專用網(wǎng)絡中統(tǒng)一通信服務平臺設計

張國波，楊 宏，康 敏

（中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引言

隨著信息技術的發(fā)展，用戶通信手段和通信方式呈現(xiàn)多樣化特點，其中通信手段包括電信系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)等，通信方式包括電話、傳真、短信、電子郵件、Web會議、視頻會議、視頻點播、語音信箱、即時通信等。為了提高通信效率及通信便捷性，統(tǒng)一通信技術應運而生。統(tǒng)一通信是指把計算機技術和通信技術融為一體的新的通信模式，通過對多種通信手段的整合，以及對語音、傳真、會議、即時消息、多媒體和數(shù)據(jù)等多種通信業(yè)務的融合，使用戶可以利用一個統(tǒng)一的平臺進行自由和高效的通信，以方便用戶使用并豐富其體驗[1]。統(tǒng)一通信的基本特征是融合、動態(tài)、開放和統(tǒng)一管理[2]，其中最重要的特征是融合性與開放性。融合性體現(xiàn)在通信手段的融合或通信業(yè)務的融合，開放性體現(xiàn)在通過開放的業(yè)務接口將通信能力以服務的方式開放給第三方應用，實現(xiàn)與現(xiàn)有業(yè)務系統(tǒng)的集成。

一般來說，專用網(wǎng)絡通常面向某些特定用戶或為完成某些特定通信業(yè)務而部署使用，各個專用網(wǎng)絡相對獨立但又在一定程度上受控互聯(lián)互通。隨著通信技術與應用的發(fā)展，專用網(wǎng)絡用戶對通信手段與通信業(yè)務類型的需求也越來越多樣化，對統(tǒng)一通信的需求愈發(fā)迫切。專用網(wǎng)絡較一般通用網(wǎng)絡在技術體制上有所差異，因此在專用網(wǎng)絡中設計與部署統(tǒng)一通信服務系統(tǒng)一般存在兩種模式：一種模式是針對不同的專用網(wǎng)絡設計并部署相應的統(tǒng)一通信服務系統(tǒng)；另一種模式是采用平臺化的設計思想，構建統(tǒng)一的通信服務平臺。如何快速設計并實現(xiàn)支持多種業(yè)務的統(tǒng)一通信服務系統(tǒng)，是相關科研人員面臨的課題。

1 平臺架構設計

如上文所述，專用網(wǎng)絡技術體制各有其自身特點，如物理接口、協(xié)議體系、語音編碼方式、加解密體制、安全接入體制可能存在差異，因此平臺架構設計時需要考慮這些差異因素。按照分層設計的思想，分層設計可以使得系統(tǒng)邏輯清晰，下層模塊為上層模塊提供服務[3]。統(tǒng)一通信服務平臺總體體系架構是一個多級的分層結構[4]，本文設計的統(tǒng)一通信服務平臺分為接入層、控制層和業(yè)務層，平臺總體體系架構如圖1所示。

圖1 統(tǒng)一通信服務平臺體系架構

接入層主要完成統(tǒng)一通信服務平臺與專用網(wǎng)絡、業(yè)務擴展子系統(tǒng)接入適配，比如支持通過同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）接口或以太網(wǎng)接口接入專用網(wǎng)絡，支持通過以太網(wǎng)接口接入業(yè)務擴展子系統(tǒng)，并提供雙向接入鑒權服務，避免非法接入，其中接入鑒權技術體制與專用網(wǎng)絡技術體制相關。

控制層是通信服務平臺的中樞控制系統(tǒng)，主要完成呼叫控制、協(xié)議處理、協(xié)議適配、設備管理、服務調(diào)度等功能。協(xié)議處理與適配主要實現(xiàn)與專用網(wǎng)絡及與業(yè)務擴展子系統(tǒng)間的通信協(xié)議處理與適配。設備管理主要實現(xiàn)平臺的配置管理、故障管理、性能管理、業(yè)務管理及用戶安全管理等功能。

業(yè)務層主要包括業(yè)務服務子層與業(yè)務擴展子層兩部分。業(yè)務服務子層按需提供音頻數(shù)據(jù)處理功能，如語音編碼方式適配、語音混音等；提供視頻數(shù)據(jù)處理功能，如視頻編解碼、視頻檢索等；提供信息數(shù)據(jù)處理服務，如短消息數(shù)據(jù)處理等；提供密碼服務，如數(shù)據(jù)加解密、密碼轉換等。密碼體制按加密和解密密鑰的不同，主要分為對稱密碼體制（私鑰密碼體制）和非對稱密鑰密碼體制[5]，具體采用哪種密碼體制與接入的專用網(wǎng)絡密碼技術體制相關。業(yè)務擴展子層提供各種通信業(yè)務服務，如號碼查詢、話務服務、語音留言、視頻會議、視頻點播、信息服務等，并支持第三方對各種通信業(yè)務靈活擴展。

專用網(wǎng)絡通過該通信服務平臺能夠靈活接入多種第三方通用通信服務子系統(tǒng)，從而能夠快速基于專用網(wǎng)絡擴展統(tǒng)一通信服務系統(tǒng)。

