基于網(wǎng)絡(luò)的新一代語音通信系統(tǒng)研究

于 淼，吳嘉慧，石瀟竹

（中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所，江蘇南京 210007）

0 引言

語音通信系統(tǒng)（完成系統(tǒng)對(duì)內(nèi)/外、地地/地空話音通信功能）是隨著管制中心系統(tǒng)的應(yīng)用需要和現(xiàn)代通信技術(shù)的不斷發(fā)展而逐漸成熟起來的。雖然商用的IP電話已經(jīng)普遍應(yīng)用，但是對(duì)于管制中心系統(tǒng)中所使用的語音通信系統(tǒng)，大部分仍采用電路交換體制，該體制已經(jīng)不能適應(yīng)于當(dāng)前多媒體通信發(fā)展的需要，也無法滿足未來對(duì)通信組網(wǎng)應(yīng)用的需求。

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，電話、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)融合或網(wǎng)絡(luò)一體化已成大勢所趨。網(wǎng)絡(luò)融合的目的就是采用一種網(wǎng)絡(luò)來承載所有業(yè)務(wù)，如音頻、視頻、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)、控制、承載功能完全分離，取消了早期通信系統(tǒng)中的匯接局機(jī)制，使得通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡單，語音承載面趨向于平面化[1]。當(dāng)前，地面基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)正進(jìn)行大規(guī)模建設(shè)和完善，也解決了傳輸帶寬的瓶頸問題，為新一代語音通信系統(tǒng)的發(fā)展提供了必要條件。目前，國外知名的內(nèi)話供應(yīng)商，如FREQUENTIS，HARRIS等，在其新建的語音通信系統(tǒng)中都采用了基于網(wǎng)絡(luò)電話的技術(shù)，國內(nèi)也有不少廠家在進(jìn)行換型工作。因此，建立以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、以軟交換技術(shù)為核心的新一代語音通信系統(tǒng)，已成為管制中心系統(tǒng)必然的發(fā)展方向和趨勢。新一代語音通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢必然是IP化，這并不僅是對(duì)傳輸和交換體制的改變，而是對(duì)于整體系統(tǒng)體系和性能的提升。本文結(jié)合管制中心系統(tǒng)的語音需求，對(duì)新一代語音通信系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究和探討，以期對(duì)后續(xù)工程建設(shè)提供參考。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

1.1 系統(tǒng)功能

語音通信系統(tǒng)的基本功能主要為地地通信、地空通信、錄音錄時(shí)、系統(tǒng)管理等，對(duì)于新一代語音通信系統(tǒng)，借助軟交換和網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)勢，在原有基本功能的基礎(chǔ)上，增加了區(qū)域地空話音組網(wǎng)、話音按需服務(wù)、路由控制選擇及席位遷移等方面的功能應(yīng)用。

1.2 體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)從邏輯上可劃分為接入層、傳輸層、控制層和應(yīng)用層[2]，如圖 1所示。

圖1 語音通信系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)示意圖

接入層為系統(tǒng)用戶提供通信終端接入方式和媒體信令的IP化轉(zhuǎn)換，通過接入層系統(tǒng)可以接入新一代的通信終端，同時(shí)可將多種模擬通信線路通過媒體接入網(wǎng)關(guān)接入語音通信系統(tǒng)。通過接入層多種線路接入手段，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了與電路交換語音通信系統(tǒng)的有效融合。

傳輸層指基于IP的數(shù)據(jù)鏈路網(wǎng)絡(luò)，是其他各層進(jìn)行信息交互和通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。接入層的用戶終端通過傳輸層進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與信令交互，控制層通過傳輸層對(duì)接入層用戶與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配置。該層可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行地面網(wǎng)絡(luò)資源的共享，不同的信息可根據(jù)自身的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，設(shè)置不同的優(yōu)先級(jí)，對(duì)于實(shí)時(shí)信息將優(yōu)先保障其帶寬和時(shí)延要求。

