基于網絡的新一代語音通信系統研究

于 淼，吳嘉慧，石瀟竹

（中國電子科技集團公司第二十八研究所，江蘇南京 210007）

0 引言

語音通信系統（完成系統對內/外、地地/地空話音通信功能）是隨著管制中心系統的應用需要和現代通信技術的不斷發展而逐漸成熟起來的。雖然商用的IP電話已經普遍應用，但是對于管制中心系統中所使用的語音通信系統，大部分仍采用電路交換體制，該體制已經不能適應于當前多媒體通信發展的需要，也無法滿足未來對通信組網應用的需求。

隨著網絡通信技術的不斷發展，電話、數據網絡融合或網絡一體化已成大勢所趨。網絡融合的目的就是采用一種網絡來承載所有業務，如音頻、視頻、數據業務，網絡的業務、控制、承載功能完全分離，取消了早期通信系統中的匯接局機制，使得通信網絡結構更加簡單，語音承載面趨向于平面化[1]。當前，地面基礎通信網絡正進行大規模建設和完善，也解決了傳輸帶寬的瓶頸問題，為新一代語音通信系統的發展提供了必要條件。目前，國外知名的內話供應商，如FREQUENTIS，HARRIS等，在其新建的語音通信系統中都采用了基于網絡電話的技術，國內也有不少廠家在進行換型工作。因此，建立以網絡為基礎、以軟交換技術為核心的新一代語音通信系統，已成為管制中心系統必然的發展方向和趨勢。新一代語音通信系統的發展趨勢必然是IP化，這并不僅是對傳輸和交換體制的改變，而是對于整體系統體系和性能的提升。本文結合管制中心系統的語音需求，對新一代語音通信系統的體系結構、網絡化應用和關鍵技術進行了研究和探討，以期對后續工程建設提供參考。

1 系統體系結構

1.1 系統功能

語音通信系統的基本功能主要為地地通信、地空通信、錄音錄時、系統管理等，對于新一代語音通信系統，借助軟交換和網絡化的優勢，在原有基本功能的基礎上，增加了區域地空話音組網、話音按需服務、路由控制選擇及席位遷移等方面的功能應用。

1.2 體系結構

系統從邏輯上可劃分為接入層、傳輸層、控制層和應用層[2]，如圖 1所示。

圖1 語音通信系統體系結構示意圖

接入層為系統用戶提供通信終端接入方式和媒體信令的IP化轉換，通過接入層系統可以接入新一代的通信終端，同時可將多種模擬通信線路通過媒體接入網關接入語音通信系統。通過接入層多種線路接入手段，系統實現了與電路交換語音通信系統的有效融合。

傳輸層指基于IP的數據鏈路網絡，是其他各層進行信息交互和通信數據傳輸的基礎。接入層的用戶終端通過傳輸層進行數據傳輸與信令交互，控制層通過傳輸層對接入層用戶與系統實現配置。該層可以與其他系統進行地面網絡資源的共享，不同的信息可根據自身的業務特點，設置不同的優先級，對于實時信息將優先保障其帶寬和時延要求。

控制層指軟交換控制、資源管理和用戶管理等提供基礎支撐服務的功能模塊。

應用層主要為系統提供地地通信、地空通信、話音服務等系統應用。

1.3 系統組成

新一代語音通信系統主要由幾部分關鍵設備組成：各類媒體接入網關、席位終端、軟交換機（IP-PBX）、管理應用服務器等，所有設備間通過IP網絡進行數據通信。系統實現了地地、地空話音通信以及通信資源組網功能，系統組成如圖2所示。

圖2 新一代語音通信系統組成

1.3.1 軟交換機

軟交換機是語音通信系統的核心設備[2]，是該區域內所有話音業務的具體調度者，主要完成呼叫接續、業務控制、話音混合、視頻拼接等功能，同時，可根據應用場景的需求，依靠各中繼接口板卡的支持，完成與傳統公共交換電話網絡、模擬用戶等的互聯互通。軟交換機作為本地席位/接入設備的代理和用戶管理的設備，與原有的程控交換機最大的區別在于話音業務基本不經過交換設備，即控制與業務的分離，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 管理應用服務器群

管理應用服務作為全系統的調度和管理的核心，負責系統狀態的監控、資源調度、跨區業務的協商等。這是由一組服務器組成的服務器群構成，其并不關心具體的話音業務的調度，也不進行協議的轉換等具體的業務。在管理應用服務器的統一調度下，可以完成區域內外用戶間的通信建立，其基本交換流程如圖4所示。

圖4 跨區域基本交換流程

1.3.3 終端和接入設備

席位終端主要實現人機操作界面的功能。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界面，同時支持地地/地空通信功能。

媒體接入網關主要實現對空電臺接入、模擬中繼線路接入的功能。它是一個獨立的模塊化設備，通過配備不同的功能模塊，從而實現不同的功能。采用互連網關可以使得新一代語音通信系統兼容現有通信網絡，擴大應用范圍。

2 網絡化應用

2.1 系統架構

空管系統是分區域、分層次進行系統設備管理，新型的管制中心系統的發展有相對集中的趨勢，盡可能地簡化底層系統的配置與規模，這樣對于本身就缺乏相應技術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的建設不能只是單純地完成單一管制中心的通信需求，應利用網絡化的特點，依靠地面基礎通信網絡，進行組網應用。

