軟交換技術在衛(wèi)星通信IP業(yè)務中的應用

陳 濤，楊仁慶

（中電防務科技有限公司，江蘇 南京 210014）

1 研究背景

在目前的衛(wèi)星通信應急系統(tǒng)中，通常有模擬語音、IP語音及傳統(tǒng)的PSTN有線語音，相對而言，由于各系統(tǒng)語音編解碼方式不相同、傳輸速率不相同，呼叫的接續(xù)流程獨立。衛(wèi)星通信應急系統(tǒng)中語音相對獨立，其互通性常常僅是針對衛(wèi)星站型間語音業(yè)務的互通，未將整個系統(tǒng)內(nèi)全部語音進行系統(tǒng)考慮，從而整個語音通信的可靠性和自動化程度較低。目前衛(wèi)星通信網(wǎng)絡建設已經(jīng)具一定規(guī)模，許多信息都基于衛(wèi)星IP網(wǎng)絡傳輸。基于IP網(wǎng)絡組建語音系統(tǒng)是應急通信系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，要求組網(wǎng)簡單、可靠性高、擴充性好、業(yè)務擴展靈活，可以將有線、無線語音等業(yè)務擴展到統(tǒng)一的IP網(wǎng)絡平臺上。衛(wèi)星通信應急系統(tǒng)采用軟交換技術，實現(xiàn)應急指揮中心與機動站型的語音通信，并將模擬語音、IP語音以及傳統(tǒng)的PSTN有線語音進行無縫對接，實現(xiàn)語音之間的互聯(lián)互通。

本文針對控制語音業(yè)務窄帶域的軟交換設備，對軟交換技術在衛(wèi)星IP網(wǎng)絡中的應用進行探討，推動呼叫控制的程序化、標準化，對促進衛(wèi)星通信語音業(yè)務發(fā)展有著重要作用。

2 軟交換技術簡述

軟交換技術是在IP電話網(wǎng)絡業(yè)務中誕生的一種新技術，其應用模式靈活方便，是一種基于分布式技術的軟件系統(tǒng)，不同設備基于網(wǎng)絡IP鏈路通過軟交換技術可以進行互聯(lián)互通；它與設備底層硬件相互獨立，對于各種業(yè)務層面的通信同步協(xié)議進行統(tǒng)一處理，兼容性及自適應能力較強。

軟交換可為語音通信這種要求實時性的業(yè)務提供呼叫及連接控制。如圖1所示，軟交換采用分層和構件化[1]的網(wǎng)絡結構，從下至上依次分為媒體接入層、傳輸層、控制層、業(yè)務/應用層，可根據(jù)使用需求采用軟件可定義方式組網(wǎng)。

圖1 基于軟交換技術的網(wǎng)絡結構示意圖

媒體接入層主要作用是實現(xiàn)多種網(wǎng)關、IP語音設備的接入，媒體接入層自適應各種接入設備的語音編解碼并完成格式的轉(zhuǎn)換。媒體接入層需控制層設備提供呼叫與連接控制實現(xiàn)具體的語音業(yè)務。

傳輸層在軟交換中，語音數(shù)據(jù)主要以IP媒體流的形式經(jīng)同一IP網(wǎng)絡進行傳輸，這是傳輸層需要完成的功能。傳輸層要求傳輸?shù)膸捰斜ＷC并具有一定QoS功能的分組網(wǎng)絡。

控制層是軟交換的呼叫交互中心。該層設備被稱為語音業(yè)務軟交換管理設備、軟交換機或IP媒流體呼叫代理等，用來控制媒體接入層多種網(wǎng)關、IP語音設備呼叫完成語音通信業(yè)務。軟交換設備主要具有呼叫控制、提供語音業(yè)務、語音數(shù)據(jù)處理交換、資源分配、網(wǎng)關及IP語音設備注冊等功能。

業(yè)務/應用層在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中，根據(jù)相應設備做定制開發(fā)，一般來說不是開放資源的，容易受到各種制約。軟交換技術就是為方便研發(fā)人員進行定制開發(fā)，為實際使用客戶呈現(xiàn)更好的業(yè)務功能。軟交換對控制與業(yè)務進行分離，業(yè)務部分形成相對獨立的業(yè)務/應用層。業(yè)務/應用層利用各種設備來支持語音數(shù)據(jù)業(yè)務。應用服務器向語音數(shù)據(jù)通信研發(fā)人員開放權限提供相對獨立的API接口。對于研發(fā)人員來說，不用去具體了解整個業(yè)務網(wǎng)絡的具體情況。用戶數(shù)據(jù)庫存儲用戶的相應配置及參數(shù)。功能服務器用于網(wǎng)關及IP語音設備注冊管理。業(yè)務服務器提供語音業(yè)務所需的媒流體資源分配。

