基于高速骨干網的VoIP 業(yè)務實時管理系統(tǒng)

摘要：隨著網絡帶寬的不斷增加和網絡融合的加速推進，基于VoIP的跨網絡通信日益普及。如何對互聯(lián)網中高速的海量VoIP流量進行實時識別和解析，已成為網絡運營管理的迫切需求和研究難點。目前，針對高速骨干網絡環(huán)境下VoIP實時管理系統(tǒng)的研究相對較少。基于此，文章首次提出一種高效的骨干網絡中VoIP業(yè)務分析實時管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先通過對骨干網絡中的VoIP數(shù)據(jù)流進行篩選，進一步解析呼叫的信令信息和媒體語音，并能夠通過設計相應的管理規(guī)則，完成對特定類別呼叫的實時還原和呈現(xiàn)。實驗表明，該系統(tǒng)能夠實時解析和處理骨干網中的海量VoIP呼叫，并將結果準確呈現(xiàn)于管理界面，為基于VoIP的網絡通信運營管理和系統(tǒng)維護提供了必要的技術支撐。

關鍵詞：骨干網；高速；基于IP的語音傳輸；管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）31-0082-06

開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

0 引言

VoIP（Voice over Internet Protocol） 是一種將聲音模擬信號轉換為數(shù)字信號，并通過IP網絡以數(shù)據(jù)包形式進行實時傳輸?shù)募夹g[1]。VoIP的顯著優(yōu)點在于，它能依托全球互聯(lián)網和IP互聯(lián)的環(huán)境，為用戶提供相較于傳統(tǒng)電話服務更為豐富且高質量的服務體驗，真正實現(xiàn)了通信的多元化與高效化。據(jù)貝哲斯互聯(lián)網協(xié)議語音（VoIP） 服務市場研究報告顯示：全球互聯(lián)網協(xié)議語音（VoIP） 服務市場規(guī)模2023年達11 168.75億元（人民幣），2023年中國互聯(lián)網協(xié)議語音（VoIP） 服務市場規(guī)模達3 859.92億元。預計到2029年，全球互聯(lián)網協(xié)議語音（VoIP） 服務市場規(guī)模將達到16 569.75億元，預測期間年均復合增長率為6.35%。借助IP 網絡，VoIP能夠以低廉的成本傳輸多樣化的業(yè)務，包括語音、傳真、視頻和數(shù)據(jù)等，使得通信不再局限于簡單的語音通話，而是延伸至更為廣闊的領域。在天地一體化信息網絡中，通過衛(wèi)星和地面站等設施實現(xiàn)了全球范圍內的通信連接，而VoIP技術可應用于實現(xiàn)語音通話和多媒體會議等功能，從而使天地一體化信息網絡更加完善和多樣化。天地一體化信息網絡的目標是提供“全球覆蓋、隨遇接入、按需服務、安全可信”的信息網絡服務。隨著衛(wèi)星通信技術的進步，VoIP在其中的應用也日益廣泛。衛(wèi)星通信的廣覆蓋、高速率和靈活性為VoIP提供了得天獨厚的傳輸環(huán)境。通過整合VoIP技術，天地一體化信息網絡可以進一步拓展其服務范圍，提供更加多樣化的通信服務，如語音通話、視頻會議等，滿足用戶在不同場景下的通信需求。同時，隨著互聯(lián)網通信技術的發(fā)展，網絡電話越來越多地參與日常交流[2]?；赩oIP的網絡電話（如易信、觸寶等）多種應用已經逐漸成熟，能夠從互聯(lián)網骨干線路中傳輸語音，并經過特定的網關設備落地到電信網，這種跨網絡的語音交流極大地豐富了人類的通信方式[3-4]。然而，盡管VoIP技術發(fā)展迅速且應用廣泛，現(xiàn)有的VoIP管理系統(tǒng)仍存在諸多局限性。例如，面對高速骨干網絡環(huán)境，部分系統(tǒng)無法有效應對，導致通信質量下降；同時，實時性的缺乏也使得用戶體驗大打折扣。VoIP不僅是一種技術，更是一種生活方式的轉變，它為用戶帶來了前所未有的通信體驗。互聯(lián)網環(huán)境的復雜性和開放性使這種VoIP電話在給人們生活帶來便利的同時，也帶來了諸多因素的威脅和影響，例如詐騙電話為民眾帶來了重大的經濟損失、騷擾電話嚴重影響了人們的正常生活[5]。

