利用開源VoIP技術(shù)建設(shè)NGN業(yè)務(wù)平臺的應(yīng)用研究

夏 雷，汪少敏，鐘青峰

（中國電信股份有限公司上海研究院 上海200122）

1 引言

隨著VoIP和NGN的快速發(fā)展，開源VoIP平臺解決方案已成為業(yè)界不可忽視的重要力量。開源平臺技術(shù)以其獨特的低成本性、高可用性、靈活性和開放性等優(yōu)勢獲得越來越多企業(yè)的青睞，眾多公司都采用開源技術(shù)部署自己的VoIP平臺。目前，業(yè)界處于領(lǐng)先地位的開源VoIP平臺包 括 Asterisk、sipX、PBX4Linux、YATE。 其 中 ，Asterisk 和sipX表現(xiàn)最為出色。Asterisk是最早的開源VoIP平臺，目前在開源VoIP平臺的市場份額占有率最高，占絕對的主導(dǎo)地位，其技術(shù)也最為成熟。sipX是業(yè)界第一個采用分布式純 SIP（session initiation protocol，會話發(fā)起協(xié)議）構(gòu)架的企業(yè)級IP PBX（private branch exchange，用戶級交換機）系統(tǒng)，在SIP的支持完善性和與其他SIP設(shè)備的互通性方面廣受業(yè)界好評。

電信運營商具有眾多的業(yè)務(wù)平臺，僅中國電信集團公司（以下簡稱中國電信）的各種業(yè)務(wù)平臺不下上百個，并且隨著新業(yè)務(wù)的拓展，有不斷增加的趨勢。這造成了電信運營商硬件、軟件投資和維護升級成本居高不下，在一定程度上制約了電信增值業(yè)務(wù)的運營和投入。另外，新業(yè)務(wù)的開發(fā)和功能升級完全依賴于商用軟件的提供商，系統(tǒng)開放性差，開發(fā)流程長，制約了新業(yè)務(wù)的開發(fā)和部署。因此，在NGN中部署經(jīng)濟、靈活的業(yè)務(wù)平臺，是運營商關(guān)注的一項重要課題。開源VoIP平臺低成本性、高可用性、開放性的特點，為運營商在NGN中部署業(yè)務(wù)平臺提供了一個非常有優(yōu)勢的方向。

本文在全面分析開源VoIP平臺解決方案的基礎(chǔ)上，結(jié)合電信運營商業(yè)務(wù)平臺的現(xiàn)狀，深入研究了開源技術(shù)在電信運營商業(yè)務(wù)平臺建設(shè)中的應(yīng)用，提出了利用開源VoIP技術(shù)構(gòu)建NGN業(yè)務(wù)平臺的架構(gòu)，給出了一個實現(xiàn)范例，評估了利用開源VoIP技術(shù)構(gòu)建NGN業(yè)務(wù)平臺的可用性和優(yōu)勢。

2 開源VoIP平臺解決方案

Asterisk和sipX是目前業(yè)界最為流行的兩大開源解決方案。相比商業(yè)軟件，開源VoIP平臺解決方案對于電信運營商有如下優(yōu)勢。

（1）建設(shè)成本低

開源VoIP平臺解決方案采用 “開源軟件”＋“x86服務(wù)器”的方式實現(xiàn)，這樣避免了傳統(tǒng)部署方式中的軟件成本，同時也避免了業(yè)務(wù)發(fā)展過程中的軟件升級成本。所以，電信運營商采用開源VoIP解決方案，大大減少了業(yè)務(wù)平臺部署的成本。

（2）可復(fù)制性高

由于運營商業(yè)務(wù)平臺繁多，為了縮小部署周期和部署成本，業(yè)務(wù)平臺應(yīng)滿足可復(fù)制的需求。然而，傳統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺不具備開放接口，可復(fù)制性差。開源VoIP平臺接口開放，不僅能快速接入網(wǎng)絡(luò)，還能靈活地部署各種業(yè)務(wù)組件，能很好地滿足可復(fù)制性需求。

