交换调度（共7篇）
交换调度 篇1
0 引言
为适应坚强智能电网的建设需要, 结合大运行体系调控一体化的模式, 调整优化公司系统的调度功能, 以实现国调、网调运行业务一体化运作。同时, 随着特高压电网的建设和区域联网加强, 调度系统数据量成倍增加, 电网运行更加复杂, 跨网局或同区域各省局之间的调度将越来越多, 促使调度方式更加灵活可靠。
本文研究开发的基于软交换架构的智能调度交换系统, 实现了公司系统以语音为主的调度系统向集语音、视频和数据为一体的多媒体融合调度系统的提升, 系统是一个开放的、可第三方编程的业务平台, 可有效扩展调度系统的应用范围, 很好地解决新老系统渐进、共存、互补问题[1,2]。本文提出的系统通过在浙江电力的实际应用验证了在电力调度工作中的适应性和可行性, 符合电网调度技术发展方向。
1 调度交换网现状
全国电力系统的调度程控交换网大多始建于20世纪90年代初, 现今普遍存在设备老化、故障频发的现象, 且无法与“大运行”体系下的调度业务有机融合, 在部署模式上存在较大局限性[3,4]。
1) 现有调度电话系统设备陈旧[5]。浙江省现网中的23台调度程控交换设备大部分是20世纪90年代早期的行政交换网设备退换下来的, 经过软件升级改造成为调度通信网的调度机, 其中9台运行年限至2013年将达到或超过20年, 其余14台运行年限达到或超过10年, 部件老化, 厂家不再提供备件, 运行设备缺乏足够的硬件质保和技术支持, 对电网安全生产构成威胁。
2) 现有调度台软件走死、数据丢失等故障频发。在新建被调对象时, 对于部署远端模块或者数字调度台的变电站, 必须通过传输设备的E1通道来传送;对于设置调度电话单机的变电站, 必须配套使用PCM设备才能实现用户延伸, 而PCM设备在通信业界也渐趋停产, 设备质量问题日益突出。据统计, 2011年至2012年造成调度电话业务故障的主要原因是调度台和PCM设备故障。
3) 现有调度交换网技术局限, 无法满足“大运行”体系下调控一体化的工作模式。调度运行人员提出了夜服呼转、人机绑定、身份识别、应急视频、录音定位查找、操作票联动等重要功能的迫切需求, 原有程控调度交换机无法实现, 给调度运行带来不便和安全风险[6]。“大检修”体系下大部分变电站无人值班, 目前有部分采用公网移动电话作为操作手机, 无法实现本地录音。
4) 现有调度程控交换技术无法支持跨大区异地互备的灵活组网模式, 制约了大型网络异地灾备和集中运维的架构需求[7]。
2 调度软交换组网架构选择
为验证国家电网公司“两层四级”网络架构的可行性, 以及备份机制的合理性, 本文研究模拟国家电网公司架构组网, 搭建了三级功能架构实际网络, 调度软交换系统处理采用分层工作架构, 自上到下分为调度业务处理层、呼叫处理层、控制平台承载网和调度终端[4], 调度软交换系统分层架构如图1所示。
系统覆盖省调、备调、嘉兴地调、温州地调、500 k V王店变、500 k V瓯海变、220 k V禾城变、220 k V里洋变、海盐县调、乐清县调、紧水滩电厂等11个调度域, 模拟国家电网公司系统分层组网架构形成省地县一体化智能调度通信系统, 为国家电网公司在全国电力系统内推广调度软交换提供现场运行实例。调度软交换系统组网架构如图2所示。
3 调度软交换关键技术实现
虚拟桌面、控制平面、网关仿真等系统关键技术的引入, 不仅使软交换组网架构在智能化、灵活性、可靠性等各方面得到提升, 而且使调度交换网络从传统只提供语音业务, 扩展到集成语音、视频、桌面共享、文件传输的全方位功能, 保留现有调度习惯的同时, 充分结合调度员的用户体验, 提高了工作效率和安全性。
3.1 虚拟桌面技术构建“智能调度台”
通过对新型调度台技术分析, 发现调度台虽然面临分布范围广、功能和性能要求高、安全性和可靠性要求高等挑战, 但同时又是具备功能性一致、复制性很强、需要的用户个性化应用和配置非常少的专用系统。因此, 调度台更适合于集中式的部署, 即将调度台的核心部件, 如操作系统、应用软件、数据处理等功能集中部署在中心站点, 而分布在网络中各个站点的调度台硬件只提供外部输入和数据展现的功能, 这些完全符合目前主流的“云计算”技术中的一个重要应用, 即虚拟桌面技术。在中心站点后台构建“桌面调度云平台”, 在服务器端为每个调度台用户定义相应的资源, 集中管理调度台所需要的操作系统、软件、数据处理等重要因素, 虚拟终端所需的输入输出 (如音视频、指纹识别、语音识别、录音服务等装置) 将被送到云平台进行集中处理, 而调度台桌面系统通过瘦终端来部署, 本身不提供任何的数据处理, 只通过图形显示协议, 将桌面视图的图像内容传送到虚拟终端。保证调度员的操作终端和后台处理处于完全隔离的状态, 大幅提升使用过程的安全性。既实现了调度台的集中管理, 也有效地提高了调度台本身的可靠性。虚拟桌面调度系统原理如图3所示。
研究中采用基于虚拟桌面基础架构 (Virtual Desktop Infrastructure, VDI) 的解决方案构建用户专属的虚拟机, 并在其上部署桌面版Windows用于提供服务。用户能够获得一个完整的桌面操作系统环境, 与传统的本地计算机的使用体验十分接近。而用户虚拟桌面能够做到性能和安全的隔离, 并拥有服务器虚拟化技术带来的其他优势, 服务质量可以得到保障。
1) 灵活快速的部署:只需要在中心“云”端为每个调度台终端分配合理的资源, 并配置相应的操作系统和调度台软件, 就能够实现调度台的快速下发部署, 不需要每个调度台单独安装软件。
2) 高效的软件维护能力:只需要对“云”端的调度台软件进行集中维护, 就能实现全网调度台的统一维护和管理, 不需要单独对每个调度台进行管理。
3) 提高终端的安全性:由于终端采用支持VDI技术的瘦客户端, 自身并没有操作系统和软件, 终端没有病毒感染等安全性问题, 所有的安全性问题全部在中心“云”端解决。
4) 极强的迁移能力:从固定方式的调度台到移动调度台, 不需要再根据移动终端的操作系统, 对软件实现迁移, 只需要在移动终端上启动相应的虚拟桌面软件, 就能够连接到“云”端, 自动实现了调度台软件的在线“迁移”。
5) 可靠性大大提高:部署在“云”端的服务器, 不仅能够实现本地的冗余机制, 而且能够实现异地的系统“漂移”, 极大提升异地备份的能力。
3.2 控制平面技术实现“调度云路由”
传统跨中心的呼叫处理通常有2种方式:一种是在每个中心之间建立语音SIP中继;另一种是在中心设立关守, 关守作为汇接局的作用存在, 各中心之间的呼叫必须通过关守完成。上述2种方式在部署时, 虽然都能够达到调度软交换的呼叫部署要求, 但都存在一定的缺陷。
对于SIP中继两两互联方案, 需要在任意2个呼叫处理中心之间建立SIP中继和拨号规则。由于呼叫处理中心数量众多, 如果需要建立两两之间的互联SIP中继及拨号规则, 必然要求大量的配置, 部署的工作量太大。一旦有新的呼叫处理中心加入, 还需要在新增节点向全网中其他节点建立互联SIP中继及拨号规则, 维护的难度很大。而且这种部署方式忽略了大型网络中各节点的层级关系, 另外, SIP中继和拨号规则的配置为静态方式实现, 一旦出现配置修改, 需要人工对所有呼叫处理中心的配置进行变更, 工作量巨大。网络出现故障, 也无法实现自动倒换, 倒换的规则都是人工设定的。
对于关守汇接方案, 在中心节点设立关守, 其他节点都与关守建立SIP中继及拨号规则, 两两之间的呼叫都通过关守完成。这种方案有效地避免了需要大量配置SIP中继和拨号规则的问题, 网络管理运维的工作量大大降低;通过设立两级关守, 第1级部署在国网层, 第2级部署在各省中心, 也能够很好地体现国网“二层四级”的构架。但关守与所辖中心之间的SIP连接和拨号规则为静态配置, 很难反映当前的真实情况, 当呼叫处理中心出现配置变更时, 往往需要人工修改关守和其他所有呼叫处理中心的配置。当网络出现故障时, 倒换原则也是人工设定的, 一旦人工设定的倒换规则不生效, 将导致业务中断, 网络不会自动选路及倒换。
另外, 调度软交换系统的推广和部署不是一蹴而就, 中间必然存在长时间的调度软交换系统和原有调度程控交换系统双网并存的情况, 这就要求双网互为备份, 以体现系统的平滑过渡。2张网络备份机制的实现, 需要通过E1语音中继和相应拨号规则的匹配来完成, 配置完全为静态方式实现, 而且配置逻辑的复杂性和工作量对系统管理员都提出了巨大的挑战。作为软交换语音处理核心的SIP中继和拨号规则, 是调度软交换平台非常重要的一个环节, 配置的智能化和简捷性将直接影响到整个系统的推广前景。相对静态的配置方式, 已经无法满足调度软交换高可靠性和高灵活性的要求, 需要有更智能化的技术来替代。经过研究和测试, 启动智能控制平面实现SIP中继和拨号规则的动态更新和学习, 真正构建“调度云路由”的呼叫处理平台。控制平面系统原理如图4所示。
呼叫平台引入了智能化的调度软交换控制平面, 通过控制平面服务注册协议和控制平面转发协议, 实现了电话号段和SIP中继自动宣告、自动学习、自动路由的功能。每个呼叫处理中心只需要发布自身的号段和SIP中继信息, 而不再需要配置与其他节点的关联关系和拨号规则。当网络中某一节点号段信息或中继信息需要变更时, 呼叫处理器只需要修改本端的配置, 控制平面就能够将这些更新信息发布到全网, 不再需要在网络中其他节点静态变更配置内容。当故障出现时, 控制平面会自动将故障内容宣告到全网, 网络中的其他节点实施更新拨号规则数据库, 控制平面还会依据当前网络现状, 自动计算备份路由并宣告给全网, 以此实现网络的自动倒换能力。另外, 控制平面自身具备了软交换网络拨号规则与传统程控网络拨号规则自动迂回的功能, 当来自控制平面侧的拨号规则完全失效后, 系统会自动将拨号走向指定到原有调度程控网络及与其互联的语音中继网关。通过这种方式, 有效实现了由调度软交换平台到调度程控交换网络的自动倒换能力, 尤其可以大幅度提升大型复杂调度软交换网络的运行效率。