1 VoIP 的安全威脅和需求

1.1 安全威脅

VoIP技術作為當今通信領域的重要革新，以其高效、靈活的特點廣泛應用于各類通信場景。然而，隨著其普及程度的提升，VoIP所面臨的安全威脅也日益凸顯。

VoIP通信中的數(shù)據(jù)截獲與竊聽是常見的安全威脅之一。由于VoIP的傳輸基于開放的網絡環(huán)境，惡意攻擊者可能利用網絡漏洞或竊聽技術截取通信過程中的敏感信息，導致隱私泄露。服務拒絕攻擊（DoS攻擊）也是VoIP面臨的重要威脅，攻擊者可以通過發(fā)送大量無效或高流量的數(shù)據(jù)使VoIP系統(tǒng)過載，從而導致合法用戶無法正常使用通信服務。VoIP系統(tǒng)還面臨著注冊劫持與身份偽造的風險，攻擊者可能通過非法手段獲取用戶注冊信息，進而冒充合法用戶進行通信或其他惡意活動。此外，VoIP協(xié)議本身的安全性也存在一定問題，部分VoIP協(xié)議在設計時未充分考慮安全性，可能存在漏洞或弱點，致使攻擊者有機可乘。

1.2 研究現(xiàn)狀

目前，VoIP技術的研究現(xiàn)狀呈現(xiàn)出多元化和深入化的特點，主要集中在性能優(yōu)化、安全保障及服務質量提升三大方面。與此同時，隨著衛(wèi)星通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，VoIP技術在這一領域的應用也逐漸受到關注。

在性能優(yōu)化方面，除傳統(tǒng)的地面網絡環(huán)境外，學者們也開始探索在天地一體化信息網絡環(huán)境下如何通過改進編解碼算法來降低語音傳輸時延和失真。特別是在衛(wèi)星通信等高延遲、高誤碼率的環(huán)境中，優(yōu)化VoIP的通話質量顯得尤為重要。例如，有研究采用先進的音頻編碼技術和錯誤糾正機制來應對這些挑戰(zhàn)，從而提高在衛(wèi)星鏈路中的語音傳輸效果。

在安全保障方面，隨著VoIP技術在天地一體化信息網絡中的應用，加密和身份驗證的重要性日益凸顯。為確保衛(wèi)星等高空通信中VoIP的機密性，研究者設計了多種適應高延遲和高誤碼率環(huán)境的加密算法。同時，為防止身份偽造，學者們也在不斷探索與衛(wèi)星通信特點相適應的更安全的身份驗證機制。

在服務質量提升方面，如何解決網絡擁塞控制和故障恢復等問題在天地一體化信息網絡中也十分重要。由于衛(wèi)星通信的帶寬有限且易受天氣等因素影響，研究者通過設計合理的網絡流量調度策略和擁塞控制機制來減少擁塞。同時，也在研究快速故障檢測和恢復機制，以確保在天地一體化信息網絡環(huán)境中VoIP通信的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

綜上所述，VoIP技術在天地一體化信息網絡中的應用帶來了新的挑戰(zhàn)和機遇。由于其基于網絡傳輸語音的特點，在衛(wèi)星通信等高空環(huán)境中具備路徑多樣化、落地隨機化的特性。因此，需要研發(fā)一種從骨干網絡入手的高效管理系統(tǒng)來應對這些挑戰(zhàn)。當前骨干網絡流速普遍采用大于10G的流量設計，針對至少10G流量中的實時VoIP監(jiān)管，需要滿足海量、高速的處理需求。數(shù)據(jù)流的高速、多徑特性也使得有效的數(shù)據(jù)分析難以展開。通過對相關文獻整理發(fā)現(xiàn)，國內外尚無相關的有效管理系統(tǒng)被報道，而基于VoIP的跨網絡安全通信環(huán)境，迫切需要一種高效的實時管理系統(tǒng)作為支撐。該系統(tǒng)應能夠實時篩選并解析骨干網中的VoIP流量，解決多徑傳輸帶來的問題，并提供展示界面以實時呈現(xiàn)數(shù)據(jù)通信狀態(tài)。

