專用網(wǎng)絡(luò)中統(tǒng)一通信服務(wù)平臺設(shè)計

張國波，楊 宏，康 敏

（中國電子科技集團公司第三十研究所，四川 成都 610041）

0 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，用戶通信手段和通信方式呈現(xiàn)多樣化特點，其中通信手段包括電信系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)等，通信方式包括電話、傳真、短信、電子郵件、Web會議、視頻會議、視頻點播、語音信箱、即時通信等。為了提高通信效率及通信便捷性，統(tǒng)一通信技術(shù)應(yīng)運而生。統(tǒng)一通信是指把計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的新的通信模式，通過對多種通信手段的整合，以及對語音、傳真、會議、即時消息、多媒體和數(shù)據(jù)等多種通信業(yè)務(wù)的融合，使用戶可以利用一個統(tǒng)一的平臺進行自由和高效的通信，以方便用戶使用并豐富其體驗[1]。統(tǒng)一通信的基本特征是融合、動態(tài)、開放和統(tǒng)一管理[2]，其中最重要的特征是融合性與開放性。融合性體現(xiàn)在通信手段的融合或通信業(yè)務(wù)的融合，開放性體現(xiàn)在通過開放的業(yè)務(wù)接口將通信能力以服務(wù)的方式開放給第三方應(yīng)用，實現(xiàn)與現(xiàn)有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的集成。

一般來說，專用網(wǎng)絡(luò)通常面向某些特定用戶或為完成某些特定通信業(yè)務(wù)而部署使用，各個專用網(wǎng)絡(luò)相對獨立但又在一定程度上受控互聯(lián)互通。隨著通信技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展，專用網(wǎng)絡(luò)用戶對通信手段與通信業(yè)務(wù)類型的需求也越來越多樣化，對統(tǒng)一通信的需求愈發(fā)迫切。專用網(wǎng)絡(luò)較一般通用網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)體制上有所差異，因此在專用網(wǎng)絡(luò)中設(shè)計與部署統(tǒng)一通信服務(wù)系統(tǒng)一般存在兩種模式：一種模式是針對不同的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計并部署相應(yīng)的統(tǒng)一通信服務(wù)系統(tǒng)；另一種模式是采用平臺化的設(shè)計思想，構(gòu)建統(tǒng)一的通信服務(wù)平臺。如何快速設(shè)計并實現(xiàn)支持多種業(yè)務(wù)的統(tǒng)一通信服務(wù)系統(tǒng)，是相關(guān)科研人員面臨的課題。

1 平臺架構(gòu)設(shè)計

如上文所述，專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制各有其自身特點，如物理接口、協(xié)議體系、語音編碼方式、加解密體制、安全接入體制可能存在差異，因此平臺架構(gòu)設(shè)計時需要考慮這些差異因素。按照分層設(shè)計的思想，分層設(shè)計可以使得系統(tǒng)邏輯清晰，下層模塊為上層模塊提供服務(wù)[3]。統(tǒng)一通信服務(wù)平臺總體體系架構(gòu)是一個多級的分層結(jié)構(gòu)[4]，本文設(shè)計的統(tǒng)一通信服務(wù)平臺分為接入層、控制層和業(yè)務(wù)層，平臺總體體系架構(gòu)如圖1所示。

圖1 統(tǒng)一通信服務(wù)平臺體系架構(gòu)

接入層主要完成統(tǒng)一通信服務(wù)平臺與專用網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)擴展子系統(tǒng)接入適配，比如支持通過同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）接口或以太網(wǎng)接口接入專用網(wǎng)絡(luò)，支持通過以太網(wǎng)接口接入業(yè)務(wù)擴展子系統(tǒng)，并提供雙向接入鑒權(quán)服務(wù)，避免非法接入，其中接入鑒權(quán)技術(shù)體制與專用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制相關(guān)。

控制層是通信服務(wù)平臺的中樞控制系統(tǒng)，主要完成呼叫控制、協(xié)議處理、協(xié)議適配、設(shè)備管理、服務(wù)調(diào)度等功能。協(xié)議處理與適配主要實現(xiàn)與專用網(wǎng)絡(luò)及與業(yè)務(wù)擴展子系統(tǒng)間的通信協(xié)議處理與適配。設(shè)備管理主要實現(xiàn)平臺的配置管理、故障管理、性能管理、業(yè)務(wù)管理及用戶安全管理等功能。

