基于云計算的統一通信警務協同研究與應用

楊宗峰, 崔 松

(1.天津智導科技有限公司，天津 300192; 2.天津市公安局科技信息化處，天津 300020)

基于云計算的統一通信警務協同研究與應用

楊宗峰1, 崔 松2

(1.天津智導科技有限公司，天津 300192; 2.天津市公安局科技信息化處，天津 300020)

針對統一通信的資金高投入，為了提高統一通信的普及性，提出了托管型統一通信方案；整體方案基于云計算架構，由業務層、呼叫控制層、終端接入層和業務與網絡管理層組成，同時分析了統一通信業務，包括基本語音業務、多媒體會議、協同類業務、統一消息、終端業務等；研究了統一通信語音網關，設計中繼網關提高組網能力,設計接入網關擴展終端業務；探索了云架構的實現技術，包括P2PSIP技術、虛擬化技術、視頻編解碼技術等；P2P架構能夠使系統動態適應節點失效的情況，提高整個系統的可靠性與魯棒性；針對線路可提供帶寬的不確定性及不穩定性，為保證視頻質量，視頻會議采用可伸縮視頻編碼技術；研究成果應用于公安智能警務協同系統，提高了語音系統的用戶感知；同時分析了行業現狀，展望了未來前景。

統一通信；托管型統一通信；語音網關

0 引言

統一通信[1](unified communication)，又稱融合通信， 是指把傳統通信技術與計算機網絡技術融為一體的全新通信模式，其核心內容是滿足人們無論何時、何地，都可以通過任何設備、任何網絡，獲得音頻、視頻和數據的通信。也就是說，人們可以通過固定電話、計算機設備、移動設備等多樣化的終端，利用有線無線電信網、有線無線互聯網等多種傳輸媒介，進行自由的傳遞語音、傳真、即時消息、電子郵件、多媒體會議和數據文件等，進而達到以人為本的應用層面的融合與協同[2]。

云計算(cloud computing)是指通過互聯網為用戶提供按需服務模式，共享包括網絡、服務器、存儲、應用軟件等計算資源池，用戶按使用量付費的網絡交付信息服務。虛擬化技術是支持云計算的基礎架構，是一種資源管理技術，在操作系統之上或者操作系統與硬件層之間建立一層獨立的軟件層，將計算機的各種實體資源，進行虛擬和映射，打破實體結構間的不可切割的障礙，實現資源共享，提高資源利用率。

統一通信正處于發展初期，國際上以Avaya Aura和Cisco Call Manager為領導者，國內廠商以華為eSpace為領跑者，微軟、Mitel、IBM、Google、塔迪蘭、中興[3]等廠商均積極參與其中，一起促進其協同發展。最近國內基于互聯網的協同方案有WiseUC 和UcSTAR統一通信系統正風生水起，塔迪蘭Aeonix統一通信及協同系統引起極大的關注。

1 基于云架構的統一通信解決方案

云計算是分層的，從下向上分別為基礎設施(Infrastructure)、平臺(Platform)、軟件(Software)，相對應的服務即為基礎設施即服務IaaS(Infrastructure-as-a-Service)、平臺即服務PaaS(Platform-as-a-Service)、軟件即服務SaaS(Software-as-a-Service)。基于SaaS的托管型的統一通信即為UCaaS( UC-as-a-service)，降低了實施成本，同時獲取了最先進的技術，可以應用即時消息、多媒體會議、狀態呈現、通訊錄等功能，輔助以豐富的終端，提高跨地域溝通能力，實現各類通信的統一和簡化，提升通信效率，是一種全新的通信模式。基于云架構的統一通信部署參見圖1。

圖1 基于云架構的統一通信部署

1.1 云架構解決方案

在數據中心構建基于純云的托管架構和商業云私有云混合架構。數據中心云端設備統一管理，多點冗余備份，所有應用共享，用虛擬專用網(VPN)劃分各項目、各業務，涵蓋基礎語音業務、計費系統、聯絡中心、錄音系統、調度系統、音頻會議、多媒體會議、移動通信、企業通訊錄、即時消息、統一消息等通信業務。云端除建設商業云外，還具備虛擬私有云結構。新建項目可在既有集群基礎上，繼續增加服務器來擴容，也可以在私有云與商業云之間增加部署或遷移，提高云架構的靈活性。這樣，就可以將分散的業務應用融入一個強大的平臺之上，既可以提供用戶在私有云環境下業務運行，也可提供用戶分布式的解決方案。