控制層指軟交換控制、資源管理和用戶管理等提供基礎(chǔ)支撐服務(wù)的功能模塊。

應(yīng)用層主要為系統(tǒng)提供地地通信、地空通信、話音服務(wù)等系統(tǒng)應(yīng)用。

1.3 系統(tǒng)組成

新一代語音通信系統(tǒng)主要由幾部分關(guān)鍵設(shè)備組成：各類媒體接入網(wǎng)關(guān)、席位終端、軟交換機(jī)（IP-PBX）、管理應(yīng)用服務(wù)器等，所有設(shè)備間通過IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地地、地空話音通信以及通信資源組網(wǎng)功能，系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 新一代語音通信系統(tǒng)組成

1.3.1 軟交換機(jī)

軟交換機(jī)是語音通信系統(tǒng)的核心設(shè)備[2]，是該區(qū)域內(nèi)所有話音業(yè)務(wù)的具體調(diào)度者，主要完成呼叫接續(xù)、業(yè)務(wù)控制、話音混合、視頻拼接等功能，同時(shí)，可根據(jù)應(yīng)用場景的需求，依靠各中繼接口板卡的支持，完成與傳統(tǒng)公共交換電話網(wǎng)絡(luò)、模擬用戶等的互聯(lián)互通。軟交換機(jī)作為本地席位/接入設(shè)備的代理和用戶管理的設(shè)備，與原有的程控交換機(jī)最大的區(qū)別在于話音業(yè)務(wù)基本不經(jīng)過交換設(shè)備，即控制與業(yè)務(wù)的分離，其基本交換流程如圖3所示。

圖3 本地基本交換流程

1.3.2 管理應(yīng)用服務(wù)器群

管理應(yīng)用服務(wù)作為全系統(tǒng)的調(diào)度和管理的核心，負(fù)責(zé)系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控、資源調(diào)度、跨區(qū)業(yè)務(wù)的協(xié)商等。這是由一組服務(wù)器組成的服務(wù)器群構(gòu)成，其并不關(guān)心具體的話音業(yè)務(wù)的調(diào)度，也不進(jìn)行協(xié)議的轉(zhuǎn)換等具體的業(yè)務(wù)。在管理應(yīng)用服務(wù)器的統(tǒng)一調(diào)度下，可以完成區(qū)域內(nèi)外用戶間的通信建立，其基本交換流程如圖4所示。

圖4 跨區(qū)域基本交換流程

1.3.3 終端和接入設(shè)備

席位終端主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)操作界面的功能。席位終端是一種供管制人員使用的專用通信終端（推薦采用觸摸屏操作方式），可提供可視化的通話服務(wù)界面，同時(shí)支持地地/地空通信功能。

媒體接入網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)空電臺(tái)接入、模擬中繼線路接入的功能。它是一個(gè)獨(dú)立的模塊化設(shè)備，通過配備不同的功能模塊，從而實(shí)現(xiàn)不同的功能。采用互連網(wǎng)關(guān)可以使得新一代語音通信系統(tǒng)兼容現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

2 網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

空管系統(tǒng)是分區(qū)域、分層次進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備管理，新型的管制中心系統(tǒng)的發(fā)展有相對(duì)集中的趨勢，盡可能地簡化底層系統(tǒng)的配置與規(guī)模，這樣對(duì)于本身就缺乏相應(yīng)技術(shù)保障人員的基層管制中心來說無疑是好事。新一代語音通信系統(tǒng)的建設(shè)不能只是單純地完成單一管制中心的通信需求，應(yīng)利用網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，依靠地面基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行組網(wǎng)應(yīng)用。

針對(duì)空管系統(tǒng)的這一特點(diǎn)，本文提出了基于網(wǎng)絡(luò)的新一代語音通信系統(tǒng)的整體系統(tǒng)架構(gòu)，整合全國的通信資源，自頂向下可以分為核心管理層，基礎(chǔ)交換層以及邊緣接入層。系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

