况、临时加入人员沟通提供便利性；

(3)本发明提出了对于对讲话语权异常锁死的判断方法、提供了自动解锁话语权的方法，避免由于终端设备的异常导致话语权被某个终端长期占有；

(4)本发明提供了在系统异常或设备异常的情况下，自动重启对讲组或自动重连对讲设备的方式，提高了系统整体可靠性；

(5)本发明利用对讲场景同一时间只有一个人发言的特点，优化了向听众发送音频流的编码和发包流程，大幅提高单个对讲组及单个服务器能支持的最大对讲用户数量。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1-是本发明实施例的基于互联网与软件对讲机协同组网的远距离跨地域对讲方法步骤图；

图2-是本发明实施例的基于互联网与软件对讲机协同组网的远距离跨地域对讲系统部署方式及通信方式示意图；

图3-是本发明实施例的通过已编码频道多路分发的示意图；

图4-是本发明实施例的基于音频流音量变化检测解除话语权的流程图；

图5-是本发明实施例的基于软件对讲机话语权保活解除话语权的流程图；

图6-是本发明实施例的硬件对讲网关异常重连的流程图。

附图标号说明：1、软件式对讲控制系统；2、硬件对讲网关；3、传统无线对讲机；4、软件对讲机。

具体实施方式

本发明所提供的基于互联网与软件对讲机4协同组网的远距离跨地域对讲方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1：通过硬件对讲网关2使用互联网与软件式对讲控制系统1建立通话，以及与传统无线对讲机3建立通信；

步骤S2：将传统无线对讲机3在其所在调频频道内与其他对讲机互联，并基于硬件对讲网关2与软件式对讲控制系统1间的通话，向软件式对讲控制系统1发送音频流和行为请求；

步骤S3：将软件对讲机4与软件式对讲控制系统1建立通话、发送音频流和行为请求；

步骤S4：基于建立的通话，通过软件式对讲控制系统1进行软件层面的对讲组配置，并对各通话传输过来的音频流进行处理后，分发给硬件对讲网关2和软件对讲机4；以及对各通话传输过来的行为请求进行仲裁。

