一種SIP軟交換協(xié)議的多網(wǎng)系融合通信系統(tǒng)設(shè)計

四創(chuàng)電子股份有限公司 王 飛

針對應(yīng)急行業(yè)指揮通信系統(tǒng)多種通信手段使用復(fù)雜，多網(wǎng)數(shù)據(jù)難以有效融合的問題，提出了一種基于SIP軟交換協(xié)議的多網(wǎng)系融合通信系統(tǒng)設(shè)計方案，分析了系統(tǒng)的組成架構(gòu)，對關(guān)鍵技術(shù)進行了具體描述，并給出了系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。

目前，我國應(yīng)急管理行業(yè)信息化建設(shè)方興未艾，各地應(yīng)急管理部門對通信系統(tǒng)的技術(shù)要求也不斷提高，應(yīng)急通信作為各種應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)承載系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著極為重要作用，通信系統(tǒng)的調(diào)度能力和可靠性直接決定著應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)的效率和成敗。應(yīng)急部門常用的固定式指揮所和機動式指揮通信系統(tǒng)作為應(yīng)急指揮體系的主要組成部分，在建設(shè)時就考慮了采用多種通訊手段備份，包括但不限于370M集群、衛(wèi)星通信網(wǎng)、4G通信網(wǎng)、天通等多種通訊手段，系統(tǒng)呈現(xiàn)多、小、體系各不相同特點，并且數(shù)據(jù)類型雜亂各自獨立，“信息孤島”成為必然現(xiàn)象。IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)與發(fā)展使不同體系的通信系統(tǒng)有了一種統(tǒng)一的傳輸平臺，使這些不同體系通信的信令有了統(tǒng)一的可能。

針對以上問題，考慮采用綜合數(shù)據(jù)接入網(wǎng)關(guān)、基于SIP協(xié)議的軟交換和一體化綜合調(diào)度等手段，研發(fā)新一代通信一體化調(diào)度機，該系統(tǒng)可有效解決多種通信方式接入、通信融合和一體化指揮調(diào)度的問題，從而極大簡化人員操作流程，有效提升應(yīng)急指揮效率。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于SIP軟交換協(xié)議的多網(wǎng)系融合通信系統(tǒng)具備多種通信方式接入、數(shù)據(jù)SIP統(tǒng)一封裝、軟交換和一體化指揮調(diào)度等功能。

系統(tǒng)主要由小型化信息處理硬件平臺和指揮調(diào)度軟件平臺組成。硬件平臺主要完成音視頻信息的采集、處理、IP傳輸。集成多種類型業(yè)務(wù)模塊，通過網(wǎng)絡(luò)總線背板，實現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)中音視頻數(shù)據(jù)的融合和信令的統(tǒng)一。通過指揮調(diào)度平臺的操控和設(shè)置來實現(xiàn)多種體系通信的音視頻的互聯(lián)互通，軟件采用SOA面向服務(wù)的架構(gòu)設(shè)計，提供可跨平臺部署的服務(wù)端和客戶端。

系統(tǒng)架構(gòu)見圖1所示。

系統(tǒng)分為五層，設(shè)備層包括采用不同網(wǎng)絡(luò)制式的前端設(shè)備，如短波、超短波電臺、電話、視頻會議終端等；接入層由多種不同的網(wǎng)關(guān)組成，負(fù)責(zé)將接入的不同設(shè)備數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為遵循SIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，從而利于數(shù)據(jù)的IP化處理和信令對接；接入層處理后的數(shù)據(jù)分為視頻、音頻和文本三大類；遵循SIP協(xié)議的統(tǒng)一注冊到軟交換服務(wù)軟件中，成為軟交換資源池的通道，再通過調(diào)度軟件進行統(tǒng)一調(diào)度和管理，形成如語音、視頻、會議等控制功能。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 RTSP-SIP網(wǎng)關(guān)原理框圖

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 RTSP-SIP轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)設(shè)計

IP化視頻存在視頻監(jiān)控和視頻會議兩大陣營，分別遵循RTSP協(xié)議和SIP協(xié)議，信令層協(xié)議的不同導(dǎo)致兩者無法互聯(lián)互通，而RTSP-SIP轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)技術(shù)是通過建立信令轉(zhuǎn)換服務(wù)，實現(xiàn)RTSP設(shè)備與SIP設(shè)備之間的信令翻譯，從而使得視頻監(jiān)控用的攝像頭可直接通過SIP注冊的方式接入軟交換系統(tǒng)，進而與視頻會議終端、SIP視頻話機等終端設(shè)備直接互通。RTSP-SIP網(wǎng)關(guān)原理如圖2所示。