2.2 應(yīng)用分析

從目前的應(yīng)用情況來看，由于機(jī)場管制中心的應(yīng)用環(huán)境較簡單，基本就在同一機(jī)房內(nèi)，配備的席位也有限，對(duì)語音通信系統(tǒng)功能需求較簡單，這一級(jí)的系統(tǒng)相對(duì)原有的管制中心語音通信系統(tǒng)變化較大，從單獨(dú)配備交換設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)椴慌鋫滠浗粨Q機(jī)設(shè)備，這一層只作為邊緣的接入，將本地的小號(hào)、電臺(tái)等模擬資源接入組網(wǎng)系統(tǒng)中，交換服務(wù)則向分區(qū)一級(jí)移交；在簡化機(jī)場級(jí)設(shè)備的同時(shí)，也減輕了對(duì)機(jī)場維護(hù)人員的維護(hù)壓力。

圖5 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

分區(qū)一級(jí)的軟交換機(jī)除對(duì)本分區(qū)內(nèi)的IP電話、席位終端、小號(hào)、中繼等進(jìn)行管理控制，還負(fù)責(zé)對(duì)下一級(jí)的機(jī)場內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行呼叫控制管理。同時(shí)，對(duì)于地空通信能力，從使用的角度，不僅僅依靠本地電臺(tái)，而可任意地調(diào)度全區(qū)域內(nèi)的電臺(tái)資源完成指揮。

在分區(qū)形成該區(qū)域內(nèi)的統(tǒng)一交換基礎(chǔ)上，區(qū)域內(nèi)配備管理應(yīng)用服務(wù)器，管制應(yīng)用服務(wù)器群在組網(wǎng)應(yīng)用的模式下，管理應(yīng)用服務(wù)器不只為本區(qū)域所轄的系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行調(diào)度，而是多區(qū)域的服務(wù)器組成類似于“云服務(wù)中心”的服務(wù)集合[3]，并完成以下任務(wù)：

（1）系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控。對(duì)所轄的區(qū)域內(nèi)所有的設(shè)備的健康狀況進(jìn)行收集，對(duì)軟交換機(jī)、接入設(shè)備的資源占用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并且對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)和地空網(wǎng)絡(luò)的狀況進(jìn)行收集統(tǒng)計(jì)。

（2）資源調(diào)度。根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)的收集與統(tǒng)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)已用和可用資源進(jìn)行調(diào)度優(yōu)化，避免出現(xiàn)一些軟交換和接入設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)、另一些設(shè)備則未被使用的現(xiàn)象。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的變化，及時(shí)通報(bào)給用戶，并可以在一定承受范圍內(nèi)進(jìn)行流控處理。

（3）區(qū)域協(xié)調(diào)。建立面向全國管制中心用戶的云服務(wù)中心，接受用戶的話音服務(wù)申請(qǐng)，對(duì)于跨區(qū)、連續(xù)的服務(wù)，由該服務(wù)器群進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，統(tǒng)一調(diào)配。

2.3 優(yōu)勢分析

2.3.1 體制先進(jìn)性

基于軟交換的機(jī)制與原有程控交換的最大區(qū)別在于業(yè)務(wù)與控制的分離，通信呼叫只在呼叫申請(qǐng)和結(jié)束時(shí)需要由軟交換機(jī)設(shè)備參與，通話過程中的話音業(yè)務(wù)流不經(jīng)過交換機(jī)，只有在進(jìn)行混音和視頻拼接時(shí)，才會(huì)根據(jù)網(wǎng)內(nèi)資源狀況，交由指定的軟交換機(jī)設(shè)備來處理，所以，軟交換機(jī)具備的呼叫控制能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原有的程控交換設(shè)備。

