软交换技术在卫星通信IP业务的应用

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摘要：IP业务终端良好的发展趋势为卫星通信系统发展奠定了基础，在以卫星IP网络为基础的卫星应急通信系统中，电话软交换技术将模拟语音、IP语音以及传统的PSTN语音互联互通，使卫星应急语音通信IP化和无线化。文章对软交换技术在卫星IP网络中的应用进行探讨，促进卫星通信话音业务的能力提升。

关键词：卫星通信；ip业务；软交换技术

1研究背景

在目前的卫星通信应急系统中，通常有模拟语音、IP语音及传统的PSTN有线语音，相对而言，由于各系统语音编解码方式不相同、传输速率不相同，呼叫的接续流程独立。卫星通信应急系统中语音相对独立，其互通性常常仅是针对卫星站型间语音业务的互通，未将整个系统内全部语音进行系统考虑，从而整个语音通信的可靠性和自动化程度较低。目前卫星通信网络建设已经具一定规模，许多信息都基于卫星IP网络传输。基于IP网络组建语音系统是应急通信系统中的重要环节，要求组网简单、可靠性高、扩充性好、业务扩展灵活，可以将有线、无线语音等业务扩展到统一的IP网络平台上。卫星通信应急系统采用软交换技术，实现应急指挥中心与机动站型的语音通信，并将模拟语音、IP语音以及传统的PSTN有线语音进行无缝对接，实现语音之间的互联互通。本文针对控制语音业务窄带域的软交换设备，对软交换技术在卫星IP网络中的应用进行探讨，推动呼叫控制的程序化、标准化，对促进卫星通信语音业务发展有着重要作用。

2软交换技术简述

软交换技术是在IP电话网络业务中诞生的一种新技术，其应用模式灵活方便，是一种基于分布式技术的软件系统，不同设备基于网络IP链路通过软交换技术可以进行互联互通；它与设备底层硬件相互独立，对于各种业务层面的通信同步协议进行统一处理，兼容性及自适应能力较强。软交换可为语音通信这种要求实时性的业务提供呼叫及连接控制。如图1所示，软交换采用分层和构件化[1]的网络结构，从下至上依次分为媒体接入层、传输层、控制层、业务/应用层，可根据使用需求采用软件可定义方式组网。媒体接入层主要作用是实现多种网关、IP语音设备的接入，媒体接入层自适应各种接入设备的语音编解码并完成格式的转换。媒体接入层需控制层设备提供呼叫与连接控制实现具体的语音业务。传输层在软交换中，语音数据主要以IP媒体流的形式经同一IP网络进行传输，这是传输层需要完成的功能。传输层要求传输的带宽有保证并具有一定QoS功能的分组网络。控制层是软交换的呼叫交互中心。该层设备被称为语音业务软交换管理设备、软交换机或IP媒流体呼叫代理等，用来控制媒体接入层多种网关、IP语音设备呼叫完成语音通信业务。软交换设备主要具有呼叫控制、提供语音业务、语音数据处理交换、资源分配、网关及IP语音设备注册等功能。业务/应用层在传统网络中，根据相应设备做定制开发，一般来说不是开放资源的，容易受到各种制约。软交换技术就是为方便研发人员进行定制开发，为实际使用客户呈现更好的业务功能。软交换对控制与业务进行分离，业务部分形成相对独立的业务/应用层。业务/应用层利用各种设备来支持语音数据业务。应用服务器向语音数据通信研发人员开放权限提供相对独立的API接口。对于研发人员来说，不用去具体了解整个业务网络的具体情况。用户数据库存储用户的相应配置及参数。功能服务器用于网关及IP语音设备注册管理。业务服务器提供语音业务所需的媒流体资源分配。IAD接入设备具有FXS接口、IP业务接口，基于IP网络进行语音通信。具体发送过程是在IAD接入设备中对电话机模拟语音信号进行编码压缩封装，而后转换成IP包，按照标准控制协议、流媒体传输协议在IP网络中传输。接收过程则是先收到IP语音数据，通过IAD接入设备将IP信号解码转换成模拟语音信号。多个IAD接入设备可共享IP网络资源进行语音业务互联。中继网关设备具有数字E1中继接口及IP中继接口，能够承载PSTN及IP网络，通过E1接口2M链路No.7/ISDNPri信令与PSTN域互联，通过IP中继接口IP网络链路SIP协议与软交换互联。通过以上组网方式，中继网关可完成PSTN及IP域互联互通。