（3）業(yè)務(wù)部署快速

NGN的一大特點是便于新業(yè)務(wù)的快速開發(fā)部署。目前電信運營商新業(yè)務(wù)的開發(fā)部署一方面依賴于提供商，周期無法有效控制；另一方面提供商的平臺千差萬別，對接聯(lián)調(diào)工作量大，也增加了部署周期。開源VoIP平臺能很好地解決此問題，開源平臺不依賴于提供商部署，開發(fā)周期可控，另外，開源軟件的接口開放，業(yè)務(wù)組件靈活，能快速接入網(wǎng)絡(luò)。所以，采用開源VoIP平臺解決方案，能實現(xiàn)電信業(yè)務(wù)的快速部署。

（4）功能齊全

目前，業(yè)務(wù)流行的開源VoIP平臺功能相當齊全，例如，Asterisk支持 SIP、H.323、MGCP 等多種協(xié)議，能實現(xiàn)的業(yè)務(wù)功能有電話會議、IVR（interactive voice response，交互話音應(yīng)答）、ACD （automatic call distributor，自動呼叫分配）、CDR（call detail record，呼叫詳細記錄）、三方通話、電話轉(zhuǎn)接等[1]。另外，開源技術(shù)源代碼的開放性將其軟件的缺陷和不足暴露無遺，開源社區(qū)成千上萬的開發(fā)者不僅能及時修補bug以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，而且積極追蹤業(yè)務(wù)最新的技術(shù)和業(yè)務(wù)，在短時間內(nèi)實現(xiàn)相關(guān)功能，這保證了開源VoIP平臺的功能最優(yōu)。

2.1 Asterisk

Asterisk是一款由Digium公司開發(fā)的開源VoIP平臺軟件，它運行在Linux操作系統(tǒng)上，具有多協(xié)議、多種媒體通信、多種業(yè)務(wù)功能、可編程接口豐富的特點，是目前最為成熟的開源VoIP平臺。其最大優(yōu)勢在于功能齊全和開放性好。Asterisk不僅支持VoIP，也支持傳統(tǒng)的模擬電話線路和數(shù)字電話線路，還支持更為前沿的視頻通信。Asterisk有很好的開放性。不同于大多數(shù)的通信設(shè)備，它擔任的是一個中間件的功能，提供豐富靈活的API（application programming interface，應(yīng)用程序編程接口），連接底層的通信技術(shù)和上層的業(yè)務(wù)應(yīng)用。目前，Asterisk有近200個應(yīng)用，90個 AMI （Asterisk management interface，Asterisk管理接口），48 個 AGI （Asterisk gateway interface，Asterisk 網(wǎng)關(guān)接口）命令[2]，并不斷更新優(yōu)化。這意味著任何用戶不用軟件成本，只需要x86架構(gòu)的服務(wù)器，即可根據(jù)需要快速開發(fā)出業(yè)務(wù)功能，從而部署一個專業(yè)的VoIP話音平臺。

Asterisk具有清晰的組織架構(gòu)和模塊化設(shè)計，由6個內(nèi)部核心模塊和4個外圍可加載API模塊組成，如圖1所示。6個內(nèi)部核心模塊為：編解碼轉(zhuǎn)換模塊、調(diào)度和I/O管理模塊、應(yīng)用調(diào)用模塊、CDR模塊、PBX交換核心模塊、動態(tài)模塊加載器。4個API模塊包括：Asterisk通道API，它處理呼叫的連接類型和低層的連接類型等細節(jié)；編解碼轉(zhuǎn)換模塊，它支持不同的音視頻編解碼格式，使得Asterisk內(nèi)核可以處理各種編碼的話音；文件格式 API，它處理讀寫文件系統(tǒng)存儲的不同文件格式，使得Asterisk可以讀取不同格式的話音文件；Asterisk應(yīng)用API，它允許調(diào)用任務(wù)模塊以實現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)功能，允許第三方開發(fā)應(yīng)用程序[3]。4組API使得Asterisk具有很強的韌性，對新增通道、文件格式和編解碼非常方便。通過這些接口，開發(fā)人員可以在通信呼叫的任意階段與Asterisk進行交互，并可以編寫全新的通信應(yīng)用程序。

