基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的分析与实现

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论文题目：基于软交换的煤矿多业务语晋调度系统的研冤与买现硕士生：田丰(签名)仁遨专业：通信与信息系统指导教师：韩晓冰(签名)习免施触摘要生产调度指挥透信系统是煤矿安全生产管理中的重要手段之一。随着NGN网络的成熟，实现煤矿企业安全生产中的语音、视频和数据等多业务在统一P承载网中传输、控制和管理是未来煤矿安全生产调度发展的趋势。本文为了实现基于VolP的语音调度功能，提高语音调度通信的可靠性、灵活性和业务扩展性，研究并开发了基于软交换的煤矿多业务语音调度系统。通过对煤矿安全生产中多业务需求的分析，结合软交换体系结构，提出了基于软交换的煤矿多业务系统模型，并分析了多业务系统功能。在基于软交换的煤矿多业务系统模型基础上，对煤矿语音调度系统进行了设计和开发。首先，分析和设计了注册服务器和代理服务器，设计了语音调度系统结构、系统功能模块和语音通信系统结构。其次，分析了SIP协议在语音调度通信中的实现过程。最后，使用VisualC++和SQLserver2000开发环境，基于WindowsSocket，采用分层模块化的软件开发结构，实现对语音调度系统软件的编程开发，设计和实现了呼叫模块、定时器模块和语音通信模块等公共模块。在此基础上开发并实现了煤矿多业务语音调度系统的基本语音单呼叫、组群呼叫、强拆强插、语音监听等核心调度功能模块。同时，为煤矿安全生产中的视频和数据业务的融合提供了标准的API接口。在实验室搭建了语音调度系统的测试平台，对系统功能进行了验证，并使用Ethereal协议数据包跟踪工具对通信信令进行了抓包分析。测试结果表明系统完成了基于多业务平台下的语音调度的基本功能，满足未来煤矿安全生产对语音调度系统的需求。关键词：软交换；多业务；语音调度；SIP研究类型：应用研究 Subject：ResearchandRealizationofCoalMineMulti-serviceVoiceSchedulingSystemBasedonSoftSwitchSpecialty；CommunicationandInformationEngineeriName：TIANFeng(Signature)Instructor：HanXiao-bing(SignatureABSTRACTTheproductioncommandandschedulingcommunicationsystemisoneofimportantmeansduringcoalminesafetyproductionandmanagement．WiththematurityofNGNnetwork，itisafuturedevelopmenttendencyofsafetyproductionandschedulingtoachievethevoice，video，dataandothermulti—serviceCanbetransmitted，controlledandmanagedbytheunifiedIPloadbearingnetworkinthecoalmineenterprise．ForrealizingthevoiceschedulingfunctionbasedonVoIPandimprovingthereliability,flexibilityandserviceextensionofvoiceschedulingcommunication，onecoalminemulti—servicevoiceschedulingsystemisstudiedanddevelopedbasedonsoftswitch．Throughtheanalysisformulti-servicedemandinthecoalminesafetyproduction,consideringthestructureofsoftswitchsystem，themodelofcoalminemulti—servicesystembasedonsoftswitchisdeveloped，andthefunctionofmulti-servicesystemisanalyzed．Inthebaseofcoalminemulti-servicesystembasedonsoftswitch，thecoalnlinemulti—servicevoiceschedulingsystemisdesignedanddeveloped．Firstly，theregistrationserverandtheproxyserverareanalyzedanddesigned．Thestructureofvoiceschedulingsystem,thefunctionmodelandthevoicecommunicationsystemaredesigned．Secondly，therealizationprocessofSIPprotocolinthevoicecommunicationisspecified．Finally,undertheoperationenvironmentofVisualC++andSQLserver2000，inviewofWindowsSocket，bythehierarchicalmodulesoftoperationstructure，theprogrammingofvoiceschedulingsystemisachieved，andthecallmodule，timermodule，voicecommunicationmoduleandotherpublicmodulesaredesignedandrealized．Basicsinglecall，groupcall，dismantlingandinsertingrandomly,voicemonitoringandothercoreschedulingmodulesaredevelopedandachievedinthecoalminemulti-servicevoiceschedulingsystem．Atthesametime，astandardAPIinterfaceiSprovidedfortheintegrationofvideoanddataservicesinthecoalminesafety production．Thetestplatformofvoiceschedulingsystemisbuiltinthelaboratorytoconfirmthesystemfunction，andthecommunicationsignaliscapturedandanalyzedbytheEtherealprotocolpackettrackingt001．Thetestresultsshowthatthevoiceschedulingbasisfunctioniscompletedunderthemulti—servicesplatform，whichCanmeetthedemandofvoiceschedulingsysteminthefuturecoalminesafeproduction．Keywords：SoftswitchMulti-serviceVoiceSchedulingSIPThesis：ApplicationResearch 妻料技太学学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名：指导教师签名勿号年‘月加日／ 1绪论1绪论1．1课题背景目前煤炭行业信息化整体水平不高，煤矿安全事故不断发生，其中的一个重要原因是煤矿企业安全生产信息手段落后，矿井安全监测、监控体系不健全。煤炭行业通信专网现有的网络已经具备相当的规模，在企业所在地的通信市场具有一定的影响力，拥有相当数量的用户群，随着用户数量的增加，原有的网络已经不能满足煤矿安全生产管理的实际需要。煤炭专用通信网由矿区地面通信系统和煤矿井下调度通信系统两大部分组成。近几年来地面通信得到迅猛发展，无论是传输设备，还是交换设备，容量逐年增大，技术不断更新，逐步实现了数字化、程控化，通信的可靠性和稳定性也逐渐提高；地面通信网正在向集语音、图象和数据传输“三合一"的综合信息网方向发展。但是，煤矿井下调度通信由于受通信设备技术跟进缓慢和特殊环境条件的制约，还存在许多问题。随着煤炭企业业务的不断扩大和数据业务的高速发展，当前煤炭企业网络建设和服务的重点逐渐转向为语音、视频和数据等综合业务提供统一的传输平台，过去单一的、没有传输层面的、集中型的网络模式已不适应形势的发展。软交换作为下一代网络的发展方向，不但实现了网络的融合，更重要的是实现了多业务的融合，具有充分的优越性。由于软交换体系采用分层的体系架构，各层之间通过标准接口进行互连。使得每一层功能之间相互独立、互不影响的。软交换体系还支持多处理机系统，可以灵活配置以支持不同网络的特定需求，满足煤矿安全生产多业务应用的需求。软交换技术是在IP网络基础上提供业务控制能力。它的关键特点是采用开放式体系结构，将综合业务与呼叫控制分离，呼叫控制与承载分离，因而具有良好的结构扩展性，为系统提供了标准的、全开放的应用平台。传统的煤矿通信网是为安全生产、调度、指挥服务而建设的。随着历年来的建设，各局通信网己初步形成了具有数字程控交换机、光纤、数字微波等多种通信方式并存以及拥有众多通信站点和上千用户的规模。然而，由于定位不同及建设资金的缺乏，各矿务局的通信网普遍建设得相对分散，从而造成网络业务有限、结构单一、接入方式简单等问题；通信网络正在运行的许多设备在设计和技术上已经十分落后，运行可靠性逐步降低，在很大程度上影响了通信和生产的安全运行。随着社会交流的方方面面日益转向知识经济模式，矿区用户也逐渐要求通信网络提供以话音、数据、图像为基础的多层面、多样化、智能化的综合业务和功能。而目前各矿务局通信网业务功能很少，加上由于网上设备类型、技术层次相差较大，通过升级、改造可在小范围增加部分业务功能，但要在全网实现多数据业务却困难重重且风险太大。随着我国煤炭系统近几年来经济效益的 西安科技大学硕士学位论文好转以及矿区环境的不断改善，作为其重要组成部分的通信网也需要不断发展，为了满足矿区不断加快的现代化建设和管理的要求，提高矿区通信的整体水平，积极采用IP技术和新设备继续完善和扩建通信网已是十分紧迫的任务。煤矿安全生产中各业务(语音、数据和视频)分别采用各自的接入平台和控制系统，相互不兼容，缺乏统一的承载平台，各系统信号数字化后利用软交换技术能够实现各网络间互通互用，使各终端用户更灵活的使用各种业务。对建立完善的煤矿企业综合业务应用平台，提高矿井现代化安全生产与管理具有重要的社会意义和实用价值。1．2国内外研究概况1．2．1国外研究概况国外20世纪末期以来，在新技术革命的带动下，煤矿开采和加工利用技术迅速发展。先进采煤国家积极应用机电一体化和自动化技术，研制开发了大功率、高性能的开采技术装备，广泛应用计算机技术，实现了矿井生产过程自动化、矿井的高产高效和集约化生产。