基于网络的新一代语音通信系统研究

于 淼，吴嘉慧，石潇竹

（中国电子科技集团公司第二十八研究所，江苏南京 210007）

0 引言

语音通信系统（完成系统对内/外、地地/地空话音通信功能）是随着管制中心系统的应用需要和现代通信技术的不断发展而逐渐成熟起来的。虽然商用的IP电话已经普遍应用，但是对于管制中心系统中所使用的语音通信系统，大部分仍采用电路交换体制，该体制已经不能适应于当前多媒体通信发展的需要，也无法满足未来对通信组网应用的需求。

随着网络通信技术的不断发展，电话、数据网络融合或网络一体化已成大势所趋。网络融合的目的就是采用一种网络来承载所有业务，如音频、视频、数据业务，网络的业务、控制、承载功能完全分离，取消了早期通信系统中的汇接局机制，使得通信网络结构更加简单，语音承载面趋向于平面化[1]。当前，地面基础通信网络正进行大规模建设和完善，也解决了传输带宽的瓶颈问题，为新一代语音通信系统的发展提供了必要条件。目前，国外知名的内话供应商，如FREQUENTIS，HARRIS等，在其新建的语音通信系统中都采用了基于网络电话的技术，国内也有不少厂家在进行换型工作。因此，建立以网络为基础、以软交换技术为核心的新一代语音通信系统，已成为管制中心系统必然的发展方向和趋势。新一代语音通信系统的发展趋势必然是IP化，这并不仅是对传输和交换体制的改变，而是对于整体系统体系和性能的提升。本文结合管制中心系统的语音需求，对新一代语音通信系统的体系结构、网络化应用和关键技术进行了研究和探讨，以期对后续工程建设提供参考。

1 系统体系结构

1.1 系统功能

语音通信系统的基本功能主要为地地通信、地空通信、录音录时、系统管理等，对于新一代语音通信系统，借助软交换和网络化的优势，在原有基本功能的基础上，增加了区域地空话音组网、话音按需服务、路由控制选择及席位迁移等方面的功能应用。

1.2 体系结构

系统从逻辑上可划分为接入层、传输层、控制层和应用层[2]，如图 1所示。

图1 语音通信系统体系结构示意图

接入层为系统用户提供通信终端接入方式和媒体信令的IP化转换，通过接入层系统可以接入新一代的通信终端，同时可将多种模拟通信线路通过媒体接入网关接入语音通信系统。通过接入层多种线路接入手段，系统实现了与电路交换语音通信系统的有效融合。

传输层指基于IP的数据链路网络，是其他各层进行信息交互和通信数据传输的基础。接入层的用户终端通过传输层进行数据传输与信令交互，控制层通过传输层对接入层用户与系统实现配置。该层可以与其他系统进行地面网络资源的共享，不同的信息可根据自身的业务特点，设置不同的优先级，对于实时信息将优先保障其带宽和时延要求。

控制层指软交换控制、资源管理和用户管理等提供基础支撑服务的功能模块。

应用层主要为系统提供地地通信、地空通信、话音服务等系统应用。

1.3 系统组成

新一代语音通信系统主要由几部分关键设备组成：各类媒体接入网关、席位终端、软交换机（IP-PBX）、管理应用服务器等，所有设备间通过IP网络进行数据通信。系统实现了地地、地空话音通信以及通信资源组网功能，系统组成如图2所示。

图2 新一代语音通信系统组成

1.3.1 软交换机

软交换机是语音通信系统的核心设备[2]，是该区域内所有话音业务的具体调度者，主要完成呼叫接续、业务控制、话音混合、视频拼接等功能，同时，可根据应用场景的需求，依靠各中继接口板卡的支持，完成与传统公共交换电话网络、模拟用户等的互联互通。软交换机作为本地席位/接入设备的代理和用户管理的设备，与原有的程控交换机最大的区别在于话音业务基本不经过交换设备，即控制与业务的分离，其基本交换流程如图3所示。

图3 本地基本交换流程

1.3.2 管理应用服务器群

管理应用服务作为全系统的调度和管理的核心，负责系统状态的监控、资源调度、跨区业务的协商等。这是由一组服务器组成的服务器群构成，其并不关心具体的话音业务的调度，也不进行协议的转换等具体的业务。在管理应用服务器的统一调度下，可以完成区域内外用户间的通信建立，其基本交换流程如图4所示。

图4 跨区域基本交换流程

1.3.3 终端和接入设备

席位终端主要实现人机操作界面的功能。席位终端是一种供管制人员使用的专用通信终端（推荐采用触摸屏操作方式），可提供可视化的通话服务界面，同时支持地地/地空通信功能。

媒体接入网关主要实现对空电台接入、模拟中继线路接入的功能。它是一个独立的模块化设备，通过配备不同的功能模块，从而实现不同的功能。采用互连网关可以使得新一代语音通信系统兼容现有通信网络，扩大应用范围。

2 网络化应用

2.1 系统架构

空管系统是分区域、分层次进行系统设备管理，新型的管制中心系统的发展有相对集中的趋势，尽可能地简化底层系统的配置与规模，这样对于本身就缺乏相应技术保障人员的基层管制中心来说无疑是好事。新一代语音通信系统的建设不能只是单纯地完成单一管制中心的通信需求，应利用网络化的特点，依靠地面基础通信网络，进行组网应用。

