基于3G网络的PTT业务及系统实现

叶 丹

（中国联合网络通信有限公司研究院，北京 100032）

1.PTT业务介绍

1.1 PTT业务定位

3G网络的快速发展和智能手机的快速普及，使得大量传统电信不能实现的业务得到快速发展，如基于IP的音视频业务。PTT是Push-To-Talk的缩写，是一种半双工的基于IP的通信方式，在支持PTT的用户终端上，用户可以一对一或在群组间进行全球范围内的类似对讲机功能的通话。PTT被定位为一种移动增值业务，可为手机用户带来新的使用体验和通话选择，同时为运营商创造价值。PTT业务可广泛应用于酒店、物流、零售、汽车租赁、港口、制造业、医院、建筑业等小型商业用户及企业用户。目前，PTT业务的主要市场还是在行业用户。

1.2 PTT业务模式

运营商通过建立一套可运营的电信级别的PTT系统，针对政企行业用户提供集群调度的业务，收取相应的费用。现网短信按条计费和数据业务采用流量计费的方法，恐怕都不适用于PTT业务。从国外的经验来看，PTT业务采用包月或包业务量的方式较为合理，此外还可通过设定不同的服务组合和资费标准为不同用户提供个性化服务。

1.3 PTT技术特征

PTT业务的主要技术特征为：

(1)一按即刻通：手机变成对讲机，呼叫接续快，支持单呼和组呼。

(2)组网门槛低：依托移动通信网络，相对于传统的PTT通信方式，建网投资和终端费用都大幅降低。

表1给出了普通通信业务和PTT业务的对比，可见PTT业务主要针对集团用户，该业务用于工作调度、区域性强的场景，如机场、火车站等，客户主体是以区域为单位开展业务，如调度员等。

基于3G网络的PTT业务在形式和特征发生了很多变化，表2给出了PTT业务与普通对讲和专业数字集群的性能对比，基于3G网络的PTT业务能力，性能有了很大的进步。

表1 普通通信和PTT的对比

表2 PTT业务与普通对讲和专业数字集群的性能对比

PTT业务提供的不仅是集群对讲功能，还可以提供一整套综合信息应用，支持图片传输、数据查询等信息化应用，甚至也可将LBS、SNS集成其中。

2.PTT业务的系统架构

2.1 总体架构

运营商构建的PTT业务，是基于智能手机和3G通信网络而开发的综合应用系统。在确保信息安全的情况下，以PTT为基本功能，辅以提供GPS定位、集群调度、视频监控、高清图片互传、多媒体文档互传、便携式扫描、打印、移动办公等为一体的业务应用。基于3G的PTT业务较传统数字集群系统在诸多方面有突出的优势。图1给出了基于3G的PTT业务总体架构。

图1 系统架构图

各行业客户开通了PTT业务后，将拥有自己的集群调度台，通过3G移动数据网实现集群调度的功能，可以实现跨地域、一对一、一对多的语音通信功能，可实现组呼、单呼、跨组呼叫、远程遥毙、非当前组呼叫提醒、多种语音质量模式远程激活提示、首长模式、临时组功能、远程激活。

PPT终端用户可使用具备摄像头的手机，将现场的图像实时传输到中心，并实现图像信息的记录保留。各手机间或手机与调度台之间可进行多种格式（Word、excel、PPT等文档）文件传输及文字信息编写和传输。

此外，系统具备GPS定位及位置管理的功能，由调度台来控制打开和关闭手机上的GPS服务，在检测到有效的GPS数据时，自动发给服务器。在调度台上显示手机持有者所在的位置。并可以同时显示多个手机终端的位置，且能画出手机持有者的移动轨迹。

2.2 数据传输架构

(1)无线数据传输

终端通过3G网络接入互联网，整个无线数据流都走在3G网络上，而底层无线网络的数据交互和3G网络本身的数据交互都由底层的信令来完成，PTT系统处理的最底层的数据就是网络上的数据包。

(2)集群内数据的传输

在集群内数据的传输分为两部分：集群内服务器间数据的传输、集群中服务器中各服务之间数据的传输。集群内服务器间数据的传输通过有线网络连接，基于TCP/IP协议。Linux平台进程间通信方式包括：管道、共享内存、消息队列。服务器中各服务间的数据由于传输速度快且数据传输都是单个完整包，所以PTT系统了采用消息队列作为进程间信息传输方式。

2.3 集群服务器端架构

服务器端的数据库基于MySQL-CLUSTER，可保证最基本的数据交换和数据库的同步。利用MySQL-CLUSTER的同步特性，在单台服务器上通过共享的数据库来实现本来独立的服务器间的集群，因此集群的架构如图2所示。