3.3 网关仿真技术实现“双网异机同组”
为了实现原有调度交换系统由程控交换向软交换的平滑演进, 必然要求新旧2个系统实现互联互通。在过渡期间, 调度软交换用户可以与调度程控交换用户实现互通, 并通过新一代调度台实现异机同组功能, 同时, 又不能让调度员感知使用习惯和底层支撑服务的改变。软交换调度系统与调度程控交换网的互联分为中继互联和调度终端协议互联2个部分。上层软交换系统与下层现有的星形调度程控交换网采用网网叠加方式。在现有调度程控交换网中, 省调交换机与各地调调度交换机形成星形交换网平面。
软交换系统在省地构架两级系统后, 在省调和地调分别采用中继网关与现有程控调度机通过Q.SIG信令中继对接。2个系统形成叠加结构, 在叠加结构之上, 各自的调度终端去实现跨系统同组。各自的调度终端都是从属各自系统, 相互独立, 但在逻辑上设计了同组网关和同组逻辑模块, 通过同组网关的逻辑仿真, 实现上位软交换调度平面的调度终端、与下位平面程控调度终端的同组逻辑功能。实现2个平面软交换调度终端跨交换机、跨程控与软交换网络的不同制式调度台的双网异机同组, 具体实现了软交换调度台和传统调度台双向代答、并席等核心调度功能。
这样在2个平面各自具备实时备份的机制下, 又实现各交换网平面实时无缝的互为备用关系, 这是一种融合备用的高可靠备份方式。适应各种主站冗余备份、切换运行机制, 完全突破了传统用户级交换机 (Private Branch Exchange, PBX) 交换系统的束缚。终端结构简单, 提高了系统可靠性, 将为调度软交换网与原有调度程控交换网实现渐进、共存、互补并最终平滑替代奠定坚实的技术基础。软交换调度系统与传统调度系统互联同组结构如图5所示。
3.4 集中录音定位
调度软交换录音系统部署采用分布式部署结构, 调度IP话机与软交换呼叫控制服务器之间, 通过信令连接控制部分 (Signal Connection Control Part, SCCP) 信令连接, 实现软交换呼叫控制服务器对调度IP电话的呼叫控制。录音服务器与软交换呼叫控制服务器之间, 通过计算机电话集成 (Computer Telephone Integration, CTI) 接口连接, 获取所有电话的状态信息。通过IP电话媒体流复制录音方式将所有的媒体流, 通过话机内部的DSP芯片, 直接复制后发送到录音服务器, 实现所有调度IP电话的录音。录音系统的部署经济实用、便捷可靠, 实现分布式快速定位查询。录音系统部署结构如图6所示。
4 系统多级备份及安全机制
系统在主控平台、调度软件、IP承载网、智能调度台及电话终端等各部件均采用备份机制。主控系统采用“异地多点热备份”的N:1冗余运行结构;调度系统配置了相应的主备调度服务器, 拥有各自独立的数据库服务器和Web服务器, 相当于主备调度软件系统同时在线运行。调度终端在注册到主备服务器上时, 同时接收来自主备服务器的信息, 当某套系统出现故障后, 可以自动使用另一套系统的消息和控制功能, 从而实现主备服务器之间的无缝切换;IP承载网采用在现有行政软交换广域数据网中划分MPLS/VPN, 从核心节点、Qo S、线路和转发路径、业务隔离、接入控制、防病毒等多方面设计;智能调度台部分采用虚拟桌面的部署方式, 前端的VDI避免了人为的存储设备接入导致病毒入侵;终端部分采用双归属及本地自存活来保证可靠运行;IP/MAC地址绑定和用户名/密码的双重认证机制, 保证只有具备合法身份的用户才能分配到电话号码。
5 基于软交换架构的调度交换网应用运行分析
基于软交换架构的调度交换网已在浙江电力的11个调度域稳定运行1年, 形成省地县一体化智能调度交换系统。期间经受了台风和冰冻雨雪灾害等极端时期的密集调度状态考验, 新的智能调度台界面更加友好和人性化, 提供了语音、视频、图像、多方应急会议、夜服呼转、人机绑定、数据多媒体调度和调度站点快速查找等新功能, 嵌入了调度操作票系统, 使得调度操作更加智能化, 大大提高了电力调度运行人员的工作效率。新的智能调度台可预先存储电力调度运行人员姓名、照片、职级、指纹等信息, 提供了指纹、语音、视频图像等多重身份认证识别功能, 可以充分保证接发令人员信息准确性, 提高电力调度安全水平。
同时, 系统实现了全网集中录音, 各调度台录音信息可以按姓名、日期、事件归类快速定位查找。系统在无缝接替原有调度台所有功能的基础上, 实现调度软交换系统与现有调度程控交换网并列运行, 满足电网“大运行”模式下电力调度运行人员提出的各种迫切的新业务需求, 极大地提高了电力调度工作效率和安全水平。
6 结语
作为电力新型应用的调度软交换系统, 本身所应该具有的新型功能和服务会不断变化和提升, 需要随着日常的使用和研究, 进一步增加和扩展如调度文件的传送、图像监控资源的实时调用、面部识别技术等新功能。同时, 测试不同厂家系统之间互联互通协议及控制方式, 定义不同设备在各个层级的开放标准, 形成不同设备之间接口规范显得尤为重要。
摘要：通过分析现有电力调度程控交换网向新一代智能调度交换系统平滑演进的可行性, 提出一种基于软交换架构的调度交换系统, 解决了调度软交换与现有调度程控交换网系统互连、双网异机同组的难题, 完整实现了现有调度程控交换网的全部功能。新的调度交换系统中基于虚拟桌面的IP智能调度台, 无缝接替原有调度台的所有功能, 满足电网大运行模式下调度员的业务新需求, 极大提高了工作效率。
关键词：电力通信,调度软交换,虚拟桌面,控制平面,网关仿真,异机同组
参考文献
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交换调度 篇2
电力调度交换网是电网专用通信网络之一,作为电力调度的重要支撑系统,调度交换网为电网运行的组织、指挥、指导和协调提供技术保障。随着电网规模不断扩大、结构日趋复杂,电网运行的压力不断增加,电力通信网络也面临着“更可靠、更高效、更智能”的应用需求。为了更好地服务于电力调度,调度交换网需要不断完善。
软交换是下一代网络(NGN,Next Generation Network)的核心技术,其指导思想是呼叫控制与媒体传输承载相分离,通过软件实现基本呼叫控制功能。
软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。运用软交换技术可以灵活便捷地实现网络的覆盖,同时能提供多媒体增值业务。近年来软交换技术获得了广泛应用。
贵州电力调度交换网紧跟新技术发展趋势,实施网络改造完善调度语音服务,在加固原有电路交换网架结构的同时引入软交换技术,利用已建成的调度数据网搭建冗余的调度交换网络。
1 现状分析
1.1 调度交换组网现状
贵州电力调度交换网经过多年建设,覆盖了贵州中调调度范围内的地调、电厂和220 kV及以上变电站,约120个站点。改造前调度交换网是单核心星形结构,贵州中调配置一套核心调度交换机,地调、500 kV变电站通过2 M通道星形汇接至中调。电厂、220 kV变电站通过二线、四线、环路等64 k通道接入中调。
随着应用需求的不断提高,现有调度交换网络的不足日益凸显,主要表现为以下几方面。
1)单交换核心:单核心不满足N-1要求,容灾性差,一旦核心交换机故障将造成整个网络崩溃。同时核心设备的容量已接近满配置,系统扩容困难。
2)不能灵活组网:采用点对点的联网方式,新建厂站要接入调度交换网受到传输设备和通道资源的限制。
3)带宽局限:多数厂站通过64 k通道接入调度交换网,带宽受到严重局限,不能提供多媒体业务。
4)依赖PCM设备:模拟通道容易产生串音、干扰等固有缺陷,造成通话质量难以得到保证,且随着PCM设备的逐渐退出运行,提供调度语音业务必须另辟蹊径。
1.2 调度数据网建设现状
贵州电力调度数据网是用路由器组建的大型广域网络,2009年建成投运,覆盖贵州中调、地调、220 kV及以上变电站、电厂。
调度数据网主要基于IP-over-SDH技术组网,分为骨干层、汇聚层、接入层。骨干层间带宽≧155 Mbit/s,汇聚层至骨干层带宽≧8×2 Mbit/s,接入层至汇聚层带宽≧2 Mbit/s。骨干节点选择中调、枢纽500 kV变,汇聚节点选择地调、500 kV变,其余站点为接入节点。除中调配置2台路由器外,其余骨干节点和汇聚节点均配置一台路由器。
骨干节点间成网状互联,汇聚节点至骨干节点配置一台直联路由器和一台迂回路由器,接入节点配置2台路由器,分别接入2个汇聚节点。
调度数据网依据“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的技术原则组建,广域网组网采用多协议标签交换(MPLS,Multi-Protocol Label Switching)及虚拟专用网络(VPN,Virtual Private Network)技术实现。主要承载生产控制大区业务,按照安全等级分为控制区(安全区Ⅰ) VPN和非控制区(安全区Ⅱ)VPN。网络支持QoS,可确保网络拥塞时重要业务优先传送。
按照《电力二次系统安全防护规定》和《南方电网电力二次系统安全防护技术实施规范》等规范要求,生产控制大区业务应通过二次安全防护系统接入调度数据网。
2010年,贵州电力调度数据网实现了二次安全防护系统覆盖,二次安全防护系统在调度数据网各节点部署了控制区纵向互联交换机、非控制区纵向互联交换机、纵向互联硬件防火墙、横向互联硬件防火墙和纵向加密认证装置等设备,实现了业务的有效逻辑隔离和有条件跨VPN互通。其中,中调、地调、500 kV变电站、电厂的二次安防系统设备采取冗余配置,220 kV变电站的二次安防系统设备采取单配置。同一VPN内的不同业务通过划分不同VLAN来实现逻辑隔离。目前贵州电力调度数据网通过二次安防系统已成功承载了调度EMS、电能计量等生产控制大区业务。
