楊宗峰, 崔 松

(1.天津智導(dǎo)科技有限公司，天津 300192; 2.天津市公安局科技信息化處，天津 300020)

基于云計算的統(tǒng)一通信警務(wù)協(xié)同研究與應(yīng)用

楊宗峰1, 崔 松2

(1.天津智導(dǎo)科技有限公司，天津 300192; 2.天津市公安局科技信息化處，天津 300020)

針對統(tǒng)一通信的資金高投入，為了提高統(tǒng)一通信的普及性，提出了托管型統(tǒng)一通信方案；整體方案基于云計算架構(gòu)，由業(yè)務(wù)層、呼叫控制層、終端接入層和業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)管理層組成，同時分析了統(tǒng)一通信業(yè)務(wù)，包括基本語音業(yè)務(wù)、多媒體會議、協(xié)同類業(yè)務(wù)、統(tǒng)一消息、終端業(yè)務(wù)等；研究了統(tǒng)一通信語音網(wǎng)關(guān)，設(shè)計中繼網(wǎng)關(guān)提高組網(wǎng)能力,設(shè)計接入網(wǎng)關(guān)擴展終端業(yè)務(wù)；探索了云架構(gòu)的實現(xiàn)技術(shù)，包括P2PSIP技術(shù)、虛擬化技術(shù)、視頻編解碼技術(shù)等；P2P架構(gòu)能夠使系統(tǒng)動態(tài)適應(yīng)節(jié)點失效的情況，提高整個系統(tǒng)的可靠性與魯棒性；針對線路可提供帶寬的不確定性及不穩(wěn)定性，為保證視頻質(zhì)量，視頻會議采用可伸縮視頻編碼技術(shù)；研究成果應(yīng)用于公安智能警務(wù)協(xié)同系統(tǒng)，提高了語音系統(tǒng)的用戶感知；同時分析了行業(yè)現(xiàn)狀，展望了未來前景。

統(tǒng)一通信；托管型統(tǒng)一通信；語音網(wǎng)關(guān)

0 引言

統(tǒng)一通信[1](unified communication)，又稱融合通信， 是指把傳統(tǒng)通信技術(shù)與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)融為一體的全新通信模式，其核心內(nèi)容是滿足人們無論何時、何地，都可以通過任何設(shè)備、任何網(wǎng)絡(luò)，獲得音頻、視頻和數(shù)據(jù)的通信。也就是說，人們可以通過固定電話、計算機設(shè)備、移動設(shè)備等多樣化的終端，利用有線無線電信網(wǎng)、有線無線互聯(lián)網(wǎng)等多種傳輸媒介，進行自由的傳遞語音、傳真、即時消息、電子郵件、多媒體會議和數(shù)據(jù)文件等，進而達到以人為本的應(yīng)用層面的融合與協(xié)同[2]。

云計算(cloud computing)是指通過互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供按需服務(wù)模式，共享包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、應(yīng)用軟件等計算資源池，用戶按使用量付費的網(wǎng)絡(luò)交付信息服務(wù)。虛擬化技術(shù)是支持云計算的基礎(chǔ)架構(gòu)，是一種資源管理技術(shù)，在操作系統(tǒng)之上或者操作系統(tǒng)與硬件層之間建立一層獨立的軟件層，將計算機的各種實體資源，進行虛擬和映射，打破實體結(jié)構(gòu)間的不可切割的障礙，實現(xiàn)資源共享，提高資源利用率。

統(tǒng)一通信正處于發(fā)展初期，國際上以Avaya Aura和Cisco Call Manager為領(lǐng)導(dǎo)者，國內(nèi)廠商以華為eSpace為領(lǐng)跑者，微軟、Mitel、IBM、Google、塔迪蘭、中興[3]等廠商均積極參與其中，一起促進其協(xié)同發(fā)展。最近國內(nèi)基于互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同方案有WiseUC 和UcSTAR統(tǒng)一通信系統(tǒng)正風(fēng)生水起，塔迪蘭Aeonix統(tǒng)一通信及協(xié)同系統(tǒng)引起極大的關(guān)注。

