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解決方案 — 群組語音與訊息:戶外、隧道與大型場域團隊(開發中)

沒有基地台的網,
一樣能說話、傳訊。

群組對講與群組文字訊息跨越多跳 DECT NR+ 網格傳送,也能一對一私人通話——給登山步道、滑雪行程、隧道與地下工程裡的團體,以及分散在工廠、醫院、長照機構、郵輪與工地的團隊。使用免執照頻段,不需要電信訊號、SIM、基地台,也不需要 IT 管理員。網路就是這些裝置本身:在 Nordic Semiconductor Thingy:91 X 上執行的 BFi91XTD,每台透過 Bluetooth LE 與一個人的 App 配對。

一隊登山客走在山脊步道上登山與健行
隧道內部隧道與地下工程
按講半雙工,同一時間一人發言
語音+文字群組與一對一
在 App 內加密無線電只轉送讀不懂的封包
0 張 SIM免執照頻段,不靠電信基地台
使用場景

一起移動的團體——戶外、地下與大型場域。

一隊登山客走在山脊步道上

登山與健行

一隊人在同一個頻道上:說話、傳訊息,也看得到誰還在團體範圍內。

雪地上的滑雪行程隊伍

滑雪與雪地行程

按講,加上戴著手套也按得到的按鈕;掃 QR code 加入群組,不必輸入 PIN。

隧道內部

隧道與地下工程

沿路放置的裝置一跳一跳轉送語音與訊息,在手機與無線電收不到訊號的地方。

工廠裡拿著手持無線電的工作人員

工廠與廠區

各廠房、堆場與倉儲的輪班團隊在同一個頻道上——不必架設 Wi-Fi 網路或基地台。

船員在船舷門邊

郵輪與船舶

各甲板與工作區的船員在同一個群組頻道上,由裝置在船內一台一台轉送。

大型工地

工地

分散在大型工地的人員以同一個頻道對講,並傳送簡短的文字指示,不必安排基地台或 SIM。

醫院走廊

醫院

跨病房、樓層與大樓的工作人員以語音與簡短文字在同一個頻道上協調。僅供工作人員溝通——不是護理呼叫或臨床警報系統。

長照機構的交誼廳

長照機構

夜班與各區的照護團隊在同一個群組頻道上,不需要手機訊號或 Wi-Fi。僅供工作人員溝通——住民的呼叫按鈕請見長照、醫療與學校求助。

功能

一個群組、一個頻道,語音加文字,金鑰在你手上。

為手機沒有訊號、卻必須保持聯絡的小團體而做:登山與滑雪隊伍、隧道與地下工程人員,以及工廠、醫院、長照機構、船舶與工地的團隊。

群組對講

按住說話,放開聆聽。同一時間只有一個人發言;其他人按下時會看到是誰在說話。語音跨越多跳網格送到群組的每一位成員。

一對一私人通話

兩位成員離開網格,進入自己的一對一 DECT NR+ 鏈路通話;通話結束後,兩台裝置自動回到網格。

群組訊息

成員之間跨網格傳送文字與資料,並可查看整張網的「誰在這裡」——不必通話,就能確認誰還跟團體在一起。

你的群組、你的金鑰

掃描群組的 QR code、按下裝置的按鈕即可加入。群組金鑰只存在成員的 App 裡;隊長重新換發金鑰,就能把遺失的裝置排除在外。

運作方式

無線電轉送的,是它讀不懂的語音。

每個人的 App 錄音、播放並加密語音。BFi91XTD 以 DECT NR+ 轉送加密後的封包——參照 ETSI DECT NR+ 規範(TS 103 636)實作——但從不解碼。

群組對講經由網格:匯聚點廣播、每個中繼重複一次;一對一通話:兩台裝置建立自己的鏈路,掛斷後回到網格
群組對講:匯聚點以排程廣播送出,每個中繼朝自己的裝置重複一次。一對一通話:兩台裝置建立自己的鏈路,掛斷後回到網格。

跨網格的群組語音

  • 語音先送到網路的匯聚點,再以排程廣播送出,每個中繼朝自己的裝置重複一次
  • 網路負載不會隨聆聽人數增加
  • 放開按鍵,或靜默 0.6 秒後,即釋出發言權
  • 成員會主動報到;沉默的成員會從聆聽名單中移除

一對一通話

  • 邀請、響鈴與接聽經由網格傳送;被叫方在 App 中接聽
  • 兩台裝置接著建立自己的鏈路,使用新的網路識別碼、載波與工作階段金鑰
  • 掛斷、無人接聽、對方失聯或達到時間上限都會結束通話;兩台裝置回到網格
  • 兩台裝置通話期間,網格聯絡不到它們