2 VoIP 基礎簡介

2.1 網絡結構

從圖1可見，天地一體化網絡需要融合多種技術，以地面網絡（地基網絡）為基礎，融合非地面網絡，共同構建跨地域、跨空域、跨海域的多接入融合網絡架構。其中，地基網絡主要由地面互聯(lián)網、移動通信網等組成，負責業(yè)務密集區(qū)域的網絡服務，是天地一體化網絡中最基礎、最成熟的部分；天基網絡由高空通信平臺、無人機自組網絡等組成，能夠增強對特定區(qū)域的網絡覆蓋，特別是在地面網絡難以覆蓋的偏遠地區(qū)或突發(fā)事件現(xiàn)場；空基網絡由各種衛(wèi)星系統(tǒng)構成，包括同步衛(wèi)星、中軌/低軌衛(wèi)星等，實現(xiàn)全球范圍內的無縫覆蓋，彌補地面網絡的不足；?；W絡主要通過海上無線網絡、海上衛(wèi)星網絡等滿足海洋活動的通信需求，為海上航行、海洋科考、漁業(yè)生產等提供可靠的通信保障。本文設計的管理系統(tǒng)將主要以地面網絡為切入點，服務并作用于整個天地一體化網絡。

圖2展示了公眾通信網絡中一種典型的VoIP網絡架構，該架構由兩個網絡領域及一個VoIP網關裝置組成。其中一端是電信網絡領域，負責連接各種電信終端設備，支持語音通話、傳真等電信服務；另一端則是互聯(lián)網領域，專門連接各類互聯(lián)網終端設備，承載數(shù)據(jù)傳輸和多媒體業(yè)務。位于這兩個網絡領域交界處的VoIP網關設備既扮演著電路交換的終點角色，也作為分組交換的起點，主要負責實現(xiàn)跨網絡話音業(yè)務的轉換功能JM0AFzUqNvL32lwpaaN43h/2kYsqZeR5EwgBfWHwaeY=。網關設備一般由接入網關、網守和計費服務器構成：接入網關同時具備電路接口和IP接口，提供信令控制協(xié)議和所承載媒體的轉換功能；網守[6]是VoIP業(yè)務的管理者，提供地址解析、接入認證、帶寬管理和資源管理等功能；計費認證服務器則與網守連接，提供用戶接入認證權限管理和計費處理等功能。

2.2 VoIP 協(xié)議簇

本文所探討的VoIP流量檢測主要聚焦于使用公有協(xié)議的部分，不包含諸如Skype等采用私有加密協(xié)議的網絡電話。公有協(xié)議的VoIP 服務完全依賴于ITU-T（ITU Telecommunication Standardization Sector） 與IETF（Internet Engineering Task Force） 所確立的標準協(xié)議來實現(xiàn)互聯(lián)互通，其協(xié)議簇主要包括兩部分：一是信令控制協(xié)議，負責完成呼叫業(yè)務的建立、保持和釋放，目前主要有ITU-T制定的H.323協(xié)議和IETF制定的SIP協(xié)議[7]；二是媒體承載封裝協(xié)議，負責完成話音媒體數(shù)據(jù)的可靠傳送，目前主要采用RTP（Real- Time Transport Protocol） 協(xié)議，為保證傳輸質量，還輔以RTCP（Real-time Transport Control Protocol） 和RTSP （Real Time Streaming Protocol） 協(xié)議。

2.3 VoIP 典型呼叫流程

以H.323協(xié)議的VoIP為例，一個典型的VoIP呼叫流程通常包含5個核心環(huán)節(jié)：呼叫建立、能力交換與主從判定、媒體信道建立、實際通信以及呼叫終止。這5 個環(huán)節(jié)均受到不同信令協(xié)議的精確控制。例如，在接收到connect建立連接的消息后，主叫與被叫雙方才能開始傳輸媒體數(shù)據(jù)；而一旦收到release釋放連接的消息，雙方必須立即停止媒體數(shù)據(jù)的發(fā)送。深入理解這一流程對于后續(xù)設計VoIP呼叫分揀子系統(tǒng)至關重要，因為該子系統(tǒng)將采用信令引導機制來精確判定每個呼叫的起始、結束，并實時分揀每個呼叫中的媒體數(shù)據(jù)包，從而確保整個通信過程的順暢與高效。

