基于ICT中間件的電信級網絡傳真運營系統*

林曉勇 ，糜正琨 ，趙 康 ，張 奇

(1.南京郵電大學通信與信息工程學院 南京 210003；2.南京郵電大學繼續教育學院 南京 210003)

1 引言

fax是傳真（facsimile）的簡稱，是一種使用電話網傳送文件復本的技術。最早由“真跡電報”代替字符電報，1985年才開放個人用戶傳真（fax）業務。傳真發展有G1、G2、G3、G4（高速IP傳真機），目前辦公自動化（OA）的主流是 G3低速傳真。

我國傳真機的市場保有量超過1000多萬臺，每年新增銷量超過150萬臺[1]。終端形式的G3、G4在節能、耗材、存儲空間、人工檢索上有諸多問題，且易泄密。

為響應國家“節能減排”、“綠色低碳”的號召，本文提出了集中式網絡傳真運營系統（FOS），其優點在于可以開拓ICT增值業務，提高運營商ARPU值，與其他傳真方式的性能比較如表1所示。同時鑒于E-mail的普及仍無法徹底脫離傳真機的物理存在，FOS為E-mail（軟）和傳真（硬）搭建了互通的橋梁。

表1 各種傳真方式的性能比較

2 傳真運營系統設計框架

2.1 FOS基礎建設框架

FOS基礎建設框架如圖1所示，其核心是傳真網關和ICT服務器。傳真網關負責與PSTN交互，信令有No.1/SS7/DSS1，Web服務器負責Internet用戶接入，郵件服務器的任務是接收和發送傳真郵件，文件目錄服務器可以存儲海量傳真圖片和原始文檔[2]。

2.2 FOS邏輯功能框架

用戶Web登錄后提交可讀文件（TXT/DOC等）及被叫傳真“號碼”（真實/虛擬），虛擬打印服務以多線程隊列將文件轉化為標配TIF4，啟動后臺ICT中間件，ICT中間件負責對ICT Engine代理進行資源分配和業務調度，ICT Engine選擇空閑物理通道發送，成功后調用SMS的Web Service短信通知，如圖2所示。

FOS的外部傳真有兩種：（1）七號信令卡或多媒體IP交換機（東進Keygoe）接收來自PSTN的傳真數據，初始為BFX格式，內部調用接口函數轉換為TIF格式；（2）Keygoe接收來自互聯網的T.30/T.38的TIF傳真文件[3]。正確接收后的TIF文件均保存至文件目錄服務庫，并調用Web Service接口發送“傳真到達”短信給匹配手機。

圖2 F OS邏輯功能框架

2.3 FOS用戶標識與業務關系

（1）用戶分類

短信客戶：發送短信到96511獲取動態口令，短時登錄Web站點發送傳真，資費從賬號收取。

集團登記用戶：以單位和個人申請，通常以單位總機號碼作為用戶標識，不具備業務能力。

集團分配子用戶：由集團管理員分配個性化傳真號碼，一般采用接入號96511+個人號碼作為個人虛擬號碼，如96511+13843219876，也可以96511+02583463456作為傳真號碼；分級：96511+02583471234(單位總機)+801(分機)。

管理員用戶：運營商開通/注銷集團和個人用戶。

郵件客戶端用戶號碼標識有多種形式，手機號碼、用戶名、虛擬傳真號碼均可做@前綴，POP3/SMTP服務器負責地址翻譯。

（2）主要業務關系

如圖3所示。

3 ICT中間件設計

ICT中間件核心是具體業務與設備驅動分離，如圖4所示。傳統網絡傳真系統（NFS）均直接使用API函數操作具體設備，并局限在PSTN，缺乏對支持G4的T.30/T.38IP傳真。本文提出一種ICT中間件，包括ICT Flow和ICT Engine兩大部分，ICT Flow處理具體的業務流程GSL，同時處理與具體的設備無關的功能如數據操作、數據庫訪問、消息通信等，將操作指令分發給不同代理ICT Engine，ICT Engine根據硬件配置加載不同的設備驅動，完成底層的物理鏈路的呼叫建立、數據通信和鏈接釋放。

