統(tǒng)一通信應(yīng)用服務(wù)器軟件架構(gòu)研究

羅有平，周炳然

（1.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊050081；2.河北省教育考試院，河北石家莊050091）

0 引言

統(tǒng)一通信系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)中各自獨立的應(yīng)用業(yè)務(wù)系統(tǒng)，通過使用SIP協(xié)議[1]和移動解決方案，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層的融合[2]。為用戶提供多媒體電話、多媒體會議、即時消息及狀態(tài)呈現(xiàn)等富媒體業(yè)務(wù)，并提供通信業(yè)務(wù)開放接口，支持第三方應(yīng)用系統(tǒng)進行二次開發(fā)。統(tǒng)一通信可降低用戶通信成本，提高溝通效率，為用戶帶來全新的協(xié)作體驗，真正實現(xiàn)各類通信的統(tǒng)一，不受位置、時間或設(shè)備的影響[3]。

統(tǒng)一通信應(yīng)用服務(wù)器軟件從需求、設(shè)計、開發(fā)、測試到交付是一個漫長的過程，為適應(yīng)用戶需求的不斷變更與新增，需要構(gòu)建一個分層、可擴展、組件化的應(yīng)用服務(wù)器軟件架構(gòu)，以減少開發(fā)和交付應(yīng)用服務(wù)軟件的時間。

1 應(yīng)用服務(wù)技術(shù)研究

統(tǒng)一通信應(yīng)用服務(wù)位于通信業(yè)務(wù)控制服務(wù)之上，應(yīng)用服務(wù)業(yè)務(wù)的提供方式如圖1所示，通過業(yè)務(wù)觸發(fā)來完成用戶的接入、第三方注冊、業(yè)務(wù)提供及路由選擇等功能。應(yīng)用服務(wù)器（Application Server，AS）為多種有線無線接入網(wǎng)絡(luò)提供統(tǒng)一的業(yè)務(wù)功能，實現(xiàn)用戶平面、控制平面和業(yè)務(wù)平面的分離[4]。AS與CSCF之間采用標(biāo)準(zhǔn)的ISC接口[4]，與HSS之間采用標(biāo)準(zhǔn)的Sh接口。

圖1應(yīng)用服務(wù)業(yè)務(wù)提供方式

應(yīng)用服務(wù)獨立于控制服務(wù)，通信業(yè)務(wù)控制服務(wù)不需要處理業(yè)務(wù)邏輯，為統(tǒng)一通信系統(tǒng)提供基礎(chǔ)能力支持，包括用戶注冊、用戶管理、地址解析和路由及業(yè)務(wù)觸發(fā)等。通信業(yè)務(wù)控制根據(jù)用戶的初始過濾規(guī)則進行業(yè)務(wù)觸發(fā)，AS接受通信業(yè)務(wù)控制服務(wù)觸發(fā)的業(yè)務(wù)，各個AS分別實現(xiàn)業(yè)務(wù)的具體邏輯，完成業(yè)務(wù)邏輯處理，并返回處理結(jié)果。這種分離使得業(yè)務(wù)的開發(fā)、提供和部署獨立于承載網(wǎng)絡(luò)層，業(yè)務(wù)邏輯不受制于承載網(wǎng)絡(luò)，從而具有更大的靈活性，促進富媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展與融合。

2 可擴展的應(yīng)用服務(wù)軟件架構(gòu)設(shè)計

統(tǒng)一通信應(yīng)用服務(wù)器軟件采用松耦合、模塊化的軟件架構(gòu)，其中應(yīng)用服務(wù)開發(fā)基礎(chǔ)平臺是統(tǒng)一通信應(yīng)用服務(wù)器軟件架構(gòu)的核心，是應(yīng)用邏輯的基礎(chǔ)構(gòu)建，軟件架構(gòu)如圖2所示。通過業(yè)務(wù)開放網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)第三方應(yīng)用系統(tǒng)的二次開發(fā)[5]，應(yīng)用服務(wù)器為用戶提供B/S和C/S模式的客戶端[6]。

圖2應(yīng)用服務(wù)器軟件體系架構(gòu)

2.1 操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)軟件是應(yīng)用服務(wù)器內(nèi)部連接硬件資源和應(yīng)用軟件的系統(tǒng)軟件[7]，基于開放源碼的Linux操作系統(tǒng)具有良好的開放性，Linux操作系統(tǒng)主要由4部分組成：