1 基于云架構(gòu)的統(tǒng)一通信解決方案

云計算是分層的，從下向上分別為基礎(chǔ)設(shè)施(Infrastructure)、平臺(Platform)、軟件(Software)，相對應(yīng)的服務(wù)即為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)IaaS(Infrastructure-as-a-Service)、平臺即服務(wù)PaaS(Platform-as-a-Service)、軟件即服務(wù)SaaS(Software-as-a-Service)?；赟aaS的托管型的統(tǒng)一通信即為UCaaS( UC-as-a-service)，降低了實施成本，同時獲取了最先進的技術(shù)，可以應(yīng)用即時消息、多媒體會議、狀態(tài)呈現(xiàn)、通訊錄等功能，輔助以豐富的終端，提高跨地域溝通能力，實現(xiàn)各類通信的統(tǒng)一和簡化，提升通信效率，是一種全新的通信模式?；谠萍軜?gòu)的統(tǒng)一通信部署參見圖1。

圖1 基于云架構(gòu)的統(tǒng)一通信部署

1.1 云架構(gòu)解決方案

在數(shù)據(jù)中心構(gòu)建基于純云的托管架構(gòu)和商業(yè)云私有云混合架構(gòu)。數(shù)據(jù)中心云端設(shè)備統(tǒng)一管理，多點冗余備份，所有應(yīng)用共享，用虛擬專用網(wǎng)(VPN)劃分各項目、各業(yè)務(wù)，涵蓋基礎(chǔ)語音業(yè)務(wù)、計費系統(tǒng)、聯(lián)絡(luò)中心、錄音系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)、音頻會議、多媒體會議、移動通信、企業(yè)通訊錄、即時消息、統(tǒng)一消息等通信業(yè)務(wù)。云端除建設(shè)商業(yè)云外，還具備虛擬私有云結(jié)構(gòu)。新建項目可在既有集群基礎(chǔ)上，繼續(xù)增加服務(wù)器來擴容，也可以在私有云與商業(yè)云之間增加部署或遷移，提高云架構(gòu)的靈活性。這樣，就可以將分散的業(yè)務(wù)應(yīng)用融入一個強大的平臺之上，既可以提供用戶在私有云環(huán)境下業(yè)務(wù)運行，也可提供用戶分布式的解決方案。

統(tǒng)一通信解決方案一般由業(yè)務(wù)層、呼叫控制層、終端接入層和業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)管理層組成。

業(yè)務(wù)層服務(wù)器主要提供統(tǒng)一通信各種業(yè)務(wù)，與客戶端結(jié)合滿足用戶的業(yè)務(wù)體驗，提供統(tǒng)一的消息管理功能。呼叫控制層的提供包括語音呼叫、傳真呼叫等多種呼叫業(yè)務(wù)。終端接入層為企業(yè)提供在線協(xié)同辦公的豐富通信手段，支持PC客戶端、手機客戶端、模擬話機、IP話機等，提供包括即時消息、狀態(tài)呈現(xiàn)、企業(yè)通訊錄、語音郵箱、會議等通信業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)管理層包括業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)和統(tǒng)一網(wǎng)管。其中業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)提供對號碼、帳號、會議、CDR、話務(wù)臺的管理功能以及自助服務(wù)功能，統(tǒng)一網(wǎng)管提供對語音網(wǎng)關(guān)、SBC、IP電話等網(wǎng)元的批量監(jiān)控、升級、配置等。

