軟交換技術在衛星通信IP業務的應用

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摘要：IP業務終端良好的發展趨勢為衛星通信系統發展奠定了基礎，在以衛星IP網絡為基礎的衛星應急通信系統中，電話軟交換技術將模擬語音、IP語音以及傳統的PSTN語音互聯互通，使衛星應急語音通信IP化和無線化。文章對軟交換技術在衛星IP網絡中的應用進行探討，促進衛星通信話音業務的能力提升。

關鍵詞：衛星通信；ip業務；軟交換技術

1研究背景

在目前的衛星通信應急系統中，通常有模擬語音、IP語音及傳統的PSTN有線語音，相對而言，由于各系統語音編解碼方式不相同、傳輸速率不相同，呼叫的接續流程獨立。衛星通信應急系統中語音相對獨立，其互通性常常僅是針對衛星站型間語音業務的互通，未將整個系統內全部語音進行系統考慮，從而整個語音通信的可靠性和自動化程度較低。目前衛星通信網絡建設已經具一定規模，許多信息都基于衛星IP網絡傳輸。基于IP網絡組建語音系統是應急通信系統中的重要環節，要求組網簡單、可靠性高、擴充性好、業務擴展靈活，可以將有線、無線語音等業務擴展到統一的IP網絡平臺上。衛星通信應急系統采用軟交換技術，實現應急指揮中心與機動站型的語音通信，并將模擬語音、IP語音以及傳統的PSTN有線語音進行無縫對接，實現語音之間的互聯互通。本文針對控制語音業務窄帶域的軟交換設備，對軟交換技術在衛星IP網絡中的應用進行探討，推動呼叫控制的程序化、標準化，對促進衛星通信語音業務發展有著重要作用。

2軟交換技術簡述

軟交換技術是在IP電話網絡業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，不同設備基于網絡IP鏈路通過軟交換技術可以進行互聯互通；它與設備底層硬件相互獨立，對于各種業務層面的通信同步協議進行統一處理，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]的網絡結構，從下至上依次分為媒體接入層、傳輸層、控制層、業務/應用層，可根據使用需求采用軟件可定義方式組網。媒體接入層主要作用是實現多種網關、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換。媒體接入層需控制層設備提供呼叫與連接控制實現具體的語音業務。傳輸層在軟交換中，語音數據主要以IP媒體流的形式經同一IP網絡進行傳輸，這是傳輸層需要完成的功能。傳輸層要求傳輸的帶寬有保證并具有一定QoS功能的分組網絡。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關、IP語音設備呼叫完成語音通信業務。軟交換設備主要具有呼叫控制、提供語音業務、語音數據處理交換、資源分配、網關及IP語音設備注冊等功能。業務/應用層在傳統網絡中，根據相應設備做定制開發，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人員進行定制開發，為實際使用客戶呈現更好的業務功能。軟交換對控制與業務進行分離，業務部分形成相對獨立的業務/應用層。業務/應用層利用各種設備來支持語音數據業務。應用服務器向語音數據通信研發人員開放權限提供相對獨立的API接口。對于研發人員來說，不用去具體了解整個業務網絡的具體情況。用戶數據庫存儲用戶的相應配置及參數。功能服務器用于網關及IP語音設備注冊管理。業務服務器提供語音業務所需的媒流體資源分配。IAD接入設備具有FXS接口、IP業務接口，基于IP網絡進行語音通信。具體發送過程是在IAD接入設備中對電話機模擬語音信號進行編碼壓縮封裝，而后轉換成IP包，按照標準控制協議、流媒體傳輸協議在IP網絡中傳輸。接收過程則是先收到IP語音數據，通過IAD接入設備將IP信號解碼轉換成模擬語音信號。多個IAD接入設備可共享IP網絡資源進行語音業務互聯。中繼網關設備具有數字E1中繼接口及IP中繼接口，能夠承載PSTN及IP網絡，通過E1接口2M鏈路No.7/ISDNPri信令與PSTN域互聯，通過IP中繼接口IP網絡鏈路SIP協議與軟交換互聯。通過以上組網方式，中繼網關可完成PSTN及IP域互聯互通。