贵州电力调度数据网和二次安全防护系统的建成为调度交换冗余网络提供了IP传送平台。
2 改造方案
2.1 总体方案
贵州调度交换网一方面对原有电路交换网络进行改造,将核心节点的一台调度交换机改造为2台Harris 2020交换机,将500 kV鸭溪变等6个枢纽500 kV变电站设置为主网汇接点,通过2条E1通道分别接入2台核心交换机,其余配置交换机的站点增加一条到主网汇接点的E1通道,形成分层汇接的网络结构;另一方面引入软交换技术,建设G2S软交换系统,并通过二次安防系统接入调度数据网,向各变电站、电厂提供IP调度电话。2台核心交换机配置内置中继网关(SIPU),实现与软交换系统的互联。总体改造方案如图1所示。
2.2 软交换主站接入方案
在主站,软交换核心服务器1+1冗余热备,全网IP网元设备受双服务器控制,能实现故障无缝切换,提高软交换网络的安全性。调度语音业务按照《南方电网通信网络生产应用接口技术规范》应接入非控制区VPN。软交换主站与二次安防系统非控制区交换机联接的防火墙应采用冗余配置。软交换主站接入方案如图2所示(图中省略了二次安防系统控制区相关设备和其他接入调度数据网的业务)。
2.3 站端接入方案
在站端,从非控制区交换机网络接口直接连接IP话机。IP电话主要覆盖220 kV及以上变电站、电厂。站端接入方案如图3所示。
2.4 IP地址规划
软交换系统采用静态IP地址,方便对设备进行管理和故障定位。
2.4.1 主站地址规划
2台G2S软交换系统核心服务器为达到冗余,需要5个IP地址,其余设备分别需要1个IP地址,每路电话一个IP地址,并考虑一定扩展空间,主站应分配32个IP地址。
2.4.2 变电站/电厂地址规划
变电站/电厂至少布放2部IP电话,并考虑一定扩展空间,应分配8个IP地址。
2.5 带宽需求分析
采用语音质量更好的G.711编码格式,每路语音的带宽在100 kbit/s以内。
视频格式基于H.264,带宽最大不超过400 kbit/s,加上其他应用,一路IP电话带宽在512 kbit/s以内。核心服务器需要处理并发呼叫,考虑带宽100 Mbit/s。
3 基于调度数据网的软交换系统的优势
3.1 多级冗余
调度交换网络从网络层面到话路层面实现了多级冗余,可以满足N-1要求。
3.1.1 网络冗余
软交换和电路交换形成了既互相联接又相对独立的2个平面,实现了网络层面的冗余。
3.1.2 核心设备冗余
软交换网采用双核心,当其中一台核心服务器不可用时,所有的IP电话可无缝切换到另一台核心服务器上,从而实现核心设备的冗余。
3.1.3 路由冗余
基于调度数据网,每个节点上都至少配置有一台直联路由器和一台迂回路由器,实现了路由的冗余。
3.1.4 话路冗余
各厂站都可使用模拟电话和IP电话,同时与中调调度通话,IP电话数量也可以根据使用需要灵活配置,实现了话路的冗余。
3.2 网络专用,业务安全
构建在调度数据网基础上的软交换系统首先在物理层面上实现了与电力企业其他数据网及外部公共信息网的安全隔离。软交换系统作为业务接入生产控制大区的非控制区(安全区Ⅱ),安全区之间采用防火墙实现逻辑隔离。处于同一安全区内的业务之间也划分了不同VLAN,进行逻辑隔离。可见软交换业务通过多重保护,具有很高的安全性。
3.3 QoS保障
由于调度数据网采用MPLS/VPN技术进行广域组网,并采用DifferServ技术保障业务的QoS。IP电话业务对抖动和延时要求较高,可通过配置较高优先级来实现QoS。
3.4 灵活覆盖新站点
在调度数据网覆盖的站点,只需在软交换核心服务器和调度数据网进行必要的数据配置,在站端联接IP话机,就能方便地接入调度软交换网络,从而实现新站点的迅速覆盖。如果系统需要扩容,也只需对核心设备进行扩容,并相应增加IP地址段即可。
3.5 灵活建立异地备调系统
由于软交换系统接入调度数据网的便捷性,可以在调度数据网覆盖的异地站点灵活部署软交换备用主站,实现异地备调的快速建立。利用双归属的技术优势,在主调核心层服务器1+1冗余热备的基础上,异地再设置一套软交换服务器,所有的网元设备都能够同时注册到2套软交换服务器中,当主调调度中心不可用时,备调调度中心能迅速投入调度指挥。
3.6 方便实现多媒体调度
只需设置相应硬件设备,软交换系统即可方便地提供视频调度、视频会议、同步浏览、电子白板、文件传输等多媒体调度功能。
4 结语
贵州调度软交换系统的建成为省级电力调度交换网引入软交换技术提供了成功案例,为调度交换网络向全软交换演进奠定了良好的基础。今后贵州调度交换网还应当深入研究挖掘软交换技术的特色应用,为电力调度提供更可靠、智能、便捷的服务。
摘要：为更好地服务于电力调度,调度交换网需要不断优化网络结构、提高网络可靠性。分析了贵州电力调度交换网络存在的问题,讨论在已建成调度数据网络和二次安全防护系统的前提下,利用软交换技术组建冗余调度交换网络的可行性,给出了软交换系统组网方案,指出主站端和用户端的接入方式,以及IP地址和带宽的规划要求。方案的成功实施,证明了通过调度数据网络和二次安全防护系统能够承载软交换调度语音系统,且调度交换网的发展方向是全软交换。
交换调度 篇3
目前, 在电力系统调度交换专网中, 依然以传统电路交换机技术为主, 实现全网调度交换业务的部署。虽然现有调度交换网依托电力系统专网, 为电力系统调度及生产业务提供稳定、可靠的服务, 但随着IP网络及交换技术的快速发展, 用户对业务的需求已经不局限于语音及低速的数据业务。在如何满足未来调度交换业务迅速发展的需求, 提高系统组网的灵活性等方面, 传统电路交换网络正在成为业务发展的瓶颈[1,2,3]。
在充分发挥传统网络稳定性的前提下, 传统的电路交换技术向基于软交换的下一代网络过渡是大势所趋。软交换是下一代网络技术中为语音、数据、视频业务提供呼叫、控制、业务功能的核心设备。软交换能够快速提供原有网络难以提供的新业务, 软交换的应用必将为今后电力系统通信网络技术和业务转型提供重要的战略机遇和发展空间。
1 电力系统调度交换网概况
目前, 省公司电力调度交换网基本以二级汇接、三级交换为主, 即省调中心、省备调中心为一级汇接中心, 省内各地调中心为二级汇接中心, 而地调以外的县调、变电站等, 则作为三级交换层, 整个网络结构具有明显的分层分级汇接功能。
省公司电力调度交换网一般以2M数字中继、Q信令进行统一组网。省调及省备调中心作为一级汇接中心, 其作用是主要汇接各地调调度交换机, 直调变电站、直调电厂。目前, 有部分省主调中心采用2套调度交换机作为不同站点的汇接, 也有部分省主调中心采用1套调度交换机;而备调中心一般在异地, 采用1套调度交换机方式。地调作为二级汇接中心, 其主要作用是汇接相应的地区变电站、直调变电站、县调、电厂等站点, 并作为三级交换层的站点与省调相互之间通信。目前, 有部分省份地调中心采用2套调度交换机作汇接用, 也有部分省份地调中心采用1套调度交换机。省、地、变电站、县调等一般具有独立调度交换机的站点, 均需要设置独立的管理系统, 由当地维护人员进行维护。
传统电力调度交换网络架构如图1所示。
2 软交换技术概述
2.1 软交换技术的原理
软交换的主要设计思想是业务与控制分离、承载与接入分离, 把传统变换机功能实体离散分布在网络中。软交换技术是一种功能实体, 为软交换网络提供具有实时性要求的业务呼叫控制和连接控制功能。其实现基于分组交换, 在原有电路交换机的基础上, 将业务功能、控制功能和接入功能相分离, 形成软交换网络的应用服务器、控制设备、信令网关和各种接入媒体网关。软交换网络可以同时向用户提供语音、数据、视频等业务, 采用分层的网络结构, 使组网更加灵活方便。整个网络被分成边缘接入层、核心传送层、控制层和业务层, 以及各种类型的接人终端, 即把控制和业务的提供与媒体层分离[4]。基于软交换技术的网络结构如图2所示。
2.2 软交换在电力系统中的应用优势
1) 软交换可以简化网络结构、减少运行维护投入。经过了几十年的不断发展进步, 电力通信网已经发展成拥有微波通信网、光纤传输网等综合性网络, 传输通道众多。利用软交换网络可以对这些网络进行融合, 简化系统结构, 方便管理和维护。
2) 提高系统安全性和服务质量。软交换由于采用了开放式的平台, 完全可实现多元化业务的部署。与传统电路交换技术方式不同的是, 软交换组网过程中, 可结合IP承载网的组网技术、路由技术、网络安全隔离等技术手段, 组网方式更加灵活, 可以更好地满足系统运行安全性的要求。
3 电力调度交换网软交换改造原则
软交换的引入将针对电力通信网应用现状及发展要求, 旨在提高整个系统的安全性和可靠性, 为电力调度系统的安全稳定运行提供保证。因此, 以软交换为核心技术进行调度交换网组网改造时应该遵循一定改造原则, 使电力调度系统在安全稳定的前提下, 获得循序渐进的平滑过渡。
1) 保护兼容现有系统, 电路交换与软交换系统将长期共存。虽然软交换与电路交换相比有较多优势, 但由于电路交换组网已经在全国电力通信网中全面建设, 其普及率相当高, 软交换很难完全取代。因此, 采用软交换技术后, 对目前应用的交换系统应该具有一定的兼容性, 并平滑过渡, 不仅使资源利用达到最大化, 也符合电力通信专网的稳定、可靠的要求。
2) 融合电路交换调度的优势, 互为主备。电路交换技术在调度应用中, 可靠性和安全性很高, 因此, 软交换在现阶段应该充分发挥这种优势, 特别在调度台终端, 能够融合电路交换和软交换双平台运行, 达到可靠安全的要求。电路交换和软交换系统之间, 能够形成一定的主备用关系, 即当IP网络出现故障后, 原来的传统交换能够在第一时间将业务切换过来。
3) 引入新的技术业务模式, 扩展调度系统的业务类型。在以软交换为核心的分组网络中, 通过计算机技术和通信技术的融合, 可以实现业务内容的多样化。为此, 借助软交换技术, 在新的调度模式中, 需要引入新的技术业务模式, 否则, 单纯采用语音, 则与传统业务并无差别, 无法体现软交换技术的先进性。