圖4 ICT中間件分層體系

圖5 面向業務的SCE定制

3.1 業務獨立元件（SIB）

ICT中間件技術源于智能網 （IN）[4]，區別是IN承載PSTN及B-ISDN，而ICT還承載移動網、軟交換網及IP多媒體子系統（IMS）。

SIB可以根據業務特征分為核心業務和任選業務，基本呼叫處理（basic call processing，BCP）是核心SIB的一個子集，包括POI和POR。以呼叫“Callout”這一元件為例：承載物理層異構 為模擬 中繼、No.1、SS7（ISUP/MAP/INAP）、DSS1、H.323/SIP、IMS 等，提取出六元組（通道號，被叫，主叫，原始被叫，攜帶信息，信息長度）進行描述，低層復雜驅動由ICT Engine具體完成。

3.2 ICT SCE定制增值業務

中間件SCE可以快捷實現定制新業務[5]，使用可視化流程編輯器ICT Studio自行設計和發布新流程，圖5顯示了接收傳真的設計思路與功能實現，可以看出 SCE更專注業務設計。

3.3 ICT Engine驅動異構網絡

可擴展的個體ICT Engine是執行在異構網絡上的Agent，ICT Engine處于狀態觸發執行模式[6]，即處于有限狀態機（finite state machine，FSM）中，穩態時處于“Free”。外部觸發條件包括兩類：網絡側消息觸發，如來電；上層ICT Flow消息觸發，如外呼。內部觸發是在狀態流轉時自我生滅過程的狀態切換，如執行結束、等待超時等，以及“Try Exception”后釋放資源返回“Free”。

ICT Engine重要任務之一是傳真隊列管理，如采用定時處理模式，則呼入傳真滿足M/M/1單窗口非拒絕系統，假設用戶泊松流呼入到達率為λ，每次接收傳真時間平均為μ；現在采用多線程模式接收，則為 M/M/m(n)模型[7]，其中n為呼入中繼數量，m為傳真資源數量，P0為系統空閑概率，ρ為排隊強度，因此傳真隊列平均等待時間Wq為：

ICT Engine如檢測到等待時間超過Wq，則提示用戶“系統正忙，請稍后再撥”；如突破預定門限，則上報ICT Flow進行業務切換或擴容。

3.4 ICT Flow調度

ICT Flow讀取GSL描述腳本VDS文件，由POI元件開始，根據下一跳元件的性質、參數進行判斷執行，包括對ICT Engine的基本呼叫處理以及調度其他非基本業務[6]。

數據庫SIB采用ADO接口而非ODBC接口，以提高數據庫訪問的速度和效率。

ICT Flow在設計時考慮運營商電信級要求，即系統可靠性要求在99.999%。常用有雙機同步、主備冗余和負荷分擔3種模式。FOS采用負荷分擔，在故障時由單系統承擔所有任務，可擴展的ICT Engine完成“1∶N”模式。單系統穩定可用度A=MTBF/(MTBF+MTTR)，按工控機的可靠性指標MTBF=12000，MTTR=2計算A=99.98%。負荷分擔模式：可靠性 ρ=1-(1-A)N，當 N=2時，可靠性為 99.9996%達到電信級要求。

4 關鍵技術實現

Web服務器采用了AJAX2.0技術，實現界面無縫刷新和快速展示，包括通過XMLHttpRequest的異步請求調用；對XML文檔的解析與處理；基于原型（prototype）的面向對象的Javascript。更重要的是 AJAX2.0技術是虛擬打印、電子簽章等實現的技術支撐。

虛擬打印服務，指將閱讀文檔轉換成標準TIF傳真，常見的方法有：（1）下載客戶端軟件，用戶自行轉換并上傳；（2）在線文檔編輯生成 TXT，由 API函數轉換；（3）安裝虛擬打印機，用戶虛擬打印生成TIF并上傳。（1）（3）對用戶操作能力有要求，（2）只能處理文字傳真。FOS中虛擬打印服務在網絡側安裝Office 2007自帶虛擬打印組件，采用多路并行隊列，平均每文檔處理時長為8 s。