2 平臺業(yè)務流程

統(tǒng)一通信服務平臺接入專用網(wǎng)絡后，專用網(wǎng)絡的用戶終端通過統(tǒng)一通信服務平臺提供通信服務的主要流程如圖2所示。

圖2 統(tǒng)一通信服務平臺業(yè)務處理流程

專用網(wǎng)絡用戶終端請求統(tǒng)一通信服務平臺提供電話會議、視頻會議、視頻點播、語音留言等通信服務時，首先需要進行身份鑒權認證，鑒權通過后統(tǒng)一通信服務平臺根據(jù)協(xié)議處理及控制信息判決需要提供的業(yè)務類別；其次根據(jù)業(yè)務類別及用戶需求調(diào)度不同的數(shù)據(jù)處理服務，如語音編碼適配/混音、視頻數(shù)據(jù)處理、信息數(shù)據(jù)處理、加解密等數(shù)據(jù)處理服務；最后為用戶提供相應的通信業(yè)務 服務。

3 典型應用

3.1 應用場景

某專用網(wǎng)絡現(xiàn)有業(yè)務主要以電話業(yè)務為主，并由各自獨立的系統(tǒng)和維護保障人員提供電話會議、話務服務等通信服務。根據(jù)技術發(fā)展趨勢、新的業(yè)務需求及服務保障人員整合的需求，亟須基于該網(wǎng)絡構建統(tǒng)一的通信服務平臺，達到整合通信業(yè)務及服務保障人員的目標。統(tǒng)一通信服務的組織應用方式如圖3所示。

圖3 統(tǒng)一通信服務組織應用方式

專用網(wǎng)絡用戶終端主要包括電話機、可視電話機、計算機及傳真機等，通過構建統(tǒng)一的通信服務平臺和服務保障中心，可向用戶集中、統(tǒng)一地提供電話會議、視頻會議、電話轉接、號碼查詢、信息交互、視頻點播、語音留言等服務，滿足用戶多業(yè)務服務需求，并提升通信服務效率及用戶使用體驗。

3.2 平臺構成

針對專用網(wǎng)絡應用場景需求，根據(jù)前述統(tǒng)一通信服務平臺設計思想，為該專用網(wǎng)絡設計的統(tǒng)一通信服務平臺由業(yè)務處理設備與業(yè)務提供系統(tǒng)構成。業(yè)務處理設備主要完成網(wǎng)絡接入、接入鑒權、音頻處理、視頻處理、密碼服務等功能，業(yè)務提供系統(tǒng)提供話務服務、語音留言、視頻點播等通信業(yè)務服務功能，并支持由第三方應用提供。平臺構成及連接關系如圖4所示。

圖4 統(tǒng)一通信服務平臺構成與連接關系

業(yè)務處理設備是統(tǒng)一通信服務平臺的關鍵組成部分，主要由控制交換單元、接入單元、音頻處理單元、視頻處理單元、密碼單元等組成，各單元間通信控制與業(yè)務總線分離?？刂平粨Q單元主要完成協(xié)議處理與適配、呼叫控制、業(yè)務控制、數(shù)據(jù)交換、信息數(shù)據(jù)處理、設備管理等功能；接入單元支持通過SDH接口或以太網(wǎng)接口接入，主要完成網(wǎng)絡接入與接入鑒權功能；音頻處理單元主要完成語音編碼適配、語音混音等功能；視頻處理單元主要完成視頻編碼適配等功能；密碼單元主要完成數(shù)據(jù)加解密功能，密碼單元配置的數(shù)量取決于設備的處理能力要求。為保證設備的可靠性，控制交換單元采用熱備方式，主用與備用單元間實時同步數(shù)據(jù)。設備的組成如圖5所示。

圖5 業(yè)務處理設備組成

3.3 處理流程

控制交換單元是業(yè)務處理設備的核心控制部分，軟件控制流程如圖6所示。軟件主要通過表項數(shù)據(jù)實現(xiàn)處理器與現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）間的業(yè)務交互控制，用以指示業(yè)務數(shù)據(jù)處理的流轉調(diào)度。表項內(nèi)容主要包括源單元ID、目的單元ID、業(yè)務流ID、操作指示（語音編碼適配指示、混音指示、加密指示、解密指示等）、操作結果等信息。

圖6 控制交換單元軟件處理流程

以加密語音服務為例說明業(yè)務處理設備內(nèi)部的業(yè)務數(shù)據(jù)流轉過程，如圖7所示。來自專用網(wǎng)絡的密文業(yè)務數(shù)據(jù)經(jīng)過接入單元后進入控制交換單元的FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊根據(jù)CPU下發(fā)的調(diào)度控制指令提取出業(yè)務凈荷數(shù)據(jù)后送入密碼單元解密，控制交換單元再根據(jù)業(yè)務類別調(diào)度音頻處理單元或視頻處理單元等，而后根據(jù)需要將業(yè)務數(shù)據(jù)送入業(yè)務服務系統(tǒng)或接入單元，反之亦然。

圖7 業(yè)務處理設備內(nèi)部典型業(yè)務數(shù)據(jù)流轉

4 結語

統(tǒng)一通信的主要本質(zhì)是各類通信業(yè)務與信息的融合，也是信息化不斷發(fā)展與用戶需求多樣化、統(tǒng)一化的必然結果。各個專用網(wǎng)絡有其自身獨有的技術特點與應用特色，但在信息化日新月異的環(huán)境下，專用網(wǎng)絡中引入統(tǒng)一通信服務平臺亦有必要。針對專用網(wǎng)絡的特點，本文提出了統(tǒng)一通信服務平臺體系架構，并在實際應用中設計并實現(xiàn)了統(tǒng)一通信服務平臺，其中業(yè)務提供系統(tǒng)支持第三方擴展。該統(tǒng)一通信服務平臺具有較高的獨立性、開放性和可擴展性，能夠在專用網(wǎng)絡中快速引入并提供統(tǒng)一通信服務。