耿丁蕤，崔瑞玲，周 揚

（水利部水利信息中心，北京 100053）

0 引言

隨著通信和網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，水利信息化業(yè)務對通信網(wǎng)的業(yè)務類型、容量及可靠性的要求越來越高。信息傳輸類型不僅包括語音通信，還包括數(shù)據(jù)、圖形及視頻通話等，用戶希望能夠通過各種終端在任何時間、地點，享有語音、數(shù)據(jù)和多媒體融合業(yè)務。因此，對現(xiàn)有的通信交換設備在數(shù)據(jù)業(yè)務方面提出了更高的需求。

軟交換技術用于解決現(xiàn)代通信中不同網(wǎng)絡、設備、技術間的互通問題，是傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡向 NGN（下一代網(wǎng)絡）演變的核心技術?；谝陨显?，水利部水利信息中心經(jīng)過反復研究和論證，采用軟交換為核心技術對水利部程控交換系統(tǒng)進行了改造，使其成為匯接能力更強，融合范圍更廣，業(yè)務功能豐富，標準統(tǒng)一開放，技術較為先進的交換系統(tǒng)。

1 軟交換技術綜述

1.1 軟交換的定義

軟交換是一種支持開放標準的 VoIP 技術，能夠基于開放的計算平臺完成分布式的通信控制功能。軟交換不但具有傳統(tǒng)電路交換機的語音業(yè)務功能，還能支持多媒體通信及增值業(yè)務，能夠在電路和分組2個交換網(wǎng)之間完成不同通信協(xié)議的轉換，從而實現(xiàn)互聯(lián)互通和網(wǎng)絡融合。軟交換采用分層式的網(wǎng)絡結構，在將信令控制與媒體傳輸分離的同時，把業(yè)務提供與交換平臺分離，實現(xiàn)傳輸、控制、業(yè)務相對獨立，并采用 API（Application Programming Interface，開放式應用編程接口），允許在交換機制中靈活引入新業(yè)務[1]。

1.2 軟交換網(wǎng)絡結構

軟交換網(wǎng)絡一般分應用層、控制層、傳輸層、終端層。各層功能如下：

1）應用層。利用各種設備及軟件為軟交換網(wǎng)絡提供業(yè)務上的支持。如：向第三方業(yè)務開發(fā)者提供 API，使其能夠在不了解網(wǎng)絡條件的前提下獨立開發(fā)和提供增值業(yè)務。

2）控制層。是軟交換網(wǎng)絡的呼叫控制核心，用來控制接入層設備完成呼叫接續(xù)，主要功能包括呼叫控制、業(yè)務提供和交換、資源管理、用戶認證、SIP代理等。

3）傳輸層與接入層。負責利用各種接入設備實現(xiàn)不同用戶的接入，并實現(xiàn)不同信息格式之間的轉換。軟交換網(wǎng)絡的體系結構如圖1所示[2]。

1.3 軟交換網(wǎng)絡的特點

與傳統(tǒng)網(wǎng)絡相比，軟交換網(wǎng)絡具有4個特點。

1.3.1 基于分組交換網(wǎng)

軟交換網(wǎng)絡的承載網(wǎng)基于分組網(wǎng)絡，接入方式和各種業(yè)務都與承載網(wǎng)屏蔽，采用統(tǒng)一的分組包進行傳送和處理。

圖1 軟交換網(wǎng)絡體系結構示意圖

1.3.2 可以接入多種用戶

軟交換網(wǎng)絡是三網(wǎng)合一的網(wǎng)絡，對于目前存在的各種用戶，如模擬/數(shù)字電話，移動，ADSL，IP 窄帶/寬帶網(wǎng)絡等用戶都能有效地支持。

1.3.3 采用開放的網(wǎng)絡結構

軟交換網(wǎng)絡采用分層的網(wǎng)絡結構，各分層、網(wǎng)元之間采用標準的協(xié)議和接口，使得各部件可以自由分離，網(wǎng)絡結構逐步開放，各部件可以獨立發(fā)展，便于實現(xiàn)各種異構網(wǎng)絡的互通。

1.3.4 靈活提供增值業(yè)務

軟交換網(wǎng)絡通過業(yè)務與呼叫控制分離使業(yè)務真正獨立于網(wǎng)絡，靈活有效地實現(xiàn)業(yè)務的提供。業(yè)務應用服務器采用標準接口與軟交換相連，提供開放的業(yè)務接口，第三方業(yè)務提供者可以獨立開發(fā)新業(yè)務，便于快速引入第三方業(yè)務，滿足用戶不斷變化的業(yè)務需求。