为适应这种高度集中化生产模式和煤矿生产集团化管理模式，先进采煤国家研制开发了矿井自动化监测控制系统，主要生产环节已基本实现自动化检测监控。全矿井综合自动化监测监控系统集语言、数据、图像于一体，兼容各种专用监控系统功能的综合监控网络系统，将监测、控制、通信功能合成一网，并发展灵活、方便的无线接入技术。监控系统覆盖全矿井各生产环节，包括现场监测控制层、生产与安全集中控制监视层、信息管理层三个层次，通过各种矿用控制器、传感器、通讯终端、摄像仪等实现了对综采工作面和矿井运输、通风、排水等设备和矿井瓦斯、煤尘等安全参数的自动化监测和控制。目前国外比较典型的监测系统如下LlJ。1)英国MINOS监测系统。MINOS监测系统是英国有代表性的先进的监测系统，他能对井下环境进行连续监测，包括：◆低浓度瓦斯：用BMl瓦斯检测器，测量范围O％．3％CH4；◆高浓度瓦斯：用BM2H瓦斯检测器，测量范围0％一100％CH4；◆瓦斯抽放系统的负压；◆风速：用BA2，BA4，BA5风速检测器，测量范围0-2m／s、0．5m／s、O．10m／s；◆风压；◆烟雾及粉尘。2)德国TF．200瓦斯监测系统。TF．200系统是YF．24系统的更新产品，功能扩大，传输通道由24个增加到52个。其技术特点如下：◆主要传感器：高浓度瓦斯、低浓度瓦斯、CO、风速等传感器。◆中心站：系统容量为176个模拟量，352个开关量；主要设备为计算机、打印机、2 1绪论记录仪、模拟盘。◆传输系统：传输方式为调频，52个信息通道；传输距离为18-42Krm调换方式v／f变换，卢5．15Hz。◆分站：容量为4、8、16个传感器组；供电方式为10．24V。3)美国SCADA监测系统。是集中监测系统，分为标准型和扩展性两种。国外在不断完善煤矿安全的跟踪预测的基础上，开展了研究瓦斯突出的动态预测技术和突出危险区域预测技术[21。俄罗斯建立了区域预测预报专家系统。德国研发的“超越现实”是一种高安全性的通讯技术，可以完全改变井下矿工的工作方式。矿工通过“数字眼镜”(检测机器故障的装置)查看出现故障的机器。电脑会给出非常详细的、有动画演示的维修步骤。矿工不需要亲自去检查机器，完全由电脑来检查并处理数据。在新近研发的井下新技术中，特别引人注目的是一种“井下WLAN无线局域网系统”。这种技术利用安装在矿工头盔上的摄像头传送地下煤矿实时图像，并通过手机、耳麦等移动通讯设备，借助微型电脑进行数据传输等。专家可以借助矿工头盔上的摄像头传送的实时图片进行观察与诊断，并通过耳麦指导操作。提高了矿工工作效率也降低了危险概率。波兰和法国对煤层突出危险进行了分级，实现了科学管理。1．2．2国内研究概况目前，我国煤矿安全生产监测的网络化程度不高，井下安全信息不能及时传到井上生产控制中心，各种监测系统独立运行，数据不能共享，没有统一的传输平台，导致煤矿事故频发。现有的煤矿安全生产监测系统大多是通过有线网络建立的，随着煤矿开采的日益变化，煤矿井下的物理结构也在不停地改变着，原先设计好的有线网络传输系统很难做到完全的监测覆盖，重新建立新的有线网络系统，在成本上，人力上，扩展性等方面都不符合实际情况的发展。因此，建立一套灵活，可靠，实时性好，扩展性强的井下多种业务接入平台迫在眉睫。IP承载网络在数字化矿山通信系统中还没有全面普及，有的矿井仍然使用纵横制交换机，甚至有的用交换机代替生产调度机，很多煤矿从地面到井下，从主要生产环节到辅助环节安装有几台甚至十几台小交换机(程控、共电、磁石等制式并存)，他们各自独立，成为信息孤岛，系统间联系十分不畅，通信效率低，非常不利于生产和指挥，也不利于各生产环节的互相联系，给正常生产经营造成较大影响。当遇到矿井突发事故势必造成生产调度指挥人员不能实现“强插’’、“强拆"严重后果。由于通信网络不畅、非常不利于事故的抢险，极易造成事故损失的扩大。从上世纪90年代开始，煤炭专网经过多年的努力工作，取得了长足的发展，使煤炭专网的实力日益扩大，已经形成了规模【3114]151。具体表现在：◆网络布局上：具有点多面广的特点。几乎涵盖了所有采煤省(区、市)。53％的矿区与公网实现了全自动联网。各矿区专网具有快速扩张能力和向矿区周边外延能力，为建3 西安科技大学硕士学位论文立全国性的电信网点打下了良好的基础。由于通信不是煤矿的主导产业，长期以来，无论经济效益好的煤矿还是经济效益差的煤矿，对通信的投入都明显不足，综合分析语音通信调度存在以下几个主要问题。◆通信设备相对落后，容量不足，可靠性差数字程控交换机在煤矿行政通信系统中还没有全面普及，有的矿井仍然使用纵横制交换机，甚至有的用生产调度通信交换机代替行政交换机。◆传输系统落后，通话质量差，不适应与外界的联系目前大部分矿井的行政通信交换机与矿务局总机或电信公网采用NO．1信令组网，有的矿井甚至仍采用环路中继组网，局间中继少、接续速度慢，音质音量差，很难保证煤矿对外联系的畅通。◆组网模式不合理很多煤矿从地面到井下，从主要生产环节到辅助环节安装有几台甚至十几台小交换机(程控、共电、磁石等制式并存)，他们各自独立，成为信息孤岛，系统问联系十分不畅，通信效率低，非常不利于生产和指挥，也不利于员工在生产环节中的互相联系，给正常生产经营造成较大影响。◆通信业务单一受计划经济的影响，有些煤矿的通信网建设只把能够实现话音通信作为主要内容，基本没有从电信运营的角度进行网络设计，系统不能进行增值业务的开发、开放，网络市场化经营的基础薄弱。◆不适应抢险的需要当遇到矿井突发事故，由于通信网络不畅、通信手段单一、网络承受能力差，往往造成领导层信息不通、指挥不灵、数字不准，非常不利于事故的抢险，极易造成事故损失的扩大。另外，煤炭通信系统还没有与主业(煤炭生产)实现真正的分离，还没有实现市场化经营，不符合国企改革精神。总体看来，当前我国煤矿行业信息化水平仍然较低，信息技术应用不平衡，煤矿监测系统还停留在集散式监测水平上，仍以主从式体系结构、时分制通讯为主流技术。这些监测系统虽对改善我国煤矿安全生产状况起到了积极作用，但现有煤矿监测技术的体系结构、通讯方式等，与煤矿现代化生产的需要之间存在较大差距，主要表现在：监测系统体系结构亟待升级，安全和生产动态信息的传输缺乏高速、可靠的系统平台；没有统一的技术标准和通信协议，生产、安全监控和各类灾害监测子系统之间不能互联互通，数据、语音、图像不能有效集成，系统开放性和兼容性不强。因此为了达到方便管理，保证系统运行稳定的目的，必须选择一个开放的通信平台，将各种不同类型的设备的通信统一到这个标准通信平台之上，基于IP的井下多业务平台应运而生。国际、国内煤矿企业专业安全生产调度通信网应用的主要现状为：4 1绪论◆国际、国内上尚无大型网络的组网和运营经验。传统电信网经过长期的运营积累，在网络组织方面已经具有相当成熟的经验；而基于软交换的NGN网络组织目前国内外尚无成熟的经验，是采用基于软交换的全平面结构，还是采用分区域选路结构等，在技术和实践方面都有待进一步的探索。◆协议尚未做到兼容性，标准还在发展之中。不同厂家在技术标准的选用及协议的兼容性方面还难以做到相互兼容。BICC协议、SIP．T协议和H．248协议也在发展之中，协议的选项需要确定。◆API没有成熟的产品。基于开放的业务平台，采用标准的API接口为网络运营商提供新业务开创了未来美好的前景，但是相应的产品仍在探索和研发之中。◆网络安全和网络Qos问题。目前业界还没有一个非常完善的方法来解决网络安全性的问题，只能通过要求TG、软交换等网络设备应具备一定的反入侵能力以增强系统的安全性，用户账号、密码等用户数据的安全则只能采用加密的方式解决。在网络Qos方面，ⅢTF组织已经提出了多种服务模型和机制来满足Qos的需求，其中比较著名的有综合业务模型、区分业务模型、MPLS技术、流量工程等，具体这些方案如何组合使用、可行性如何、效果如何，有待研究。1．3研究意义目前大多数煤矿企业的数据网和通信网是两套不同的系统，企业内部之间数据业务通过IP专网进行传输、话音业务通过公共电话网(PSTN)实现互通，两套系统之间缺乏关联，由此造成了隔离的网络、分离的系统、割裂的应用，同时专线费用、通话费用、管理维护成本相应增加造成企业资源的浪费，不能实现多业务的应用。IP语音通信技术相对于传统的VOIP技术而言有着无可比拟的优势和特征，为煤矿企业统一信息平台提供支持：◆为数字化矿山提供丰富的m融合业务VOIP是一种通过分组交换IP数据网络拨打电话的语音通信技术，主要实现一条以低成本传输语音业务的捷径，这种技术给企业带来的最大好处是可以节约长途话费。口语音通信则不同，它不仅可以节省通话成本，更大的优势在于向企业提供多种新特性，如语音留言、统一消息、多方会议等IP融合业务。◆实现煤炭企业语音、视频、数据多种业务的融合传统的VOIP技术只能通过IP网实现长途旁路通话功能，在视频、数据业务功能方面存在着一定的局限性，而IP承载技术不仅可以实现基于IP数据网的长途旁路功能外，还可基于IP网实现多方的语音、视频、数据会议，满足企业日常办公对电话会议、视频会议和数据协同通信业务的需求。◆实现不同矿区、不同用户的不同业务需求5 西安科技大学硕士学位论文IP通信系统是一套全方位、标准、开放的系统，可针对不同矿区、不同用户对不同业务的需求提出不同的解决方案。IP语音系统除了可提供基本IP通话功能外，还可根据用户对不同业务的需求，如语音留言、统一消息、多方会议、协同工作，添加不同的业务服务器，整套系统具备良好的扩展性和开放型；其次IP通信系统可提供全网的号码漫游和丰富的呼叫业务功能，方便快捷的即可实现用户工作环境的切换，做到真正的移动办公。◆简化煤矿企业安全生产管理，降低维护成本IP通信系统与传统的TDM时分复用方式下的语音系统相比，它简化了初期系统投资成本，节省了TDM布线投资，通过一套布线系统即可完成煤矿企业数据、语音业务流量的畅通，从而增加企业经济收入；其次一套布线也有利于减轻维护部门的运作成本。◆与煤矿企业业务系统的融合，提高整个企业的运作效率IP语音通信系统最大的优势在于可以和煤矿企业的各个业务系统(如：ERP、CRM、OA、MIS、EMAIL等)进行结合，实现企业业务流程的整合，从而保证企业高效运作，提高企业的核心竞争力。针对目前煤炭企业话音与数据网络是分离的现状，建设一个安全、稳定易于管理、适度超前的基于软交换的通信系统，可以实现煤矿企业的语音、视频、数据多业务的融合，简化煤矿企业的管理，降低成本，提高整个企业的运作效率。采用软交换技术体系不仅可以满足煤炭企业正常生产的要求，而且结合煤矿企业安全生产和信息化检索的需求，能够提供语音、视频和数据一体化的信息平台，解决煤矿井下技术和多业务融合的困难，能够实现井下生产自动化，并提供出现紧急情况时的综合调度手段。1．4课题主要研究工作及论文的组织针对我国煤矿安全生产的现状以及我国煤矿企业信息化发展的趋势，本课题重点研究了基于软交换的煤矿多业务语音调度系统，结合煤矿安全生产的现状以及井下安全生产多业务的特点提出了多业务平台的模型；根据目前井下安全生产监测监控系统的需求，对平台的核心架构进行了研究；基于软交换的煤矿多业务模型之上，设计并实现煤矿多业务语音调度系统，并搭建测试平台验证了系统的功能和可行性。