Asterisk的發(fā)展始于1999年，是目前最早的VoIP開源項目，也是業(yè)界最為流行的VoIP平臺開源解決方案，市場占有率遠遠高于其他開源方案。其技術(shù)細節(jié)、功能需求、模塊能力、架構(gòu)設(shè)計等方面都相當成熟，在技術(shù)和市場方面都具有很大優(yōu)勢。

2.2 sipX

sipX是由Pingtel公司開發(fā)的一款I(lǐng)P PBX開源軟件。它的前身是該公司的商業(yè)產(chǎn)品sipXchange。2004年，在看到VoIP開源市場的潛力和Asterisk所取得的影響力后，創(chuàng)建了SIPfoundry開發(fā)社區(qū)，將核心代碼開源化形成了sipX。sipX的特點在于純SIP的架構(gòu)和分布式模塊。呼叫控制協(xié)議方面，sipX只支持SIP，這與Asterisk支持多協(xié)議有很大不同。sipX采用完全的分布式架構(gòu)，部署在一組集群服務(wù)器上，每個服務(wù)器為一個獨立的軟件進程，運行在Linux環(huán)境下。這保證了整個系統(tǒng)的處理能力和高可靠性。sipX開源平臺解決方案包括3種服務(wù)器：配置服務(wù)器、通信服務(wù)器和特征服務(wù)器。配置服務(wù)器負責Web方面的配置管理和業(yè)務(wù)操作，采用即插即用方式配置管理其他服務(wù)器模塊、外圍網(wǎng)關(guān)和電話終端。通信服務(wù)器通過SIP與其他服務(wù)器或外圍設(shè)備進行交互，負責呼叫控制和通信處理。特征服務(wù)器在通信服務(wù)器控制下，實現(xiàn)特定的業(yè)務(wù)邏輯。

sipX雖然進入開源社區(qū)比較晚，參與人數(shù)也遠不如Asterisk，但由于Pingtel公司投入大量人力保持其與商業(yè)產(chǎn)品sipXchange內(nèi)核一致，發(fā)展規(guī)模也很快，慢慢縮小了與Asterisk的差距。然而，無論在應(yīng)用規(guī)模還是研究人數(shù)方面，sipX都遠遠不及Asterisk。

3 現(xiàn)有運營商建設(shè)NGN業(yè)務(wù)平臺的不足

NGN是一個基于IP的全新通信網(wǎng)絡(luò)，提供了一個開放式的體系架構(gòu)，便于新業(yè)務(wù)的快速開發(fā)和部署。不斷增長的用戶需求，要求運營商在NGN業(yè)務(wù)平臺上可以快速、方便、靈活、經(jīng)濟有效地生成和實現(xiàn)各種新業(yè)務(wù)，從而快速響應(yīng)市場，提升業(yè)務(wù)競爭能力。目前，話音業(yè)務(wù)平臺的建設(shè)大多采用DSP或者服務(wù)器+購置軟件的方式實現(xiàn)，這種方式需要電信運營商向商業(yè)提供商購買成套的硬件和軟件設(shè)備或者僅購買軟件部分。這種方式存在以下幾點不足。

（1）建設(shè)和維護成本較高

運營商需要向提供商購買硬件和軟件，在后續(xù)過程中，還有相應(yīng)的License成本和軟件升級成本。電信運營商業(yè)務(wù)系統(tǒng)繁多，業(yè)務(wù)平臺數(shù)目大，以中國電信為例，全國范圍內(nèi)的業(yè)務(wù)平臺不下上百個。所以，業(yè)務(wù)平臺的建設(shè)和維護成本一直居高不下。

（2）新業(yè)務(wù)部署周期較長

由于現(xiàn)有的建設(shè)方式主要依賴于提供商，平臺不一定能滿足靈活、開放的要求，很多業(yè)務(wù)平臺并不具有對外開放的可編程接口。所以，若要在業(yè)務(wù)平臺上部署新業(yè)務(wù)，要依賴于廠商的開發(fā)，這往往造成了新業(yè)務(wù)部署周期較長的問題。