4 电力调度交换网软交换改造方案
基于电力调度交换网改造原则, 在原有运行系统的基础上, 通过软交换技术改造, 可使电力调度系统全面实现语音、视频、图像、数据、多媒体等业务应用。电力调度交换网软交换改造方案如下:
4.1 软交换平台建设
在省调及备调设置软交换核心服务器作为软交换核心交换平台, 具备1+1冗余热备及高可用性, 并同时布置网管、录音、媒体控制等业务服务器, 系统中的各个终端都能够提供双归属功能, 当平台两套设备IP分开规划的时候, 所有的终端设备都能够同时注册到两套核心平台上, 实现双归属。
4.2 调度台配置
各站点配置的软交换调度台均为双模视频调度台, 具备跨网多机同组的功能。新增调度台拥有软交换接口及电路交换接口, 同时注册到软交换服务器及电路交换机, 两侧网络同时工作互为备用, 具有极高的安全可靠性。可任意定义混合接口中的其中一个为主用接口或备用接口, 也可定义为两者同时主用, 即当调度台呼叫软交换侧用户时, 由软交换网口连接;当调度台呼叫电路交换机用户时, 可由电路交换接口连接, 因此, 具有高智能选择功能, 其可靠性更高。
4.3 软交换和现有系统的兼容
所有具备调度交换机的站点在保持原有连接方式不变的基础上, 采用IP中继网关方式连接到专用IP网络, 同时也能够与软交换网络的其他设备通信。在省调、地调的2台交换机中配置中继网关, 作为2M数字中继组网的备用路由选择。在各站点的扩展用户中, 可以采用IP话机、视频话机、模拟网关等终端设备, 通过模拟网关延伸出多个模拟话机, 实现全多媒体业务。
4.4 IP网路建设
软交换系统网络可以依托电力系统光传输网络, 并建立虚拟专用网承载软交换调度业务。
软交换调度交换网构架如图3所示。
5 结论
基于软交换技术的电力调度交换网, 可能够为电力系统提供视频通信、视频会议、数据会议、电子白板、同步浏览等新业务, 满足新型业务的拓展, 将是未来电网调度交换业务发展的重点。文章以现有调度交换系统为基础, 阐述了基于软交换技术的电力调度交换网的改造原则和改造方案, 可使电力调度系统在安全稳定的前提下, 获得循序渐进的平滑过渡, 对其未来在电网调度交换系统中更好地实现业务的部署提供参考。
参考文献
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交换调度 篇4
随着国家电网公司“三集五大”体系的全面推进,电力省地调度一体化、地县调控一体化和备用调度体系的建设对电力调度交换网的灵活性和适用性提出了更高的要求。传统的电力调度程控交换网难以提供除语音通话功能以外的多媒体综合业务,而基于软交换技术的新一代交换网不仅能够提供语音业务,还能将数据、即时消息和视频等多媒体应用与电力业务流程很好地融合在一起,可以满足电力调度生产运行中的新的需求[1]。调度录音是电力调度网必不可少的基本业务功能,软交换网络采用业务与呼叫控制、呼叫控制与承载相分离的模式[2],以分组交换网为承载网,传统模拟电话的压控与声控录音方式不再适用,而其他行业也无类似的录音方案可供参考,因此,如何满足电力调度软交换网络的录音、监听、查询需求并保证其稳定可靠运行,成为亟待研究和解决的问题。
1 电力调度软交换组网结构分析
根据《电力系统调度通信交换网设计技术规程》要求,现有的省级电力调度程控交换网通常采用“两级汇接、三级交换”的组网结构,省调 / 备调为一级汇接中心,地调与某个330/550/750 k V变电站为二级汇接中心,直调电厂和其他变电站为终端接入点。下一级交换中心的主、备调度交换机与上一级主、备调度交换机直接相连,中继互联均采用2 M数字中继,组网协议以Q信令为主,每个调度台的左右手柄分别挂接到主、备调度交换机实现异机同组功能[3]。
由于对电力调度电话24 h不可间断的高可靠性要求,软交换技术的引入必须按照渐进、共存、互补的方式保证电力调度交换网的平滑迁移[4],因此电力调度软交换网应与现有电力调度程控交换网有机融合、并列运行。此外,电力调度电话以纵向联系为主,且要求具备监听、强插、强拆、录音等功能,以公网通信为服务对象的软交换技术引入时必须提供标准的二次开发接口,并根据电力调度的特殊要求进行开发,既要继承传统电力调度程控交换网的全部功能, 又要提供新的多媒体调度通信功能。综合上述因素, 同时结合备用调度体系建设,电力调度软交换网的组网结构如图1所示。
在图1组网结构中,在省调主调、备调部署呼叫控制服务器、调度应用服务器等核心设备,完成呼叫控制和电力调度等特殊应用,在省地两级调度软交换网分别部署综合语音网关,完成与现有调度程控交换网、行政交换网的互联。各级调度电话(包括IP调度台左右手柄、IP电话单机)通过电力数据网注册到省调主调呼叫控制服务器,在省调主调呼叫控制服务器失效时切换到省调备调呼叫控制服务器,在省调主调、备调呼叫控制服务器均失效时切换到本地综合语音网关,实现三级冗余容灾备份,确保24 h不间断地可靠运行[5]。调度应用服务器主要为各级IP调度台提供快速拨号、监听、强插、强拆及多媒体通信调度功能。电力调度软交换网络录音方案要根据组网结构和IP电话录音技术的特点进行考虑,确保在上述各级调度电话冗余容灾备份机制下的可靠性和稳定性。
2 IP 电话录音方式对比
在目前的IP电话录音方式中,一般分为被动式录音和主动式录音,前者属于被监听式录音,后者属于主动发送语音流式录音。2种录音方式各有特点, 分别适用于不同的场合。
2.1 被动式录音方式
被动式录音利用以太网交换机的端口镜像方式,将各个端口的数据流量转发到录音服务器所连接的端口,由录音服务器对采集到的数据做拆分和分析。但端口镜像无智能筛选过滤功能,一旦出现端口复用的情况,将无法区分语音流与数据流。被动式录音方式分为本地端口镜像录音和远程端口镜像录音2种方式。
2.1.1 本地端口镜像录音
本地端口镜像录音通过本地镜像组的方式实现,被录音的IP话机与录音服务器都连接在同一台以太网交换机上,且源端口和目的端口在同一个本地镜像组中,源端口发送报文时复制一份并转发到录音服务器所连接的目的端口。这种录音方式一般用于IP话机分布较密集且数量较少的场合。本地端口镜像录音方式如图2所示。
2.1.2 远程端口镜像录音
远程端口镜像录音通过远程源镜像组和远程目的镜像组互相配合的方式实现,被录音的IP话机与录音服务器相隔较远,连接在不同的以太网交换机上,通过在源设备和目的设备之间进行远程数据镜像设置,将源端口、目的端口都划到一个镜像组中, 源端口发送报文时复制一份并转发到录音服务器所连接的目的端口。这种录音方式需要较大的网络带宽支撑,每个远程镜像语音流都会沿途占用网络带宽,且有可能出现丢包,一般用于IP话机分布较分散、数量较少的场合。远程端口镜像录音方式如图3所示。
2.2 主动式录音方式
主动式录音方式中录音服务器主动与呼叫控制服务器等通信,并抓取符合记录要求的IP数据包。在主动式录音方式下,数据包界面清晰,系统只对语音流发生作用,录音效果较好。主动式录音分为集中主动式录音和终端主动式录音2种方式。
2.2.1 集中主动式录音方式
在该模式下,当一个呼叫进入时,通过呼叫控制服务器发起三方会议(三方为录音系统、外线、坐席),启动录音;在录音过程中,当呼叫控制服务器向录音系统发送停止录音请求时,录音系统停止录音, 同时将录音记录写入数据库。
集中主动式录音方式比较简单,不需要增加新的功能许可,而是通过牺牲系统的会议桥资源来完成录音功能。该录音方式并发接入的录音用户数受限于系统布置的会议桥资源,当系统超过可以支撑的并发会议连接数时,会因资源抢占而影响到正常的电话会议。集中主动式录音方式如图4所示。
2.2.2 终端主动录音方式
终端主动录音利用话机内置的语音流复制功能,通过IP话机内部 的数字信 号处理器(Digital Signal Processor,DSP)将本机和对方通话的语音流主动发送给录音服务器[6],是目前比较常见的一种主动式录音实现方式。终端主动录音方式基于话机内部的DSP芯片,并不需要消耗会议桥资源,通过话机设置,可以在话机内部主动建立一份双方通话的语音流拷贝,并直接通过单播模式发送给录音服务器。这种方式从功能实现上来说较为合理,但是由于相对高昂的DSP芯片内置需求,往往在一些低端话机上无法实现,影响了终端主动录音方式的推广使用。终端主动录音方式如图5所示。
3 电力调度软交换网录音方案分析
根据《电力安全事故应急处置和调查处理条例》(国务院第599号令)、《电网运行准则》(DL/T1040—2007)等相关要求,电网侧与电厂(大用户) 侧调度电话应分别录音,以便于在发生电网事故或其他突发事件后通过录音查询进行调查分析。《电力系统调度通信交换网设计技术规程》(DL/T5157—2012)要求,录音系统应具有同时对多路调度电话进行录音、监听和查询功能,并要保证24 h不间断运行的可靠性。因此,在电力调度软交换网中,录音系统的设计应充分考虑软交换核心设备或数据承载网失效时如何保证调度电话录音的正常运行。
3.1 电网侧调度电话录音方案分析
电网侧调度电话数量主要依赖于各省电网规模,有人值守站点、无人值守重要变电站一般配置调度台(分左右手柄2部电话),其他无人值守变电站配置电话单机,总数量一般不超过5 000门(其中调度台数量一般在500个以下),分布比较分散,话务量较小(呼叫发起主要在有人值守站点)。从图1可以看出,电网侧各级调度电话均通过电力数据网注册到省调主调、备调呼叫控制服务器,在省调主调呼叫控制服务器失效时切换到省调备调呼叫控制服务器。从上述IP电话录音方式对比可以看出,此种模式下在省调主调、备调配置录音服务器(两地服务器通过心跳机制保持数据同步),采用被动式录音、集中或终端主动式录音均可满足调度电话录音需求。比较而言,采用终端主动式录音要求每台IP电话均需内置DSP芯片,但大部分无人值守变电站调度电话使用频率较低,存在一定的投资闲置,而且录音配置维护量较大。在集中主动式录音方式中,录音服务器主动与呼叫控制服务器进行信令交互,获取主叫、被叫信息和媒体流,录音控制与维护相对边界会话控制器被动式录音方式更好。
