基于VoIP技术的煤矿井下无线语音通信方法
摘要：煤矿井下通信系统是整个煤矿安全生产的重要部分，现代化的通信技术能迅速掌控局面，使损失降到最低。而我国目前井下通信系统一般都是有线通信，存在着一旦有一处线路发生故障，将会导致整个通信系统瘫痪的风险[1]。基于VoIP技术的无线语音通信系统可以解决此类问题，实现井下现代化管理，提高劳动生产率，保障矿工和国家财产安全。
关键词：煤矿井下 VoIP 无线通信
中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）02-0000-00
1 用VoIP技术实现无线语音通信系统
VoIP（Voice over Internet Protocol）又称作IP电话，是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术，其基本原理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包，经过IP网络把数据包传输到接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送语音的目的。基本传输过程可以分为五步：模拟语音的数字化、原始数据到IP的转换、传送、IP包到数据的转换以及数字语音转换为模拟语音[2]。
由于VoIP技术低廉的通话费以及清晰稳定低时延的语音质量、灵活的体系结构，本文用其实现无线语音通信系统。
系统采用802.11b无线标准，工作在2.4GHz的自由开放ISM频段，比较适合煤矿井下的无线电环境。
AP（Access Point，接入点）是网络中无线和有线网络之间的桥接，由一个无线输出口和一个有线的网络接口构成，相当于网络中的基站，将语音通信网中的终端Wi-Fi手机聚合到网络中；Wi-Fi手机支持SIP协议，网络无线终端设备，可以实现无线语音通信；语音服务器IP-PBX的作用是对网络中的终端设备进行管理。系统中选用IP02作为IP-PBX。IP02是一个两端口的IP-PBX，这两个端口分别为FXS口（简称为S口），将模拟电话连接到S口上，此模拟电话就可以成为系统中的一个终端，实现普通模拟电话和系统中Wi-Fi手机的通信；另一个为FXO口（简称为O口），将PSTN与O口相连可以实现PSTN内的电话与系统内部Wi-Fi手机的通信。
2 井下实验
井下实验选在内蒙古上湾煤矿地下150m处的一条水平巷道，该巷道的宽度和高度均为4.2m，移动PC上装有用于抓取无线网络数据的软件OmniPeek，通过OmniPeek抓取的数据可以对网络中的语音包进行分析。两个Wi-Fi手机的号码分别为6001和6002（实验布线图略）。
3 实验结果
实验中通过两个手机的互拨来验证在煤矿井下该系统是否可以实现语音通信。实验证明，该系统的语音通信质量良好。由于煤矿井下没有其他同频段的无线系统产生干扰，通话时声音清楚没有杂音。
IP02可以保存经过它的所有呼叫的详细呼叫纪录（CDR， Call Detail Record），在CDR中，每一行代表着一次呼叫的详细记录，包括呼叫双方、呼叫号码、通话开始时间、通话结束时间、通话持续时间以及呼叫时的各种状态，每一个值都由逗号分隔开来。
通过CDR可以清楚地看到两个手机之间的通信记录。
CDR中记录的各项有：计费码accountcode，如果使用了SetAccount应用，或者通道配置文件已经配置好了，计费码将会作为基础信息分配到每一个通道中；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；可能存在的最后一个应用；最后一个应用的数据；呼叫开始的时间；呼叫接通的时间；呼叫结束的时间；整个呼叫持续的时间，也就是呼叫从开始到结束，规定使用秒来计费；整个呼叫通话的时间，也就是从呼叫接通开始到通话结束，规定使用秒来计费；这个呼叫的情况，也就是说该呼叫时接通、没有接通或者是忙音，以及此次呼叫使用什么样的标识符，文档、计费还是忽略，使用在每个基础的通道中，就像是accountcode一样。
从CDR中还可以看出，该呼叫由6001发起，被呼叫分机号码为6002，由于此次呼叫为局域网内部的分机呼叫，所以为免费，可能存在的目的通道是SIP/6002&IAX2/6002&Zap/2，整个呼叫持续的时间为80秒，整个呼叫通话的时间为60秒，呼叫的情况为接通，并且此次呼叫使用的标识符为文档。其他呼叫也可以从各自的记录中得到具体信息。
还有一个重要指标就是语音延时，如果语音延时超过1s，则一个正常的通话几乎不能忍受。
下面就对本文的无线语音通信系统的延时进行测试。
由RTP协议可知，在语音包延时测试中，只要在发送端和接收端中找到具有相同RTP时间戳的语音包，并将语音包在接收端的接收时间和在发送端的发送时间相减就可以得到语音包的延时。实验中语音数据包的发送端为Wi-Fi手机，IP地址为192.168.1.108或192.168.1.107，经过IP02（IP地址为192.168.1.141 ）后最终达到目的端，数据包的接收端同为Wi-Fi手机，IP地址为192.168.1.107或192.168.1.108。
为了使测试结果更加准确，取9个语音包计算相应的延时，然后取平均值所得结果如下。
从上表中可以看出，此无线语音通信系统在煤矿井下通信时语音延迟很小，具有良好的通信效果。
4结语
本文针对现有煤矿井下通信系统中存在的问题提出了一个基于VoIP技术的无线语音通信系统，通过实验证明，该系统可以实现煤矿井下的通信并且具有良好的通信效果。
参考文献
[1] 黄伟，姚善化.矿井移动通信技术难题及解决方案探讨.煤矿机械，2003 （12）.
[2] 杨博.VoIP系统分析与构建[D].湖南：国防科学技术大学.
收稿日期：2015-02-16
作者简介：王丹阳（1993—），女，辽宁盘锦人，西安建筑科技大学信息与控制工程学院2012级学生，专业方向：电子信息工程。