（3）平臺可復(fù)制性不高

現(xiàn)有建設(shè)方式中，每個業(yè)務(wù)平臺根據(jù)具體的業(yè)務(wù)需求，具有不同的功能，可復(fù)制性不高。另外，運營商為了不和某一個提供商形成強依賴關(guān)系，也盡量避免全網(wǎng)使用同一個提供商的產(chǎn)品，造成了業(yè)務(wù)平臺建設(shè)中難以復(fù)制、接入網(wǎng)絡(luò)時聯(lián)調(diào)對接工作量大的問題。

綜上所述，現(xiàn)有NGN業(yè)務(wù)平臺的建設(shè)方式存在建設(shè)維護成本較高、新業(yè)務(wù)部署周期較長、可復(fù)制性不高的問題。這些不足之處恰恰與NGN快速、方便、靈活、經(jīng)濟有效地部署新業(yè)務(wù)的要求相違背，一定程度上制約了運營商的業(yè)務(wù)發(fā)展和競爭能力。為此，有必要認真考慮利用開源技術(shù)構(gòu)建NGN業(yè)務(wù)平臺的可能性和實用性，因為這將是一種更加節(jié)省成本、更加高效的、新的建設(shè)方式。

4 開源VoIP技術(shù)在NGN業(yè)務(wù)平臺建設(shè)中的應(yīng)用研究

業(yè)界流行的開源VoIP軟件功能齊全、接口開放、部署靈活，提供詳細的通話話單（CDR），這使得它能很好地和網(wǎng)絡(luò)中的運營支撐系統(tǒng)對接融合，從而成為NGN的業(yè)務(wù)平臺。利用開源技術(shù)構(gòu)建NGN業(yè)務(wù)平臺，成本低廉、可復(fù)制性高、業(yè)務(wù)部署快速、功能齊全，能很好地解決傳統(tǒng)建設(shè)方式的不足，是建設(shè)NGN業(yè)務(wù)平臺一個很好的發(fā)展趨勢。本節(jié)將深入探討利用開源技術(shù)構(gòu)建NGN業(yè)務(wù)平臺的架構(gòu)，提供了一個具體實例，并通過性能分析來驗證利用開源技術(shù)建設(shè)NGN業(yè)務(wù)平臺的有效性和通用性。

4.1 利用開源技術(shù)構(gòu)建NGN業(yè)務(wù)平臺的架構(gòu)

NGN分為傳統(tǒng)的軟交換網(wǎng)絡(luò)以及演進后的IMS網(wǎng)絡(luò)。這兩種網(wǎng)絡(luò)在功能實體和接口的標準化程度上有所區(qū)別。

利用開源技術(shù)構(gòu)建軟交換網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)平臺的架構(gòu)如圖2所示。開源VoIP軟件部署在x86服務(wù)器上，構(gòu)成NGN業(yè)務(wù)平臺，圖中展示了開源服務(wù)器在整個網(wǎng)絡(luò)中的位置以及它和軟交換網(wǎng)絡(luò)其他網(wǎng)元是如何連接的。開源服務(wù)器在整個軟交換網(wǎng)絡(luò)中處于應(yīng)用層，充當業(yè)務(wù)平臺的角色，通過和軟交換設(shè)備互通接入網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)業(yè)務(wù)需要，開源服務(wù)器可能需要和網(wǎng)絡(luò)中的運營支撐系統(tǒng)互通，如計費、IT、短信網(wǎng)關(guān)等。另外，主流開源VoIP軟件都帶有圖形化的維護管理系統(tǒng)，可以遠程維護管理。開源服務(wù)器和軟交換通過SIP互通；和運營支撐系統(tǒng)通過專用IP網(wǎng)絡(luò)連接，具體互通是通過運營支撐系統(tǒng)的對外接口，由于開源軟件本身的靈活性，對外部接口的支持較容易。遠程的維護管理終端可以是一臺普通PC，通過Web登錄的方式連接開源服務(wù)器進行維護管理。