除此之外，軟交換在很大程度上增強(qiáng)了平臺(tái)的開放性，各種新業(yè)務(wù)可方便地投放到平臺(tái)上。通過各種標(biāo)準(zhǔn)接口的提供，第三方可方便地進(jìn)行二次開發(fā)，能有效豐富業(yè)務(wù)的種類[4]。

2.3.2 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性

基于網(wǎng)絡(luò)的新一代語音通信控制系統(tǒng)和以往的基于程控交換系統(tǒng)的語音通信系統(tǒng)相比，具有投資小、維護(hù)費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。除此之外，新一代系統(tǒng)有開放的接口和平臺(tái)，可以方便地進(jìn)行新功能的升級(jí)和擴(kuò)展，而不需要大量地采用新設(shè)備，這在很大程度上增強(qiáng)了其經(jīng)濟(jì)性，這是傳統(tǒng)的電路交換機(jī)所無法比擬的。同時(shí)，通過合理的規(guī)劃，簡化機(jī)場級(jí)設(shè)備的投入，由分區(qū)一級(jí)進(jìn)行統(tǒng)一交換，將更大地提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

在軟交換系統(tǒng)當(dāng)中，業(yè)務(wù)的開展以及變化調(diào)整可以不必再對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，能夠在很大程度上增加業(yè)務(wù)的靈活性，避免基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)升級(jí)所帶來的投資。

2.3.3 安全可靠性

以往管制中心內(nèi)的語音交換機(jī)出現(xiàn)故障，所有席位則無法工作，而新一代語音通信系統(tǒng)完全不存在這方面的顧慮。機(jī)場和分區(qū)內(nèi)的席位、IP電話、電臺(tái)話音等與軟交換機(jī)間沒有固定的隸屬關(guān)系，在管理應(yīng)用服務(wù)器的調(diào)度下，相互間形成備份關(guān)系，并達(dá)到負(fù)載均衡，形成全網(wǎng)統(tǒng)一的組織交換體系。當(dāng)初始設(shè)置的軟交換機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)由管理應(yīng)用服務(wù)器重新分配呼叫控制資源，即可以將該分區(qū)內(nèi)的所有業(yè)務(wù)分配到臨近的其他分區(qū)的軟交換機(jī)設(shè)備上，其遷移過程用戶感覺不到。特殊情況下，如果機(jī)場與分區(qū)間的網(wǎng)絡(luò)通信鏈路中斷，多媒體接入設(shè)備可自動(dòng)切換到本地工作模式，即轉(zhuǎn)換到獨(dú)立方式，支持席位終端撥打本地的模擬中繼線路，同時(shí)，使用本地的電臺(tái)，進(jìn)行本場指揮。

3 結(jié)語

新一代語音通信系統(tǒng)采用IP體制，相對(duì)于原有的程控交換系統(tǒng)，技術(shù)實(shí)現(xiàn)采用軟交換的體制，將控制與業(yè)務(wù)分離，完成各個(gè)部分的呼叫控制，并依靠網(wǎng)絡(luò)化和信息化的優(yōu)勢，在系統(tǒng)可靠性上大大提高。本文從系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用的角度，研究了系統(tǒng)構(gòu)架，隨著信息化的不斷深入，新一代語音系統(tǒng)將更好地發(fā)揮其作用，與管制中心系統(tǒng)更加緊密的結(jié)合。

[1]劉勤飛，何旭，朱苗.淺析通信工程中如何應(yīng)用軟交換技術(shù)[J].信息通信，2014（1）.

[2]趙繼芳.信息技術(shù)的發(fā)展中軟交換技術(shù)的運(yùn)用[J].民營科技，2014（2）.

[3]陳永衛(wèi)，張中華，吉曉佳.基于云計(jì)算的電力調(diào)度軟交換系統(tǒng)研究[J].電力系統(tǒng)通信，2012（12）.

[4]聞敬.淺談軟交換系統(tǒng)應(yīng)用中的優(yōu)勢與不足[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（3）.