本课题中本人所完成的主要工作有：1)通过对软交换技术体系的研究和煤矿多业务发展需求分析，建立基于软交换的煤矿多业务模型，并分析其功能。2)在基于软交换煤矿多业务系统模型之上，设计了煤矿多业务语音调度系统中的各个功能模块。3)采用Vc++完成了基于SIP协议的煤矿多业务语音调度系统的功能实现，其主要功能有基本的语音单呼叫、组群呼叫、强拆、监听和强插等功能。6 1绪论4)构建了系统软、硬件测试平台，对开发的基于软交换的煤矿多业务语音调度系统功能进行了验证性测试，并利用Ethereal协议数据包跟踪工具对语音通信过程进行了数据包的抓包分析。论文结构如下：第一章绪论。本章介绍了课题的研究背景和意义以及煤矿多业务系统在国内外的发展情况，最后讲述了论文研究的目的和意义，以及文章的主要内容和结构安排。第二章系统主要技术和协议分析。本章主要介绍了软交换的功能、技术特点、网络结构以及SIP和MGCP协议。第三章基于软交换的煤矿多业务系统模型建立及功能分析。本章分析了煤矿安全生产的多业务需求，在此基础上提出了基于软交换的煤矿多业务平台的模型，分析了其系统功能结构。第四章基于软交换的的煤矿多业务语音调度系统设计，是本论文核心之一。本章提出了基于软交换的煤矿多业务语音调度系统结构，设计了其功能模块。第五章基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的功能实现，是本论文中最核心的部分。完成了语音调度系统中各个单呼叫、组群呼、强拆、强插等功能，并对其搭建了测试的平台，验证其系统的功能。7 西安科技大学硕士学位论文2系统主要技术和协议分析软交换技术在煤矿多业务平台中能够起到重要的作用，其能够集成煤矿安全生产管理过程中的各种语音、视频和数据等多业务于一体。软交换是通过将业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离的方式来向用户提供电信级业务的技术体系。目前，软交换的业务丌发能力已经从简单电话业务和智能网业务扩充，发展成为具有多媒体业务能力的、能够根据需求定制的以应用驱动的软交换系统。软交换位于网络分层中的呼叫控制层，与网关交互接收处理呼叫，指示网关完成呼叫。软交换主要处理实时业务，包含语音、视频和多媒体业务。主要任务是在各点建立关系，可以是简单的呼叫，也可以是复杂的处理，通常提供一些补充业务，相当于传统交换机的呼叫控制和基本业务提供【I扪。2．1软交换技术软交换的概念是由Bell实验室1997年最先提出的。软交换广义上讲是一种基于软交换技术的网络架构【91110】【1111151，也就是依据“NGN’’能分层的网络体系。从狭义上讲，软交换特指“NGN"体系中的控制层，软交换是一个软件，用于提供呼叫控制等功能。国际上软交换的基本定义是：“软交换是一种支持开放标准的软件系统，能够基于开放的计算平台完成分布式的通信控制功能，并具有传统的TDM电路交换机的业务功能。"软交换网络的主要构成实体是各种软、硬件的网络组件。软交换实现了一个基于软件的交换平台，用程序实现传统交换机的控制、接续和业务处理等功能，各实体间通过标准的协议连接和通信，便于更快地实现各类复杂的协议及更方便地提供业务。软交换也可定义为一组API(应用程序接口)，它桥接了IP网络和SCN和PSTN，将它们连接起来，能够处理各种分组协议和信令，使得IP网络能够承载和传送各种多媒体数据。作为控制层功能实体的软交换为“NGN’’提供具有实时性要求的基本呼叫控制和连接控制功能。我国信息产业部对软交换的定义【lo】是：“软交换是网络演进及下一代分组网络的核心设备之一，它独立于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力"。软交换是“NGN’’的核心，是SCN与IP网的协调中心，通过对各种媒体网关的控制实现不同网络之间的业务层融合。2．1．1软交换的功能软交换是下一代网络的控制功能实体，为下一代网络提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。简单地看，软交换所完成的功能相当于原有交换机所提供的功能。软交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制"8 2系统主要技术和协议分析功能的实体，但传统的“呼叫控制"功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，而软交换则是与业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制1121。具体而言，软交换主要完成以下功能：◆媒体网关控制功能该功能可以认为是一种适配功能，它可以连接各种媒体网关，如PSn叭SDN中继媒体网关、ATM中继媒体网关、用户媒体网关、无线媒体网关、数据媒体网关等，完成H．248协议功能。同时还可以直接与H．323终端和SIP客户终端进行连接，提供相应业务。◆呼叫控制功能呼叫控制功能是软交换的重要功能之一，它完成基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、翻译和选路、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等，可以说软交换是整个．NGN网络的灵魂。◆业务交换功能所谓业务交换功能就是识别智能网呼叫，并把它上报给业务控制功能SCF(ServiceControlFunction)，最终由SCF控制整个呼叫，从而保证软交换网络内的用户享用现有智能业务。SCF的主要功能是提供对智能业务进行逻辑控制的业务逻辑，处理与业务有关的行为。业务交换功能与呼叫控制功能相结合提供了呼叫控制功能和业务控制功能之间进行通信所要求的一组功能，它主要包括：业务控制触发的识别以及与SCF间的通信、管理呼叫控制功能和SCF之间的信令、按要求修改呼uq／连接处理功能、在SCF控制下处理智能网业务请求、业务交互作用管理。◆业务提供功能网络发展的根本目的是提供业务。下一代网络是业务驱动的网络，软交换的引入主要是提供控制功能，而应用服务器则是下一代网络业务支撑环境的主体，也是业务提供、开发和管理的核心，从这个角度来看，下一代网络是以软交换设备和应用服务器为核心的网络。软交换的业务提供功能应主要体现在可以与第三方合作，提供多种增值业务和智能业务。这样不仅增加了服务的种类，而且加快了服务应用的速度。◆信令互通功能软交换为NGN的控制中心，软交换可以通过一定的协议与外部实体如媒体网关、应用服务器、SCP、媒体服务器、多媒体服务器、策略服务器、信令网关、其它软交换进行交互，NGN系统内部各实体协同运作来完成各种复杂业务。◆操作维护功能操作维护系统是软交换设备中负责系统的管理和操作维护的部分，是用户使用、配置、管理、监视软交换设备的工具集合。软交换应可以支持SNMP(simpleNetworkManagememProtoc01)协议配置、脱机／在线配置、远程配置、提供数据备份功能、提供9 西安科技大学硕士学位论文命令行和图形界面两种方式对整机数据进行配置、提供数据升级功能等。◆计费功能软交换具有根据计费对象进行计费和信息采集的功能，并负责将采集信息送往计费中心。对智能业务的计费，主要是SCP(ServiceControlPoint)决定是否计费、计费类别及计费相关信息，但记录由软交换生成。当呼叫结束后，软交换将详细计费信息送往计费中心，将与分摊相关的信息送至rJSCP，[扫SCP送往SMP(ServiceMagementPoint)，再送到结算中心，由结算中心进行分摊。在软交换中应有计费类别与具体的费率值的对应表。2．1．2软交换技术特点软交换它是一个网络解决方案，其定义了网元之间的标准接口。它是一个分布式和集中式相结合的解决方案，采用分层的体系结构，与网络的垂直分割相适配，支持网络演进新技术的引入【13】。其主要特点有：◆开放性。各网络组件间均采用标准协议，因此各组件间既能独立发展又能有机组合，实现互连互通。◆高效灵活。软交换体系结构的最大优势在于将应用层、控制层与核心网络分开，有利于快速、有效、灵活地引入新业务，大大缩短业务开发周期。利用该体系架构，用户可以非常灵活地享受所提供的业务和应用。◆多用户。软交换设计思想迎合了三网合一的大趋势。模拟、数字、数据、m用户等都可共享软变换提供的业务。◆强大的业务功能。软交换利用标准的全开放应用平台提供新业务和定制业务，以满足用户的综合业务需求。◆灵活的网络方案。可采用分布、集中等多种组网方案。2．1．3软交换的网络体系结构国际软交换联盟ISC提出基于软交换技术的网络分层结构4个层面组成【12】【14】。如图2．1所示。1)接入层接入层包括各种接入网关、中继网关、无线接入网关、智能终端以及与处理媒体有关的媒体服务器和多点处理器(MP)。各类网关和智能终端主要实现媒体流格式的转换和传送，实现语音分组在分组网的承载和传输。媒体资源服务器用于向用户提供丰富的信号音以及多方会话功能。MP是基于H．323的视频会议系统中实现混音和视频混合等多媒体会议媒体处理功能的设备，该设备用于向NGN网络内的H．323视频终端提供视频会议业务。10 2系统主要技术和协议分析业务层PARI，AY应用服务器应用服务器SCF媒体服务器控制层核心软交换设备II核心软交换设备传输层(核心传输网络c—P网，二接入层信令网关中继网关无线接入网关接入网关智能终端图2．1基于软交换的网络分层结构2)传输层基于IP分组交互技术，负责将软交换网络内包括信令流和媒体流在内的所有信息从源端到目的地端的传递。另外，传输层还负责带内信令和直接方式信令的物理终接，并将其转送至控制层。3)控制层控制层是NGN网络的核心，主要包括软交换设备、信令网关和多点处理器。软交换设备是呼叫控制的核心，主要完成呼叫连接的建立和释放，以及媒体网关接入功能、媒体网关资源管理、带宽管理、选路、信令互通和安全管理等功能。信令网关则实现将传统NO．7信令网信令适配成IP网传送的SIGTRAN信令的功能。MC是基于H．323的视频会议系统中实现会议控制和管理功能的实体。4)业务层业务层提供NGN网络业务的控制、逻辑和执行。主要包括应用服务器、第三方应用接口和业务生成环境SCF等。该业务层通过开放的业务层接口向用户提供传统智能网业务、多样化的第三方业务和增值业务，同时该层面还提供认证、计费、网管功能。基于软交换技术的混合网络采用分层、开放的体系结构，使上层业务与底层的异构网络无关，体现了业务驱动的理念，为实现多网融合和灵活的业务提供创造了条件。2．2软交换网络协议2．2．1SIP协议会话发起协议(SessionInitiationProtocol，SIP)由IntemetI作组IETP提出并主持研究的一个在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议。根据IETFRFC3261的定义，SIP协议是一种新型的用于信令、在线状态和即时消息通信的协议。它可以用来在Intemet 西安科技大学硕士学位论文上建立、修改、和终止多媒体会话(或者会议)。SIP也可以邀请参与者参加已经存在的会话，比如多方会议。