訊息與群組

  • App 與網格之間雙向傳送文字與資料
  • 整張網的「誰在這裡」
  • 不必輸入 PIN:QR code 加上按一下按鈕——戴著手套也能操作
  • 無法遠端控制別人的裝置:每一項變更都需要該裝置本身的按鈕
安全

兩層加密:在 App 裡,也在每一段無線鏈路上。

在 App 內

群組語音金鑰只存在成員的 App,從不存在無線電裝置裡;中繼與匯聚點轉送的是密文。AES-128(CTR 加 CMAC),與 ETSI TS 103 636-5 匯聚層安全所用的基本加密方式相同。

在無線鏈路上

每一段 DECT NR+ 鏈路也都加密。通話邀請以群組金鑰封裝,所以不會有工作階段金鑰以明文跨越網格。

誰能控制一台裝置

它的主人。配對方式像藍牙喇叭——按一下配對、長按忘記——同一時間一台裝置只給一個人使用。

台架實測

從麥克風到喇叭,約 150 毫秒。

項目結果說明
群組對講中位數 146 ms,第 95 百分位 247 ms154 個封包;除了放開時送出的空白結束封包,沒有遺失
一對一通話中位數 145 ms,第 95 百分位 254 ms458 個封包中 3 個以補償處理
群組(App 內加密)遺失 0.9–4.8 %;中位數 155–204 ms數次實測
通話建立從接聽到可以說話約 7 秒兩台無線電都要切換網路
語音位元率每位發言者 12 kbit/sOpus,開放、免權利金的編解碼器

條件:我們九台無線電的台架網路,Band 9(1.9 GHz,美國);手機端由一台 Mac 透過 Bluetooth LE、以真實麥克風扮演;Opus 12 kbit/s、40 ms 封包;延遲從麥克風端送出量到喇叭端收到,含兩段 Bluetooth LE 鏈路。最多以三個語音端點測試,網路共九台無線電;更大的群組尚未量測。

線上試聽

親耳聽聽看。

同一段錄音:發言者送出的原音,以及收聽者經 DECT NR+ 收到的聲音——分別是群組對講與一對一通話。除了把收到的片段剪成與原音同長,未經任何編輯,也沒有調整音量。

中文

發言者原音這段錄音送進發言端 Mac 時的樣子。
收到:群組對講在 App 內加密。322 幀中遺失並補償 14 幀(4.3 %),從未連續遺失兩幀;中位數 148 ms,第 95 百分位 306 ms。
收到:一對一通話322 幀遺失 0 幀;中位數 154 ms,第 95 百分位 316 ms。

英文

發言者原音這段錄音送進發言端 Mac 時的樣子。
收到:群組對講在 App 內加密。301 幀中遺失並補償 10 幀(3.3 %),從未連續遺失兩幀;中位數 153 ms,第 95 百分位 274 ms。
收到:一對一通話301 幀中遺失並補償 2 幀(0.7 %);中位數 160 ms,第 95 百分位 281 ms。

條件:我們的台架網路,Band 9(美國),一跳(發言端與收聽端各一台);兩端的手機都由一台 Mac 透過 Bluetooth LE 扮演;Opus 12 kbit/s、40 ms 封包;延遲從發言端送出量到收聽端 Mac 收到。語音素材為公有領域的 LibriVox 錄音:《論語》(中文朗讀),朗讀者 Huang Hsin-Yu;Confucian Analects(James Legge 英譯),朗讀者 Jing Li。

開發者

打造你自己的對講機:Talk 上位機 Python 原始碼。

把 DECT NR+ 無線電接上電腦,就是一台帶視窗的對講機與訊息工具——群組頻道、點對點語音、訊息、網路成員與入網離網,在 App 內加密;也能透過藍牙閘道連線。附完整 Python 原始碼:改介面、加功能、換上你的品牌,或照著藍牙範例做成 iOS、Android App。

Talk 的按講分頁:按住說話按鈕與通話清單
進度與注意

目前的狀態。

Nordic Semiconductor 與 Thingy:91 X 為 Nordic Semiconductor ASA 的商標;Bluetooth 為 Bluetooth SIG, Inc. 的商標;Opus 是由 IETF 標準化的開放音訊編解碼器。照片:Unsplash(Agnes Lee、Kate Banar、RIO MONE、Siwawut Phoophinyo、Sam、Fons Heijnsbroek 等)。

下一步

告訴我們誰需要通話、在哪裡。

群組語音以客製化工程的方式,建立在 FLSEMI 提供的 DECT NR+ 協定堆疊上:你的使用者、你的地形、你的 App 或我們的 App。告訴我們有多少人、場地的樣子,以及他們現在用什麼。