为保证调度电话的可靠性,各级调度电话在省调主调、备调呼叫控制服务器均失效或省至地市电力数据网不可用时切换到本地综合语音网关注册, 通过与综合语音网关互联的行政交换网等实现调度电话互通。此时,综合语音网关询问调度电话的配置并自动进行操作,由行政交换网为本地调度电话提供呼叫处理,上述配置中在省调主调、备调的录音服务器将无法对调度电话进行录音。此种模式下,调度电话信令流、语音流均通过本地综合语音网关(部署在各地市主调、备调),因此可在综合语音网关部署站点配置录音服务器,通过本地端口镜像方式实现调度电话录音,在电力数据网络恢复后,将录音数据同步到省调主调、备调的录音服务器。由于省调主调、备调呼叫控制服务器均失效或省至地市电力数据网不可用发生的概率较低,综合语音网关部署站点配置的录音服务器容量可以相对较小。
综合上述分析,电网侧调度电话录音方案可以设计为:在省调主调、备调配置大型录音服务器(采用软硬件冗余保证可靠性),在各地市主调、备调配置小型录音服务器,大型录音服务器要具备远程管理小型录音服务器的能力,采用心跳机制保持时间同步和录音数据的准确、完整,通过电力数据网实现监听和查询功能。
3.2 电厂(大用户)侧调度电话录音方案分析
电厂(大用户)侧调度电话数量一般不超过10门(配置调度台或电话单机),分布集中。根据电力系统二次安全防护要求,满足安全防护要求的电厂 (大用户)有电力数据网覆盖,未满足安全防护要求的电厂(大用户)尚无电力数据网覆盖。因此,电厂 (大用户)侧调度电话接入电力调度软交换网可能采用IP电话通过电力数据网接入,也可能采用传统模拟 电话通过 综合接入 设备(Integrated Access Device,IAD)接入。针对通过电力数据网接入的电厂(大用户)侧调度电话,由于数量较少且分布集中, 可采用本地端口镜像方式实现调度电话录音。针对通过IAD接入的电厂(大用户)侧调度电话,可沿用传统的模拟电话压控与声控方式实现调度电话录音。综合电网与电厂(大用户)侧调度电话录音方案分析,电力调度软交换网录音系统架构如图6所示。
4 结语
电力调度软交换技术组网的研究 篇5
传统电路交换机因其较高的可靠性,在电力调度领域得到广泛应用。电路交换网络是基于时分多路复用(Time Division Multiplexing,TDM)的话音网,以电路交换为主,只能提供64 kbit/s的业务,并且业务和控制都由数字程控交换机完成[1]。随着IP网络及技术的快速发展,用户对业务的需求已经不局限于语音及低速的数据业务,希望可以通过各种终端,随时采用高速的接入方式,享受个性化、多媒体综合性的业务。以前设计的语音网络越来越不能适应多远化的通信需求,传统公用开关电话网络(Public Switched Telephone Network,PSTN)正成为业务发展的瓶颈[2]。
随着IP网络的不断成熟,在IP网络上开发新技术、发展新业务成为现实。软交换是多种逻辑功能实体的集合,是下一代网络技术中为语音、数据、视频业务提供呼叫、控制、业务功能的核心设备,也是目前电路交换网向分组网演进的主要设备之一。软交换的主要设计思想是业务、控制与传送、接入的分离,各实体之间通过标准的协议进行连接和通信。这种集中控制、分散接入的架构,使软交换网络上提供的业务能更迅速地实现广泛覆盖。
1 省公司电力调度通信组网模型
电力行业是中国经济发展的基础行业,电力通信系统是电网安全稳定运行和企业高效运营的重要基础设施,其中,调度通信系统是电力通信系统中直接为电网生产服务的重点通信系统之一,所以建立一个高效、稳定可靠的调度交换网络非常重要[3]。
目前,省公司电力调度通信组网基本以二级汇接、三级交换为主,即省主调中心、省备调中心为一级汇接中心,省内各地调中心为二级汇接中心,而地调以外的县调、变电站等,则作为三级交换层,整个网络结构具有明显的分层分级汇接功能。
全省调度通信交换网一般以2 M数字中继、Q信令进行统一组网。省调、及省备调中心,作为一级汇接中心,相互间除了具有2 M中继连接外,其作用主要是汇接各地调调度交换机、直调变电站、直调电厂,容量一般较大,2 M数字中继的数量较多,处理能力要求较高。目前,有部分省主调中心采用2套调度交换机作为不同站点的汇接,也有部分省主调中心采用1套调度交换机;而备调中心一般在异地,采用1台调度交换机方式。地调作为二级汇接中心,其作用主要是汇接相应的地区变电站、直调变电站、县调、电厂等站点,并作为三级交换层的站点与省调相互之间通信。目前,部分省份地调中心采用2套调度交换机作汇接用,也有部分省份地调中心采用1套调度交换机方式,其向上主要连接省主调、省备调调度交换机,因此,省公司的调度地位最高,其优先级别最高,通常也需要占用中间汇接层的地调2 M数字中继资源。由于基本采用Q信令进行组网,且路由数量相对较充足,所以交换组网的技术难点还在于2 M数字中继路由的迂回使用,要有利于在众多2 M路由中避免造成路由震荡,并将路由的利用进一步合理化。
省、地、变电站、县调等一般具有独立调度交换机的站点,均需要设置独立的管理系统,由当地维护人员进行设备维护;同时,设置独立的录音系统,记录调度过程语音等信息,便于查询。
调度系统中最主要的操作终端为调度台,目前主要存在于省、地、县、高级别的变电站。随着无人值守站点范围的进一步扩大,更多的变电站将变为无人值守,主要以调度话机的方式存在,不需要调度台及调度交换机进行专用组网。传统电力通信组网如图1所示。
2 典型调度软交换组网方案设计
在保护原有投资的情况下,系统拓展可通过软交换技术实施,并全面实现语音、视频、图像、数据、多媒体等业务应用。整体网络构架以二级模式布置,省调作为一级汇接中心,主要汇接机有主调、备调调度机,2台调度机全部采用IP中继网关方式连接到专用IP网络,同时也能与软交换网络的其他设备通信,另外,也可以对省调中心调度用户放置IP终端设备。一级汇接中心新增软交换平台,包括核心软交换设备,以及各种业务服务器。地调作为二级汇接中心,原地调调度机与主、备调调度机上联方式保持不变。
在二级汇接层,新增软交换核心平台也作为第二级的软交换中心,地调、变电站、县调、电厂等所有具有调度交换的站点,均通过IP中继网关接入专用IP网络,并注册到地调软交换核心平台,形成以软交换为主,传统调度交换机为辅助的全新调度模式。典型调度软交换通信网如图2所示。
2.1 省调一级汇接中心
作为一级汇接中心,原有主调、备调调度机均保持原有2 M中继方式不改变,同时保持与二级汇接中心的地调调度交换机、各直调变电站的调度交换机2 M组网。以下从软交换系统的不同结构分别讲述组建原则。一级汇接中心通信网如图3所示。
1)软交换控制层。一级汇接中心新建一套软交换核心系统,包括软交换主、备用核心平台,主要实现该网的呼叫控制功能,包括呼叫选路、管理控制、连接控制和协议互通等。同时,作为核心控制设备,具有硬件1+1冗余热备的工作方式,使全网的IP网元控制具有双服务平台的支持功能,满足主、备用之间故障无缝切换的要求,可进一步提高软交换网络的安全性[4]。
2)软交换业务层。主要提供全网的业务支撑,与智能网业务提供者相似。业务层主要设备有媒体资源服务器、网管服务器及录音录像服务器、调度业务服务器等。媒体资源服务器为用户提供集中式多媒体资源服务、会议服务、交互式语音应答(Interactive Voice Response,IVR)服务,其中包含会议管理模块、会议控制模块和媒体处理模块。网管服务器为用户提供软交换系统的集中式管理和维护接口,实现对网络中各种网元的统一管理和监控,方便用户即时了解网络的运行状态;另外,综合网管系统对网络中的设备进行连通性检测,并提供告警功能,更方便全网IP网元的维护工作,大大减少维护的投入。录音录像服务器可以对调度通信过程中的媒体语音、视频信息进行详细记录,保证事故的后期查询及责任归属;并且可通过各种用户权限和方式进行实时查询。调度业务服务器能够提供调度台跨网同组、调度信息共享,以及会议中的调度台即时消息、同步浏览、电子白板和文件传输等数据专用功能。
3)软交换传输层。由一个专门的IP网络承载软交换业务。
4)软交换接入层。主要实现各种终端的系统接入。
省调的2台交换机通过中继网关连接到IP网络,并注册到软交换核心平台。
为保证对目前调度交换资料的有效利用和系统的安全运行,软交换调度台应具有双接口功能,具备软交换侧RJ45接口和电路交换侧2B+D接口,同时注册到软交换服务器及现有的调度交换机,两者热备运行,这样具有极高的安全可靠性。调度台能提供视频通信,包括视频会议、数据会议、电子白板、同步浏览、文件传输、即时消息等;还能提供专业调度功能,如热线呼叫、来电排队显示、呼叫状态显示(保持、转接、强插、强拆)、调度组呼叫、调度组坐席状态呈现(并机、监听、三方通话)、调度会议等。所有调度台均形成跨网多机同组的功能,并兼容原有调度台。
在省调中心的扩展用户中,可以采用IP话机、视频话机、模拟网关等,结合软交换调度台,实现语音、视频等多媒体业务[5,6]。
2.2 省调二级汇接中心及终端接入
由于组网原则是二级汇接,因此,在地调也建立软交换核心系统,采用主、备用软交换核心平台,同时选择性地接入各业务服务器,如录音录像、网管、调度业务、媒体资源等服务器。调度台采用双模软交换模式,同时接入现有调度交换机和软交换系统中,形成跨网同组。在地调扩展用户中,以及地调所辖的各三级接入层站点,可以采用IP话机、视频话机、模拟网关等,结合软交换调度台,实现语音、视频等多媒体业务。二级汇接中心通信网如图4所示。
3 山西电力软交换组网解决方案
3.1 原有电路交换组网情况