媒体可以在一个已经存在的会话中方便的增加(或者删除)。SIP显示的支持名字映射和重定向服务，这个用于支持个人移动业务一用户可以使用一个唯一的外部标志而不用关系他们的实际网络地点【16l【171。SIP协议是信令协议，而非承载协议。SIP在建立和维持终止多媒体会话协议上，支持5个方面的功能：◆定位终端：SIP通过注册让其他终端知道自己的位置、监听端口、自己的URI等信息。◆呼叫终端：SIP电话可以利用SIP消息发起其他SIP电话、PSTN固网电话。◆交换媒体信息：在会话之前，交换媒体信息，检查媒体和媒体的参数。◆建立会话：建立会话参数在呼叫方和被叫方。◆会话管理：包括发送和终止会话，修改会话参数，激活服务等等。SIP是分层结构协议。其逻辑层次结构如图2．2所示。TransactionUserLayer(事务用户层)TransactionLayer(事务层)TransportLayer(传输层)SIPSyntaxandEncodingLayer(i吾法和编解码层)图2．2SIP协议分层结构SIP协议的最底层为语法和编解码层。SIP消息使用ABNF语法进行描述，这一层详细定义了SIP消息的格式；第二层为传输层。该层主要定义了客户端如何通过网络发送请求和接收响应以及服务器端如何通过网络接收请求和发送响应的细节。所有的SIP单元(elemem)均包含传输层；第三层为事务层。事务层是SIP中的基础组件。所谓事务，是客户端向服务器端发送的请求及其相应所有后继响应所组成的集合。事务层负责处理应用层消息的重传、将收到的响应匹配至请求，并处理应用层的超时事件等。UAC(UserAgeentClient)完成的任何消息交互任务都是通过一系列事务来进行的。事务层都包含着一个客户端组件和一个服务器端组件。每一组件都有一有限状态机维护，该有限状态机详细定义了处理请求的过程；第四层为事务用户层(TransactionUser)。每一SIP实体，除了无状态的代理服务器(StatelessProxy)，都是一个TU。当TU想要发送一请求时，它创建一客户端事务实例，并将请求消息以及目的IP地址、端口号传递给这一客户端事务实例，由客户端事务实例完成消息的发送和响应消息的接收。SIP消息总体上由两类组成：客户机发给服务器的SIP请求和服务器对客户机的SIP响应，其起始行分别采用请求行、状态行格式。请求行中的方法(Method)如表2．1所示，响应消息状态码标示及原因短语如表2．2所示。12 2系统主要技术和协议分析表2．1SIP请求消息方法名请求消息含义INVITE邀请被叫加入呼叫并建立一个新连接。BYE释放呼叫请求，可以由主叫或被叫任一方发起。必须在挂机前发出BYE请求。OPTIoNS向对方询问(承载)能力信息，但不建立呼叫连接。ACK证实客户机已收到对INVITE消息的最终响应，表明了可靠的消息交换。CANCEL取消一个尚未得到最终响应的请求。REGISTER客户机向服务器登记或去登记位置信息。2．2．2媒体网关控制协议MGCPMGCP(媒体网关控制协议)是Telecrdia公司(商J'Bellcore)根据分离网关结构要求提出的一个新的协议。它是在综合SGCP(简单网关控制协)和IP设备控制协议的基础上形成的，供网关控制器控制网关使用。分离网关结构对于IP电话的大规模应用，特别13 西安科技大学硕士学位论文是IP电话进入家庭具有十分重要的意义，因此MGCP受到广泛地重视【l6】ll¨。目前的IP电话系统首先要为PSTN用户提供服务，使用户能够节省长途电话费用。为此，引入了IP电话网关，以建立PSTN和Intemet之间的呼叫连接。为了完成这一任务，网关不但要执行媒体格式变化，还要进行信令转换，在Intemet--f10执行H．323或SIP协议，在PSTN侧通常执行ISDN信令。除此以外，还要控制网关内部资源，为每个呼叫建立网关内部的话音通路。这样的网关结构对于IP电话系统的大规模部署在扩展性、可用性、和PSTN的无缝综合以及对7号信令支持能力等方面都有相当的制约。为了更方便地实现不同类型网络之间的互连互通，人们提出了分离网关的思想，即把原来集成媒体和信令转换功能的网关分离为MG(媒体网关)和SGW(信令网关)，两者通过MGC(媒体网关控制器)相联系，其分解功能模型如图2．3所示。GK／信令E．bJC控带I至GKSGWMGC1高<≥INl＼话音E．aB媒体MG●至IP终端、-P终端I●图2．3分离网关结构图中各实体的功能如下：◆MG：负责媒体格式的变换以及PSTN和IP两侧媒体通路的连接。◆SGW：负责信令的底层转换，即从TDM电路传送转变为IP网络中的传送方式，从应用层的角度看，SGW对于信令是透明的，并不改变其应用层的消息内容。◆MGC：负责根据收到的信令控制MG的连接建立和释放。MGC才真正对信令消息进行分析和处理并进行互通变换，是实现软交换的核心部件。分离的网关结构使得MG只承担简单的媒体变换功能，而把网关控制功能交由网关之外的独立控制实体MGC来完成，两者之间采用MGCP协议进行通信。由于网关的功能得到简化，其容量大大增加，此外MGC可以支持SS7，因而无需二次拨号，还可以向IP电话用户提供PSTN上所能提供的所有业务。所以采用这种结构能够很好地解决前述传统网关实现PSTN和Intemet互通时的种种问题。MGCP的呼叫模型包括连接模型和呼叫控制模型两个部分。连接模型的两个基本构件是端点(endpoint)和连接(connection)，他们是建立端到端话音通路的重要概念。呼叫由一个或者多个连接组成。呼叫模型中涉及的两个重要概念是事件(event)和信号(signal)。◆端点：即数据源或数据宿，可以是物理端点，也可以是虚拟端点物理端点的实例可以是接入网关上的一个PBX接口，虚拟端点的实体可以是语音内容服务器上的一个信号源。14 2系统主要技术和协议分析◆连接：包括点到点连接和多点连接。点到点连接就是两个互相发送数据的端点之间的一种关联，多点连接是多个端点之间的关联。连接可以建立在不同类型的承载网络之上，如TCP／IP网络、ATM网络或网关的内部连接。◆事件和信号：MGC可以要求端点检测某些事件(譬如摘机、挂机、拍叉簧、检测NModem等)；也可以请求将某些信号(如拨号音、回铃音、忙音等)加到端点上去。不同的事件和信号组成不同的封包(package)(包括通用媒体封包、DTMF封包、MF封包、中继封包、模拟线封包、RTP封包等等)，不同的网关支持不同类型的封包。每类的封包i事件、信号都有自己的名称，这些命名都可以向IANA(IntemetAssignedNumbersAuthority)登记。MGCP协议结构和SIP类似，都是基于文本的协议。协议的消息分为两类：命令和响应，每个命令需要接收方回送响应，采用三次握手的方式证实。命令消息由命令行和若干参数组成，相当于SIP中的请求行和头部字段行。响应消息也带3位数字的响应码。MGCP也采用SDP向网关描述连接参数，例如IP地址、UDP端口和RTP应用文档等。MGCP通过SDP对多媒体会议进行描述。MGCP命令分成连接处理和端点处理两类【171，共9条命令，如表2．3所示。表2．3MGCP命令15 西安科技大学硕士学位论文MGCP命令都要求接收方在返回证实消息中包含响应码，表明命令的执行情况。响应码如表2．4所示：表2．4MGCP响应类型2．3本章小结本章主要研究了基于软交换的煤矿多业务语音调度系统所涉及的主要技术和协议。介绍了软交换的基本概念，详述了软交换的功能、技术特点、网络体系结构以及典型的软交换网络协议SIP和媒体网关控制协议MGCP。16 3基于软交换的煤矿多业务系统模型建立及功能分析3基于软交换的煤矿多业务系统模型建立及功能分析3．1煤矿安全生产多业务系统需求分析目前，煤矿工作分布区域广，整个矿区分多个工作区，每个区所要采集的数据不一样，信息极其复杂，在实际实时数据采集的过程中需要对每个地点的数据进行采集，实现对整个煤矿区域内设备、环境状态监测和安全保护。煤矿企业中的各种业务对网络的需求是也不一样，因此首先分析煤矿企业安全生产中的各种业纠引。1)语音业务在煤炭企业中，从语音业务的应用环境可以将其划分为地面语音业务和井下语音业务。◆地面语音业务：基于固定电话的语音业务、基于移动网络的语音业务、基于因特网服务的各种语音业务(如MSN、OICQ、E．mail、VoIP)、基于电信卡的语音业务、短消息SMS、对讲机通信等。这里的语音业务建立在地面的各种通信网络中，业务特性主要是实时性以及可懂度和清晰度的要求。基本上没有本质安全的需求。由于语音业务是开展最早的通信业务，对带宽的要求也不高，技术也较成熟，因此这类业务在实现煤矿企业信息化中，主要是节点设备的更新，增值业务的开发。对于煤矿安全生产所产生的影响不大。◆井下语音业务：井下电话、井下小灵通等井下的语音业务是与煤矿安全生产相关业务的一个重要组成部分。通过井下电话可以使地面调度及监控系统的工作人员及时与井下的工作人员沟通，完成相应调度工作，以及井下的生产工作人员将现场的情况实时以话音的方式传送给地面的工作人员。井下小灵通的使用不仅可以完成井下电话的功能，还可以实现移动人员进行现场指挥，提高指挥调度的反应速度，此外，井下小灵通还能确定重要设备及关键人员的具体作业位置，提高调度员的指挥效能。当出现事故情况下增加了营救的准确性。根据井下语音业务采用的通信网络为基础，还可以将井下的语音业务分为有线语音业务和无线语音业务。◆有线方式：井下电话、调度电话、VoIP◆无线方式：井下对讲通信、PHS2．)视频业务视频业务包括：工业会议电视、安全指挥调度视频、视频邮件、视频点播、远程教育、远程医疗等。其中的工业电视，安全指挥调度视频是与煤矿安全生产密切相关的通信业务。鉴于视频业务的通道带宽大，要求高，因此目前，所有的井下安全生产的视频17 西安科技大学硕士学位论文信号都是由专用通道直接传送到地面的服务器或监控终端。3)数据业务数据业务包括：监测监控数据、主副提升系统、皮带集控、供电系统、通风系统、井下排水、煤流计量、井下人员定位、门禁系统、流媒体、办公自动化、企业ERP系统、专家在线支持系统、针对用户的在线服务、电子抄表系统、电子商务。其中的监测监控数据、主副提升系统、皮带集控、供电系统、通风系统、井下排水、煤流计量、井下人员定位业务对于煤矿安全生产起到至关重要的作用。对于上述煤炭企业应用业务可以划分为井上业务和井下业务，井下工业网络中的业务如何安全、可靠、实时，有效的与地面网络的连接是考虑的重点。当前一些煤矿使用的监测监控系统的视音频监测基本都是早期的模拟(CCTV)或数字(DVR)监测，性能和稳定性不高。多数企业建有一套闭路电视监控系统，采用的是模拟视频信号，具有很大的局限性：首先，模拟视频信号的传输对距离十分敏感，当传输距离大于几百米时，信号容易产生衰耗、畸变、延时，并且易受干扰，使图像质量下降。当用于煤矿复杂的工作现场时，效果不好；其次，模拟视频监测无法联网，只能以点对点的方式监视现场，并且使得布线工程量极大，不便于系统的维护和升级；最后，模拟视频信号数据的存储会耗费大量的存储介质(如录像带)，所有监控和调度都必须到监控调度室操作，查询、监控和调度十分繁琐。