IAD接入設備具有FXS接口、IP業(yè)務接口，基于IP網(wǎng)絡進行語音通信。具體發(fā)送過程是在IAD接入設備中對電話機模擬語音信號進行編碼壓縮封裝，而后轉(zhuǎn)換成IP包，按照標準控制協(xié)議、流媒體傳輸協(xié)議在IP網(wǎng)絡中傳輸。接收過程則是先收到IP語音數(shù)據(jù)，通過IAD接入設備將IP信號解碼轉(zhuǎn)換成模擬語音信號。多個IAD接入設備可共享IP網(wǎng)絡資源進行語音業(yè)務互聯(lián)。

中繼網(wǎng)關設備具有數(shù)字E1中繼接口及IP中繼接口，能夠承載PSTN及IP網(wǎng)絡，通過E1接口2M鏈路No.7/ISDN Pri信令與PSTN域互聯(lián)，通過IP中繼接口IP網(wǎng)絡鏈路SIP協(xié)議與軟交換互聯(lián)。通過以上組網(wǎng)方式，中繼網(wǎng)關可完成PSTN及IP域互聯(lián)互通。

3 模型規(guī)劃和軟交換的應用

本文提出的基于軟交換的語音業(yè)務系統(tǒng)主要包括IAD模擬網(wǎng)關、中繼網(wǎng)關、軟交換中心及IP話機、IP終端等，如圖2所示。衛(wèi)星車載站裝備IAD模擬網(wǎng)關設備連接模擬電話機、裝備IP話機。便攜站終端裝備模擬網(wǎng)關板卡連接模擬電話機，通過IP接口連接IP話機，通過Wi-Fi熱點擴展連接IP智能終端。衛(wèi)星地面站裝備IAD模擬網(wǎng)關設備連接模擬電話機、裝備IP話機，裝備中繼網(wǎng)關通過E1接口2 M鏈路No.7/ISDN Pri信令連接程控交換機。

圖2 基于軟交換技術話音業(yè)務模型

IAD模擬網(wǎng)關、IP話機通過G.711、G.729、G.723等多種格式進行語音編解碼，通過RTP標準傳輸協(xié)議在IP網(wǎng)絡中進行語音數(shù)據(jù)IP包傳輸。通過控制協(xié)議RTCP，同步語音數(shù)據(jù)IP包，并且針對語音數(shù)據(jù)進行QoS反饋，保障語音數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。

傳統(tǒng)的數(shù)字程控交換機，一個電話終端接入，用戶的語音數(shù)據(jù)數(shù)字化處理，對應PCM的2M總線中的一個64 kbps時隙，一條2 M總線有32個時隙，其中第0時隙Ts0為幀同步碼、16號時隙Ts16作為信令時隙，實際可同時接入30個電話終端用戶[3]。

在衛(wèi)星地面站需要裝備中繼網(wǎng)關設備完成IAD模擬網(wǎng)關、IP話機SIP信令控制協(xié)議與數(shù)字程控交換機No.7/ISDN Pri控制協(xié)議及信令，及RTP網(wǎng)絡語音數(shù)據(jù)包與PCM語音數(shù)據(jù)格式的互相轉(zhuǎn)化。

實際應用中，對衛(wèi)星通信語音業(yè)務模型進行簡化。如圖3所示連接，IP PBX為軟交換及中繼網(wǎng)關融合設備，可提供較大容量的用戶交換能力。各IAD模擬網(wǎng)關設備、IP話機等終端注冊到IPPBX軟交換中心上，便于對支線局點的統(tǒng)一管理，且支線局點的數(shù)量可根據(jù)實際需要靈活配置[2]。IPPBX位于PSTN與IP網(wǎng)的接口處，實現(xiàn)FXSE1與SIP協(xié)議的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)遠端及機動站型IAD模擬網(wǎng)關設備、IP話機與衛(wèi)星地面站IAD模擬網(wǎng)關設備、IP話機之間的轉(zhuǎn)接，同時完成PSTN承載通道與IP網(wǎng)之間的媒體流轉(zhuǎn)換。