1.2 業(yè)務(wù)和功能描述

統(tǒng)一通信提供了豐富的業(yè)務(wù)和功能[4]，主要業(yè)務(wù)分類包括IPT(IP Telephony)類業(yè)務(wù)、多媒體會議、協(xié)同類業(yè)務(wù)、統(tǒng)一消息、終端業(yè)務(wù)等。IPT業(yè)務(wù)包括基本語音業(yè)務(wù)、計費系統(tǒng)、聯(lián)絡(luò)中心、錄音系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)和語音會議。多媒體會議能夠提供語音、視頻、桌面共享、文件傳輸、電子白板、文字交流等豐富的會議協(xié)同功能。協(xié)同業(yè)務(wù)包括話機聯(lián)動業(yè)務(wù)、PC客戶端業(yè)務(wù)、移動客戶端業(yè)務(wù)以及一號通業(yè)務(wù)。統(tǒng)一消息業(yè)務(wù)，包括語音郵箱業(yè)務(wù)和傳真郵箱業(yè)務(wù)，登記該業(yè)務(wù)的用戶可以在任何地點、任何時間，通過電話、傳真、手機或PC連接到系統(tǒng)，獲取語音留言或傳真留言。終端業(yè)務(wù)包括Desktop終端設(shè)備、IP話機、專用軟電話和綜合接入設(shè)備IAD。

1.3 開放式組網(wǎng)能力

開放式網(wǎng)絡(luò)，支持多種信令與協(xié)議，包括SS7、PRI、R2、QSIG等主要窄帶信令和SIP寬帶信令，以及CSTA、網(wǎng)頁服務(wù)等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。不僅具有強大而靈活的組網(wǎng)能力，而且可以提供第三方接口，用戶可在系統(tǒng)中無縫接入各種常見的應(yīng)用或根據(jù)需要添加各種設(shè)備，與第三方應(yīng)用軟件結(jié)合，實現(xiàn)第三方應(yīng)用功能，提供如銀行、交通金融等行業(yè)的應(yīng)用解決方案。統(tǒng)一網(wǎng)關(guān)通過接口機實現(xiàn)與已有酒店管理系統(tǒng)的對接，為酒店提供豐富的語音通信業(yè)務(wù)，從而提升酒店的通訊服務(wù)水平。當(dāng)需要錄音的用戶終端分布比較分散或是有分支機構(gòu)的情形時，選用基于SBC的IP錄音。解決方案支持與企業(yè)AD集成，可以將企業(yè)通訊錄單向同步到業(yè)務(wù)管理單元。與Outlook搭配使用時，可以通過Outlook實現(xiàn)呼叫聯(lián)系人、預(yù)約會議、同步聯(lián)系人等功能。支持與大型視頻會議的對接。

1.4 可靠性與安全性

提供服務(wù)器的雙機備份、網(wǎng)關(guān)本地再生、IAD斷網(wǎng)斷電逃生等，保證系統(tǒng)運行的高可靠性。通過統(tǒng)一配置和升級網(wǎng)元，統(tǒng)一配置UC業(yè)務(wù)等，提高可維護性。提供多層次、多維度的安全指標(biāo)，并部署SBC、SVN等外網(wǎng)安全接入設(shè)備，以保證用戶外網(wǎng)接入的安全性。

2 統(tǒng)一通信語音網(wǎng)關(guān)

統(tǒng)一通信是基于語音交換的前提基礎(chǔ)上，結(jié)合IP網(wǎng)絡(luò)形成與發(fā)展的，因而對語音網(wǎng)關(guān)要求具備強大的VOIP[5]語音處理能力。它一般支持靜音檢測VAD(Voice Activity Detection)、壓縮及舒適噪音(CNG)、回波抵消、增益調(diào)節(jié)、Jitter Buffer和丟包補償(PLC)等技術(shù)，提供高質(zhì)量的語音服務(wù)。支持TOS(Type of Service)和DSCP(Differentiated Services Code Point)以滿足語音流優(yōu)先。支持RTCP(Real Time Control Protocol)協(xié)議，提供發(fā)送RTP(Real-time Transport Protocol)包總數(shù)、接收RTP包總數(shù)、發(fā)送字節(jié)總數(shù)、接收字節(jié)總數(shù)、時延、抖動、丟包率等統(tǒng)計信息。支持G.711(A-Law / U-Law)、G.729a/b、iLBC、G.722、G.722.1和G.722.2多種編解碼格式，同時系統(tǒng)支持語音編解碼切換和優(yōu)先級選擇，以更好地滿足客戶需求。