基于以上VoIP網絡結構和防護手段分析，所設計的VoIP 業(yè)務管理系統(tǒng)主要完成骨干網絡互聯(lián)網上VoIP高速流中的呼叫信令及媒體網關檢測、信令信息獲取和媒體數(shù)據(jù)解碼，同時支持系統(tǒng)維護操作，能夠對特定指定類型的呼叫進行管理，并將呼叫詳細記錄和結果信息通過界面實時呈現(xiàn)。

3 基于高速骨干網的VoIP 管理系統(tǒng)設計

本文首次設計了一種適用于骨干網絡流量分析的VoIP管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)從骨干網絡流量解析入手，實時篩選骨干網絡中的VoIP流量并進行解析和還原，通過設計相應的關聯(lián)準則，有效解決了VoIP通信信令和語音內容多徑不匹配的問題。同時，設計了一種高效的展示界面，完成對數(shù)據(jù)通信的實時呈現(xiàn)。

針對骨干網絡中高速的VoIP 數(shù)據(jù)流，為確保良好的通信質量和用戶體驗，需要設計高效的實時監(jiān)控系統(tǒng)。本節(jié)首先提出系統(tǒng)的總體功能單元，其次對系統(tǒng)中的關鍵設計進行詳細描述，最后設計了一套VoIP維護管理系統(tǒng)。該維護系統(tǒng)能實時呈現(xiàn)VoIP網絡通信詳單，并根據(jù)用戶設定的指定規(guī)則對特定呼叫進行挑選和解析，完成語音解碼和播放功能。

3.1 系統(tǒng)結構

本系統(tǒng)設計的主要指定類型呼叫針對VoIP進行覆蓋網絡數(shù)據(jù)抓取、數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)分析還原及操控。系統(tǒng)提供完善的網絡信令、語音媒體等網絡信息檢測功能。根據(jù)VoIP業(yè)務管理系統(tǒng)的功能需求，本系統(tǒng)的處理流程如下：首先，針對輸入的10G以太網原始數(shù)據(jù)流，完成VoIP數(shù)據(jù)流篩選；其次，對篩選出的VoIP數(shù)據(jù)流進行信令解析、媒體解碼、流關聯(lián)分析，并將最終的CDR（Call Detail Record，呼叫詳細記錄）輸出到數(shù)據(jù)庫中；最后，在系統(tǒng)維護模塊完成管理規(guī)則生成和配置，實時讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，完成CDR詳細信息實時界面呈現(xiàn)和管理。根據(jù)功能需求和具體的實現(xiàn)步驟，可將本項目軟件劃分為3個模塊，分別是流篩選模塊、流解析模塊和系統(tǒng)維護模塊，其系統(tǒng)總體結構如圖3所示。

圖3中的各個模塊功能闡述如下。

流篩選模塊。該模塊處于整個信息管理系統(tǒng)的前端，具備實時從網絡中抓取所需指定類型數(shù)據(jù)流的能力。本文設計中，該部分采用基于應用層的流量檢測和控制技術的DPI（深度包檢測，Deep Packet In? spection） 技術和基于鏈表尾部更新的LRU（近期最少使用算法，Least Recently Used） 高效處理算法。同時，該部分的硬件平臺選擇多核處理器，借助其高性能并行處理技術，完成對骨干網絡中10G POS原始高速數(shù)據(jù)流中VoIP的實時篩選。