統一通信解決方案一般由業務層、呼叫控制層、終端接入層和業務與網絡管理層組成。

業務層服務器主要提供統一通信各種業務，與客戶端結合滿足用戶的業務體驗，提供統一的消息管理功能。呼叫控制層的提供包括語音呼叫、傳真呼叫等多種呼叫業務。終端接入層為企業提供在線協同辦公的豐富通信手段，支持PC客戶端、手機客戶端、模擬話機、IP話機等，提供包括即時消息、狀態呈現、企業通訊錄、語音郵箱、會議等通信業務。業務和網絡管理層包括業務管理系統和統一網管。其中業務管理系統提供對號碼、帳號、會議、CDR、話務臺的管理功能以及自助服務功能，統一網管提供對語音網關、SBC、IP電話等網元的批量監控、升級、配置等。

1.2 業務和功能描述

統一通信提供了豐富的業務和功能[4]，主要業務分類包括IPT(IP Telephony)類業務、多媒體會議、協同類業務、統一消息、終端業務等。IPT業務包括基本語音業務、計費系統、聯絡中心、錄音系統、調度系統和語音會議。多媒體會議能夠提供語音、視頻、桌面共享、文件傳輸、電子白板、文字交流等豐富的會議協同功能。協同業務包括話機聯動業務、PC客戶端業務、移動客戶端業務以及一號通業務。統一消息業務，包括語音郵箱業務和傳真郵箱業務，登記該業務的用戶可以在任何地點、任何時間，通過電話、傳真、手機或PC連接到系統，獲取語音留言或傳真留言。終端業務包括Desktop終端設備、IP話機、專用軟電話和綜合接入設備IAD。

1.3 開放式組網能力

開放式網絡，支持多種信令與協議，包括SS7、PRI、R2、QSIG等主要窄帶信令和SIP寬帶信令，以及CSTA、網頁服務等標準協議。不僅具有強大而靈活的組網能力，而且可以提供第三方接口，用戶可在系統中無縫接入各種常見的應用或根據需要添加各種設備，與第三方應用軟件結合，實現第三方應用功能，提供如銀行、交通金融等行業的應用解決方案。統一網關通過接口機實現與已有酒店管理系統的對接，為酒店提供豐富的語音通信業務，從而提升酒店的通訊服務水平。當需要錄音的用戶終端分布比較分散或是有分支機構的情形時，選用基于SBC的IP錄音。解決方案支持與企業AD集成，可以將企業通訊錄單向同步到業務管理單元。與Outlook搭配使用時，可以通過Outlook實現呼叫聯系人、預約會議、同步聯系人等功能。支持與大型視頻會議的對接。

1.4 可靠性與安全性

提供服務器的雙機備份、網關本地再生、IAD斷網斷電逃生等，保證系統運行的高可靠性。通過統一配置和升級網元，統一配置UC業務等，提高可維護性。提供多層次、多維度的安全指標，并部署SBC、SVN等外網安全接入設備，以保證用戶外網接入的安全性。

2 統一通信語音網關

統一通信是基于語音交換的前提基礎上，結合IP網絡形成與發展的，因而對語音網關要求具備強大的VOIP[5]語音處理能力。它一般支持靜音檢測VAD(Voice Activity Detection)、壓縮及舒適噪音(CNG)、回波抵消、增益調節、Jitter Buffer和丟包補償(PLC)等技術，提供高質量的語音服務。支持TOS(Type of Service)和DSCP(Differentiated Services Code Point)以滿足語音流優先。支持RTCP(Real Time Control Protocol)協議，提供發送RTP(Real-time Transport Protocol)包總數、接收RTP包總數、發送字節總數、接收字節總數、時延、抖動、丟包率等統計信息。支持G.711(A-Law / U-Law)、G.729a/b、iLBC、G.722、G.722.1和G.722.2多種編解碼格式，同時系統支持語音編解碼切換和優先級選擇，以更好地滿足客戶需求。

2.1 中繼網關

中繼網關采用純SIP軟交換核心，寬窄帶一體化設計，實現了模擬話機和IP話機的混合組網，可以有效提高通信效率和降低運營成本。通過模擬或數字中繼，基于窄帶中繼或基于寬帶中繼實現與PSTN(public switched telephone network)或者專網語音交換設備的連接。