IMS網(wǎng)絡(luò)是軟交換網(wǎng)絡(luò)的演進，有更好的標準接口，這使得在IMS網(wǎng)絡(luò)中部署基于開源VoIP技術(shù)的業(yè)務(wù)平臺更加容易，可復(fù)制性更高。利用開源VoIP技術(shù)構(gòu)建的IMS網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)平臺的架構(gòu)如圖3所示。圖3中IMS核心網(wǎng)部分是通用的標準結(jié)構(gòu)，開源服務(wù)器在應(yīng)用層充當業(yè)務(wù)服務(wù)器。開源服務(wù)器和核心網(wǎng)中的CSCF（call session control function，呼叫會話控制功能）、HSS（home subscriber server,歸屬位置寄存器）和計費功能實體相連接。由于IMS網(wǎng)絡(luò)中各功能實體間用標準的接口互通，所以作為業(yè)務(wù)平臺，開源服務(wù)器通過標準的Rf/Ro（應(yīng)用服務(wù)器與計費采集功能/在線計費系統(tǒng)之間的接口）、Sh（應(yīng)用服務(wù)器與CSCF之間的接口）和SIP分別與計費功能實體、HSS和CSCF互通。

4.2 實現(xiàn)范例

本節(jié)將介紹利用開源VoIP技術(shù)在軟交換網(wǎng)絡(luò)部署一個簡單放音平臺的例子。實現(xiàn)撥打某接入碼后，聽到一段放音的功能，例子中利用Asterisk部署此業(yè)務(wù)平臺。部署此業(yè)務(wù)平臺主要有兩部分的工作：將開源服務(wù)器接入軟交換核心網(wǎng)；實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯。根據(jù)上述利用開源技術(shù)構(gòu)建軟交換網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)平臺的架構(gòu)，開源服務(wù)器通過SIP中繼和軟交換設(shè)備互通實現(xiàn)核心網(wǎng)絡(luò)接入。通過編寫撥號計劃實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，撥號計劃可以用Asterisk特有的語法編寫，也可以通過AGI調(diào)用外部腳本，外部腳本可以使用PHP、Python、Perl、Java等語言編寫。Asterisk有 40多個配置文件，開發(fā)人員通過修改Asterisk的配置文件實現(xiàn)Asterisk的功能、網(wǎng)絡(luò)接入等，配置SIP中繼主要是修改sip.conf配置文件，撥號計劃的編寫主要是修改extensions.conf配置文件。

4.2.1 配置SIP中繼

要使Asterisk服務(wù)器和軟交換設(shè)備互通，需要分別在Asterisk和軟交換設(shè)備上配置SIP中繼。

Asterisk的所有SIP配置都在sip.conf文件中，用Asterisk特有的語法寫成。所以，需要在Asterisk服務(wù)器上的sip.conf文件中增加如下3部分內(nèi)容。

（1）注冊信息

如 ：register=12345678@xx.xx.xx.xx，12345678@xx.xx.xx.xx為Asterisk服務(wù)器注冊到軟交換的名稱，12345678為平臺的接入碼，xx.xx.xx.xx為軟交換的IP地址。

（2）SIP 中繼信息

包括中繼名稱、軟交換的IP地址、接入類型、用戶上下文名稱、支持的編解碼方式等配置。示例如下：

[SoftX]

host=xx.xx.xx.xx

type=friend

context=from-trunk

allow=alaw

allow=GSM

insecure=port,invite

canreinvite=yes

dtmfmode=rfc2833

（3）用戶上下文信息

包括用戶上下文名稱、接入類型、支持的編解碼方式等配置。示例如下：

[from-trunk]

type=friend

context=from-trunk

allow=alaw

allow=GSM

insecure=port,invite

canreinvite=yes

dtmfmode=rfc2833

在軟交換設(shè)備側(cè)，需要為Asterisk平臺配置接入碼，相關(guān)配置和配置其他接入碼相同，不再贅述。

SIP中繼配置完成后，保證了Asterisk服務(wù)器接入了軟交換網(wǎng)絡(luò)，承擔話音業(yè)務(wù)平臺的功能。撥打接入碼的所有呼叫將路由至Asterisk服務(wù)器，從而實現(xiàn)后續(xù)的業(yè)務(wù)功能。