目前,山西电力调度程控网有在网调度程控交换机设备200多套,负担山西电网调度通信任务,同时也是连接华北电网及国家电网的重要组成部分。全网主要站点采用MAP型调度交换机,以2 M电路(Q信令)中继方式,组成环形网络。末端接入站点采用SPEED3000型号交换机,以2个2 M电路就近接入环形网。交换网结构如图5所示。
山西电力调度程控网的主要特点如下。
1)网络容量大:全网共有200多套调度程控交换机,其中,MAP型号调度程控交换机150多套,SPEED型号调度程控交换机60多套。
2)组网方式:以省调为中心,组成几个省、地、市级的环形网络;以地调和500 kV站点为中心,组成11个地区级的环形网络;其他变电站和电厂采用2点接入方式接入所在地区的环形网络。
3)全网统一编号:(1)省网编号为94xx xxxx,后4位为用户号(国家电网894xx xxxx);(2)后4位为2xxx的站,调度台号码用2500,主要为500 kV站点、500 kV电厂;(3)后4位为3xxx的站,调度台号码用3x00,后4位为6xxx的站,调度台号码用6x00,主要为220 kV站点;(4)后4位为3xxx、6xxx的站,前4位94xx与所在地区的地调站相同。
4)组网信令:全网采用Q信令组网,并采用多路由端到端自动迂回方式。
5)分级调度:对网络中的调度台设置调度等级,由调度员执行。
6)分级强插、强拆功能:系统根据其调度等级进行强插/强拆和强插保护/强拆保护。
7)集中网管:全省采用交换机网管系统进行集中管理维护,各站点调度程控交换机通过主干路由器采用TCP/IP方式主动将设备告警及性能数据上报给省公司调程网管工作站系统;同时省中心和各地级市都配置有网管终端,采用分级管理方式,能实时监控各设备状况,并对设备进行维护。
8)集中录音:全省采用集中录音方式,通过全省主干路由器,除了将各变电站录音系统的录音数据进行本地存储之外,还上传到地级市录音服务器和省中心录音服务器。
9)录音方式:利用录音用户板将录音采样点设置在调度主机处,实现集中录音,避免分散录音造成的噪音干扰、维护量增加等缺陷。
3.2 调度软交换组网解决方案
目前,山西省软交换调度系统组网主要涉及省公司、省备调(长治)、11个地调、检修公司等共14个站点。
1)软交换平台建设。在省调设置软交换核心服务器作为软交换核心平台,具备1+1冗余系统配置,同时布置网管、录音、媒体控制等业务服务器。
2)软交换和现有调度系统的组网。在省调、省备调(长治)、11个地调、检修公司等所有具备调度交换机的站点统一通过中继网关接入,形成IP路由备份。
3)省调一级汇接组网。目前,省公司全部采用某公司的调度交换机作为核心平台。在电路交换机上分别配置内置中继网关板,并接入到软交换系统,与目前使用的2 M中继互为备份。
4)各地调和检修公司组网中继互联。11地市和超高压公司全部具备调度交换机,具备交换机的汇接点采用内置中继网关板接入软交换系统。
5)调度台配置。在各站点设置的所有软交换调度台均为双模视频调度台,调度台同时注册于现有的电路交换侧和软交换侧,调度台采用双2B+D方式接入电路交换机,通过以太网口注册于软交换平台,两侧网络同时工作,互为备用。整个网络调度台配置如下:省调2个,省备调(长治)3个,超高压各2个,11个地调每个地调1个,共计18个。软交换调度台能支持原有调度台的所有调度功能,调度台的视频功能以软交换网络承载。
6)IP网路建设。目前,软交换系统网络依托于山西电力光传输网络,并建立虚拟专用网(Virtual Private Network,VPN)承载软交换调度业务。调度软交换系统网络如图6所示。
4 结语
软交换调度组网技术带来全新的业务应用模式,能有效利用网络资源,将语音、视频、图像、多媒体等有机地结合在一起,有利于进一步提高调度工作。同时,调度软交换能兼容现有电路交换体系,调度台也能同时由2B+D接口及100Base-T软交换接口接入调度交换系统及软交换系统,实现双网双待,既能保护现有投资,也能加强系统运行安全性。
目前,电力通信软交换调度组网应用还处于初步阶段,特别是软交换的业务效果更取决于IP承载网环境的优良情况。扩大软交换调度技术组网应用的研究,对电力通信专网的发展具有重大意义。
参考文献
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安徽电网调度软交换融合组网建设 篇6
目前,安徽电网调度电话交换网采用多级汇接层次清晰的星状网络,由省调、地区汇接局、接入端局组成。调度电话交换设备是以电路交换技术为核心的数字程控交换平台。数字程控交换发展至少已有数十年的经历,技术成熟性比较高。但是,数字程控交换技术是业务和呼叫控制、呼叫与承载于一体的交换技术,存在着以下几个问题:1业务单一,主要是语音业务,新业务拓展困难;2带宽的增加困难,发展前景窄;3成本高,维护困难等,不利于新时期高效率要求的工作管理及工作模式[[1]]。
传统程控交换技术存在很大缺点,为了适应新的业务需求,下一代网络应运而生。下一代网络将是一个可以提供话音、数据、视频和多媒体等各种业务的综合网络体系结构,采用开放的网络架构,业务与呼叫分离、呼叫与承载分离,使业务真正独立于网络,能灵活方便地提供各种业务[[2]]。而软交换所具有的特点和功能,恰恰适应了下一代网络体系结构的需要。软交换能够传输数据、语音、视频等多媒体数据,拥有媒体网关接入、呼叫控制、业务提供、资源管理、互连互通等功能,具有高带宽、多业务、功能强大、接入灵活、费用低、易维护的优点[[3]]。
为了保障电力生产、调度指挥的不间断,提高电网的防灾减灾能力,国网公司“三集五大”体系要求加强省调标准化建设、同质化管理,促进地县调专业集约融合,要同步完成备用调度体系建设,建立涵盖各层级的备用调度体系,建设软交换系统。安徽公司根据国网公司“十二五”通信网规划,结合现有设备运行状况和实际需求,按照渐进、共存、互补的原则,逐步开展软交换系统建设,实现调度电话热备的功能,达到国网容灾目标[[4]]。安徽电网实现调度软交换组网将面临以下几个问题:
(1)调度软交换必须满足容灾要求,即省调调度遭受重大灾害瘫痪时,省备调需要安全、稳定、可靠的发挥生产调度指挥任务,因此如何设计建设安全、稳定、可靠,并满足各层级接入的省备调调度软交换架构是一个重大难题。
(2)全省500KV及以上变电站、发电企业分布在各个地市不同地点,分布范围广,各站点采用不同的技术体制,如何实现低成本、高效率地完成全省组网。
(3)各站点通过不同的网络实现互联互通,网络带宽等基础条件不一,为实现多媒体调度增大了难度,如何设计调度软交换架构,不仅能够实现多媒体调度功能,满足多媒体调度所需的性能指标,同时不能增加调度人员的操作难度。
本文将结合电力行业的特点,研究探讨安徽电网调度软交换系统融合组网方案,该方案既能增加调度交换网的安全可靠性,又能实现各层级、各站点的接入以及多媒体调度业务。
1 安徽电网调度软交换系统融合方案
为了保障电力生产、调度指挥的不间断,安徽电网调度软交换融合组网方案需要保证调度软交换网络与调度程控交换网络相对独立,即保证调度程控交换网不受影响。调度程控交换网络与调度软交换网络形成调度电话的主备网络,当调度程控交换网出现故障时,调度电话可以通过调度软交换网络实现互通,从而提高安徽电力调度电话可靠性。为了达到上述要求,提出不同的调度软交换融合方案,具体方案如下所述。
方案一(直连方式融合组网):省(备)调、地调都部署调度软交换系统,调度软交换系统通过中继网关直接与本地调度程控交换机相连[[5]],调度席新增1台模拟话机通过接入网关接入调度软交换系统,如图1所示:
该方案不需要额外的数据通道,建设成本低,程控交换网络覆盖的地方都可接入。但是该方案没有增加调度电话网络的可靠性,调度席电话的增加,增大了调度人员操作难度,并且不能满足多媒体调度功能。
方案二(汇接方式融合组网):省(备)调、地调都部署调度软交换系统,省、市、500KV变电站及建有程控交换机的站点均采用中继网关[[6]],通过综合数据网与省备调软交换系统相连,如图2所示:
该方案中被调用户接入本地程控交换机,通过调度程控交换网络或者调度软交换网络与省调互通,调度软交换网络作为调度电话的备用,提高了调度电话网络的可靠性,程控交换网络覆盖的地方都可接入,不会增加调度人员的操作难度。但是该方案不满足多媒体调度功能,并且可扩展性差。
方案三(智能接入融合组网):省(备)调、地调都部署调度软交换系统,省、市程控交换机采用中继网关与软交换系统相连,所有站点采用双模调度台、智能话机与省(备)调软交换系统相连,如图3所示。
该方案与方案二相比,被调用户可以直接通过调度软交换网络与省(备)调互通,可靠性更高,不仅程控交换网络覆盖的地方能够接入,调度数据网覆盖的站点也能接入,并且满足多媒体调度,同时不会增加调度人员的操作复杂度,可扩展性高。但是该方案布线较多,施工量大。
方案三中省(备)调都部署调度软交换系统,汇接地市调度软交换,形成冗余,省调调度遭受重大灾害瘫痪时,省备调可以安全、稳定地发挥生产调度指挥任务,提高了安徽电力调度电话容灾能力。方案三增加了一条不同于原有调度程控交换网2M路由的IP路由,当调度程控交换网出现故障时,调度电话仍然可以通过调度软交换网络实现互通,提高了安徽电力调度电话可靠性。并且可以提供视频调度、文件发送等多媒体调度功能,为拓宽电力调度手段,提供新的网络支持和应用。综上所述,方案三满足安徽电网调度软交换融合组网要求。
2 安徽电网调度软交换组网实施方案
按照国家电网公司经济型原则[[7]],安徽公司充分利用现有通信技术和资源开展调度软交换融合组网建设。但是利用方案三进行组网建设时,存在以下几个问题:
(1)承载网络:选择何种的承载网,既满足各站点的接入,又满足调度软交换业务要求。
(2)接入方式:调度软交换服务器采用何种接入方式接入数据通信网,实现链路冗余,提高调度软交换系统的可靠性。
下面将对以上两个问题进行探讨,认真分析安徽电网调度软交换融合组网建设具体实施时存在的问题,并提出解决方案。
2.1 承载网络分析