中繼網關不僅支持局內用戶互通的基本語音通訊，也支持點對點多媒體通信業務，提供基于SIP協議的多媒體終端相互之間的多媒體通信[6]，同時支持電路域T.30格式傳真、分組域T.38格式傳真和G.711透明傳輸。中繼網關提供用戶權限分級管理和策略限呼等高級業務和智能路由業務，在IP或TDM中繼故障后自動重選，能夠根據實際需求配置中繼選路的策略以達到局間通信的可靠性和費用最低的要求。提供語音會議功能，根據與會者加入會議的方式不同有預約式或即時式，其中預約式會議又可分為自行接入式、主席召集式和系統召集式。提供語音信箱業務，對語音留言進行統一的存儲和管理，用戶可以在任何時間、任何地點通過撥打語音留言提取字冠收聽留言。提供自動總機業務，即交互式語音應答業務，如果某號碼被設置為自動總機號碼，則呼叫該號碼時，播放語音提示，實現放音收號和自動轉接功能。中繼網關內置硬話機話務臺，與IP話機或POTS話機配合即可實現簡單的話務臺業務，也可以配備獨立的話務臺系統與網關對接，實現更多功能。中繼網關生成用戶話單信息，寫入并保存到話單池。中繼網關與話單服務器對接時，其他應用可以通過話單服務器獲取話單并進行解析。

2.2 接入網關

接入網關作為VoIP/FoIP媒體接入網關，應用于NGN(next generation network)網絡或IMS(IP multimedia subsystem)網絡，完成模擬語音數據與IP數據之間的轉換，并通過IP網絡傳送數據。

接入網關通過SIP(session initiation protocol)協議接入NGN/IMS網絡，在MGC(media gateway control)或SIP Server的控制下完成主被叫間的話路接續。支持多種方式接入IP網絡，如xDSL(x digital subscriber line)接入、交換機接入、GPON(gigabit-capable passive optical network)/EPON(ethernet passive optical network)接入。

3 云架構實現技術研究

3.1 P2PSIP技術

P2P架構能夠使系統動態適應節點失效的情況，提高整個系統的可靠性與魯棒性。P2P技術調動網絡中的所有節點都動態參與到路由、信息處理和帶寬增強等工作中，而不單純依靠中心服務器來處理，從而改進了傳統C/S模式下中心服務器的系統瓶頸問題，于是就擁有了高擴展性、健壯性和高容錯性的優勢。SIP協議由于它標準的開放性使其廣泛應用于VoIP、音視頻會議、即時消息、文本聊天、交互游戲等業務中，在IP分組網絡互聯中得到普遍的實時通信應用。P2PSIP架構融合兩者的優點，同時使用分布式哈希表DHT(distributed hash table)技術來實現搜索策略改善搜索效率。

P2PSIP電話架構的設計，擁有了P2P系統特有的可靠性和可擴展性優勢，同時更容易融入現在流行的IP電話系統協議框架，與任何現存的SIP-PSTN網關的IP電話結構以及基于服務器的IP PBX一起工作。

3.2 虛擬化技術

云架構采用虛擬化構建，支持VMWare 認證 、 Vmotion 、 Hyper-V等虛擬化技術，無需專用硬件，全功能支持虛擬化。系統可以做到靈活部署于機房、云，或者混合部署，能夠在AWS運行在線演示。系統針對第三方服務器托管模式，設計特有的BYOC(Bring Your Own Cloud) 自帶云計算方案。

虛擬化技術能夠減少物理資源投入，提高系統平臺的利用率。通過存儲虛擬化技術，用戶可在服務器內部搭建存儲資源池，大幅提高磁盤空間的利用率，降低對存儲的投資。分布式存儲性能出眾，可在集群環境中大幅提升IOPS(input/output operations per second)。同時通過服務器的CPU、內存資源池，用戶可按需建立虛擬機和虛擬網絡設備，有效減少業務平臺的硬件投資，合理利用空閑資源。后期網絡性能和存儲性能需要擴容時，用戶只需堆疊添加標準的服務器設備，即可實現整體資源池擴展，無需復雜的存儲遷移和網絡改造。

3.3 視頻編解碼技術

針對線路可提供帶寬的不確定性及不穩定性，為保證視頻質量，視頻會議采用可伸縮視頻編碼SVC (scalable video coding) 技術，細分為時域可伸縮性、空域可伸縮性和質量可伸縮性, 可產生不同幀速率、分辨率或質量等級的解碼視頻。能夠實現只通過一次編碼，即可實現不同傳輸碼率及分辨率的高清視頻、標清視頻、手機視頻，達到自適應視頻分層AVL(adaptive video layering)目的，隨時保持視頻畫面的流暢清晰。