流解析模塊。該模塊主要完成信令的重組解析以及媒體流的重組和解碼，其輸入為前端流量篩選模塊已識別出的VoIP數(shù)據(jù)流。流量解析處理的內容是已存儲于內存中的雙向鏈表，該鏈表始終采用hash （哈希，一種針對海量數(shù)據(jù)的高效檢測方法）映射完成查詢，LRU完成更新，多線程技術完成存儲。同時，解析模塊調用相應的解析算法完成解析。流解析模塊分為信令流解析和媒體流解析：信令流解析時，需實時完成原始信令數(shù)據(jù)的解析，支持單向信令流解析，并將得到的信令信息關聯(lián)媒體流信息，補全生成最終的全CDR，將結果輸出到外部數(shù)據(jù)庫；媒體重組解析時，解碼程序會根據(jù)RTSP服務器響應的后端系統(tǒng)維護模塊需求，進行實時解碼并輸出語音媒體流。

系統(tǒng)維護模塊。該模塊主要完成對CDR的結果呈現(xiàn)、信息統(tǒng)計和管理規(guī)則下發(fā)及結果輸出。系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫+Web的設計模式。前一段時間解析得到的信息實時存儲于MySQL數(shù)據(jù)庫中，而Web頁面接收用戶的實時響應，完成對數(shù)據(jù)的訪問和界面呈現(xiàn)。系統(tǒng)維護模塊輸入為前端生成的存儲在MySQL 數(shù)據(jù)庫中的CDR記錄，它以Web服務器的形式為外部提供可登錄訪問的界面。此界面操作支持呼叫記錄結果呈現(xiàn)和統(tǒng)計功能，同時支持對固定號碼、IP或其他特定字段的管理，并支持結果信息的實時呈現(xiàn)和結果語音的實時監(jiān)聽。

3.2 關鍵算法介紹

本系統(tǒng)設計采用模塊化設計，其中流篩選和系統(tǒng)管理模塊單獨運行，流解析模塊處理大量的解析任務，采用多線程并行處理技術，主要包括VoIP數(shù)據(jù)流多級緩存、數(shù)據(jù)解析和結果信息入庫三個線程。同時，設計了一套呈現(xiàn)系統(tǒng)，完成對解析結果的有效展示。下面對本系統(tǒng)中涉及的關鍵步驟進行詳細闡述。

基于DPI和LRU的VoIP流篩選。針對骨干網絡中VoIP進行分析，首先需要從高速流中篩選出來該類型的數(shù)據(jù)流，其中一個流的定義為相同的五元組（源IP、目的IP、源端口、目的端口和協(xié)議類型）。其具體實現(xiàn)為：首先，采用復合過濾規(guī)則（長度策略、關鍵詞策略、五元組策略）進行VoIP活躍流檢測；然后，根據(jù)五元組信息，選取適當?shù)墓：瘮?shù)，將不同的流映射到每個內核處理單元上各自對應流的哈希鏈表，采用LRU機制對已經檢測到的數(shù)據(jù)流進行老化處理，如果是新流的話進行新建，如果是已有的數(shù)據(jù)流則進行信息更新。

基于SIP/H.323的呼叫信令解析。SIP/H.323呼叫信令解析是VoIP電話解析的核心技術和關鍵，在研究基于H.323/SIP協(xié)議棧的VoIP呼叫信令解析技術的基礎上，這里設計了一套完整的分析流程和方法。解析SIP消息以及H.323消息的完整的呼叫信令，整理出其中包含的主叫號碼、被叫號碼、時間、卡號、IP地址等有關的詳細呼叫信令信息；本文設計的信令解析基于深度包檢測原理，在獲取到相應的VoIP數(shù)據(jù)流之后，對其包含的對應協(xié)議字段的數(shù)據(jù)包進行逐包分解，并獲取相應的協(xié)議內容。

在多媒體處理領域，多線程技術為媒體解碼提供了強大的支持。目前主要面對的是G.723.1和G.729 這兩種音頻編碼算法。通過RTP協(xié)議中的PT字段，能夠準確地識別出所使用的具體編碼算法。然后可以根據(jù)這個信息對接收到的語音幀進行相應的解碼操作。解碼的過程，實際上就是將經過壓縮的語音數(shù)據(jù)，還原成標準的音頻格式。完成解碼后，將這些數(shù)據(jù)寫入文件，以便后續(xù)的處理和播放。本系統(tǒng)中，當應對多路的語音進行處理需求時，對音頻解碼采用了多線程技術完成相應的音頻解析，同時解析多個數(shù)據(jù)流，并采用線程鎖控制多線程之間的內存共享問題，調用標準的解碼庫文件，進而高效地完成了多路語音文件實時解碼。