采用方案三进行调度软交换融合组网建设时,利用数据网作为调度软交换的承载网络,调度软交换业务对带宽、实时性、安全机制、Qo S等性能有着较高的要求[[8]],选择何种的承载网成为调度软交换融合组网实施的重要问题之一。安徽电网调度软交换承载网的选择,可以考虑以下3种方案:
(1)SDH以太网资源组网。利用各站点SDH传输设备上的以太网可用网口资源组成承载网,地区各站点汇聚至地市备调,地市备调分别汇聚至省调以及省备调,覆盖省调、地调、部分110KV及以上变电站。
(2)调度数据网。调度数据网采用省调、地调、县调三级结构的双平面数据网,覆盖地区所有的110KV及以上变电站、电厂。
(3)数据通信网。数据通信网骨干层采用网状拓扑、双设备、双路由的可靠结构,主要覆盖省调、地调、500KV及以上变电站。数据通信网接入层采用环网拓扑、双设备汇接至骨干节点,主要覆盖县调、110KV及以上变电站。数据具有较好的网络带宽和可靠性保障。
下面将从带宽保证、实时性、安全机制、Qo S等方面对三种承载网方案进行详细分析比较,选择合适的数据网作为安徽电网调度软交换承载网,对比分析结果见表1。
由表1可知SDH以太网和调度数据网带宽不满足调度软交换业务需求,无法承载大量的语音和视频业务,并且未部署Qo S机制,不能保证调度软交换业务质量。调度数据网实时性较差,不满足调度软交换业务对实时性的要求,且运维时涉及多个专业,协调复杂。而数据通信网覆盖范围广、带宽资源丰富,实时性满足调度软交换业务要求,并部署了安全业务隔离和Qo S机制,保证了调度软交换业务质量和安全可靠性。因此,安徽电网选择数据通信网作为调度软交换承载网。
2.2 接入方式分析
选择数据通信网承载调度软交换,调度软交换服务器需要接入数据通信网,由于省(备)调、地调各站点存在两台数据通信网路由器,因此调度软交换平台应采用何种接入方式接入数据通信网,实现链路冗余,提高调度软交换系统的可靠性,是本节探讨的问题。
按照调度软交换平台接入网关设置的不同[[9]],调度软交换平台接入数据通信网的方式可分为以下两种:
方式一:二层接入方式,网关设置在数据通信网其中一台路由器上,由路由器承载区域调度软交换业务之间的路由选择。
方式二:三层接入方式,网关设置在调度软交换汇聚交换机上,由汇聚交换机承载区域调度软交换业务之间的路由选择。
对比两种接入方式可知,二层接入方式,实施简单方便,但是网关设置在数据通信网其中一台路由器上,由路由器承载区域调度软交换业务之间的路由选择,数据内部转发效率低,并且单链路接入,可靠性低。三层接入方式网关设置在调度软交换汇聚交换机上,由汇聚交换机承载区域调度软交换业务之间的路由选择,数据内部转发效率高,且有备用链路,可靠性高。因此,安徽电网调度软交换平台采用三层接入方式。
3 调度软交换系统融合组网总体方案
结合安徽电网调度软交换与程控交换融合方案以及组网实施方案,提出安徽电网调度软交换系统融合组网方案,该方案既能增加调度交换网的安全可靠性,又能实现各层级、各站点的接入以及多媒体调度业务。
3.1 省公司部署
在省公司部署有一套调度软交换平台,在阜阳省备调部署另外一套调度软交换平台(Soft Switch,SS),配置相同的软交换平台、业务服务器、中继网关及多媒体调度台,设置为双归属关系,即调度终端注册到省调及省备调的服务器,正常情况下,省调SS提供所有业务,备调SS则处于非激活状态,当主用SS出现故障,备调SS将被激活。两套调度软交换平台采用三层接入方式接入到数据通信网骨干层,并通过中继网关与原有程控调度交换机实现互连互通。多媒体双模调度台既接入原有调度程控交换机,又接入调度软交换平台。程控调度交换机与软交换调度系统实现跨网同组[[10]]。
3.2 地市公司部署
安徽省电力各地市公司部署一套调度软交换系统,配置核心平台、业务服务器、中继网关、多媒体双模调度台,采用三层接入方式接入到数据通信网接入层,与地市公司调度程控交换机实现互连互通。
3.3 总体方案
综上所述,安徽电网调度软交换系统融合组网方案如图4所示。省(备)调、地调软交换平台采用三层接入方式分别接入到数据通信网骨干层和接入层,500KV及以上变电站、直调站点调度终端设备“双归属机制”接入数据通信网骨干层,其他被调点软交换终端设备就近接入数据通信网接入层,同时注册到地调软交换服务器。
3.4 方案分析
本方案中省调、省备调都部署了调度软交换系统,采用“双归属机制”汇接地市调度软交换和500KV及以上变电站调度终端,省调调度遭受重大灾害瘫痪时,省备调可以安全、稳定的发挥生产调度指挥任务,增加了安徽电力调度软交换容灾能力。
方案增加了一条不同于原有调度程控交换网2M路由的IP路由。并且考虑了调度终端的备份,若调度站点只有1台调度程控终端,增加1台调度软交换终端,当原有调度程控终端异常时,该软交换终端仍能保障调度电话业务的畅通;若调度站点有多台调度终端,所有调度终端采用跨网同组技术同时接入调度程控交换系统与调度软交换系统,当调度程控交换网出现故障时,调度电话仍然可以通过调度软交换网络实现互通,提高了安徽电力调度电话可靠性。
数据通信网覆盖范围广、带宽资源丰富,实时性满足调度软交换业务要求,并部署了安全业务隔离和Qo S机制,本方案采用数据通信网作为调度软交换承载网,既保证了调度软交换业务质量和安全,又能实现各层级、各站点的接入以及多媒体调度功能。
4 结语
电力调度是为了保证电网安全稳定运行、对外可靠供电、各类电力生产工作有序进行而采用的一种有效的管理手段,电力调度对调度系统安全可靠性有极高的要求。结合电力行业的特点,提出了安徽电网调度软交换系统融合组网方案,该方案调度软交换采用“双归属机制”,增加了调度交换的容灾能力。充分利用了现有通信技术和资源,将调度程控交换系统与调度软交换系统有机融合,当调度程控交换系统出现故障时,调度电话业务可以通过调度软交换系统实现互通,提高了安徽电网调度交换系统的可靠性,采用数据通信网作为调度软交换承载网,既保证了调度软交换业务质量和安全,又实现各层级、各站点的接入以及多媒体调度功能。
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基于软交换技术的调度台设计 篇7
随着互联网协议(Internet Protocol,IP)技术的快速发展,基于IP网络的软交换技术在通信领域内已经得到了长足的发展和大规模应用。运营商的核心控制网络在本世纪初就已经将电路交换设备用软交换相关设备代替。由于IP协议的先进性,与基于电路交换技术的程控数字交换机相比,软交换系统除能提供基本的语音与数据业务之外,还能提供诸如视频会议、视频监控、统一通信和即时消息等新业务。
由于通信在电力行业调度领域的特殊性,新技术的应用一般相对滞后。软交换技术在公网的应用部署已经进入稳定的发展时期[1],目前已经非常成熟。另外,目前主流的程控交换机厂商在传统程控交换技术的研发和市场逐渐萎缩,也是电力通信网技术更新的重要驱动力[2]。所以电力行业的“十二五”规划将软交换技术列为重点发展方向,应用方式为:在一段时间内,软交换调度系统为电路调度系统的备用。当软调度系统的可靠性得到验证后,切换为以软调度系统为主用,电路调度系统为备用的工作方式。
1 调度系统
目前国家电网公司调度电话交换网是4级汇接、5级交换的语音交换网络。层次结构为:国网、区域、省公司、地市公司为汇接点,县公司和直调厂站等为交换节点。语音交换网技术体制以电路交换为主,部分省公司开展了软交换试点应用[3]。
1.1 基于电路交换技术的调度系统
目前调度系统采用的是电路交换技术,即以电路交换机为控制核心,一般使用数字话机或以基群速率接口(Base Rate Access,BRA)为标准的终端作为调度台。调度功能主要包括:遇忙强插、遇忙强拆、并机、会议和席位状态显示等功能。多个调度台配置成一个调度台组,分配一个调度组号。在调度台上配置调度值班电话。当调度值班电话呼叫调度台组时,组内的调度台同时振铃,只要有一个调度台接听,其他调度台就会马上停铃。同时其他调度台上的值班电话按键背景灯点亮,显示此值班电话正在通话。如果某个值班电话正在通话,而调度台要呼叫此电话时,当调度台听到忙音后,按“强插”键就可以参与先前的呼叫,从而保证紧急指令能立即下达。调度系统的特点是调度台有很高的优先权,必须保证调度指令能通畅无阻地下达到被调目标。
1.2 基于软交换技术的调度网
由于电路交换技术的发展已经停滞,并且窄带的电路信令因为技术的局限性,各种业务分离,无法融合,所以,以电路交换技术为核心的调度系统被以软交换技术为主的调度系统取代成为必然。广东电网公司“十二五”规划中要求:推动现有电力通信网络从“分离的通信网络”向“融合的下一代通信网络”转变[4]。软交换调度系统按照软交换体系分为:业务层、核心层、传输层和接入层。业务层由网管系统、业务服务器组成,完成对调度系统中所有网元的管理,并实现部分业务。核心层则由软交换设备组成。软交换设备相当于程控交换机的核心控制硬件和软件,负责进行呼叫的基本处理、资源管理、号码分析和路由选择等功能,并根据调度台上报的功能码进行相应的业务功能调用。软交换各实体之间通过标准的协议进行连接和通信[5]。传输层由网络交换机组成,作为各种协议数据及语音流、数据流的承载通道。接入层则由各种IP终端组成,包括调度台、IP话机和IP软电话等。
软交换调度系统除实现电路交换调度系统的所有功能之外,还能实现短消息、视频会议、视频监控和电子白板等统一通信功能。如调度员可以通过视频监控详细了解现场情况,从而对设备操作或维护人员下达准确的指令。
2 软交换调度台实现
2.1 调度台系统结构
基于软交换技术的调度台由硬件系统、软件系统组成。调度台的系统结构如图1所示。
硬件系统包括:工业控制计算机(工控机)平台、语音卡、麦克和摄像头其他外围设备组成,完成话机摘机、挂机、拨号地检测和语言流、视频流的编解码等功能。软件系统由不同的功能模块组成,完成对语音卡上报事件的处理、调用接口函数对语音和视频进行编解码及发送和接收、进行注册及呼叫、各种功能的管理等。