2 水利部軟交換系統(tǒng)

2.1 網(wǎng)絡架構及組網(wǎng)優(yōu)勢

水利部語音交換網(wǎng)絡基于軟交換構架結合 IP PBX（具備 IP 交換能力的程控交換機）方式，即以軟交換作為系統(tǒng)核心，實現(xiàn)呼叫控制處理及協(xié)議處理?？赏ㄟ^業(yè)務服務器提供多媒體通信及增值業(yè)務；通過數(shù)據(jù)庫服務器及網(wǎng)管系統(tǒng)提供資源管理等功能；通過 BAC（接入控制器）和 RTP 代理實現(xiàn) NAT 穿越和用戶認證、接入。

采用 IP PBX 作為水利部機關及宿舍區(qū)用戶接入設備，將目前大量的普通模擬電話接入軟交換系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)有的模擬線路，避免重新布設網(wǎng)絡造成的資源浪費。IP PBX 具備 IP 交換能力，采用SIP（會話起始協(xié)議）接入軟交換網(wǎng)絡，同時 IP PBX自身具備內(nèi)部交換功能，本地傳統(tǒng)話音業(yè)務可以通過 IP PBX 進行交換，而網(wǎng)間呼叫由軟交換進行呼叫處理。

軟交換系統(tǒng)通過 TG（中繼網(wǎng)關）與 PSTN（公共交換電話網(wǎng)）、IP 長途公網(wǎng)、水利部衛(wèi)星通信專網(wǎng)、防汛 VoIP 專網(wǎng)及水利部在京地區(qū)直屬單位程控交換機相連；同時 IP PBX 通過數(shù)字中繼與 PSTN 相連，起到至 PSTN 互聯(lián)的路由備份作用。

水利部遠程辦公區(qū)、分支機構可以通過專網(wǎng)經(jīng)AG（接入網(wǎng)關）或 IAD（綜合接入設備）將普通模擬電話接入軟交換網(wǎng)絡，將水利部內(nèi)線號碼延伸至部機關以外的辦公地點，從而實現(xiàn)內(nèi)部短號互通及其它語音通信業(yè)務。

對于用戶，可以采用普通話機經(jīng) IP PBX，AG 或 IAD 接入軟交換網(wǎng)絡實現(xiàn)語音通信，還可以通過標準的 SIP 協(xié)議電話及 PC 軟電話（即安裝在電腦上的多媒體客戶端）直接通過局域網(wǎng)接入軟交換系統(tǒng)，實現(xiàn)各種多媒體及增值業(yè)務；外出人員通過Internet 網(wǎng)接入 VPN 網(wǎng)關及防火墻，進而經(jīng)軟交換匯接實現(xiàn)多媒體及增值業(yè)務。

水利部軟交換系統(tǒng)組網(wǎng)結構如圖2所示。

圖2 水利部軟交換系統(tǒng)組

2.2 系統(tǒng)組成及功能

2.2.1 按功能分組

從系統(tǒng)功能層面來看，水利部軟交換系統(tǒng)主要由7個部分組成。

1）會話管理服務器。會話管理服務器是軟交換系統(tǒng)的核心部件，負責處理 SIP 會話和應用，用于識別 SIP 客戶端和建立連接的方法，處理 SIP 信令消息，管理 SIP 會話。會話管理服務器也可管理 SIP 和非 SIP 網(wǎng)絡之間的交互。

會話管理服務器主要包括以下功能：

a.注冊服務器負責 SIP 用戶的注冊；

b.SIP 代理服務器負責 SIP 信令消息的代理、轉發(fā)；

c.DNS 服務器負責域名解析翻譯；

d.SIP 定位服務器用于識別SIP 用戶的位置和對用戶進行認證；

e.背靠背用戶代理是2個端點的用戶代理，負責處理呼叫 2端的 SIP 信令，從呼叫確立到終止。一端是用戶代理服務器，另一端是用戶代理客戶機。

2）數(shù)據(jù)庫管理服務器。用于保存與服務器有關的數(shù)據(jù)，如系統(tǒng)和業(yè)務配置、用戶等數(shù)據(jù)，以及翻譯和用戶呼叫日志等。

系統(tǒng)主要由 Oracle 數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理模塊、Oracle 數(shù)據(jù)庫監(jiān)控模塊等組成。為了冗余，采用2套數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫管理采用 Oracle9i replication 技術以保證數(shù)據(jù)的可用性。