3模型規劃和軟交換的應用

本文提出的基于軟交換的語音業務系統主要包括IAD模擬網關、中繼網關、軟交換中心及IP話機、IP終端等，如圖2所示。衛星車載站裝備IAD模擬網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。衛星地面站裝備IAD模擬網關設備連接模擬電話機、裝備IP話機，裝備中繼網關通過E1接口2M鏈路No.7/ISDNPri信令連接程控交換機。IAD模擬網關、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標準傳輸協議在IP網絡中進行語音數據IP包傳輸。通過控制協議RTCP，同步語音數據IP包，并且針對語音數據進行QoS反饋，保障語音數據的傳輸質量。傳統的數字程控交換機，一個電話終端接入，用戶的語音數據數字化處理，對應PCM的2M總線中的一個64kbps時隙，一條2M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]。在衛星地面站需要裝備中繼網關設備完成IAD模擬網關、IP話機SIP信令控制協議與數字程控交換機No.7/ISDNPri控制協議及信令，及RTP網絡語音數據包與PCM語音數據格式的互相轉化。實際應用中，對衛星通信語音業務模型進行簡化。如圖3所示連接，IPPBX為軟交換及中繼網關融合設備，可提供較大容量的用戶交換能力。各IAD模擬網關設備、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一管理，且支線局點的數量可根據實際需要靈活配置[2]。IPPBX位于PSTN與IP網的接口處，實現FXS\E1與SIP協議的轉換，實現遠端及機動站型IAD模擬網關設備、IP話機與衛星地面站IAD模擬網關設備、IP話機之間的轉接，同時完成PSTN承載通道與IP網之間的媒體流轉換。號碼分配：本地IPPBX和程控交換機側的號碼分配為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。規則設置：各IAD模擬網關設備、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關TG的路由，中繼網關TG通過內部路由直接呼叫IPPBX軟交換中心上注冊的號碼。對于有線IP網絡進行擴展，利用Wi-Fi熱點可將語音業務延伸到IP智能終端上。通過IP智能終端的SIP專用軟件，可實現IP智能終端在IPPBX上注冊，從而實現IP智能終端與機動站型IAD模擬網關設備、IP話機及衛星地面站IAD模擬網關設備、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模擬網關設備、IP話機和IP智能終端接入到統一的軟交換平臺，軟交換可以直接和程控互聯互通，擁有程控對接的能力。由于可以通過軟交換再組網的方式簡化軟件的配置和管理壓力，從而可減少帶寬流量，對于衛星傳輸的方式較為有利。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起呼叫，向軟交換中心發起Invite請求；（2）軟交換中心確認通過后向地面站終端轉發Invite請求；（3）軟交換中心向車載站、便攜站終端發送呼叫應答消息，100Trying；（4）地面站終端向軟交換中心送呼叫的應答消息，100Trying；（5）地面站終端振鈴，向軟交換中心發送180Ringing振鈴信息；（6）軟交換中心向車載站、便攜站終端轉發180Ringing振鈴消息；（7）地面站終端摘機，向軟交換中心返回應答200OK；（8）軟交換中心向車載站、便攜站終端轉發該應答消息200OK；（9）車載站、便攜站終端收到消息后，向軟交換中心發ACK消息進行確認；（10）軟交換中心將ACK確認消息轉發給地面站終端；（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，向軟交換中心發送Bye消息；（13）軟交換中心轉發Bye消息至車載站、便攜站終端；（14）車載站、便攜站終端掛機后，向軟交換中心發送掛斷響應消息200OK；（15）軟交換中心向地面站終端轉發響應消息200OK。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。

4結束語

軟交換技術是新舊語音系統融合的樞紐[4]，完全可以適應衛星IP網絡中語音業務靈活擴展及組網的需求。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議的互轉，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點，從而滿足模擬語音、IP語音以及傳統的PSTN有線語音融合互通。

參考文獻

[1]韓子媛．軟交換技術在通信工程中的應用及發展方向[J]．科技創新與應用，2016(10):37-38.

[2]孫婉瑩，周三文，閆朝星．一種基于VoIP的CDMA衛星專網與PSTN互聯系統設計[J]．遙測遙控，2017(01):23-28,40.

[3]賀曄曄．PSTN語音網關在VOIP中的實現[J]．科技廣場．2016(11):75-79.

[4]夏秋．軟交換技術在地區電力通信網中的應用研究[J]．技術與市場．2021(02):141+143.

作者：陳濤 楊仁慶 單位：中電防務科技有限公司