在上述步骤S1中，通过硬件对讲网关2建立通话和通信时，包括：

通过硬件对讲网关2的网关上联侧使用互联网利用SIP通信协议与软件式对讲控制系统1建立通话；

通过硬件对讲网关2的网关下联侧使用无线电通信的方式与传统无线对讲机3通信。

在上述步骤S2中，在传统无线对讲机3发送音频流和行为请求时，包括：

通过硬件对讲网关2的下联侧接收传统无线对讲机3发送的音频流和行为请求；

通过硬件对讲网关2的上联侧利用RTP协议将硬件对讲网关2的下联侧接收到的音频流发往软件式对讲控制系统1；

通过硬件对讲网关2的上联侧利用RTP协议指定的DTMF信号将硬件对讲网关2的下联侧接收到的行为请求发往软件式对讲控制系统1。

在上述步骤S3中，在软件对讲机4建立通话、发送音频流和行为请求时，包括：

通过软件对讲机4利用SIP协议与软件式对讲控制系统1建立通话；

通过软件对讲机4利用RTP协议向软件式对讲控制系统1发送音频流；

通过软件对讲机4利用私有协议向软件式对讲控制系统1发送行为请求。

在上述步骤S4中，在对音频流进行处理并分发时，包括：

软件式对讲控制系统1采用一次编码，多路复用分发策略分发处理后的音频流；

其中，一次编码，多路复用分发策略，包括：

当软件式对讲控制系统1配置的对讲组与软件式对讲机和/或硬件对讲网关2采用SIP协议协商出一种新的编码格式时，建立与之对应的已编码频道；

并通过已编码频道将发言者的音频流编码成对应的编码格式后，多路分发给使用编码格式的软件式对讲机和/或硬件对讲网关2。

进一步地，对讲方法，还包括：

通过RTP音频流活跃监测机制、音频流音量变化检测机制以及软件对讲机4话语权保活机制，对话语权的健康性进行监测；

当发现话语权被异常占用导致其他用户无法发言时，通过自动释放话语权，使其他用户可以正常申请到话语权。

进一步地，对讲方法，还包括：

当硬件对讲网关2出现掉线和异常时，软件式对讲控制系统1先尝试几次自动重新呼叫硬件对讲网关2；

若硬件对讲网关2在预设的时间内还没回复，软件式对讲控制系统1记录下异常的硬件对讲网关2及其所在的对讲组；

当异常的硬件对讲网关2再次通过SIP协议进行设备注册和通话时，若其所在的对讲组依然没有解散，则软件式对讲控制系统1再次自动重新呼叫异常的硬件对讲网关2。

本发明所提供的基于互联网与软件对讲机4协同组网的远距离跨地域对讲系统，包括：软件式对讲控制系统1、硬件对讲网关2、传统无线对讲机3以及软件对讲机4。

软件式对讲控制系统1，用于进行软件层面的对讲组配置、对讲话语权仲裁以及对音频流进行处理后分发给硬件对讲网关2和/或软件对讲机4。

硬件对讲网关2，用于与传统无线对讲机3通信以及与软件式对讲控制系统1建立通话，并将传统无线对讲机3发送的音频流和行为请求，传输给软件式对讲控制系统1。

传统无线对讲机3，用于在其所在调频频道内与其他对讲机以及硬件对讲网关2互联。

软件对讲机4，用于与软件式对讲控制系统1建立通话、发送音频流和行为请求。

具体地，软件式对讲控制系统1基于Linux操作系统开发，用于实现软件层面的对讲组配置、对讲话语权仲裁、音频流处理等工作。设备可通过SIP协议或私有协议接入对讲组。

进一步地，硬件对讲网关2，包括：网关上联侧和网关下联侧。

网关上联侧，用于使用互联网利用SIP通信协议与软件式对讲控制系统1建立通话。

网关下联侧，用于使用无线电通信的方式与传统无线对讲机3通信。

具体地，硬件对讲网关2实现两种连接：

(1)网关下联侧使用无线电通信的方式与传统无线对讲机3通信，这部分的通信距离会收到无线电传输距离的限制。

(2)网关上联侧使用互联网利用SIP通信协议与软件式对讲控制系统1建立通话，利用RTP协议将其下联的传统无线对讲机3发来的音频流发往其上联的软件对讲控制系统，在RTP协议指定的DTMF信号向软件式对讲控制系统1发送"申请发言”和"停止发言”的行为请求；并将其上联的软件式对讲控制系转发来的，来自其他APP(软件对讲机4)或其他组网的硬件对讲网关2发来的音频流转化成传统对讲机使用的无线电信号发往其下联的传统无线对讲机3。这部分的通信依赖于互联网，不会受到无线电传输距离的限制。

具体地，传统无线对讲机3在自己所在的调频频道内与其他对讲机以及硬件对讲网关2互联，它们的语音利用无线电传输。

进一步地，软件对讲机4用于通过SIP协议和RTP协议与软件式对讲控制系统1建立通话及传输音频流；以及用于利用私有协议传输其行为请求。

具体地，软件对讲机4为软件开发的可运行于智能手机、平板、电脑的软件，该软件是跨平台的，基于Linux、windows、Android、iOS皆可。其使用习惯模拟无线对讲机的使用习惯。软件对讲机4通过SIP协议和RTP协议与软件式对讲控制系统1建立通话及传输音频流；利用私有协议传输其"申请发言"和"停止发言"的行为请求。这部分通信依赖于互联网，不会受到无线电传输距离限制。

以上主要组件之间的部署方式及通信方式如图2所示。

本发明还提供了以下附加技术方案以提高整体方案的可靠性及高性能：

(1)利用对讲场景通常少数人说多数人听的特性，对于收听者的音频流采用"一次编码，多路复用分发"策略降低音频输出的编码压力，以大幅扩大系统可支持的用户数量；

(2)由于对讲场景一次只有一个人能拿到话语权，针对该场景容易出现的"话语权异常占用"导致沟通无法继续的问题，提供了“RTP音频流活跃监测”、“音频流音量变化检测”以及“软件对讲机4话语权保活”机制，对话语权的健康性进行监测，当发现话语权被异常占用导致其他人无法发言时，系统自动释放话语权，使其他用户可以正常申请到话语权；

(3)由于硬件对讲网关2可能在任意位置部署，其所在区域的网络、环境可能不稳定，软件对讲系统对此针对硬件网关出现掉线、异常等情况，会在几种条件下自动重新呼叫硬件网关，以尽快完成重连。