根据上面对煤矿企业安全生产需求和信息化业务的分析，目前构建煤矿企业多业务接入平台主要是将井下的话音业务、视频监控和数据业务通过统一平台接入。由于话音业务的特点，本设计方案中主要考虑话音业务的综合调度及和数据业务的融合即可，同时还应为今后视频业务的接入做好准备，预留应有的接入接口和设计应采用的接入方案。按照理论技术发展与实用的设计原则，具体目标如下：◆完全采用数字化技术与无线网络技术。这是基于软交换技术的多业务系统的最基本要求。通过数字化与网络化，图像的传输距离与监控范围都可以得到扩展。尽可能利用现有网络架构和网络带宽，传输话音，数据，视频数据。◆异构系统的互通。异构系统之间具有交换数据或控制命令的能力。在这种能力的保证下，用户可以在任意时间，在任意有计算机网络接入的地点用相兼容的设备进行视音频数据监测。各级安全生产监督、管理部门可以通过网络随时、随地实现数据传输。◆具有可扩展性。系统不受限于某种特定的技术，易于增加新特性或提供对新技术的支持。◆可靠性好，网络系统具有一定的抗毁性，能够实现自组织网络。煤矿安全生产中的主要通信业务包括话音、数据、视频与音频组合的多媒体三大内容。一直以来，上述三类通信业务均是分别由不同的通信网来承载和疏通。电话网承载18 3基于软交换的煤矿多业务系统模型建立及功能分析和疏通语音业务、数据网承载和疏通数据业务，多媒体网承载和疏通多媒体业务。如何在同一个网络上同时提供语音、数据以及多媒体业务，即通信业务的融合成为技术发展的关键。3．2煤矿多业务模型建立与分析根据上面分析的煤矿企业安全生产管理中的各种业务，结合软交换体系结构提出了基于软交换的煤矿多业务系统模型【7】，如下图3．1所示。应用服务层多业务控制层多业务传输层多业务接口业务源图3．1基于软交换的煤矿多业务平台模型在基于软交换的煤矿多业务系统模型中业务源主要指在煤矿安全生产过程中井上和井下的各种业务，其井下业务传输种类复杂多样，如3．1节所述主要包括语音、视频和数据等大的类型。·多业务接口负责对煤矿安全生产管理中的各种业务及其各种网络和终端的接入，主要是把现有网络相关的各种网关和中终端设备接入软交换控制的网中。它能够将用户连接到网络，并把业务集中后利用公共的IP网传输平台传输到目的地。多业务接入模块包括煤矿语音PSTN、工业电视、数据网及各种终端设备和网关设备等的接入。多业务传输层主要是为各业务媒体流和控制流信息提供统一的、保证QoS的高速分组传输平台，其任务主要是将软交换网络中各网元，如多业务接入层的各种媒体网关、控制层的软交换机、业务应用层的各种应用服务器等连接起来。软交换网络的各网元间，采用IP数据包传输各种控制信息和业务数据信息，因而传输层实际上就是一个IP承载网络。将煤矿各个系统综合到一个统一的承载平台上，实现数据、语音、视频业务的无缝融合。多业务控制层完成煤矿安全生产中的各种呼叫控制功能，并负责相应业务的业务处理信息的传输。该模块主要的设备就是软交换系统，是整个网络的核心设备。软交换系统的主要功能是完成对媒体接入层中所有媒体网关业务控制及媒体网关之间通信的控制，实现与煤矿企业传统语音网、视频监控网和数据网的互通。应用服务层主要为煤矿企业领导、管理者和其他用户提供各种应用和服务。诸如语音调度、控制，地面对井下的作业的监控等。在应用服务模块采用开放、综合的业务接入平台，为煤矿安全生产和管理提供各种增值业务。各级领导和监控管理人员不需要进入调度室和监控室就可以进行监控、调度等操作，使得对煤矿安全生产的监控更加方便19 西安科技大学硕士学位论文快捷。应用服务层包括应用服务器、AAA服务器、业务控制点、策略服务器、第三方服务器、媒体服务器等，通过应用平台实现调度选呼、调度组呼、动态重组、强插强拆、用户多级优先级设置、状态显示、调度监听、调度录音功能、调度转接、三方通话、呼叫等待、支持多个调度终端等主要功能。该模型结合软交换体系的4层模型，将煤矿企业安全生产管理过程中的各种业务统一到同一个平台上，实现多业务的融合，也实现了承载和接入分离，控制和业务分离的目标，为煤矿企业安全生产中的业务、控制、交换建立分离的功能平面，各功能平面之间采用标准的协议通信，方便系统的扩充和业务的扩展。通过对模型的分析可以得出，煤矿企业井上、井下主干网络基于IP承载网络传输，把矿井的不同的设备子系统的数据统一到多业务平台之上，通过控制模块往下能对矿井对各监测监控子系统发布控制命令，并监视各子系统设备的运行状态，收集所需的生产和安全参数，往上能连接管理模块，实现矿区与上级监控中心之间的生产与管理信息交换。3．3煤矿多业务系统功能结构设计整个矿区通信网可视作一个软交换控制域，包括矿区的核心软交换控制设备和其中所有受控的设备。矿区软交换网络依托于已建矿区专网或采用MPLSNPN等技术实现的虚拟专用网，在该承载网的基础上通过各种手段实现各软交换设备之间的相互通信以及软交换设备和非软交换设备之间的信息隔离。软交换的功能分布在网络各层相应的设备中。按照煤矿安全生产需求，结合NGN的核心技术软交换的体系架构，通过分析煤矿通信网的基本结构，按照功能实现的角度划分，基于软交换的煤矿多业务系统功能如图3．2所示。图3．2基于软交换的煤矿多业务系统功能结构图其中工业监测监控、视频监控和调度语音是煤矿安全生产过程中的主要业务。工业监测监控主要包括，矿井环境监测显示：井下CH4、CO、温度、烟雾、风速、负压等环境参数；电力监测显示：井上下主要变电所供电回路的电压、电流、功率等电气设备 3基于软交换的煤矿多业务系统模型建立及功能分析的参数；通风与束管系统监测显示：显示主要通风设备参数、井下采空区及回风巷道的多种气体状态参数；矿井主要设备工况监测显示：井上、下主要设备(提升、运输、风机等)开、停状态、煤仓煤位、水仓水位等参数。视频监控主要指工业电视，其主要是将模拟信号送到调度室电视墙进行显示。在本设计中，将工业电视终端通过媒体网关接入到软交换系统中，由软交换系统控制将信号送到集团公司，首先从矿级工业电视系统中取出模拟信号，配置矿级视频服务器，将信号接入变换成为数字信号，然后通过IP承载网络实现传输到指挥部调度室、集团公司调度中心输出显示，并将视频的分类、统计、管理信息传至调度信息集成服务器。调度语音主要是在煤矿安全生产过程对语音业务的调度控制过程，必须实现调度员能随时与任何一个通信系统内的任何一部电话(包括扩音电话、移动电话等)建立联系，不受被叫摘机、占线等限制(必须具备“强插’’、“强拆"等调度功能)，并可以随时与上级调度建立联系。接入设备主要包括各种媒体网关，媒体网关处于软交换网络的接入层，其主要功能是接入、语音压缩及处理、资源控制与管理以及协议处理等功能。在煤矿安全生产中主要应用的媒体网关有：中继网关(TG)，其负责实现TDM语音和IP语音之间媒体流格式的转换；接入网关(AG)，其提供煤矿传统模拟用户终端到核心软交换设备的接入过程，如传统调度语音等的接入；无线接入网关，主要提供煤矿井下PHS的与矿区核心软交换设备的接入。矿区核心软交换设备是整个网络结构中的核心部分，其完成所有业务的交换和处理过程。在功能结构中，软交换设备设计为煤矿专用软交换(在软交换中附加数据分流模块，使部分业务不必经过其应用服务器而直接分流到调度台或者其他用户终端)，对煤矿安全生产管理过程中的各种业务进行控制和交换。应用层主要包括媒体服务器、应用服务器、PARLAY应用服务器和SIP服务器等，其中媒体服务器主要完成为矿区软交换网络提供实时调度语音业务和增值业务所需的各种音频或视频信号的播放、混合、格式转换等，可以提供语音识别、语音合成等功能，提供调度过程中组群呼等业务所需要的多点处理功能；应用服务器提供煤矿安全生产过程中各种业务逻辑执行环境，并负责业务逻辑的生产和管理功能，其完成通信、认证、鉴权、计费等功能。在整个基于软交换的煤矿多业务平台中，在地面部分可以完全遵循下一代网络的体系结构来建立，通过软交换边缘接入控制设备(BAC)将矿区软交换网络与矿区外部Interact网隔开，以保证矿区通信网的网络安全、QoS，同时能够解决私网穿越问题。对于从矿区网络外部接入网络的IAD、SIP等各种终端设备，由于数量多，分布广，将通过各种接入方式快速收敛于BAC设备，通过BAC实现与矿区软交换专用网络其它设备的互通。因此，BAC必须能够实现信令、媒体的代理功能以及信息的安全监测及隔离21 西安科技大学硕士学位论文功能；对于通过公共Internet接入矿区网络的lAD及SIP用户，当用户发起业务请求时，首先经过软交换网络的DNS(域名解析服务器)进行用户端软交换机的域名解析，得到根据用户所在位置或IP地址段所分配的BAC的IP地址，之后终端即可将呼叫请求送至相应的BAC，BAC需要查询该用户是否在已通过安全注册的用户列表中，若是则对其进行用户和软交换间的信令代理，根据预设原则将呼叫请求送至相应SS进行处理。因此，BAC在支持所有软交换提供业务的业务穿越功能的同时，不会改变业务流程，不会引入业务安全隐患。3．4本章小结本章首先分析了煤矿安全生产过程中的语音、视频、数据等各种业务及其业务的需求。在此基础上结合软交换技术架构，提出了基于软交换的煤矿多业务系统模型，该模型包括5个层次，从最底层依次为数据源、业务接口、业务传输层、业务控制层和业务应用层。结合该模型，分析并设计了基于软交换的煤矿多业务系统的功能结构，对结构的模块进行了说明。 4基于软交换的煤矿多业务语音调度系统设计4基于软交换的煤矿多业务语音调度系统设计4．1SIP服务器4．1．1注册服务器4．1．1．1注册服务器的功能模块注册服务器在语音调度系统中起到重要的作用，其主要完成对新客户端的注册功能，同时完成客户端的版本更新。其模块结构图如图4．1所示【1引。图4．1注册服务器模块结构图图4．1注册服务器结构中的每个模块为一个独立的线程，线程之间通过消息队列进行通信【l引。其各个模块的功能描述如下：◆消息接受模块：接受客户端的注册／注销请求。◆消息发送模块：发送客户端的注册／注销应答。◆通信总线接口模块：完成内部模块与系统总线的通信。◆持久内存池：完成告诉数据的存取功能。存储的数据包括用户的注册信息。◆用户在线状态维护模块：维护各个内存数据库的在线人数等信息。◆注册处理模块：根据注册请求和各个内存数据库服务器的在线状态和人数，分配用户到合适的内存数据库服务器上。4．1．1．2注册服务器的设计用户在每次发起会话前，首先应到注册服务器注册。注册使用SIP协议中的 西安科技大学硕士学位论文REGISTER方法。注册服务器通常将用户注册的地址信息保存在位置服务器(10cationserver)，这样使代理服务器或者重定向服务器就知道哪些地址是可以到达的。注册信息是随时刷新的，在注册服务器中设置有定时器，用户按照定时器的时间问隔来主动注册。注册服务器(Rs)实现对用户移动性和用户标识唯一性的支持，同时方便对用户进行策略部署和管理。通常与位置服务器(10cationserver)协同工作负责处理SIP终端的注册请求。其工作流程如图4．2所利191。三n㈠吲d三一图4．2注册过程UserA向SIP注册服务器发送注册请求，请求中包含该用户的联系信息(IP、端口号等)。为了安全性，服务器建立一种授权连接方式，于是向UserA发送401响应，并在回应中声明需要给出用户名和密码才成功在服务器端注册。