4.2.2 撥號方案

SIP中繼的配置僅完成了呼叫的接入，后續(xù)的業(yè)務(wù)功能需要在Asterisk服務(wù)器上配置撥號計劃。撥號計劃在extensions.conf配置文件中。撥號方案由4部分組成：用戶上下文、擴展、優(yōu)先級和應(yīng)用。撥號方案按用戶上下文分成不同的段，每個用戶上下文有成組的擴展。擴展相當于Asterisk要遵循的執(zhí)行腳本，由一個具體的呼叫觸發(fā)。一個完整的擴展有3個要素：擴展名、優(yōu)先級、應(yīng)用。格式為：exten=>擴展名，優(yōu)先級，應(yīng)用。例如:exten=>123,1,Answer()。為了實現(xiàn)該例子中的放音平臺功能，需要編寫名為from-trunk的用戶上下文。上下文中包含3條擴展：exten=>s,1,Answer()；exten=>s,2,Playback(custom/notice)；exten=>s,3,Hangup()。擴展名s表示所有來電都執(zhí)行該條擴展。custom/notice為放音文件，默認路徑為：var/lib/asterisk/sound/。該撥號方案實現(xiàn)的業(yè)務(wù)流程如圖4所示。

4.3 性能分析

開源VoIP軟件可以部署在任何x86架構(gòu)的服務(wù)器上，但考慮到作為業(yè)務(wù)平臺的可靠性和穩(wěn)定性，對服務(wù)器的性能有一定要求，具體要求和平臺要支持的并發(fā)路數(shù)和服務(wù)器要實現(xiàn)的功能相關(guān)。其中，編解碼轉(zhuǎn)換、編解碼方式是比較占服務(wù)器資源的功能。所以，為了達到既保證平臺的可靠性和穩(wěn)定性，又降低對服務(wù)器性能要求的目的，可以采用服務(wù)器集群的方式。將平臺功能分布到幾個服務(wù)器上，一個或多個核心單元專門負責呼叫處理；另一個或幾個冗余的服務(wù)器管理外圍設(shè)備，如數(shù)據(jù)庫、話音信箱、會議、管理、Web界面、防火墻等。

表1 傳統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺和開源VoIP平臺的區(qū)別

利用開源VoIP技術(shù)建設(shè)NGN業(yè)務(wù)平臺，是采用開源純軟件的方式替代了傳統(tǒng)的DSP或者服務(wù)器加定制軟件的方式，和傳統(tǒng)提供商部署的業(yè)務(wù)平臺有很多區(qū)別，具體區(qū)別見表1。

從表1中可以看出，利用開源VoIP技術(shù)建設(shè)NGN業(yè)務(wù)平臺可用性和可復(fù)制性高，相對于傳統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺有明顯優(yōu)勢，可節(jié)省部署成本和升級成本，開放性好，功能齊全。

5 結(jié)束語

目前NGN業(yè)務(wù)平臺的建設(shè)存在建設(shè)維護成本較高、新業(yè)務(wù)部署周期較長、可復(fù)制性不高的問題。開源VoIP解決方案具有價格低廉、開放性好、部署靈活、功能齊全的特點，通過利用開源VoIP技術(shù)建設(shè)NGN業(yè)務(wù)平臺可以很好地解決傳統(tǒng)建設(shè)方式不足。本文分析了開源VoIP平臺解決方案，結(jié)合電信運營商NGN業(yè)務(wù)平臺的現(xiàn)狀，深入研究了開源VoIP技術(shù)在電信運營商業(yè)務(wù)平臺建設(shè)中的應(yīng)用，驗證了利用開源VoIP技術(shù)建設(shè)NGN業(yè)務(wù)平臺的可用性和有利優(yōu)勢。

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2 蘆偉，曾文華.開源交換機Asterisk的應(yīng)用.計算機應(yīng)用，2007(2)

3 Meggelen J V,Smith J,Madsen L.Asterisk:the Future of Telephony.USA:O'Reilly Media，2005