1、收听者音频流“一次编码，多路复用分发”的实现方式

由于对讲场景下，发言者只有一个，其余人都是收听者，收听者在同一时间听到的语音内容都是统一的，因此可以考虑将语音内容缓存，在发送时将同一时段内的语音，复用地送到听众的发送流中发给听众。但在具体实施中，又有一些细节变化：由于软件对讲机4(APP)及硬件对讲网关2在与软件对讲控制系统的语音连接层面都是利用SIP协议建立通话，RTP音频流传输语音，不同的设备可能会采用不同的语音编码格式(常见的语音编码有G711、G722、G729、OPUS等)。音频流在发往收听者终端时，需要采用SIP协议中协商出来的、符合终端要求的编码格式，这就要求我们在“多路复用”时，需要做到“有几种编码格式，就需要有几次编码”。

由此本发明引进一种“已编码频道”的概念，每个对讲组在与终端设备协商出一种新的编码格式的时候，就建立与之对应的“已编码频道”，这种频道将发言者的声音编码成自己对应的编码格式，然后多路分发给对应的使用这种编码的收听者的设备，已编码频道多路分发如图3所示。

本发明所提供的"一次编码，多路复用分发"策略大幅降低了在音频处理过程中最消耗算力的“编码程的次数”，即便整个对讲组有上千人，每个时间片内需要编码的次数也仅有几次。

2、话语权异常占用的监测

由于网络波动、设备异常等原因，可能出现某个设备一直占用话语权、其他设备无法发言的情况。为此需要有自动监测出话语权异常占用并剥夺话语权的方法。本发明提供三个方法共同使用，三个方法针对的场景各有不同。

2.1、RTP音频流活跃性监测

无论是软件对讲机4还是硬件对讲网关2，在接入对讲后都会向软件对讲控制系统发送RTP音频流(发言时，音频流就是说话内容，不发言时，音频流是静音包)。软件对讲控制系统会对收到的RTP音频流进行监测，如果发现某个设备30秒都没有发来RTP音频流，就说明这个设备有异常，或者这个设备与软件对讲控制系统之间的网络出现了异常。这时，如果该设备本就处于发言的状态，软件对讲控制系统会解除其话语权，以便其他设备申请发言。这种异常通常发生在终端设备网络异常的情况下。

2.2、音频流音量变化检测

对于发言者发往软件对讲控制系统的音频流，软件对讲控制系统会对其音量进行监测和评估，如果发现其音量大小已经超过15秒都没有任何变化，则认为使用该设备的用户并不是在发言，将其话语权解除，以便其他设备申请话语权。上述流程如图4所示。这种场景通常出现在人为的操作错误，如人员在不需要说话时碰到了发言按钮，但自己并不知情，一直占用着话语权。

2.3、软件对讲机4话语权保活

这种方案专门针对智能设备上安装的软件对讲机4。因为这种设备除了SIP和RTP之外，还有私有协议可与软件对讲控制系统交互。当软件对讲机4申请到话语权后，其会每间隔3秒利用私有协议向控制系统发送一个话语权保活的请求，如果软件对讲控制系统发现其两个保活周期(6秒)都没有发来对讲保活请求，则认为该设备出现了网络异常，将其话语权解除，以便其他设备申请话语权。上述流程如图5所示。

这种场景容易出现在使用手机终端的用户，由于手机使用的移动网络的复杂性，很容易出现申请了话语权正在发言的时候，突然网络中断的情况。这时即便用户发送出“结束发言”的请求，也可能因网络中断导致软件对讲控制系统收不到请求。增加了上述机制之后，软件对讲控制系统就能及时探查到终端的网络异常，尽早解除其话语权。

3、硬件对讲网关2异常重连

硬件对讲网关2通过SIP协议进行设备注册和通话，当出现通话异常断线的情况时，对讲控制系统会先尝试几次自动重新呼叫硬件对讲网关2。若硬件对讲网关2在预设的时间内还没回复，此时的重新呼叫是不会成功的，这时软件对讲控制系统会记录下哪个对讲组中的哪个硬件对讲网关2出现了异常。等到该硬件对讲网关2再次进行SIP注册时(此时该硬件对讲网关2应该已经恢复正常)，如果其所在的对讲组依然没有解散，就再次重新呼叫该硬件对讲网关2。上述流程如图6所示。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。