2.1 中繼網(wǎng)關(guān)

中繼網(wǎng)關(guān)采用純SIP軟交換核心，寬窄帶一體化設(shè)計，實現(xiàn)了模擬話機和IP話機的混合組網(wǎng)，可以有效提高通信效率和降低運營成本。通過模擬或數(shù)字中繼，基于窄帶中繼或基于寬帶中繼實現(xiàn)與PSTN(public switched telephone network)或者專網(wǎng)語音交換設(shè)備的連接。

中繼網(wǎng)關(guān)不僅支持局內(nèi)用戶互通的基本語音通訊，也支持點對點多媒體通信業(yè)務(wù)，提供基于SIP協(xié)議的多媒體終端相互之間的多媒體通信[6]，同時支持電路域T.30格式傳真、分組域T.38格式傳真和G.711透明傳輸。中繼網(wǎng)關(guān)提供用戶權(quán)限分級管理和策略限呼等高級業(yè)務(wù)和智能路由業(yè)務(wù)，在IP或TDM中繼故障后自動重選，能夠根據(jù)實際需求配置中繼選路的策略以達到局間通信的可靠性和費用最低的要求。提供語音會議功能，根據(jù)與會者加入會議的方式不同有預(yù)約式或即時式，其中預(yù)約式會議又可分為自行接入式、主席召集式和系統(tǒng)召集式。提供語音信箱業(yè)務(wù)，對語音留言進行統(tǒng)一的存儲和管理，用戶可以在任何時間、任何地點通過撥打語音留言提取字冠收聽留言。提供自動總機業(yè)務(wù)，即交互式語音應(yīng)答業(yè)務(wù)，如果某號碼被設(shè)置為自動總機號碼，則呼叫該號碼時，播放語音提示，實現(xiàn)放音收號和自動轉(zhuǎn)接功能。中繼網(wǎng)關(guān)內(nèi)置硬話機話務(wù)臺，與IP話機或POTS話機配合即可實現(xiàn)簡單的話務(wù)臺業(yè)務(wù)，也可以配備獨立的話務(wù)臺系統(tǒng)與網(wǎng)關(guān)對接，實現(xiàn)更多功能。中繼網(wǎng)關(guān)生成用戶話單信息，寫入并保存到話單池。中繼網(wǎng)關(guān)與話單服務(wù)器對接時，其他應(yīng)用可以通過話單服務(wù)器獲取話單并進行解析。

2.2 接入網(wǎng)關(guān)

接入網(wǎng)關(guān)作為VoIP/FoIP媒體接入網(wǎng)關(guān)，應(yīng)用于NGN(next generation network)網(wǎng)絡(luò)或IMS(IP multimedia subsystem)網(wǎng)絡(luò)，完成模擬語音數(shù)據(jù)與IP數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換，并通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)。

接入網(wǎng)關(guān)通過SIP(session initiation protocol)協(xié)議接入NGN/IMS網(wǎng)絡(luò)，在MGC(media gateway control)或SIP Server的控制下完成主被叫間的話路接續(xù)。支持多種方式接入IP網(wǎng)絡(luò)，如xDSL(x digital subscriber line)接入、交換機接入、GPON(gigabit-capable passive optical network)/EPON(ethernet passive optical network)接入。

3 云架構(gòu)實現(xiàn)技術(shù)研究

3.1 P2PSIP技術(shù)

P2P架構(gòu)能夠使系統(tǒng)動態(tài)適應(yīng)節(jié)點失效的情況，提高整個系統(tǒng)的可靠性與魯棒性。P2P技術(shù)調(diào)動網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點都動態(tài)參與到路由、信息處理和帶寬增強等工作中，而不單純依靠中心服務(wù)器來處理，從而改進了傳統(tǒng)C/S模式下中心服務(wù)器的系統(tǒng)瓶頸問題，于是就擁有了高擴展性、健壯性和高容錯性的優(yōu)勢。SIP協(xié)議由于它標(biāo)準(zhǔn)的開放性使其廣泛應(yīng)用于VoIP、音視頻會議、即時消息、文本聊天、交互游戲等業(yè)務(wù)中，在IP分組網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中得到普遍的實時通信應(yīng)用。P2PSIP架構(gòu)融合兩者的優(yōu)點，同時使用分布式哈希表DHT(distributed hash table)技術(shù)來實現(xiàn)搜索策略改善搜索效率。