基于信令信息深度解析和統(tǒng)計閾值的關聯(lián)設計。得到信令信息和語音信息之后，需要將語音和呼叫進行關聯(lián)。SIP消息的媒體信息位于SDP字段值中，相對簡單，在此不再贅述。在H.323協(xié)議框架下，端點可以發(fā)起兩種類型的呼叫：快速呼叫和非快速呼叫。在快速呼叫場景中，負責媒體協(xié)商和控制的H.245消息會與H.225.0呼叫信令一同傳輸。通過分析H.225.0 信令，能夠直接提取出音頻數(shù)據(jù)傳輸所需的邏輯通道IP地址和端口號。根據(jù)獲取到的IP和端口信息，能夠將特定的RTP流與相應的呼叫事件關聯(lián)起來。同時可以從H.225.0信令中獲取主叫和被叫號碼等呼叫信息，將這些信息與錄音文件相對應，從而在數(shù)據(jù)庫中構建出完整的通話記錄。與快速呼叫相比，非快速呼叫的處理場景和流程更為復雜。在非快速呼叫中，H.245消息并不直接包含在H.225.0呼叫信令中，而是需要單獨建立H.245通道進行傳輸。這就需要先從H.225.0信令中解析出H.245通道的IP地址和端口號，再通過這些信息定位到相應的TCP流，最后從中提取出呼叫所需的H.245消息。隨后的處理步驟與快速呼叫類似，即通過邏輯通道的IP地址和端口號將RTP流與呼叫事件關聯(lián)起來，并記錄相關的呼叫信息。由此可見，非快速呼叫之所以比快速呼叫復雜，是因為多了一次關聯(lián)呼叫信令和H.245通道的環(huán)節(jié)。同時，針對信令信息的進一步關聯(lián)優(yōu)化，本文設計了一種基于統(tǒng)計信息的信令、媒體關聯(lián)方法，即在解析過程中，媒體流的開始和結束通常包含于信令的開始和結束的統(tǒng)計閾值之內。因此，本文設計的算法要求媒體流的開始時間和結束時間應在信令流的開始時間和結束時間區(qū)間之內，且時間差應在合理范圍內，這樣的設計保證了所挑選出的媒體流能夠準確對應語音流。

基于通話查詢和規(guī)則管理的系統(tǒng)維護。系統(tǒng)維護用于對整個設計所分析的數(shù)據(jù)流量進行解析和界面呈現(xiàn)，便于對指定類型呼叫的實時還原和管理規(guī)則的下發(fā)，其采用B/S架構，如圖4所示，主要包含以下幾個功能模塊。

通話查詢：從VoIP網關獲取的通話信息語音數(shù)據(jù)通過協(xié)議解析和還原，可以得到通話雙方的IP地址、主叫號碼、被叫號碼、通話時間（包括呼叫、通話開始、通話結束和掛斷時間）、通話時長、使用的源端口和目的端口、通信協(xié)議（SIP或H.323） ，并將這些信息存入數(shù)據(jù)庫中。在基本查詢設計方面，考慮到用戶的實際需求，最關心的是雙方的通話IP、地理位置（即通話IP 對應的實際地理位置）、雙方的通話號碼、通話時間、通話內容，因此將基本查詢條件設置為這幾個參數(shù)。查詢功能主要包括基本通話信息查詢、高級查詢、組合查詢等。

規(guī)則管理：規(guī)則管理是VoIP信息處理系統(tǒng)的重要模塊，用戶可以定義需要管理的指定類型呼叫號碼、來源網關和規(guī)則啟用、停止信息，通過定時、實時掃描后臺捕獲到的VoIP通話記錄，完成對特定指定類型呼叫的管理。該模塊主要包括管理規(guī)則下發(fā)、管理結果、規(guī)則模板、告警日志等功能。