①應(yīng)用程序：與用戶的關(guān)系最密切，用戶應(yīng)用程序處在操作系統(tǒng)的最高層，作為操作系統(tǒng)的一個進程來運行。

②系統(tǒng)調(diào)用庫：系統(tǒng)調(diào)用的集合即應(yīng)用編程接口（API），是應(yīng)用程序與系統(tǒng)之間的接口，是連接用戶進程與內(nèi)核中服務(wù)函數(shù)的紐帶，通過執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用庫，便可進入到內(nèi)核空間，運行內(nèi)核中對應(yīng)的服務(wù)函數(shù)。

③內(nèi)核：內(nèi)核是操作系統(tǒng)的核心程序，它向外部提供對設(shè)備的管理和調(diào)用，包括內(nèi)核抽象、對硬件資源的訪問、內(nèi)存和磁盤上的文件管理及網(wǎng)絡(luò)上收發(fā)數(shù)據(jù)包等。

④硬件：整個計算機系統(tǒng)中的物理設(shè)備，包括CPU、硬盤、內(nèi)存及網(wǎng)口等。

2.2 應(yīng)用服務(wù)開發(fā)基礎(chǔ)平臺

應(yīng)用服務(wù)開發(fā)基礎(chǔ)平臺包括零操作系統(tǒng)（ZOS）、網(wǎng)絡(luò)層套接字接口（SELECT/EPOLL）、XML編解碼器、協(xié)議棧、事務(wù)層、Shell、定時器及高可用性等構(gòu)件，具體如下：

① ZOS：基于操作系統(tǒng)之上的服務(wù)平臺，提供了支持多種操作系統(tǒng)環(huán)境下的統(tǒng)一抽象接口操作，使得應(yīng)用服務(wù)能夠獨立于特定的處理機、編譯器和操作系統(tǒng)等應(yīng)用環(huán)境，降低操作系統(tǒng)對應(yīng)用開發(fā)和維護的影響，使開發(fā)人員把更多的精力放在對應(yīng)用的設(shè)計實現(xiàn)上。

②套接字：套接字屏蔽底層網(wǎng)絡(luò)的一些復(fù)雜的協(xié)議，使開發(fā)人員可以方便地訪問TCP/UDP/IP，從而開發(fā)出各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)。

③ XML編解碼器：XML已成為互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)[8]，不僅用于數(shù)據(jù)交換，也經(jīng)常用于定義各種配置文件，因此，XML編解碼器在基礎(chǔ)平臺的構(gòu)建過程中也十分重要。

④協(xié)議棧：以一個事務(wù)周期為其工作周期，協(xié)議棧模塊啟動后，首先打開傳輸層監(jiān)聽，對消息進行解析，并將解析出的數(shù)據(jù)送入存儲區(qū)，應(yīng)用服務(wù)處理后，再通過傳輸層發(fā)送出去。協(xié)議棧中的狀態(tài)機在每個事務(wù)周期完成后改變自身的狀態(tài)，下個周期開始后根據(jù)接收到的消息類型確定采用的數(shù)據(jù)處理方法和文本生成方式，并在特定的狀態(tài)下開啟多媒體會話進程，使整個會話能夠正常進行。

⑤定時器：統(tǒng)一通信系統(tǒng)離不開通信協(xié)議，而定時器是保證通信協(xié)議正常運行的基本要素之一。通常通信協(xié)議用到的定時器定時精度要求不高，但數(shù)量比較大，而硬件提供的定時器個數(shù)很少，操作系統(tǒng)提供的定時器要么數(shù)量有限，要么太多的定時器會降低系統(tǒng)性能，不能滿足要求，所以采用軟件實現(xiàn)大量定時器的方法。

⑥ Shell：對于Linux來說，圖形桌面只是Linux的一個應(yīng)用程序，應(yīng)該說Linux對于用戶的真正的界面就是Shell，通過Shell來調(diào)試和測試程序，極大地方便測試和定位問題。