業(yè)務(wù)層主要包括業(yè)務(wù)服務(wù)子層與業(yè)務(wù)擴展子層兩部分。業(yè)務(wù)服務(wù)子層按需提供音頻數(shù)據(jù)處理功能，如語音編碼方式適配、語音混音等；提供視頻數(shù)據(jù)處理功能，如視頻編解碼、視頻檢索等；提供信息數(shù)據(jù)處理服務(wù)，如短消息數(shù)據(jù)處理等；提供密碼服務(wù)，如數(shù)據(jù)加解密、密碼轉(zhuǎn)換等。密碼體制按加密和解密密鑰的不同，主要分為對稱密碼體制（私鑰密碼體制）和非對稱密鑰密碼體制[5]，具體采用哪種密碼體制與接入的專用網(wǎng)絡(luò)密碼技術(shù)體制相關(guān)。業(yè)務(wù)擴展子層提供各種通信業(yè)務(wù)服務(wù)，如號碼查詢、話務(wù)服務(wù)、語音留言、視頻會議、視頻點播、信息服務(wù)等，并支持第三方對各種通信業(yè)務(wù)靈活擴展。

專用網(wǎng)絡(luò)通過該通信服務(wù)平臺能夠靈活接入多種第三方通用通信服務(wù)子系統(tǒng)，從而能夠快速基于專用網(wǎng)絡(luò)擴展統(tǒng)一通信服務(wù)系統(tǒng)。

2 平臺業(yè)務(wù)流程

統(tǒng)一通信服務(wù)平臺接入專用網(wǎng)絡(luò)后，專用網(wǎng)絡(luò)的用戶終端通過統(tǒng)一通信服務(wù)平臺提供通信服務(wù)的主要流程如圖2所示。

圖2 統(tǒng)一通信服務(wù)平臺業(yè)務(wù)處理流程

專用網(wǎng)絡(luò)用戶終端請求統(tǒng)一通信服務(wù)平臺提供電話會議、視頻會議、視頻點播、語音留言等通信服務(wù)時，首先需要進行身份鑒權(quán)認(rèn)證，鑒權(quán)通過后統(tǒng)一通信服務(wù)平臺根據(jù)協(xié)議處理及控制信息判決需要提供的業(yè)務(wù)類別；其次根據(jù)業(yè)務(wù)類別及用戶需求調(diào)度不同的數(shù)據(jù)處理服務(wù)，如語音編碼適配/混音、視頻數(shù)據(jù)處理、信息數(shù)據(jù)處理、加解密等數(shù)據(jù)處理服務(wù)；最后為用戶提供相應(yīng)的通信業(yè)務(wù) 服務(wù)。

3 典型應(yīng)用

3.1 應(yīng)用場景

某專用網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有業(yè)務(wù)主要以電話業(yè)務(wù)為主，并由各自獨立的系統(tǒng)和維護保障人員提供電話會議、話務(wù)服務(wù)等通信服務(wù)。根據(jù)技術(shù)發(fā)展趨勢、新的業(yè)務(wù)需求及服務(wù)保障人員整合的需求，亟須基于該網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建統(tǒng)一的通信服務(wù)平臺，達(dá)到整合通信業(yè)務(wù)及服務(wù)保障人員的目標(biāo)。統(tǒng)一通信服務(wù)的組織應(yīng)用方式如圖3所示。

圖3 統(tǒng)一通信服務(wù)組織應(yīng)用方式

專用網(wǎng)絡(luò)用戶終端主要包括電話機、可視電話機、計算機及傳真機等，通過構(gòu)建統(tǒng)一的通信服務(wù)平臺和服務(wù)保障中心，可向用戶集中、統(tǒng)一地提供電話會議、視頻會議、電話轉(zhuǎn)接、號碼查詢、信息交互、視頻點播、語音留言等服務(wù)，滿足用戶多業(yè)務(wù)服務(wù)需求，并提升通信服務(wù)效率及用戶使用體驗。