用户收到该回应后，对用户和密码进行加密，并构造新的register消息，该消息中携带服务器端所需要的ID和密码信息。服务器收到ID和密码后，进行身份的核实和权限的查询，这些工作一般需要与其他应用结合起来实现。如果通过验证，SIP,眼务器将在进行资源费分配，记录该用户的联系方式，并向UserA发送200OK回应，告知其已经成功完成注册过程。其中各阶段产生的信令如下：F1register注册消息从UserA发送到注册服务器，在信令字段需注明register消息，目标地址和SIP的版本号。Via字段中需要包含可知的路径，包括本机的用户代理服务器地址、本机与外地进行通信的端口，并在结尾加入系统自动产生的branch号。为防止消息在网络空间中形成环路路由，可设置消息的最大跳数。From和to字段分别存放会话呼叫的发起者和响应者的SIP地址。Call．ID由用户代理服务器生成，同时其需要维护一个自增数列，控伟lJcseq中的命令顺序。Contact中存放被用户最终的SIP地址，该字段与to字段的区别在于：to只存放下一跳的地址，而contact需要存放最终用户的地址，在会话的过程中，保持通信双方都了解呼叫的方向。在此期间产生的信令如下：Registersips：sip2．xust．edu．cnsip／2．0Via：sip／2．0．TLSclient．xust．edu．cn：5060；branch=zxfjk9MdkjkjkkjkfwrtMax—Forwards：70From：caller；tag=bS2dfkghl24 4基于软交换的煤矿多业务语音调度系统设计To：callerCall—ID：tianfen90306@xust．edu．ellCSeq：lregisterContact：Content-Length：0F2401回应服务器需要对用户进行验证，用户初次发来的register消息并不包含任何注册信息，服务器需要返回401的为授权回应(unauthorized)，并希望用户提供用户名、密码等必要的验证信息。F3register用户接至U401回答后，知道注册服务器需要提供密码进行验证且通过401的消息，知道系统的密码加密方式，于是重新构造register消息，并在消息qb))11A．authorization头文件，在域中指明用户名，并把加密的密码传给服务器。由于register消息为再次发送，所以需要call．ID的一致性，相关字段如下：Call·ID：tianfen90306@xust．edu．cn。CSeq：2registerAuthorization：digestusername一'userA",realm"xust．edu．cn'’nonce=’’aieci97dkkiiwjjjk03edfjkjkdkjkhiopr",opaque=’”，response=”df．e5613ldl958046689d83306477ecc”F4200OK服务器在收到密码后，需要和本地的密码进行验证，如果验证成功，则返回200OK的成功消息，表明身份验证已经通过。服务器在构造contact域时，需要))11,Kexpires参数，指定此次成功注册会话的有效期，其消息格式如下：SIP／2．0200OKFrom：userA；tag=b82dfkghlTo：userACall·ID：tianfen90306@xust．edu．cnCSeq：2registerContact：：expires=3600至此，一个用户代理客户端就成功的注册到一个SIPJ]艮务器中，服务器会在缓存中对此次会话进行记录，并维护的用户节点的可达性，直至Uexpires中的值过期。4．1．2代理服务器代理服务器(Proxyserver)根据目标地址在本地策略中的映射结果，得到下一跳 西安科技大学硕士学位论文服务器的地址，把请求进行转发，并根据收到的应答对用户做出响应。SIP信令在会话通信全部过程中，都需要代理服务器的参与。UAC先送出一个INVITE信息呼nqUAS，proxyserver收到之后便会去做查询，查询完成之后便得知目前UAS实际的地址，于是proxyserver便会以UAS当前所在地址为对象发出INVITE信息。UAS在回复200OK的时候，会将200OKl拘response响应给proxyserver，再由proxysen，er转送给UAC。其呼叫流程如图4．3所示【19】。—INVlTEFI---◆●一407F2．—一——ACKF3_—+——INVITEF年◆用●—一100F6———一芦,IF----代代理理●--一客．．一180F11——服户务端器●U●一200F14一AA一ACKFl争-斗。。叫CJ1-一---1●一BYEF2伊一图4．3代理服务器模式下的呼叫流程带有代理服务器的会话建立过程如图4．3所示，其中有代表性的信令交换过程如下：F1INVITE由UAC发送给代理服务器A，在其To域中告知其需要联系的用户为UAS。F2407代理服务器收到消息后，解析Call．ID的值，并和现有会话的值进行比较后，发现一个新的会话。于是返回407用户代理授权的消息，希望用户提供密码，进行身份的验证。F3ACKUAC收到代理服务器A要求授权的消息。F4INVITEUAC->ProxyserverA用户客户端得到服务器发来的消息后，构造新的INVITE请求，重新进行会话的创 4基于软交换的煤矿多业务语音调度系统设计建。在新的INVITE消息中，用户需要将加密后的密码放)＼proxy．authorization域，传送到代理服务器端。F5INVITEProxyserverA->ProxyserverB用户通过密码验证后，ProxyserverA将INVITE消息中的目的地址解析出来，并根据地址寻找下一跳的路由地址。当发现UAS所在的域的代理地址ProxyserverB后，ProxyserverA将信令代理至UProxyserverB上，同时利用via和route．record字段记录信令传递的路径。F8100TryingProxyserverB->ProxyserverA当请求消息代理至1]ProxyserverB时，其发现目的地址是自己负责域中的一个成员，于是I句ProxyserverA发送100的Trying回应，表明信令将由其代理到最终UAS用户，但需要一个过程。同时ProxyserverB负责把INVITE消息代理至UUAS的SIP用户代理服务器端。F13200OKProxyserverB->ProxyserverAF16ACKProxyserverA->ProxyserverBUAC和UAS之间需要完成INVITE．OK-ACK三次信令交换，其三次握手需要两个代理的参与，为保证信令不被错误的路由到其他代理上，信令在各代理服务器间利用route和route．record字段维护唯一的路径，信令每经过一个代理服务器，都需要在record．route上加入自己的记录，在用户得到信令后，发现reord．route上有记录，则将其内容逆序，即构成route记录。整个会话建立的过程中，所有的控制信令，既SIP消息，都需要通过代理服务器的参与，方可到达目的地址。控制信令交换完毕以后，通信过程中的媒体流并不需要经过代理服务器，这种架构方式大大降低了代理服务器的负载。4．2语音调度系统功能分析与设计4．2．1语音调度系统结构为了满足煤矿安全生产需要，语音通信调度系统除了能够完成与所有终端的基本通话功能基础之外，还提供了对终端的调度控制功能，进而实现地面对井下的实施监控和调度管理，有效提供了煤矿的安全生产，降低生产人员的伤亡率。基于软交换的煤矿多业务系统语音调度系统就是要把传统调度系统的业务功能移植到IP承载网上，充分利用现有网络资源，实现对煤矿企业VoIP业务的现场调度，减少原有调度系统因为专用线路和组网困难而增加的昂贵费用。基于软交换的语音调度系统的调度模型在使用功能上继承传统PSTN的电话模式，用户无需重新学习，即可完全按照原有的操作方式进行操作，几乎感觉不到任何差别，只是音频信号的传输都变成了在TCP／IP网络上以IP数据包的形式发送和接收。语音调度系统结构如图4．4所示。27 里童兰釜垄耋竺兰茎竺尘圣口需耖．眵．鼢扮幽44语音调度系统管理结构IP语音通信调度平台由语音调度服务器、语音调度j本!制台和终端话机组成。苦音调度服务器作为一种硬件设备可上架安装，其内部集成了高性能的嵌入式计算机硬件系统，并内置有SIP标准协议的网守、多点会议控制等功能部件，控制着管理区域内所有终端话机的各种活动，是整个语音管理平台的核心设备。本课题研究过程中选用华为X200语音服务器．XE200同时可作为H323GK、SIPSever和语音业务服务器。集中管理VolP业务，并统一管理语音网关、IP电话终端等设备。除完成注册管理、路由管理、呼叫控制、带宽管理等基本呼叫功能外，XE200还提供传统PBXq)．务、语音和数据的结合业务，业务信息可以由管理员设置，也可咀由用户通过GuI图形化界面或电话终端自行设置。语音调度系统是软件，通过与语音调度管理系统变换来完成所有的语音调度功能。该系统是本课题重点研究设计的内容。4．22语音调度系统功能设计采用IP语音调度系统，语音终端之间可以直接讲话，通话采用全职T的方式，如同普通的家用电话一样。各F级节点办可同上级管理中心进行语音通话，可直接呼叫上级的一部或多部管理话机。接入网络的调度话机可在嘲络范围内米呼叫、应答指定范围内的lP语音调度客户，也可选择通话群组进行多方会议。还可通过制定呼uq锥略和呼州权限，对每一个语音终端的呼叫权限进行限定，形成个小范围内的调度0网，真正实现 4基于软交换的煤矿多业务语音调度系统设计一对一、一对多听的IP语音调度，在现有需求模式下，可满足煤炭行业多级语音调度的业务需求。针对煤矿企业安全生产过程中对语音业务的需求，其语音流调度模块的系统结构设计如下图4．5所示[201。图4．5语音流功能模块结构图在本设计中语音流模块如上图4．5所示，所有的语音调度控制由统一的平台进行操作。根据前面所描述的煤矿企业语音业务的现状，在设计过程中，我们必须充分利用现有网络，将其与IP网络融合为整体，在传统电话与控制平台之间通过标准的中间件技术实现其互联(也可以通过基本的语音网关实现互联)，同时主机媒体处理软件实现IP电话或软终端的呼叫控制。在语音呼叫控制统一平台上提供煤矿安全生产过程的基本语音业务以及调度业务。其语音调度管理系统具体功能如下【2l】：◆终端实时监控话机在开机后立即查找语音管理服务器并向其注册，声明自己的当前状态，管理员就可在语音调度系统实时察看到当前区域内话机的各种状态，包括在线、通话、会议、故障等状态。◆基本单呼叫 西安科技大学硕士学位论文在语音调度系统中，能够在控制台上实现对当前区域所有在线用户终端实现基本单呼叫功能。◆组呼群呼由于煤矿安全生产的特殊性需求，语音调度通信系统中不但能够提供基本单呼功能，更加重要的是实现控制台对终端用户的分组、分群呼叫功能，在井下发现事故和生产调度过程中起到重要的作用。◆强拆强插通话调度在安全生产过程中，根据管理中心分配的电话号码和呼叫权限，监控中心根据监控到的状态和调度需求，对任何一个通话的终端进行强拆强插功能，语音终端也可通过直接拨号来在权限区域内呼叫特定话机进行通话，并根据权限完成强拆强插等功能。