系統(tǒng)管理：系統(tǒng)管理是一些通用的基礎模塊，用于用戶權限的設計和系統(tǒng)出錯管理。主要包括用戶管理、角色管理、系統(tǒng)狀態(tài)還原、異常號碼管理等功能。

4 系統(tǒng)實驗分析

4.1 系統(tǒng)實現(xiàn)

本文設計的VoIP業(yè)務管理系統(tǒng)開發(fā)平臺基于高速硬件處理平臺，以確保系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性。按照設備形態(tài)及在系統(tǒng)中的處理步驟不同，開發(fā)平臺可分為以下三類，具體詳情可參考表1。

協(xié)議轉化模塊：本模塊是確保數(shù)據(jù)在不同網絡協(xié)議之間傳輸?shù)年P鍵。采用了業(yè)界普遍認可的協(xié)議轉化設備，其主要任務是將骨干網線路中的10G PoS （（1P0ac Gkiegta obviet rE SthOeNrnEeTt）/ S標DH準） 協(xié)數(shù)議據(jù)的幀數(shù)格據(jù)式幀轉?；檫^10該G模ET塊H的轉化，兼顧了數(shù)據(jù)的傳輸效率和兼容性，使VoIP業(yè)務能夠在多樣化、復雜化的網絡環(huán)境中穩(wěn)定運行。

流篩選和解析模塊：本模塊是實現(xiàn)VoIP數(shù)據(jù)流管理和網關檢測的重要環(huán)節(jié)[8]。采用tilera公司的多核CPU作為處理機，該單板提供多個GE線路及10GE接口，具備強大的數(shù)據(jù)處理能力。通過該模塊，可以實現(xiàn)對VoIP數(shù)據(jù)流量的實時監(jiān)測、篩選以及網關檢測功能，確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。

后臺處理模塊：本模塊承擔數(shù)據(jù)解析、記錄生成、媒體處理以及系統(tǒng)維護等多項任務。采用Dual Intel Xeon處理器，其配置為主頻2.8GHz，32GB DDR2-533 內存，750GB硬盤，前面板提供2個Gbps以太網電口，便于與其他設備或網絡進行高速連接。通過該模塊，可以完成過濾后的VoIP流解析、呼叫全記錄生成、媒體文件解碼重組和系統(tǒng)維護等功能，為VoIP業(yè)務的順暢運行提供堅實保障。

在選擇硬件平臺時，綜合考慮了性能、成本及穩(wěn)定性等多方面因素。tilera多核CPU以其強大的數(shù)據(jù)處理能力，確保在高并發(fā)VoIP數(shù)據(jù)流場景下，流篩選和解析模塊能夠高效運作，滿足實時性和準確性的需求。Intel Xeon處理器則以其高主頻和豐富的內存配置，為后臺處理模塊提供了優(yōu)秀的計算能力和數(shù)據(jù)吞吐率，使數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)維護任務能夠迅速完成。

4.2 性能測試

使用Sprint Communications的Attach AX/4000q網絡性能測試設備，對本系統(tǒng)平臺的網絡吞吐能力、處理延遲時間、數(shù)據(jù)包丟失率以及錯誤數(shù)據(jù)包率這四項關鍵性能指標進行全面的測試。測試環(huán)境如圖5所示，AX4000中的兩GE測試卡a、b分別與本系統(tǒng)的外網和內網接口相連，a板卡作為數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)包長在80～1600 字節(jié)之間隨機產生，數(shù)據(jù)流量為10G的高速數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包經本系統(tǒng)平臺處理后，在b板卡進行接收并統(tǒng)計。

b板卡接收到的數(shù)據(jù)包統(tǒng)計信息如圖6所示。

如表2所示，測試結果表明本系統(tǒng)平臺的吞吐率、處理時延、丟包率和錯包率[9]四項主要指標均滿足現(xiàn)有業(yè)界通信標準（可參考GBT 21671-2018，《電信服務規(guī)范》等），也驗證了本設計在性能上能夠很好地應用于10G的高速骨干網絡流量處理需求。

4.3 功能測試

4.3.1 實驗數(shù)據(jù)