圖3 基于軟交換技術語音業(yè)務簡化模型

號碼分配：本地IPPBX和程控交換機側(cè)的號碼分配為9*****，其中90***為軟交換中心上注冊的話機號碼，91***～99***為程控分配的話機號碼。

規(guī)則設置：各IAD模擬網(wǎng)關設備、IP話機等終端先注冊到IPPBX軟交換中心，即軟交換端號碼為90***，語音終端在軟交換內(nèi)部可以互相通信。

由IPPBX軟交換進入程控交換機的語音，軟交換端號碼為90***，程控端的號碼為91***，當90***呼叫91***時，需要設置IPPBX軟交換中心指向本地中繼網(wǎng)關TG的路由。

由程控交換機進入IPPBX軟交換的語音，程控端的號碼為91***，軟交換端號碼為90***，當91***呼叫90***時，需要設置程控交換機指向本地中繼網(wǎng)關TG的路由，中繼網(wǎng)關TG通過內(nèi)部路由直接呼叫IPPBX軟交換中心上注冊的號碼。

對于有線IP網(wǎng)絡進行擴展，利用Wi-Fi熱點可將語音業(yè)務延伸到IP智能終端上。通過IP智能終端的SIP專用軟件，可實現(xiàn)IP智能終端在IPPBX上注冊，從而實現(xiàn)IP智能終端與機動站型IAD模擬網(wǎng)關設備、IP話機及衛(wèi)星地面站IAD模擬網(wǎng)關設備、IP話機之間的互通，同時完成與PSTN的互通。

在不改變語音框架結構的情況下，各IAD模擬網(wǎng)關設備、IP話機和IP智能終端接入到統(tǒng)一的軟交換平臺，軟交換可以直接和程控互聯(lián)互通，擁有程控對接的能力。由于可以通過軟交換再組網(wǎng)的方式簡化軟件的配置和管理壓力，從而可減少帶寬流量，對于衛(wèi)星傳輸?shù)姆绞捷^為有利。

如圖4所示，基于軟交換技術語音通信具體流程如下：（1）車載站、便攜站終端注冊成功后摘機撥號發(fā)起呼叫，向軟交換中心發(fā)起Invite請求；（2）軟交換中心確認通過后向地面站終端轉(zhuǎn)發(fā)Invite請求；（3）軟交換中心向車載站、便攜站終端發(fā)送呼叫應答消息，100 Trying；（4）地面站終端向軟交換中心送呼叫的應答消息，100 Trying；（5）地面站終端振鈴，向軟交換中心發(fā)送180 Ringing振鈴信息；（6）軟交換中心向車載站、便攜站終端轉(zhuǎn)發(fā)180 Ringing振鈴消息；（7）地面站終端摘機，向軟交換中心返回應答200 OK；（8）軟交換中心向車載站、便攜站終端轉(zhuǎn)發(fā)該應答消息200 OK；（9）車載站、便攜站終端收到消息后，向軟交換中心發(fā)ACK消息進行確認；（10）軟交換中心將ACK確認消息轉(zhuǎn)發(fā)給地面站終端；（11）車載站、便攜站與地面站終端之間進行語音通信；（12）通話結束后，地面站終端掛機，向軟交換中心發(fā)送Bye消息；（13）軟交換中心轉(zhuǎn)發(fā)Bye消息至車載站、便攜站終端；（14）車載站、便攜站終端掛機后，向軟交換中心發(fā)送掛斷響應消息200 OK；（15）軟交換中心向地面站終端轉(zhuǎn)發(fā)響應消息200 OK。反過來，地面站終端撥打車載站、便攜站終端電話則是一個逆向過程，流程類似。

圖4 基于軟交換技術語音通信流程圖

4 結束語

軟交換技術是新舊語音系統(tǒng)融合的樞紐[4]，完全可以適應衛(wèi)星IP網(wǎng)絡中語音業(yè)務靈活擴展及組網(wǎng)的需求。使用的軟交換設備集成度高、體積小、功能強，同時具有語音呼叫信令與協(xié)議的互轉(zhuǎn)，支持G.711、G.729、G.723等多種語音編解碼自適應，支持多用戶注冊及通話等優(yōu)點，從而滿足模擬語音、IP語音以及傳統(tǒng)的PSTN有線語音融合互通。■