3.2 平臺構(gòu)成

針對專用網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景需求，根據(jù)前述統(tǒng)一通信服務(wù)平臺設(shè)計思想，為該專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的統(tǒng)一通信服務(wù)平臺由業(yè)務(wù)處理設(shè)備與業(yè)務(wù)提供系統(tǒng)構(gòu)成。業(yè)務(wù)處理設(shè)備主要完成網(wǎng)絡(luò)接入、接入鑒權(quán)、音頻處理、視頻處理、密碼服務(wù)等功能，業(yè)務(wù)提供系統(tǒng)提供話務(wù)服務(wù)、語音留言、視頻點播等通信業(yè)務(wù)服務(wù)功能，并支持由第三方應(yīng)用提供。平臺構(gòu)成及連接關(guān)系如圖4所示。

圖4 統(tǒng)一通信服務(wù)平臺構(gòu)成與連接關(guān)系

業(yè)務(wù)處理設(shè)備是統(tǒng)一通信服務(wù)平臺的關(guān)鍵組成部分，主要由控制交換單元、接入單元、音頻處理單元、視頻處理單元、密碼單元等組成，各單元間通信控制與業(yè)務(wù)總線分離。控制交換單元主要完成協(xié)議處理與適配、呼叫控制、業(yè)務(wù)控制、數(shù)據(jù)交換、信息數(shù)據(jù)處理、設(shè)備管理等功能；接入單元支持通過SDH接口或以太網(wǎng)接口接入，主要完成網(wǎng)絡(luò)接入與接入鑒權(quán)功能；音頻處理單元主要完成語音編碼適配、語音混音等功能；視頻處理單元主要完成視頻編碼適配等功能；密碼單元主要完成數(shù)據(jù)加解密功能，密碼單元配置的數(shù)量取決于設(shè)備的處理能力要求。為保證設(shè)備的可靠性，控制交換單元采用熱備方式，主用與備用單元間實時同步數(shù)據(jù)。設(shè)備的組成如圖5所示。

圖5 業(yè)務(wù)處理設(shè)備組成

3.3 處理流程

控制交換單元是業(yè)務(wù)處理設(shè)備的核心控制部分，軟件控制流程如圖6所示。軟件主要通過表項數(shù)據(jù)實現(xiàn)處理器與現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）間的業(yè)務(wù)交互控制，用以指示業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理的流轉(zhuǎn)調(diào)度。表項內(nèi)容主要包括源單元ID、目的單元ID、業(yè)務(wù)流ID、操作指示（語音編碼適配指示、混音指示、加密指示、解密指示等）、操作結(jié)果等信息。

圖6 控制交換單元軟件處理流程

以加密語音服務(wù)為例說明業(yè)務(wù)處理設(shè)備內(nèi)部的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程，如圖7所示。來自專用網(wǎng)絡(luò)的密文業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)過接入單元后進入控制交換單元的FPGA模塊，F(xiàn)PGA模塊根據(jù)CPU下發(fā)的調(diào)度控制指令提取出業(yè)務(wù)凈荷數(shù)據(jù)后送入密碼單元解密，控制交換單元再根據(jù)業(yè)務(wù)類別調(diào)度音頻處理單元或視頻處理單元等，而后根據(jù)需要將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)送入業(yè)務(wù)服務(wù)系統(tǒng)或接入單元，反之亦然。

圖7 業(yè)務(wù)處理設(shè)備內(nèi)部典型業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)

4 結(jié)語

統(tǒng)一通信的主要本質(zhì)是各類通信業(yè)務(wù)與信息的融合，也是信息化不斷發(fā)展與用戶需求多樣化、統(tǒng)一化的必然結(jié)果。各個專用網(wǎng)絡(luò)有其自身獨有的技術(shù)特點與應(yīng)用特色，但在信息化日新月異的環(huán)境下，專用網(wǎng)絡(luò)中引入統(tǒng)一通信服務(wù)平臺亦有必要。針對專用網(wǎng)絡(luò)的特點，本文提出了統(tǒng)一通信服務(wù)平臺體系架構(gòu)，并在實際應(yīng)用中設(shè)計并實現(xiàn)了統(tǒng)一通信服務(wù)平臺，其中業(yè)務(wù)提供系統(tǒng)支持第三方擴展。該統(tǒng)一通信服務(wù)平臺具有較高的獨立性、開放性和可擴展性，能夠在專用網(wǎng)絡(luò)中快速引入并提供統(tǒng)一通信服務(wù)。