電子簽名或電子簽章，個人用戶借助智能WAP終端與PKI數字安全認證系統，在文檔上“手寫”簽名文字生成加密傳真文件；企業用戶，調用單位公章PNG圖片（MD5加密），水印疊加在TIF傳真上。經過電子簽名或電子簽章的傳真頁受《電子簽名法》（2004年頒布）認可。

個性化的虛擬傳真號碼是一亮點，程控交換機需設置呼入中繼不定長收號；短信調用異步Web Service接口，即所謂“叮當”；由于瀏覽器無法直接預覽TIF，樹狀分級管理中包括PNG，用戶桌面顯示與數據同步更新。

網絡安全特色：常規網絡安全之外，FOS采用Web服務器內外網映射，數據服務器、文件服務器均在內網，黑客突破外網后，依然無法突破私有內網，雙Web服務器共享用戶訪問。

5 數據統計分析

圖6 用戶增長總數及單月活躍用戶統計

圖6顯示了自2010年3月至2011年3月間的用戶數據統計，用戶數從14000個上升到24000個，增加近一倍，且發現，隨著推廣深入，WAP/CDMA用戶從2010年12月開始有較大幅度攀升。數據顯示，月活躍接收用戶始終大于發送近300個。

中國“十一五”規劃綱要提出，“十一五”期間單位國內生產總值能耗降低20%左右、主要污染物排放總量減少10%[8]。圖7數據表明了FOS在節材節能方面的貢獻，傳真發送次數/接收次數比大約為7%。表明傳真約93%（Pr）是接收，7%（Ps）是發送。統計表明，被下載文件占接收傳真約1/3（Pp），默認下載打印。由于發送傳真前采用了虛擬打印及傳真預覽，傳真發送/虛擬打印比近似為7%（Pv），用戶提交100份實際發送7份。得出FOS系統的使用率：P=Pr×Pp+Ps×Pv≈31%，因此節材指標為 69%>>20%;目前 FOS包括了5臺浪潮NX7140（單臺最低能耗1400 W），月均在線用戶數為19504個，假設這些用戶仍使用傳統的G3傳真終端（節能模式下最低能耗7 W/臺），得出能耗比為(5×1400)/(7×19504)≈19%，由此FOS與傳統傳真相比，最少節能81%。

圖7 單月傳真數量與統計比例

6 結束語

FOS從運營商ICT增值角度出發，響應國家號召，將傳統的終端行為變成網絡行為，創新點包括個性化虛擬號碼、虛擬打印技術、Web預覽與電子簽章、郵件收發傳真等。對統計數據進一步分析，得出用戶傳真行為的一些典型特征，最后從數據層面證明了FOS系統在節能節材方面相比傳統傳真方式有很大改善。

1 王瑤.新老交替—傳真機還能走多遠，http://office.pconline.com.cn/news/0710/1131215_2.html

2 成際鎮,林曉勇.計算機電信集成技術及應用.北京：人民郵電出版社，2008

3 林曉勇,邵園園,金偉等.基于SIP協議的IP-PBX的研究與實現.西安郵電學院學報.2007,12(3):66～68

4 糜正琨,陳錫生,楊國民.交換技術.北京：清華大學出版社，2006

5 Eric W,Stefan T,Thomas M,et al.A service-oriented middleware for runtime Web Services interoperability Web Services.In:ICWS'06,Chicago,USA,2006

6 林曉勇,徐名海,閻鞏平.基于中間件技術的CTI應用平臺研究與實現.計算機應用與軟件,2009,26(11):95～97

7 石文孝.通信網理論與應用.北京：電子工業出版社，2008

8 國民經濟和社會發展第十一個五年(2006～2010年)綱要，http://www.gov.cn/ztzl/2006-03/16/content_228841_2.htm