3模型规划和软交换的应用

本文提出的基于软交换的语音业务系统主要包括IAD模拟网关、中继网关、软交换中心及IP话机、IP终端等，如图2所示。卫星车载站装备IAD模拟网关设备连接模拟电话机、装备IP话机。便携站终端装备模拟网关板卡连接模拟电话机，通过IP接口连接IP话机，通过Wi-Fi热点扩展连接IP智能终端。卫星地面站装备IAD模拟网关设备连接模拟电话机、装备IP话机，装备中继网关通过E1接口2M链路No.7/ISDNPri信令连接程控交换机。IAD模拟网关、IP话机通过G.711、G.729、G.723等多种格式进行语音编解码，通过RTP标准传输协议在IP网络中进行语音数据IP包传输。通过控制协议RTCP，同步语音数据IP包，并且针对语音数据进行QoS反馈，保障语音数据的传输质量。传统的数字程控交换机，一个电话终端接入，用户的语音数据数字化处理，对应PCM的2M总线中的一个64kbps时隙，一条2M总线有32个时隙，其中第0时隙Ts0为帧同步码、16号时隙Ts16作为信令时隙，实际可同时接入30个电话终端用户[3]。在卫星地面站需要装备中继网关设备完成IAD模拟网关、IP话机SIP信令控制协议与数字程控交换机No.7/ISDNPri控制协议及信令，及RTP网络语音数据包与PCM语音数据格式的互相转化。实际应用中，对卫星通信语音业务模型进行简化。如图3所示连接，IPPBX为软交换及中继网关融合设备，可提供较大容量的用户交换能力。各IAD模拟网关设备、IP话机等终端注册到IPPBX软交换中心上，便于对支线局点的统一管理，且支线局点的数量可根据实际需要灵活配置[2]。IPPBX位于PSTN与IP网的接口处，实现FXS\E1与SIP协议的转换，实现远端及机动站型IAD模拟网关设备、IP话机与卫星地面站IAD模拟网关设备、IP话机之间的转接，同时完成PSTN承载通道与IP网之间的媒体流转换。号码分配：本地IPPBX和程控交换机侧的号码分配为9*****，其中90***为软交换中心上注册的话机号码，91***～99***为程控分配的话机号码。规则设置：各IAD模拟网关设备、IP话机等终端先注册到IPPBX软交换中心，即软交换端号码为90***，语音终端在软交换内部可以互相通信。由IPPBX软交换进入程控交换机的语音，软交换端号码为90***，程控端的号码为91***，当90***呼叫91***时，需要设置IPPBX软交换中心指向本地中继网关TG的路由。由程控交换机进入IPPBX软交换的语音，程控端的号码为91***，软交换端号码为90***，当91***呼叫90***时，需要设置程控交换机指向本地中继网关TG的路由，中继网关TG通过内部路由直接呼叫IPPBX软交换中心上注册的号码。对于有线IP网络进行扩展，利用Wi-Fi热点可将语音业务延伸到IP智能终端上。通过IP智能终端的SIP专用软件，可实现IP智能终端在IPPBX上注册，从而实现IP智能终端与机动站型IAD模拟网关设备、IP话机及卫星地面站IAD模拟网关设备、IP话机之间的互通，同时完成与PSTN的互通。在不改变语音框架结构的情况下，各IAD模拟网关设备、IP话机和IP智能终端接入到统一的软交换平台，软交换可以直接和程控互联互通，拥有程控对接的能力。由于可以通过软交换再组网的方式简化软件的配置和管理压力，从而可减少带宽流量，对于卫星传输的方式较为有利。如图4所示，基于软交换技术语音通信具体流程如下：（1）车载站、便携站终端注册成功后摘机拨号发起呼叫，向软交换中心发起Invite请求；（2）软交换中心确认通过后向地面站终端转发Invite请求；（3）软交换中心向车载站、便携站终端发送呼叫应答消息，100Trying；（4）地面站终端向软交换中心送呼叫的应答消息，100Trying；（5）地面站终端振铃，向软交换中心发送180Ringing振铃信息；（6）软交换中心向车载站、便携站终端转发180Ringing振铃消息；（7）地面站终端摘机，向软交换中心返回应答200OK；（8）软交换中心向车载站、便携站终端转发该应答消息200OK；（9）车载站、便携站终端收到消息后，向软交换中心发ACK消息进行确认；（10）软交换中心将ACK确认消息转发给地面站终端；（11）车载站、便携站与地面站终端之间进行语音通信；（12）通话结束后，地面站终端挂机，向软交换中心发送Bye消息；（13）软交换中心转发Bye消息至车载站、便携站终端；（14）车载站、便携站终端挂机后，向软交换中心发送挂断响应消息200OK；（15）软交换中心向地面站终端转发响应消息200OK。反过来，地面站终端拨打车载站、便携站终端电话则是一个逆向过程，流程类似。

4结束语

软交换技术是新旧语音系统融合的枢纽[4]，完全可以适应卫星IP网络中语音业务灵活扩展及组网的需求。使用的软交换设备集成度高、体积小、功能强，同时具有语音呼叫信令与协议的互转，支持G.711、G.729、G.723等多种语音编解码自适应，支持多用户注册及通话等优点，从而满足模拟语音、IP语音以及传统的PSTN有线语音融合互通。

参考文献

[1]韩子媛．软交换技术在通信工程中的应用及发展方向[J]．科技创新与应用，2016(10):37-38.

[2]孙婉莹，周三文，闫朝星．一种基于VoIP的CDMA卫星专网与PSTN互联系统设计[J]．遥测遥控，2017(01):23-28,40.

[3]贺晔晔．PSTN语音网关在VOIP中的实现[J]．科技广场．2016(11):75-79.

[4]夏秋．软交换技术在地区电力通信网中的应用研究[J]．技术与市场．2021(02):141+143.

作者：陈涛 杨仁庆 单位：中电防务科技有限公司