集群中各个模块的功能如下：

(1)接入服务器：负责分配终端应该接入的服务器。

(2)服务器：负责处理整个的呼叫、视频、邮件等业务。

(3)数据库连接层：负责服务器私有数据库和MySQLCLUSTER数据库间的同步。

(4)数据库：单个服务器的私有数据库，只存有本服务器需要的数据库信息。

(5)MySQL-CLUSTER：集群数据库，所有服务器共享。

终端通过3G无线网络连接到Internet，然后连接到PPT系统的接入服务器，接入服务器收到终端的请求后分配服务器地址，终端中断与接入服务器的连接后接入到分配的服务器上。

服务器连接到MySQL-CLUSTER数据库，共享该数据库信息，同时每个服务器有私有数据库，其同步是靠专有的数据库连接层实现。各服务器之间除了同步数据外，相关业务数据也可通过互联进行共享。

图2 集群整体架构图

3.PTT业务的关键技术

3.1 通信安全

由于非对称的加密算法实现过程复杂，在实时通信系统中多采用对称加密方法，常用的对称加密算法有DES、3DES、Blowfish等。

PPT系统的任何一个终端和SIM卡都有全球唯一的IMEI和IMSI号，这些信息与用户帐号绑定，只有三者完全匹配，用户才能登陆系统。为了保证通信的安全性，任何一个用户登陆所用的密钥KEY都是动态随机分配，以防止使用固定密钥而被破解。图3给出了信息加密流程。

终端登陆对于密钥的分配过程如下：

(1)所有手机用户和调度台的信息存储在服务器数据库中，信息包括用户的IMEI码、IMSI码、调度台ID、调度台名字、调度台登录密码等。每个用户的加密密钥PKEY为用户的前16位IMEI码加上前8位IMSI码，每个调度台的加密密钥为调度台ID的前10位，调度台名字的前8位，再加密码的前6位；

(2)手机进行登陆时，服务器随机分配24位作为其KEY值，使用PKEY进行3DES加密后返回给用户。用户收到加密信息后，使用PKEY解密得到自己的KEY；

(3)服务器同时将该用户的KEY进行3DES加密，发送给其用户组所有在线用户和调度台。发送给用户的加密密钥为每个用户对应的PKEY，发送给调度台的密钥为调度台的PKEY；

(4)调度台进行登陆时，服务器随机分配24位作为其KEY值，使用调度台的PKEY进行3DES加密后返回给调度台。控制台收到加密信息后，解密得到自己的KEY；

(5)服务器同时将调度台的KEY进行3DES加密，发送给调度台对应的所有用户。加密密钥为每个用户对应的PKEY，用户收到后解密得到控制台的KEY；

无论是调度台还是用户，呼叫时都用自己的KEY对语音进行3DES加密，接收到语音的一方都用呼叫人的KEY进行语音的3DES解密。

图3 信息加密流程

3.2 语音编码

目前常见语音编码类型为：EVRC、PCM、ADPCM、MELP。这四种语音编码的码率如表3所示。

表3 四种语音编码的码率

不同语音编码格式码率上的差别导致语音质量上也会有巨大差别。其中PCM的语音码率最高，超过了50KB/S，已经超过了有限带宽的范围，因此在真正使用的时候并不会经常使用。

从语音质量来对比，PCM和ADPCM都有良好的语音质量和保真度，而EVRC同时也完全能满足PTT中语音通话的需求，只是在音频质量上有损失，不过不足以造成通信问题。MELP的音频压缩质量最差，在进行语音通信的时候语音会失真，跟原声有很大的差别，但是能够听清楚。因此在实现系统时首选ADPCM和EVRC编码。

4.互联网PTT应用对比

当前移动互联网上已经出现类PTT应用，如米聊、微信的语音对讲功能，但这些应用还偏向用户个体间的娱乐通信功能，而在行业应用和电信级PTT产品层面尚存在空白。表4给出了电信级PTT业务与互联网类PTT应用在多个层面的对比情况。

表4 电信级PTT业务与互联网类PTT应用对比

5.PTT业务发展展望

基于3G网络的移动PTT系统，不仅非常适合行业用户，比如公交、武警和消防之类，而且作为运营商的一项增值业务，也具有非常广阔的应用前景。PTT未来的发展不仅仅是简单的一键通话，还将在此基础上演变出更多更好的通信模式。它将为用户提供一种简单而友好的Push-To-User的用户界面，实现更大意义上的一键连接(Push-To-Connect)和一键多媒体(Push-To-Media)。

运营商可借助这些互联网PPT产品培养的市场和用户使用习惯，充分发挥自身优势，快速部署电信级的PTT产品，并结合即时消息的灵活性，使PTT成为一种新的杀手级业务。该业务一方面可以提高运营商的收入，另一方面可以给移动通信用户带来更多的便捷和全新的体验，有望创造出比短信时代更繁荣的发展局面。

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