下面将重点对软件系统进行论述。
2.2 应用控制模块
应用控制模块是调度台的核心控制模块,由外围设备管理子模块、呼叫处理子模块和消息收发子模块组成。应用控制模块的结构如图2所示。
应用控制模块完成的功能包括:
① 音卡模块的监测。外围设备管理子模块定时扫描语音卡。当发现语音卡有事件(摘机、挂机、拨号)发生时,将该事件上报到呼叫处理子模块。呼叫处理子模块根据事件进行相应地处理。摘机:创建呼叫状态机;拨号:对号码进行分析,发起呼叫请求;挂机:发起释放请求。当检测到语音卡采集到语音流后,将语音流发送到实时传输协议(Real Transfer Protocol,RTP)接入模块进行编码并发送到网络。
② 语音卡模块的控制。呼叫处理子模块通过外围设备管理子模块控制语音卡向终端送拨号音、回铃音、忙音、停送回铃音。收到网络的180消息后,送回铃音;收到网络的拆线消息后,通过外围设备管理子模块控制语音卡向终端送忙音。当收到RTP接入模块发送的语音数据后,调用语音卡控制函数向终端播放语音。
③ 出呼叫控制。收到终端摘机事件后,呼叫控制子模块创建呼叫状态机,通过外围设备管理子模块控制语音卡向终端送拨号音,并检测终端的拨号。号码分析完成后,向会话初始协议(Session Initiation Protocol,SIP)接入模块发送内部呼叫建立消息,消息中包括主机号码和被叫号码等信息。收到网络的180消息后,向终端送回铃音。收到网络的200 OK消息后,向终端停送回铃音,并向SIP接入模块发送内部呼叫建立证实消息。收到网络的拆线消息后,向终端送忙音,并向SIP接入模块发送内部呼叫拆线消息,删除呼叫包。
④ 入呼叫控制。收到SIP接入模块上报的呼叫建立消息后,创建呼叫包,通过外围设备管理子模块控制语音卡向终端送振铃,并向SIP接入模块发送内部呼叫响应消息。
2.3 SIP接入模块
调度台的SIP接入模块,由SIP协议栈管理子模块、SIP协议栈子模块和网络消息收发子模块组成。完成的功能包括:
① IP协议栈的编解码。当SIP接入模块收到网络发送的消息后,通过SIP协议栈将SIP消息进行解码;当SIP接入模块收到应用层控制模块、调度台管理模块的消息后,通过SIP协议栈将内部消息进行编码。
② 消息映射。在内部消息和SIP消息之间进行消息映射。映射关系如表1所示。
③ 会话描述协议(Session Description Protocol,SDP)的编码。SIP接入模块收到应用层控制模块的SETUP消息后,在进行消息映射的同时,获取调度台支持的编解码列表、RTP端口、打包周期和时长等内容,并进行编码。
④ 通知RTP接入模块进行媒体流的接收和发送。当调度台作为主叫并且SIP接入模块收到网络发送的200 OK消息后,SIP接入模块通知RTP接入模块本端和对端RTP发送、接收的端口。当调度台作为被叫并且收到应用层控制模块的CONNECT消息后,SIP接入模块通知RTP接入模块本端和对端RTP发送、接收的端口。
2.4 RTP接入模块
调度台的RTP接入模块由RTP协议栈管理子模块、RTP协议栈模块、语音编解码子模块、视频编解码子模块和网络消息收发子模块组成。完成的功能包括:
① 语音/视频数据的编解码。RTP接入模块收到应用层控制模块的语音/视频数据包后,通过语音/视频编解码子模块进行对数据包进行某种格式地编码。收到网络发送的语音/视频数据包后,通过语音/视频编解码子模块进行对数据包进行某种格式地解码。
② RTP数据的打包、解包。当语音/视频数据包编码完成后,就通过RTP协议栈模块进行语音/视频包的RTP打包。打包完成后,通过网络消息收发子模块将RTP数据发送到网络。当收到网络发送的RTP数据包时,通过RTP协议栈对RTP数据进行解包,然后通过语音/视频编解码子模块进行既定格式的解码。解码完成后,发送到应用层控制模块。
2.5 调度台管理模块
调度台管理模块由注册子模块、心跳子模块和健康守护子模块组成。完成的功能包括:
① 注册。调度台加电启动后,注册子模块根据配置的软交换设备通信地址、通信端口、调度台的用户名及密码形成注册请求,并发送到SIP接入模块,同时启动定时器。当收到SIP接入模块的证实消息后,再通知应用层控制模块,并通知心跳子模块,启动心跳流程。如果定时器时超后,没有收到注册响应,则通知双归属模块。
② 心跳。当心跳子模块收到注册子模块或双归属子模块的启动心跳的消息后,心跳子模块向SIP接入模块发送心跳消息,并启动心跳定时器。在心跳周期内收到软交换设备的心跳响应后,再次发送心跳消息,并重新启动心跳定时器。如果心跳定时器时超后没有收到心跳响应,则通知双归属子模块。
③健康守护。调度台软件系统的各子模块以任务或进程形式存在,每个模块是否正常运行都会影响其他模块的功能。健康守护子模块的功能就是时刻监视各子模块的的运行状态,一旦某个子模块运行状态不正常,则根据预先设置的处理措施,或者只复位有问题的模块,或者复位整个系统。
2.6 双归属模块
调度系统必须具备极高的可靠性,即主用交换机出现问题后,备用交换机必须马上接管调度业务,这就要求调度台必须具备双归属功能。即调度台首先向主归属软交换设备进行注册,一旦注册失败,则向从归属软交换设备进行注册[6]。这样,调度业务不受影响,从而大大提高了调度系统的可靠性。当双归属子模块收到心跳子模块、注册子模块的消息后,形成注册消息,发送到SIP接入模块,向后备软交换设备进行注册,同时启动定时器。收到注册响应后,通知应用层控制模块,并通知心跳子模块,启动心跳流程。如果定时器时超后,没有收到注册响应,则继续双归属流程。双归属流程如图3所示。
3 呼叫流程及业务实现
3.1 呼叫流程
调度台发起的呼叫的建立及释放流程如图4所示。
① 语音卡模块检测到话机摘机,将摘机事件写入到缓冲区。
② 应用控制模块检测到摘机事件后,判断调度台当前是否已经注册到软交换设备。如果已经注册,则创建呼叫状态机,并通过应用程序接口(Application Programming Interface,API)控制语音卡向话机送拨号音。
③ 语音卡模块收到话机的拨号后,将号码写入到缓冲区。
④ 应用控制模块检测到拨号后,进入到呼叫状态机,检测终端是否开启视频功能,构造SETUP消息,并发送到SIP接入模块。
⑤ SIP接入模块根据消息映射关系,将SETUP映射成INVITE,并通过配置表构造SDP数据内容,发送到软交换设备。
⑥ 软交换设备收到INVITE消息后,进行号码分析等处理,如果被叫空闲,向SIP接入模块发送180。
⑦ SIP接入模块收到180后,将180映射成SETUP ACK,并发送到应用控制模块。
⑧ 应用控制模块进入状态机,通过API控制语音卡向话机送回铃音。
⑨ 软交换设备收到被叫的应答消息后,向SIP接入模块发送200 OK消息,并携带SDP信息。
⑩ SIP接入模块将200 OK映射成CONNECT,发送到应用控制模块。
(11) 应用控制模块收到CONNECT消息后,通过API控制语音卡停止对话机送回铃音。
(12) SIP接入收到200 OK后,对SDP数据内容进行解码,并通知RTP接入模块在指定IP地址、RTP端口进行语音流的收发和编解码。至此,通话建立。
(13) 话机挂机,语音卡将挂机事件写入到缓冲区。
(14) 应用控制模块检测到挂机事件后,向SIP接入模块发送RELEASE消息。
(15) SIP接入模块将RELEASE消息映射成BYE消息,并发送到软交换设备。
(16) 软交换设备接收拆线,回复200 OK消息。
(17) SIP接入模块将200 OK消息映射成RELEASE ACK消息,发送到应用控制模块。应用控制模块则删除呼叫状态机。
(18) SIP接入模块同时通知RTP接入模块释放RTP连接。
至此,释放过程完成。
3.2 业务实现
以下描述强插业务在调度台的实现。
强插业务是指A分机与B分机处于通话中,调度台在拨打A分机时遇忙,按强插键,进入A分机与B分机的通话,形成三方会议的过程。
强插业务流程如图5所示(前提条件:A B分机通话,调度台呼叫A或B分机)。
① 软交换设备回复486(busy)消息。
② SIP接入模块向软交换设备回复ACK。
③ SIP接入模块通过内部消息通知应用控制模块被叫忙。
④ 应用控制模块重新发起呼叫,构造SETUP消息,消息中携带私有域(强插业务码)。
⑤ SIP接入模块将SETUP消息映射成INVITE消息(携带私有域),发送到软交换设备。
⑥ 软交换设备回复100 Trying。
⑦ 软交换设备验证私有域中的强插业务码后,通过向媒体服务器发送指令组织会议,并通过MESSAGE消息通知调度台会议开始。
⑧ SIP接入模块回复200 OK消息。
⑨ SIP接入模块通过内部消息通知应用控制模块会议开始。
⑩ 软交换设备通知调度台A B加入会议。
(11) SIP接入模块回复200 OK消息。
(12) SIP接入模块通知应用控制模块A B加入会议,应用控制模块更新调度界面热键状态。
(13) 软交换设备发送200 OK(携带媒体服务器的SDP信息)。
(14) SIP接入模块回复ACK。
(15) SIP接入模块向应用控制模块发送应答消息。
(16) 应用控制模块向RTP接入模块发送消息,建立RTP连接。通过软交换设备的控制,调度台实现了强插功能。
4 结束语
通过研究硬件和软件结构,参考软交换体系的组成原理,并对SIP协议进行深入分析,经过多次论证和试验,完成了基于软交换技术的调度台实现。在实际应用中,通过大话务量测试(使用呼叫模拟器、测试仪表等工具),并针对调度功能进行具体地测试,验证了调度台完全实现了设计思想,尤其是双归属技术,极大地提高了调度系统的可靠性。
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