P2PSIP電話架構(gòu)的設(shè)計，擁有了P2P系統(tǒng)特有的可靠性和可擴展性優(yōu)勢，同時更容易融入現(xiàn)在流行的IP電話系統(tǒng)協(xié)議框架，與任何現(xiàn)存的SIP-PSTN網(wǎng)關(guān)的IP電話結(jié)構(gòu)以及基于服務(wù)器的IP PBX一起工作。

3.2 虛擬化技術(shù)

云架構(gòu)采用虛擬化構(gòu)建，支持VMWare 認(rèn)證 、 Vmotion 、 Hyper-V等虛擬化技術(shù)，無需專用硬件，全功能支持虛擬化。系統(tǒng)可以做到靈活部署于機房、云，或者混合部署，能夠在AWS運行在線演示。系統(tǒng)針對第三方服務(wù)器托管模式，設(shè)計特有的BYOC(Bring Your Own Cloud) 自帶云計算方案。

虛擬化技術(shù)能夠減少物理資源投入，提高系統(tǒng)平臺的利用率。通過存儲虛擬化技術(shù)，用戶可在服務(wù)器內(nèi)部搭建存儲資源池，大幅提高磁盤空間的利用率，降低對存儲的投資。分布式存儲性能出眾，可在集群環(huán)境中大幅提升IOPS(input/output operations per second)。同時通過服務(wù)器的CPU、內(nèi)存資源池，用戶可按需建立虛擬機和虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，有效減少業(yè)務(wù)平臺的硬件投資，合理利用空閑資源。后期網(wǎng)絡(luò)性能和存儲性能需要擴容時，用戶只需堆疊添加標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器設(shè)備，即可實現(xiàn)整體資源池擴展，無需復(fù)雜的存儲遷移和網(wǎng)絡(luò)改造。

3.3 視頻編解碼技術(shù)

針對線路可提供帶寬的不確定性及不穩(wěn)定性，為保證視頻質(zhì)量，視頻會議采用可伸縮視頻編碼SVC (scalable video coding) 技術(shù)，細分為時域可伸縮性、空域可伸縮性和質(zhì)量可伸縮性, 可產(chǎn)生不同幀速率、分辨率或質(zhì)量等級的解碼視頻。能夠?qū)崿F(xiàn)只通過一次編碼，即可實現(xiàn)不同傳輸碼率及分辨率的高清視頻、標(biāo)清視頻、手機視頻，達到自適應(yīng)視頻分層AVL(adaptive video layering)目的，隨時保持視頻畫面的流暢清晰。

自適應(yīng)視頻分層技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源狀況，考慮最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)利用率，為獲得最佳的視頻質(zhì)量，采用分級控制，依照視頻流的優(yōu)先級，動態(tài)改變視頻壓縮率，選擇不同的傳輸參數(shù)，確定不同的傳輸方案，從而適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)線路資源。

4 產(chǎn)品在公安系統(tǒng)中的應(yīng)用

基于云架構(gòu)的統(tǒng)一通信系統(tǒng)為通信融合提供了擴展平臺，其中很多技術(shù)在天津市公安局智慧警務(wù)通訊系統(tǒng)建設(shè)項目中得以應(yīng)用，將電話、消息、視頻、多媒體會議等多種通信方式有效地整合在一起，同時借助公安網(wǎng)VPN接入外出辦公人員的警務(wù)通手機和PAD終端，提高了溝通效率，很好的提升了現(xiàn)有語音系統(tǒng)的用戶感知，實現(xiàn)了語音電話、數(shù)據(jù)共享、視頻通信的信息融合。整個系統(tǒng)具有良好的開放性，為進一步的通信融合提供了擴展能力。