⑦高可用：因為數(shù)據(jù)是冗余備份的基礎(chǔ)，所以高可用模塊以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)。主備應(yīng)用服務(wù)器間通過心跳相互檢測，主應(yīng)用服務(wù)器工作時，在檢查點將關(guān)鍵數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，一旦主應(yīng)用服務(wù)器故障，備應(yīng)用服務(wù)器可通過心跳異常檢測到，備應(yīng)用服務(wù)器由待機態(tài)轉(zhuǎn)為工作態(tài)，從數(shù)據(jù)庫提取故障發(fā)生前最近一次檢查點的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，按照此數(shù)據(jù)將軟件恢復(fù)到主應(yīng)用服務(wù)器故障前的狀態(tài)，并將自身轉(zhuǎn)為主應(yīng)用服務(wù)器。

2.3 業(yè)務(wù)開放網(wǎng)關(guān)

業(yè)務(wù)開放網(wǎng)關(guān)是統(tǒng)一通信應(yīng)用服務(wù)器中的重要組成部分，主要功能是將應(yīng)用服務(wù)以Web服務(wù)接口的形式開放給第三方，使其能夠更加簡單方便地開發(fā)應(yīng)用。業(yè)務(wù)開放網(wǎng)關(guān)提供Web服務(wù)發(fā)布的渠道，將描述Parlay X API能力的WSDL文件轉(zhuǎn)換為Web服務(wù)接口代碼，并提供SOAP消息的編解碼功能，以實現(xiàn)對具體Parlay X API的調(diào)用，并且業(yè)務(wù)開放網(wǎng)關(guān)具有將Parlay X API與SIP進行映射轉(zhuǎn)換功能，它需要將Web Service方式的接口調(diào)用經(jīng)過邏輯處理轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的SIP信令發(fā)給相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)單元。

3 應(yīng)用服務(wù)開發(fā)及實踐

應(yīng)用服務(wù)與客戶端進行協(xié)議交互，協(xié)作完成統(tǒng)一通信系統(tǒng)各項功能，主要功能包括視頻對講、多媒體會議、即時消息、用戶狀態(tài)呈現(xiàn)、群組管理、通訊錄管理、文件傳輸及寄出通訊錄管理等。基于上述的應(yīng)用軟件開發(fā)基礎(chǔ)平臺，進行統(tǒng)一通信應(yīng)用服務(wù)開發(fā)，如圖3所示。

圖3統(tǒng)一通信應(yīng)用服務(wù)開發(fā)

4 結(jié)束語

統(tǒng)一通信應(yīng)用軟件架構(gòu)采用分層模塊化的設(shè)計思想，用AS技術(shù)實現(xiàn)多媒體電話業(yè)務(wù)、多媒體會議業(yè)務(wù)和融合通信業(yè)務(wù)等功能。分別采用SIP協(xié)議實現(xiàn)多媒體會話控制，采用MSRP協(xié)議實現(xiàn)圖片、視頻及文件等內(nèi)容的可靠傳輸，采用Parlay X Web Service技術(shù)實現(xiàn)業(yè)務(wù)能力封裝與提供。

提出的多因子按需加權(quán)分群算法中，按需的含義在于通過綜合分析各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境參數(shù)對網(wǎng)絡(luò)分群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，并對各種決定性參數(shù)變量賦予不同的對應(yīng)權(quán)值，實現(xiàn)一種優(yōu)化的分群算法，提高大規(guī)模動態(tài)變化網(wǎng)絡(luò)管理的實時性和可靠性。

[1]Rosenberg J,Schulzrinne H,Camarillo G,etc.RFC3261,SIP:Session Initiation Protocol[S].Internet Engineering Task Force,2002:6.

[2]陳立水,王俊芳,趙進平,等.統(tǒng)一通信技術(shù)研究及展望[J].無線電通信技術(shù),2014,40(2):1-3,11．

[3]張海,SIP模式下統(tǒng)一通信端系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].信息通信,2016,167(11):194-195.

[4]3GPP TS 23.228 V13.2.0,IP Multimedia Subsystem(IMS);stage 2[S].3rd Generation Partnership Project,2015.

[5]鄭侃.IMS點擊撥號業(yè)務(wù)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D].北京:北京郵電大學(xué),2011.

[6]史黎黎,牛賓.基于Linux系統(tǒng)的即時通信軟件開發(fā)[J].無線電工程,2015,45(8):94-96.

[7]杜金祥,杜宇軒.基于Linux的局域網(wǎng)聊天系統(tǒng)設(shè)計[J].山西電子技術(shù),2014(1):67-69.

[8]孫婧,劉瑩,孟景濤,等.基于XML的軟件通用程序框架[J].無線電工程,2015,45(6):25-27.