2.2 音視頻融合會商設(shè)計

圖3 音視頻融合會商原理框圖

音視頻融合會商模塊通過SIP協(xié)議終端注冊流程獲取終端能力，建立終端類型庫，終端類型分為音頻終端、音視頻終端和視頻終端三類，對于音頻終端，根據(jù)不同終端音頻編碼方式（G711/G729）調(diào)用不同的解碼庫對音頻數(shù)據(jù)解碼，再將解碼后的音頻提除本源數(shù)據(jù)后混音下發(fā)到相應(yīng)終端，視頻終端底層編解碼協(xié)議目前支持H.264，采用開源的ffmpeg軟件對輸入的視頻進行解碼，再將畫面融屏，形成多畫面編碼后下發(fā)相應(yīng)的終端和調(diào)度平臺。軟交換中的SIP模塊對每一個終端分別建立一個SIP代理線程，并根據(jù)終端的不同類型分別下發(fā)數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)音視頻融合會商功能。音視頻融合會商原理如圖3所示。

圖4 軟交換內(nèi)部核心模塊與外圍模塊組成及關(guān)系框圖

圖5 系統(tǒng)示意圖

圖6 調(diào)度平臺軟件操作頁面

2.3 軟交換設(shè)計

軟交換分系統(tǒng)負(fù)責(zé)具體的通道開辟、橋接、信令對接、撥號控制、編解碼等功能的實現(xiàn)。同時接受本地通信調(diào)度平臺的操作命令下發(fā)給軟交換服務(wù)實現(xiàn)。

軟交換系統(tǒng)是運行于通信一體化調(diào)度機主控板中的服務(wù)程序，軟交換系統(tǒng)負(fù)責(zé)終端與終端、終端與系統(tǒng)、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的信令對接和媒體數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)控制，本次設(shè)計的軟交換是基于Asterisk開源軟交換系統(tǒng)進行深度定制開發(fā)。

軟交換服務(wù)主要包括核心模塊和外圍動態(tài)可加載模塊兩大模塊。其中核心模塊又包括PBX交換核心模塊、調(diào)度和I/O管理模塊、應(yīng)用調(diào)用模塊、編解碼轉(zhuǎn)換模塊、動態(tài)模塊加載器模塊和CDR生成模塊六大模塊。軟交換服務(wù)運行時首先啟動軟交換內(nèi)核，并動態(tài)加載相應(yīng)模塊，如應(yīng)用程序、橋接、信道驅(qū)動等。軟交換內(nèi)部核心模塊與外圍模塊組成及關(guān)系如圖4所示。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

通過對基于SIP軟交換協(xié)議的多網(wǎng)系融合通信系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計的分析，最終實現(xiàn)了該系統(tǒng)。基于SIP的軟交換設(shè)計不僅提高了系統(tǒng)的兼容性，還使得系統(tǒng)的級聯(lián)和擴展更加方便，提升了系統(tǒng)的開放性。系統(tǒng)示意見圖5所示。

開發(fā)出的軟件調(diào)度平臺用于通信調(diào)度管理，向用戶提供通信調(diào)度服務(wù)，按功能軟件分為撥號管理、強插拆控制、分組管理、通信互連控制四大模塊，其中撥號管理實現(xiàn)終端撥號、電話簿和通話記錄功能；強插強拆控制用于控制終端強插、強拆等功能；分組管理實現(xiàn)各種通信方式的分組、入組、拆組等功能；通信互連控制實現(xiàn)一體化調(diào)度機之間組網(wǎng)與互連控制。調(diào)度平臺軟件操作頁面如圖6所示。

結(jié)束語：本文基于RTSP-SIP轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)技術(shù)、音視頻融合會商技術(shù)設(shè)計了一種基于SIP軟交換協(xié)議的多網(wǎng)系融合通信系統(tǒng)，完成了綜合接入與SIP軟交換服務(wù)主機和一體化指揮調(diào)度平臺設(shè)計，實現(xiàn)了多網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)軟交換和一體化指揮調(diào)度功能。系統(tǒng)經(jīng)測試，可滿足各種應(yīng)急通信調(diào)度的場合應(yīng)用。