3）IP 客戶端管理器。用于管理用戶的客戶端設備，目前主要功能是管理 SIP 電話和多媒體客戶端會話。

4）SIP Web 客戶端管理器。是基于 Web 的客戶端應用，允許用戶通過瀏覽器來建立 SIP 會話，實現(xiàn) SIP 到 HTTP 的數(shù)據(jù)轉換。

5）交互式多媒體管理服務器。提供用于用戶業(yè)務激活、網(wǎng)元管理和計費的一系列管理工具。

6）BAC 和 RTP 代理服務器。BAC 和 RTP 媒體代理服務器使用實時傳輸協(xié)議提供媒體流能力，同時還作為私有與公有 IP 地址的轉換網(wǎng)關，以穿越防火墻或 NAT。

7）SIP 會議服務器。SIP會議服務器可以為系統(tǒng)提供會議能力。

各部分之間的連接主要通過 SIP 協(xié)議。對于交換電話網(wǎng)和用戶而言，連接是透明的，非常易于部署。軟交換系統(tǒng)各功能實體分別部署于標準工業(yè)級服務器平臺（IBM x 系列服務器），所有硬件采用全冗余備份，達到電信級的可靠性要求。軟交換系統(tǒng)功能組成及硬件部署如圖3所示。

圖3 水利部軟交換系統(tǒng)組成示意

2.2.2 按結構分類

從軟件結構層面看，水利部軟交換系統(tǒng)主要包括以下幾個子系統(tǒng)：

1）支撐子系統(tǒng)。為上層應用軟件模塊提供系統(tǒng)支撐功能，它屏蔽了底層不同的操作系統(tǒng)接口，給上層應用提供統(tǒng)一 API。此外，還為上層應用提供維護操作、告警管理、性能統(tǒng)計、數(shù)據(jù)備份、主備控制、系統(tǒng)監(jiān)控、告警等功能。

2）信令處理子系統(tǒng)。完成各種信令或協(xié)議的承載和處理，如 No.7和呼叫控制信令、信令傳輸協(xié)議、網(wǎng)絡路由協(xié)議等。

3）數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)。提供集中式數(shù)據(jù)庫管理平臺，用于管理系統(tǒng)運行所需的各種數(shù)據(jù)，如硬件、協(xié)議、路由、業(yè)務等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)為業(yè)務處理、信令處理、媒體網(wǎng)關控制等子系統(tǒng)提供消息或API 接口，用于各種數(shù)據(jù)操作。

4）媒體網(wǎng)關控制子系統(tǒng)。主要用于實現(xiàn)媒體網(wǎng)關的管理和維護，以及對媒體網(wǎng)關上承載資源的管理和操作等功能。

5）業(yè)務處理子系統(tǒng)。主要用于實現(xiàn)軟交換提供的各種業(yè)務。

6）操作維護子系統(tǒng)。對外提供操作維護接口。

軟交換系統(tǒng)軟件組成如圖4所示。

圖4 水利部軟交換系統(tǒng)

2.3 具體功能及應用

除實現(xiàn)傳統(tǒng)的語音通信業(yè)務，水利部軟交換系統(tǒng)能夠實現(xiàn)多媒體通信及增值業(yè)務。

2.3.1 點到點視頻業(yè)務

包括 PC 軟電話、SIP 可視話機及 PC 軟電話和SIP 話機之間的可視互通。使用終端如同使用普通電話機一樣，輸入電話號碼即可進行通話，實現(xiàn)2點之間的可視電話功能。系統(tǒng)根據(jù)承載網(wǎng)絡情況在主被叫之間協(xié)商網(wǎng)絡占用帶寬，并進行動態(tài)調整，軟交換能夠對通信的時間、帶寬、流量、網(wǎng)絡服務等通信參數(shù)進行統(tǒng)計。

由于軟交換采用標準 SIP 協(xié)議通信，因此對于不同廠商的 SIP 終端來說，可以實現(xiàn)多媒體互通，包括進口與國產(chǎn)終端之間的互通。

2.3.2 會議業(yè)務

使用者可以通過 Web 界面、話務員或話機終端預約登記或即時發(fā)起會議請求，軟交換系統(tǒng)根據(jù)預約的情況或用戶的呼叫信息，或由話務員人工參與，將會議參與方召集在一起。系統(tǒng)能支持200方會議，可任意分組。