◆连选号码在管理中心，可对多个管理话机分配一个统一的电话号码，各终端话机只需拨打这个统一的号码，而由管理中心根据各个管理话机的当前状态来决定由哪一个管理话机来接听当前的呼叫。◆通话监听安全生产调度管理员在控制台上可实时监看各话机之间的通话情况，并在需要时加入通话之中，实时监听通话内容。◆通话录音安全生产调度管理员在控制台上可实时监视各话机之间的通话情况，并在需要时实时录制通话内容。◆三方会议一会议电话(臣p---方通话)是建立在传统电话呼叫等待业务功能基础上的一项增值业务，在安全生产调度会议中客户可以将原来处于保持状态的客户加入通话，从而实现多方的实时交谈，会议电话可支持多个人(1个主持人+多个接听人)同时通话。4．3IP语音通信系统的结构开放的语音通信系统模型是基于P分组网络的语音通信上抽象出来的一种体系结构，这个结构目前已得到了标准化。它把IP网络的语音通信的实现逻辑上划分为一个3层的结构，如图4．6所示【22】。在这个结构中，最底层是数据基础层，这是数据在各种网络(Ethemet，DSL，ATM，FrameRelay等)上进行快速可靠的通信的基础保证。它提供IP数据包的路由选择和交换等功能。基础结构层通过标准网络协议IP和多种WAN接口，使网络开发人员可以不再考虑所采用的网络类型、所处地理位置而进行通信设备的研发，为网络开发提供了一个灵活的分布式的网络环境；第二层是呼叫控制层，为进行通信的双方提供呼叫建立、监控、30 4基于软交换的煤矿多业务语音调度系统设计保持、结束等控制功能，是呼叫控制的平台。目前所使用的呼叫控制协议有H．323、SIP、MGCP等(本设计过程中选用了SIP协议)，这些都是基于开放的思想来构造的协议；第三层是应用业务层，提供各种VOIP业务，它建立在各种标准应用程序接口之上，例如电话应用程序编程接口TAPI、C／C++、可扩展标记语言XML、Java高级智能网络JAIN以及Parlay接口。应用业务层菲标准舳f呼叫控制层{￡标准的呼叫控制协议I数据基础层嚣议-P电话，软终端，传统电话机图4．6IP网络语音通信结构开放的VOIP模型的提出，改变了传统的封闭式的、采用专有协议和设备的、集中式的电路交换模式，将原来集中在单一交换机中的业务、系统控制和数据传输等功能分离，采用分布式的方式来分别实现。不同的层可以在不同的设备上实现，也可以在同一设备上实现。各层次通过层间开放的标准接口整合为一个整体。这些标准接口提供了一个开放的(基于标准的)、分布式的可编程软件环境，允许各个厂商根据标准来开发属于不同层次的产品，并在协议上为各厂商产品间的集成提供了可操作性。各层功能的实现可根据需要采取特定的解决方案，不需要再将所有功能集中在一个交换机中来实现。这种开放的分布式的网络开发环境，使厂商可以在一个集成的基础结构平台上开发VOIP产品，可降低其对基础结构网络设备开发的代价，便于第三厂商的开发，也便于更多基于语音和视频的新应用的实现，在煤矿安全生产过程中对多业务的融合有个重要的作用。4．4SIP协议在语音调度通信中的实现SIP协议是一个对呼叫进行控制的协议，它存在于开放的VOIP模型中的第二层——呼叫控制层。在SIP中服务器的操作模式有两种：一种是基于代理服务器的，另一种是基于重定向服务器的瞄J。UA之间的通信由于所采用的SIP服务器类型的不同会造成建立连接的方式不同。3l 西安科技大学硕士学位论丈基于代理服务器的模式由代理服务器代表UAC向被叫发起呼叫，其呼叫流程和4．1．2代理服务器功能一样，详见4．1．2。重定向服务器模式流程图如图4．7所示拉4。。与proxyseⅣer位于不同的地方，在于redirectserver查询得失[JUAS实际的地址的时候，并不像proxyserver会直接代为处理之后session的建立，而是将UAS的实际地址告知UAC，让UAC自行送出新的INVITE。使用redirect的模式，可以减低server的负担，但UAC必须有能力将request的信息传送到UAS。图4．7重定向服务器模式下的呼叫流程目前，关于下一代网络的开放式业务API标准主要包括：flJParlay组织、3GPP和ETSISPAN共同制定的Parlay／OSAAPI以及由SUN公司在JavaX]z台上推出的JAINAPI。ParlayAPI是f13Parlay组织定义的便于业务开发者快速创建电信业务的应用编程接口，自1999年成立以来，Parlay组织已制定了4个版本的Parlay协议。开放式业务结构(OSA)是3GPP帛fJ定的多媒体业务框架，选定Parlay作为其开放式业务接UAPI。两者结合的Parlay／OSAAPI独立于具体的实现技术，可以应用于固定网络、移动网络以及下一代网络的业务提供；独立于具体的实现语言，可以用C、C++、Java等各种语言实现；定义了完善的认证和授权机制，以支持对第三方应用的支持和多业务的扩展。Parlay／OSAAPI位于的Parlay网关和应用服务器之间。Parlay网关对应用服务器屏蔽了下层网络的技术实现细节，使得应用服务器可以使用统一的方式对网络能力进行访问。本课题SIP服务的具体设计实现方面采用了Paday／OSAAPI接口，Parlay／OSAAPI包括两类接口：业务接口和框架接口。业务接口提供应用访问网络能力和信息的接口，框架接口提供业务接口安全、管理所必需的支持能力。业务接口保证用户能够接入传统网32 4基于软交换的煤矿多业务语音调度系统设计络，如呼叫控制、呼叫管理、发送消息、用户交互等；框架接口提供的功能有g业务登记、业务预订、业务发现、认证、授权和综合管理。4．5本章小结本章首先分析设计了SIPJ]艮务器中中重要的注册服务器和代理服务器，结合前面介绍的煤矿安全生产多业务需求及SIP协议的特点，设计语音调度系统结构，并构建语音调度系统的功能，对其功能进行详细描述。同时，设计IP语音通信系统的结构，并对SIP协议下在语音通信中两种服务器操作模式进行分析，给出系统设计所采用的Parlay／OSAAPI接口。33 西安科技大学硕士学位论文5基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的功能实现本文设计的主要目标是要实现基于软交换的煤矿企业多业务系统中话音调度业务，并且为后期煤矿数据通信，视频通信和监测过程提供一个标准的API接口，方便系统升级和实现多业务扩展功能。5．1语音调度系统开发软件架构5．1．1开发环境为了实现更高的软件系统的可更改性、扩展性和可移植性，我们采用分层模块化的系统架构，即对模型中同一抽象层次上的包进行分组的一种特定方式。通过分层，从逻辑上将子系统划分成许多集合，而层间关系的形成要遵循一定的规则。通过分层，可以限制子系统间的依赖关系，使系统以更松散的方式耦合，从而更易于系统维护、升级和扩展。1)操作系统及数据库服务器：Windows2003+SQLServer2)开发工具VisualC++3)系统构架系统分为传输层、协议层和应用层三部分。4)系统接口windowssockets和Parlay／OSAAPI。5．1．2语音调度系统软件结构设计在建立语音调度软件结构时，我们首先结合其设计目标，确定其采用分层结构，在此基础上再合理划分各功能模块。按照要实现的功能，整个系统分为四层：应用业务层、协议栈层、传输层、系统层。每一层都发挥各自不同的作用，而且当中每一层又包括了几个大模块，并分别处于不同的层次中，而且每个模块的功能都不相同。下面通过模型图来详细讲述应用层、协议栈层、传输层、系统层的分层结构，同时将各个层次中的不同模块的功能再次进行细分。语音调度系统软件分层结构如图5．1所示【171【25】【261。34 5基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的功能实现应用业务层协议栈层传输层系统层图5．1语音调度系统软件分层结构传输层：在呼叫服务器上运行的进程与SIP终端和媒体服务器通信，同时还可能与其它服务器通信。传输层对应于OSI七层模型中的第一层到第四层，即物理层、数据链路层、网络层和传输层。所有网络节点在物理上采用100baseT的以太网连接，通过基于TCP／UDP的Socket进行消息的交互。传输层的功能包括呼叫服务器与PCPhone、SIPPhone、MS、网管服务器和配置服务器通信。其主要管理套接字(Socket)和网络连接，可以使用面向连接和无连接的协议，如TCP或UDP来传送数据，本层提供收发消息的简单API。一个完整的事务流程设计如图5．2所示瞳习：图5．2一个完整的事务流程我们将整个消息分为四个处理过程八个阶段。1)第一个阶段也就是第～个处理过程，recvThread接收来自传输层的UDP数据包，并且创建一个SipMsg对象；2)把创建的SipMsg对象在TRDB中进行处理，TRDB是一个事务消息构件库，35 西安科技大学硕士学位论文存放近期接收和发送的消息，如果新接收的消息和事务库里的有相同的，马上把它删除掉，如果不同就把消息发送到recvFIFO中去；3)recvFIFO是一个先进先出的一个消息队列，新的消息放在队尾；4)SipThread源自ThreadInterface，主要作用是接收并且在sipstack对所收到的SIP消息排队，并且对接收的SipMsg(SIP消息)产生相应的Sip本地处理事件SipEvent，并且把他们放置在一个EventFifo队列中等待处理；5)EventFifo是一个先进先出的队列，在SipThrea中产生的Sip本地处理事件SipEvent在此排队，等待处理；6)WorkerThread和SipThread一样，它也是源自ThreadInterface。主要作用在于接受并且处理上面SipThread收到的Sip本地处理事件SipEvent，产生响应的事件消息；7)SendFifo是一个存放响应的事件消息的队列；8)SendThread主要的工作将产生响应的事件消息发送到传输层去。协议栈层：负责从Socket中提取相关消息，进行消息队列管理，并为应用业务层提供接口函数。协议栈层的模块以独立于主程序进程的子进程的形式存在，监听各自的端口。该层有六大模块：Manager，MediaManager，MessageParser，SIPTrasaction，RTP／RTCP，Codecl251。Manager模块，该模块主要的功能是提供一组API来模拟电话行为的。来调用模块MediaManager，MessageParser，SIPTrasaction的功能。包括～些CallbackFuctions，HookOff／On功能，DialSIPcall功能，Register／UnregisterSIPUA，Proxy设定。SIPMessageParser模块，SIPMessageParser主要是被SIP通信协议中的各模块使用，处理SIPMessage的编码(encode)和解码(decode)。在解码方面，此模块负责将SIPMessage中的文本信息转换成用户自定义的文本格式信息。在编码方面，SIP协议是基于文本(text．based)的信息，使用UTF．