移動客戶端與固定客戶端一樣，具有一致的界面布局和使用體驗設(shè)計，實現(xiàn)語音、視頻、IM和會議等功能，能夠全面支持UC功能，包括接收/發(fā)送即時消息、群組聊天功能、好友列表管理和狀態(tài)、查看企業(yè)/個人通訊錄、企業(yè)通信錄多關(guān)鍵字搜索、VOIP呼叫、二次撥號、CTC點擊會議、多媒體會議等。同時支持多終端之間切換，兩方通話中轉(zhuǎn)移到第三方終端進行，支持?jǐn)?shù)據(jù)會議，接受主講人的屏幕共享等。

5 結(jié)語

統(tǒng)一通信仍處于發(fā)展期，各國際巨頭在布局上各有側(cè)重，有些傾向于硬件解決方案例如華為，有些傾向于軟件解決方案例如微軟，更有華為、Polycom等傳統(tǒng)設(shè)備廠商紛紛與軟件提供商結(jié)盟，共同提供統(tǒng)一的解決方案。統(tǒng)一通信的性能，一般可以通過視頻系統(tǒng)、移動性及門戶化為衡量準(zhǔn)則，與此同時，各廠商的解決方案和其他廠商互聯(lián)互通[7]也是亟待解決的問題。

[1] 葉 云.統(tǒng)一通信的實踐與標(biāo)準(zhǔn)化[A].中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)工作委員會(TC3)第十次全會[C]. 2008.

[2] 李 健, 韋 偉.統(tǒng)一通信及其標(biāo)準(zhǔn)化[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2009(7):1.

[3] 穆志純. 走向成熟的統(tǒng)一通信——中興通訊統(tǒng)一通信解決方案[A]. 中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)工作委員會(TC3)第十次全會[C]. 2008.

[4] 黃山松. 統(tǒng)一通信平臺設(shè)計與業(yè)務(wù)實現(xiàn)[D].上海：復(fù)旦大學(xué)，2008.

[5] GOODEB Voice over Internet protocol(VoIP)[J].Proceedings of the IEEE，2002，90(9)：1495.

[6] 葉德謙，孟慶吉，張樹國. 基于SIP集中式視頻會議系統(tǒng)對私下會議問題的研究[J].微計算機信息，2006，(1-3)：78-79.

[7] 趙慧玲. 統(tǒng)一通信主要業(yè)務(wù)互通模式探討[A].中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)工作委員會(TC3)第十次全會[C]. 2008.

Unified Communications System Research and Application Based on Cloud Computing About Intelligent Policing Collaboration

Yang Zongfeng1，Cui Song2

(1.Tianjin Knowdoo Science and Technology Co., Ltd，Tianjin 300192，China; 2.Science and Technology Information Department，Tianjin Public Security Bureau，Tianjin 300020，China)

For high investment funds to unified communications, in order to improve the popularity of unified communications, UCaaS solution was designed and developed. The overall scheme was based on the cloud computing architecture and consisted of the service layer, the call control layer, the terminal access layer and the service and network management layer. Simultaneously unified communications services were analyzed, including basic voice services, multimedia conferencing, collaborative services, unified messaging, terminal services, etc. Voice gateway techniques were studied. the trunk gateway was designed to improve the networking capability, the access gateway was designed to expand the terminal business. The implementation technology about cloud architecture was explored, including P2PSIP technology, virtualization technology, video codec technology.P2P architecture can make the system adapt to the situation of node failure dynamically and improve the reliability and robustness of the whole system. In order to ensure video quality, video conferencing use scalable video coding technology to deal with the uncertainty and instability of the line bandwidth. The research results were applied to the public security intelligent police cooperation system, which improves the user perception of the speech system. Industry status was analyzed. At the same time, we look to the future prospects.

unified communication; UCaaS; voice gateway

2016-12-12；

2017-01-09。

楊宗峰(1970-)，男，碩士，工程師，主要從事光纖傳感、統(tǒng)一通信方向的研究。

1671-4598(2017)05-0222-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.05.061

TN91

A