用戶使用 PC 軟電話、SIP 可視話機等終端，可以實現(xiàn)可視會議，參會者視頻畫面輪流顯示在終端屏幕上，而普通話機用戶則只能參加音頻會議。

2.3.3 多媒體協(xié)同業(yè)務

采用 PC 客戶端的軟交換用戶可以通過軟交換系統(tǒng)的會議功能實現(xiàn)多媒體協(xié)同功能。在會議中，會議主席能夠向與會者發(fā)布電子白板或 Microsoft Of fice文件，包括 Word，Excel 和 PPT 格式的電子文檔，與其他與會人員同步瀏覽，實現(xiàn)文件共享。與會者能夠舉手發(fā)言，會議主席能夠通過圖形化的界面知道舉手發(fā)言者；同時會議主席能夠將文件演示、標記、修改等操作權限下放到其他參與者，并且可以強制收回權限。

對于 Microsoft Office 以外的文件類型，會議主席能夠支持桌面共享功能，即將文件或應用程序在桌面打開和其他與會者共享；也能夠授權與會者遠端控制會議主席的計算機，在主席演講的時候實現(xiàn)，其他與會者幫助主席操作計算機。

2.3.4 統(tǒng)一消息業(yè)務

該功能能夠將語音通信、傳真及電子信箱綜合運用。用戶可以使用標準的電子信箱客戶終端（如：Outlook），與電話終端及傳真進行綁定。在用戶電話無法接聽時，系統(tǒng)自動提示主叫方留言并將留言轉換至語音郵件發(fā)送至用戶電子信箱，用戶可以隨時通過電話終端或電子郵件收聽電話留言。

對于傳真業(yè)務，用戶無需打印成紙質文件，直接通過 PC 客戶端將電子文檔（word，Excel，PDF，圖片等類型）傳真至普通傳真機，也可以接收由普通傳真機發(fā)來的傳真，并轉換成圖片格式存儲于電子信箱，通過 PC 瀏覽或打印。傳真業(yè)務支持群發(fā)，只需在客戶端頁面中輸入多個接收號碼即可實現(xiàn)同時發(fā)送，并且能夠返回發(fā)生結果，節(jié)省大量發(fā)送傳真時間。

2.3.5 一號通業(yè)務

用戶通過申請唯一的內(nèi)線電話號碼，實現(xiàn)通過1個號碼完成呼叫。利用軟交換系統(tǒng)將來話轉接到指定的多種終端，如 PC 軟電話、普通模擬電話、家庭電話或手機，并可在任意終端上以一號通號碼作為主叫標識發(fā)起呼叫。所有綁定的終端可以設置為同時或順序振鈴，也可設置每個終端的振鈴次數(shù)及時間。系統(tǒng)支持3步順振，每步順振可支持5部終端同振。用戶可以通過網(wǎng)頁、語音交互或者一號通軟終端管理界面的方式靈活地進行業(yè)務設置和修改。

2.3.6 異地辦公

用戶移動至其他位置辦公時，通過安全的注冊方式即可將自己的 SIP 地址與該位置的終端綁定，避免重新布線或改變號碼。對于經(jīng)常出差的人員，可以使用客戶端程序，通過互聯(lián)網(wǎng)接入內(nèi)部 IP 電話網(wǎng)，采用 Phone to PC，PC to Phone，PC to PC 方式實現(xiàn)異地辦公。該功能使得出差人員在外地時仍然可以使用原來的內(nèi)線號碼進行通話、會議或多媒體協(xié)同辦公，可節(jié)省大量的長途話費和手機漫游費。

3 結語

目前水利部軟交換系統(tǒng)已經(jīng)運行2a。作為水利部語音通信網(wǎng)的核心交換設備和匯接中心，軟交換系統(tǒng)較好地實現(xiàn)了水利部各種協(xié)議通信網(wǎng)絡的融合與互聯(lián)互通；同時利用接入網(wǎng)關開通了普查辦、外資辦等遠程辦公區(qū)的內(nèi)線電話，為遠程辦公區(qū)的通信問題提供了便捷靈活、高性價比的解決方案；各種多媒體和增值業(yè)務的開展，為水利部辦公提供了高效便捷的通信手段，提高了辦公效率，降低了通信成本。

水利部軟交換系統(tǒng)基于模塊化架構，采用標準的接口和協(xié)議，具有良好的開放性和可擴展性。隨著技術的發(fā)展和需求的不斷變化，水利部軟交換系統(tǒng)能夠不斷地升級，并通過業(yè)務平臺提供更多增值業(yè)務，擁有廣闊的應用前景。

[1] 羅國慶.軟交換的工程實現(xiàn)[M].北京：人民郵電出版社，2004: 3.

[2] 糜正琨，王文鼐.軟交換技術及協(xié)議[M].北京：人民郵電出版社，2002: 34-37.