本文實驗數(shù)據(jù)依托項目采集于某出入口骨干網絡，直接對全部數(shù)據(jù)流進行篩選[10]。其中，每天的實時流量統(tǒng)計總值約為3.5GB，VoIP呼叫約為3 000個。VoIP呼叫進行實時篩選和還原，并對語音內容進行解析。管理規(guī)則可下發(fā)至服務器平臺，將結果呈現(xiàn)在管理平臺上，同時對管理后的語音進行實時監(jiān)測。

4.3.2 測試結果

實驗通過管理平臺的界面來實時呈現(xiàn)其處理結果以驗證系統(tǒng)功能。以實驗數(shù)據(jù)中的2015年3月17 日為例進行展示，左側為功能主菜單。圖7主界面展示了呼叫的詳細記錄和對應的語音文件地址，包括呼叫的源IP、目的IP、呼叫的主被叫號碼和呼叫時間等詳細信息；圖8展示了管理規(guī)則的下發(fā)，可通過界面進行配置和管理；圖9展示了規(guī)則命中后的呼叫記錄，能夠有效應對指定類型呼叫的實時呈現(xiàn)。根據(jù)管理系統(tǒng)的功能測試結果可知，本文設計的系統(tǒng)能夠完成通話的信令解析和語音解碼，并有效完成指定規(guī)則類型呼叫的實時信息還原和呈現(xiàn)。驗證了本設計能夠完成指定的通信內容和信令信息還原功能，為互聯(lián)網中的VoIP通信提供了有效支撐和保證，同時能夠實時、準確地還原和呈現(xiàn)信令信息。

5 結束語

本文首次提出了一種基于骨干網絡流量分析的VoIP業(yè)務管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對高速網絡中VoIP的實時解析和還原。本系統(tǒng)的主要創(chuàng)新點和優(yōu)勢在于有效解決了現(xiàn)有VoIP 多徑傳輸和海量處理所產生的難以有效管理問題。實驗表明，本系統(tǒng)能夠有效對VoIP 語音進行解析和處理，為基于VoIP 的網絡管理和維護提供了必要的技術支撐。未來隨著技術的不斷進步和網絡的日益復雜化，本系統(tǒng)具有較為廣闊的應用前景。特別是當VoIP 通信在衛(wèi)星與地面設施之間傳輸時，如何確保通信的穩(wěn)定性和高可靠性將成為本系統(tǒng)深入研究的重點問題。同時，鑒于網絡數(shù)據(jù)包的多跳傳輸特點，使得針對VoIP的跨網絡呼叫源頭分析變得極具挑戰(zhàn)性。因此，設計一種有效的并行分布式管理系統(tǒng)，實現(xiàn)多點多地域的協(xié)作分析，進而完成VoIP 通信源的全網定位管理，將是本系統(tǒng)的下一步研究方向。

參考文獻：

[1] 王海波.VoIP 語音通信技術的研究與問題分析[J].中國新通信，2021，23（10）：9-10.

[2] 石海波.異地VOIP通話系統(tǒng)設計與實施[J].影視制作，2022，28（12）：53-57.

[3] 韓旭辰. 基于VoIP 技術的航管內話系統(tǒng)研究[J]. 電子制作，2021（20）：22-24.

[4] 鐘沛宏.VoIP 技術在吳川塔臺中的應用實踐探析[J].電腦知識與技術，2023，19（36）：105-107.

[5] 趙長江，周夢鴿.跨境"殺豬盤"電信網絡詐騙犯罪的治理困境與對策[J].河南警察學院學報，2023，32（4）：67-76.

[6] 郗聞.IP語音技術中的網守研究[J].中國新通信，2017，19（2）：45.

[7] 陳夢.基于SIP協(xié)議的語音通信系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[J].信息系統(tǒng)工程，2020（7）：30-31.

[8] 于兆鵬，魏金光，周斐，等.基于SIP協(xié)議的高可用VoIP音頻通信系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電聲技術，2023，47（6）：1-5.

[9] 張媛.高速網絡流量測量與分析研究及其應用[D].南京：南京郵電大學，2020.

[10] 陳晰穎.面向主干網的流量分類技術研究[D].南京：東南大學，2022.

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】

基金項目：河南省重大科技專項（項目編號：221100210700-2）