针对空管系统的这一特点，本文提出了基于网络的新一代语音通信系统的整体系统架构，整合全国的通信资源，自顶向下可以分为核心管理层，基础交换层以及边缘接入层。系统架构如图5所示。

2.2 应用分析

从目前的应用情况来看，由于机场管制中心的应用环境较简单，基本就在同一机房内，配备的席位也有限，对语音通信系统功能需求较简单，这一级的系统相对原有的管制中心语音通信系统变化较大，从单独配备交换设备转变为不配备软交换机设备，这一层只作为边缘的接入，将本地的小号、电台等模拟资源接入组网系统中，交换服务则向分区一级移交；在简化机场级设备的同时，也减轻了对机场维护人员的维护压力。

图5 系统架构示意图

分区一级的软交换机除对本分区内的IP电话、席位终端、小号、中继等进行管理控制，还负责对下一级的机场内的设备进行呼叫控制管理。同时，对于地空通信能力，从使用的角度，不仅仅依靠本地电台，而可任意地调度全区域内的电台资源完成指挥。

在分区形成该区域内的统一交换基础上，区域内配备管理应用服务器，管制应用服务器群在组网应用的模式下，管理应用服务器不只为本区域所辖的系统设备进行调度，而是多区域的服务器组成类似于“云服务中心”的服务集合[3]，并完成以下任务：

（1）系统状态监控。对所辖的区域内所有的设备的健康状况进行收集，对软交换机、接入设备的资源占用情况进行统计，并且对地面网络和地空网络的状况进行收集统计。

（2）资源调度。根据系统状态的收集与统计，对系统已用和可用资源进行调度优化，避免出现一些软交换和接入设备满负荷运转、另一些设备则未被使用的现象。对于网络环境的变化，及时通报给用户，并可以在一定承受范围内进行流控处理。

（3）区域协调。建立面向全国管制中心用户的云服务中心，接受用户的话音服务申请，对于跨区、连续的服务，由该服务器群进行统一规划，统一调配。

2.3 优势分析

2.3.1 体制先进性

基于软交换的机制与原有程控交换的最大区别在于业务与控制的分离，通信呼叫只在呼叫申请和结束时需要由软交换机设备参与，通话过程中的话音业务流不经过交换机，只有在进行混音和视频拼接时，才会根据网内资源状况，交由指定的软交换机设备来处理，所以，软交换机具备的呼叫控制能力远远大于原有的程控交换设备。

除此之外，软交换在很大程度上增强了平台的开放性，各种新业务可方便地投放到平台上。通过各种标准接口的提供，第三方可方便地进行二次开发，能有效丰富业务的种类[4]。

2.3.2 系统经济性

基于网络的新一代语音通信控制系统和以往的基于程控交换系统的语音通信系统相比，具有投资小、维护费用低的优点。除此之外，新一代系统有开放的接口和平台，可以方便地进行新功能的升级和扩展，而不需要大量地采用新设备，这在很大程度上增强了其经济性，这是传统的电路交换机所无法比拟的。同时，通过合理的规划，简化机场级设备的投入，由分区一级进行统一交换，将更大地提高系统的经济性。

在软交换系统当中，业务的开展以及变化调整可以不必再对基础网络进行相应的调整，能够在很大程度上增加业务的灵活性，避免基础网络升级所带来的投资。

2.3.3 安全可靠性

以往管制中心内的语音交换机出现故障，所有席位则无法工作，而新一代语音通信系统完全不存在这方面的顾虑。机场和分区内的席位、IP电话、电台话音等与软交换机间没有固定的隶属关系，在管理应用服务器的调度下，相互间形成备份关系，并达到负载均衡，形成全网统一的组织交换体系。当初始设置的软交换机出现故障时，会由管理应用服务器重新分配呼叫控制资源，即可以将该分区内的所有业务分配到临近的其他分区的软交换机设备上，其迁移过程用户感觉不到。特殊情况下，如果机场与分区间的网络通信链路中断，多媒体接入设备可自动切换到本地工作模式，即转换到独立方式，支持席位终端拨打本地的模拟中继线路，同时，使用本地的电台，进行本场指挥。

3 结语

新一代语音通信系统采用IP体制，相对于原有的程控交换系统，技术实现采用软交换的体制，将控制与业务分离，完成各个部分的呼叫控制，并依靠网络化和信息化的优势，在系统可靠性上大大提高。本文从系统网络化应用的角度，研究了系统构架，随着信息化的不断深入，新一代语音系统将更好地发挥其作用，与管制中心系统更加紧密的结合。

[1]刘勤飞，何旭，朱苗.浅析通信工程中如何应用软交换技术[J].信息通信，2014（1）.

[2]赵继芳.信息技术的发展中软交换技术的运用[J].民营科技，2014（2）.

[3]陈永卫，张中华，吉晓佳.基于云计算的电力调度软交换系统研究[J].电力系统通信，2012（12）.

[4]闻敬.浅谈软交换系统应用中的优势与不足[J].中国新技术新产品，2012（3）.