自適應視頻分層技術，根據網絡資源狀況，考慮最優網絡利用率，為獲得最佳的視頻質量，采用分級控制，依照視頻流的優先級，動態改變視頻壓縮率，選擇不同的傳輸參數，確定不同的傳輸方案，從而適應不同的網絡線路資源。

4 產品在公安系統中的應用

基于云架構的統一通信系統為通信融合提供了擴展平臺，其中很多技術在天津市公安局智慧警務通訊系統建設項目中得以應用，將電話、消息、視頻、多媒體會議等多種通信方式有效地整合在一起，同時借助公安網VPN接入外出辦公人員的警務通手機和PAD終端，提高了溝通效率，很好的提升了現有語音系統的用戶感知，實現了語音電話、數據共享、視頻通信的信息融合。整個系統具有良好的開放性，為進一步的通信融合提供了擴展能力。

移動客戶端與固定客戶端一樣，具有一致的界面布局和使用體驗設計，實現語音、視頻、IM和會議等功能，能夠全面支持UC功能，包括接收/發送即時消息、群組聊天功能、好友列表管理和狀態、查看企業/個人通訊錄、企業通信錄多關鍵字搜索、VOIP呼叫、二次撥號、CTC點擊會議、多媒體會議等。同時支持多終端之間切換，兩方通話中轉移到第三方終端進行，支持數據會議，接受主講人的屏幕共享等。

5 結語

統一通信仍處于發展期，各國際巨頭在布局上各有側重，有些傾向于硬件解決方案例如華為，有些傾向于軟件解決方案例如微軟，更有華為、Polycom等傳統設備廠商紛紛與軟件提供商結盟，共同提供統一的解決方案。統一通信的性能，一般可以通過視頻系統、移動性及門戶化為衡量準則，與此同時，各廠商的解決方案和其他廠商互聯互通[7]也是亟待解決的問題。

[1] 葉 云.統一通信的實踐與標準化[A].中國通信標準化協會網絡與交換技術工作委員會(TC3)第十次全會[C]. 2008.

[2] 李 健, 韋 偉.統一通信及其標準化[J].電信網技術，2009(7):1.

[3] 穆志純. 走向成熟的統一通信——中興通訊統一通信解決方案[A]. 中國通信標準化協會網絡與交換技術工作委員會(TC3)第十次全會[C]. 2008.

[4] 黃山松. 統一通信平臺設計與業務實現[D].上海：復旦大學，2008.

[5] GOODEB Voice over Internet protocol(VoIP)[J].Proceedings of the IEEE，2002，90(9)：1495.

[6] 葉德謙，孟慶吉，張樹國. 基于SIP集中式視頻會議系統對私下會議問題的研究[J].微計算機信息，2006，(1-3)：78-79.

[7] 趙慧玲. 統一通信主要業務互通模式探討[A].中國通信標準化協會網絡與交換技術工作委員會(TC3)第十次全會[C]. 2008.

Unified Communications System Research and Application Based on Cloud Computing About Intelligent Policing Collaboration

Yang Zongfeng1，Cui Song2

(1.Tianjin Knowdoo Science and Technology Co., Ltd，Tianjin 300192，China; 2.Science and Technology Information Department，Tianjin Public Security Bureau，Tianjin 300020，China)

For high investment funds to unified communications, in order to improve the popularity of unified communications, UCaaS solution was designed and developed. The overall scheme was based on the cloud computing architecture and consisted of the service layer, the call control layer, the terminal access layer and the service and network management layer. Simultaneously unified communications services were analyzed, including basic voice services, multimedia conferencing, collaborative services, unified messaging, terminal services, etc. Voice gateway techniques were studied. the trunk gateway was designed to improve the networking capability, the access gateway was designed to expand the terminal business. The implementation technology about cloud architecture was explored, including P2PSIP technology, virtualization technology, video codec technology.P2P architecture can make the system adapt to the situation of node failure dynamically and improve the reliability and robustness of the whole system. In order to ensure video quality, video conferencing use scalable video coding technology to deal with the uncertainty and instability of the line bandwidth. The research results were applied to the public security intelligent police cooperation system, which improves the user perception of the speech system. Industry status was analyzed. At the same time, we look to the future prospects.

unified communication; UCaaS; voice gateway

2016-12-12；

2017-01-09。

楊宗峰(1970-)，男，碩士，工程師，主要從事光纖傳感、統一通信方向的研究。

1671-4598(2017)05-0222-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.05.061

TN91

A