針對空管系統的這一特點，本文提出了基于網絡的新一代語音通信系統的整體系統架構，整合全國的通信資源，自頂向下可以分為核心管理層，基礎交換層以及邊緣接入層。系統架構如圖5所示。

2.2 應用分析

從目前的應用情況來看，由于機場管制中心的應用環境較簡單，基本就在同一機房內，配備的席位也有限，對語音通信系統功能需求較簡單，這一級的系統相對原有的管制中心語音通信系統變化較大，從單獨配備交換設備轉變為不配備軟交換機設備，這一層只作為邊緣的接入，將本地的小號、電臺等模擬資源接入組網系統中，交換服務則向分區一級移交；在簡化機場級設備的同時，也減輕了對機場維護人員的維護壓力。

圖5 系統架構示意圖

分區一級的軟交換機除對本分區內的IP電話、席位終端、小號、中繼等進行管理控制，還負責對下一級的機場內的設備進行呼叫控制管理。同時，對于地空通信能力，從使用的角度，不僅僅依靠本地電臺，而可任意地調度全區域內的電臺資源完成指揮。

在分區形成該區域內的統一交換基礎上，區域內配備管理應用服務器，管制應用服務器群在組網應用的模式下，管理應用服務器不只為本區域所轄的系統設備進行調度，而是多區域的服務器組成類似于“云服務中心”的服務集合[3]，并完成以下任務：

（1）系統狀態監控。對所轄的區域內所有的設備的健康狀況進行收集，對軟交換機、接入設備的資源占用情況進行統計，并且對地面網絡和地空網絡的狀況進行收集統計。

（2）資源調度。根據系統狀態的收集與統計，對系統已用和可用資源進行調度優化，避免出現一些軟交換和接入設備滿負荷運轉、另一些設備則未被使用的現象。對于網絡環境的變化，及時通報給用戶，并可以在一定承受范圍內進行流控處理。

（3）區域協調。建立面向全國管制中心用戶的云服務中心，接受用戶的話音服務申請，對于跨區、連續的服務，由該服務器群進行統一規劃，統一調配。

2.3 優勢分析

2.3.1 體制先進性

基于軟交換的機制與原有程控交換的最大區別在于業務與控制的分離，通信呼叫只在呼叫申請和結束時需要由軟交換機設備參與，通話過程中的話音業務流不經過交換機，只有在進行混音和視頻拼接時，才會根據網內資源狀況，交由指定的軟交換機設備來處理，所以，軟交換機具備的呼叫控制能力遠遠大于原有的程控交換設備。

除此之外，軟交換在很大程度上增強了平臺的開放性，各種新業務可方便地投放到平臺上。通過各種標準接口的提供，第三方可方便地進行二次開發，能有效豐富業務的種類[4]。

2.3.2 系統經濟性

基于網絡的新一代語音通信控制系統和以往的基于程控交換系統的語音通信系統相比，具有投資小、維護費用低的優點。除此之外，新一代系統有開放的接口和平臺，可以方便地進行新功能的升級和擴展，而不需要大量地采用新設備，這在很大程度上增強了其經濟性，這是傳統的電路交換機所無法比擬的。同時，通過合理的規劃，簡化機場級設備的投入，由分區一級進行統一交換，將更大地提高系統的經濟性。

在軟交換系統當中，業務的開展以及變化調整可以不必再對基礎網絡進行相應的調整，能夠在很大程度上增加業務的靈活性，避免基礎網絡升級所帶來的投資。

2.3.3 安全可靠性

以往管制中心內的語音交換機出現故障，所有席位則無法工作，而新一代語音通信系統完全不存在這方面的顧慮。機場和分區內的席位、IP電話、電臺話音等與軟交換機間沒有固定的隸屬關系，在管理應用服務器的調度下，相互間形成備份關系，并達到負載均衡，形成全網統一的組織交換體系。當初始設置的軟交換機出現故障時，會由管理應用服務器重新分配呼叫控制資源，即可以將該分區內的所有業務分配到臨近的其他分區的軟交換機設備上，其遷移過程用戶感覺不到。特殊情況下，如果機場與分區間的網絡通信鏈路中斷，多媒體接入設備可自動切換到本地工作模式，即轉換到獨立方式，支持席位終端撥打本地的模擬中繼線路，同時，使用本地的電臺，進行本場指揮。

3 結語

新一代語音通信系統采用IP體制，相對于原有的程控交換系統，技術實現采用軟交換的體制，將控制與業務分離，完成各個部分的呼叫控制，并依靠網絡化和信息化的優勢，在系統可靠性上大大提高。本文從系統網絡化應用的角度，研究了系統構架，隨著信息化的不斷深入，新一代語音系統將更好地發揮其作用，與管制中心系統更加緊密的結合。

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

[2]趙繼芳.信息技術的發展中軟交換技術的運用[J].民營科技，2014（2）.

[3]陳永衛，張中華，吉曉佳.基于云計算的電力調度軟交換系統研究[J].電力系統通信，2012（12）.

[4]聞敬.淺談軟交換系統應用中的優勢與不足[J].中國新技術新產品，2012（3）.