8的编码方式，SIPMessageParser会负责将用户自定义的文本信息转换成SIPMessage。SIPTransaction模块，创建并管理事务对象。每个事务对象负责维持状态，收发消息和使用传输层重传消息。SIP是以Transaction为基础的协定，任何两个SIP组件之间要进行通信的话，都要有一系列的消息交换，而且SIP的每一次Transaction都是以一个请求消息开始和一系列的回应消息结束。MediaManager模块，主要是管理WinRTPLibrary所提供的函数，WinRTPLibrary是用C++编写的，其支持多样性的设备，支持语音混音，编码和解码RTP信息。我们在设计中把SipMsg设计为所有消息的基类，它有两个很重要的派生类：StatusMsg和SipCommand。StatusMsg主要是包括响应消息按状态行(起始行)中的状态码(3位)，可分为：lxx-暂时响应；2)【】(：成功响应：3XX：重定向响应； 5基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的功能实现4XX：客户端出错；5XX：服务器出错；6XX：全局故障等等。SipCommand主要是包括请求消息的方法，如下：RegisterMsg()：用于登记联系信息；InviteMsg()：用于邀请用户加入会话；ACKMsg()：用于对请求成功后作出的确认；CancelMsg()：用于取消未完成的请求；ByeMsg()：会话结束；0pionsMsg()：用于询问服务器的性能。呼叫调度应用层：对外部完成开启与协议栈层和传输层相关的呼叫调度进程，对内部完成与呼叫控制及其相关工作，提供与用户的应用接口。在该软件分层结构中下一层直接或间接地为上一层提供服务。传输层主要负责数据的接收和发送；协议栈层将接收到的数据形成应用层可直接识别的协议消息，应用层要发送的数据需要经过协议栈层处理后再通过传输层发送。但是，所有这些层次也不是完全不可或缺的，对于某些业务处理来说，并不需要所有的层次，可能传输层的上面就是应用层。5．2语音调度系统公共模块的实现在语音调度系统的设计过程中，我们采用套接口(Socket)：一种最一般的进程间通信机制，可用于本机不同进程之间和不同机器进程之间的通信。本课题研究设计过程中数据触发进程和网管代理进程与主进程之间即为此种方式。子进程与主进程通过对预定的Socket端口进行操作，从而完成通信。5．2．1呼叫控制模块呼叫控制模块是煤矿多业务语音调度系统中对整个语音呼叫流程控制的中枢，所以对它的设计尤为关键。本课题在研究过程中采用非常成熟的设计方式——有限状态机(FSM)来进行设计。FSM的基本结构如图5．3所示【171。37 西安科技大学硕士学位论文图5．3有序状态机的基本结构图FSM具有如下特点：1)具有双重选择，先按不同的状态实现多路分支，再按不同的输入消息实现多路分支。2)一定状态下收到某个消息后引起状态转移。状态转移过程对应着一段程序，以执行应用的动作和状态的改写。3)收到某个消息后，必要时还可以根据某种信息的判别而转向不同的状态。例如状态S2可转向S3或S5。4)在一定状态下收到某个消息可以回复到初始状态。例如状态Sn可以转向Sl，S1为状态初始化执行后进入的状态。这意味着可以无限循环地执行。5)处于某个状态而等消息到来时，可让出处理机资源，处理机转去调度其它程序。煤矿安全生产语音调度控制模块的有序状态机设计以基本呼叫业务、组群呼叫、强拆强插、语音监听和录音等基本业务为主。其状态主要包括包括3类状态：基本呼叫业38 5基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的功能实现务的状态：S1一idle，S2_calling，S3_ring，S4_pretalk，$5taiking，S6_preidle；异常情况的状态：$7一fail，S8_busy，S9_interrupt，S10一seton；调度业务的状态：S1l_groupcall，S12backout，$13insert。语音呼叫FSM图如图5．4所示。『Sl—idleLI◆lINVITE[固图5．4语音呼叫FSM图5．2．2定时器模块定时器模块在语音呼叫过程中是重要的组成模块，其主要是为其它模块提供定时的功能，在设置的定时时长到达时，能够调用相应的函数，执行相应的操作。定时器的实现包括两部分。一部分是对操作系统时间信息的提取，从而获得精确的基准单位时间ll7。。通过下面两个系统函数获取基准时间：signal(Sig_Clock，count_time)：Sig_Clock是时钟信号，在指定时间到时，调用counttime()，该函数功能由应用者提供。setitimer(Time_interval，&val，1)：以val结构中指定的时间间隔调用signa(Si“lock,count函数，产生周期的闹钟信号。其中ITIMERREAL间隔。39 西安科技大学硕士学位论文5．3语音数据传输模块Socket是一种基于TCP／IP的网络编程接口，它采用客户／服务器通信模式，客户端和服务器端通过Socket接口在网络上实现连接和数据交换。它提供了一系列系统调用，使用户可以方便的使用TCP和UDP等网络协议实现通信。WinSock支持两种编程模式，一种是基于TCP协议的数据流模式，另一种是基于UDP协议的数据报模式口7】【28】【291。由于UDP提供的是无连接、不可靠的数据报投递服务，传输效率比较高，特别适合于实时性要求高的数据传输场合。同时在SIP模块中SIP信令采取的重传机制和握手机制，避免了SIP消息数据在传输过程中的丢包现象，因此本课题研究设计过程中采用UDP的数据报模式实现了SIP信令消息和音视频媒体信息的传输。面向无连接的套接字调用时序／图如图5．5所示【25】。服务器客户端图5．5面向无连接的套接字系统调用时序图 5基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的功能实现l1)首先创建套接字sockO口7l，套接字类型设置为UDP的数据报模式SOCK——DGRAMsock=socket(AFrNET,SOCK—DGRAM，IPPROT_-UDP)；在初始化windowssockets动态库之后，创建套接字。Socket0函数和WSASocket()函数将实现此功能。Socketoi函数声明如下：SoCKETsocket(intaf,inttype，intprotoc01)；吐协议的地址家族。创建TCP或者UDP套接字时，该参数为AF—INET。type"协议的套接字类型。有SOCK—STREAM、SOCK—DGRAM和SOCK—RAM3种类型。protocol：协议。指定的地址家族或套接字类型有多个数目时，使用该字段来限定一个特殊的传输。2)配置套接字参数lad&．sin_family=AF_INET；∥设置协议族one_inet_addFinet__addr(host)；／／设置地址addr．sin_addr．s_addr---one_inet_addr；laddr．sin_port=htons((short)SENDPORT)／／设置端ra(5060)3)为套接字建立本地绑定(主机地址／端口号)bindoi函数将套接字绑定到一个已知的地址。该函数的声明如下：intbind(SOCKETS，conststructsockaddrFAR·llanle，intnamelen)；s：套接字。name：地址。namelen：sockaddr结构长度。4)发送或者接收数据在UDP套接字应用程序，主要调用sendto()i函数和WSASendTo()i函数发送数据，调用recvfromoi函数和WSARevFrom()i函数接受数据。在本课题程序设计过程中主要使用了recvf．romO函数和sendt0()函数‘2511331。这两个函数的原型如下：41 西安科技大学硕士学位论文intsendto(SOCKETs，char宰bur,intlen，intflags，structsockaddr拳to，inttolen)；其中，参数S是准备发送数据的套接字；buf是发送数据的缓冲区；len是发送字节的长度，flags影响该函数的行为，可以是MSG—PEEK或MSGOOB，0表示无特殊行为；to参数是一个指向SOCKADDR结构的指针，表示接受数据地址；地址信息tolen表示地址结构长度。intrecvfrom(SOCKETS，char宰buf,intlen，intflags，structsockaddr母from，int·fromlen)；其中，bur是即将收到数据的字符缓冲区；len是准备接收的字节数或buf缓冲的长度；from是指向SOCKADDR结构的指针；fromlen是带有指向地址结构的长度的指针；其余参数同sendt00。5)调用函数closesocket(SOCKETs)关闭套接字【27】。在程序设计过程中，首先加载windowssockets动态库(DLL)。WSAStartup函数实现此功能。该函数是套接字应用程序必须调用的第一个函数。该函数的声明如下：intWSASartup(WORDwVersionRequested，LPWSADATAlpWSAData)wVersionRequested指定准备加载windowssockets动态库的版本。高字节指定所需要库文件的副版本，低字节指定主版本。在应用程序中可以使用MaKEWORD(X，Ⅵ方便指定该参数。其中X是该高位字节，Y是低位字节。lpWSAData指向LPWSADATA结构的指针，该参数返回被加载动态库的有关信息。5．4语音调度系统基本单呼叫的实现在语音调度系统中一个重要的应用就是单呼叫。单呼叫通信就是在发送者和接受者之间实现点对点的网络连接，在发送方和每个接收方需要单独的数据通信【34】【35】。按照第4章中对语音单呼叫的功能分析和设计，在本节完成基于SIP协议的语音单呼叫的编程实现。其语音单呼叫连接INVITE请求的实现流程如图5．6所示【361。42 5基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的功能实现图5．6语音单呼叫INVITE请求流程图单呼叫INVITE请求实现控制流的主要步骤为：1)首先，语音调度控制端启动event事件；2)语音调度控制端启动CallNo()函数分析呼叫号码是否存在，如果存在则继续执行，否则就返回404响应，404响应是SIP协议中找不到用户的响应；3)调用CallAddr0确定呼叫URL的IP地址；4)调用IsIPaddr0IP地址合法性判断，如果合法继续执行，否则返回484响应，表示m地址不正确；5)当判断口地址正确后，启动定时器；43 西安科技大学硕士学位论丈6)根据IP地址设置to域，例如：To：callert7)初始化INVITE消息InviteMsge；8)InviteMsge设置CallID；9)根据代理IP地址、端口以及方式设置请求行；10)设置From行，From在所有请求和发送者中都包括该字段，表示语音呼叫方和语音发起者。From字段的一般格式为：From：显示名；tag--xxx，例如：From：caller；tag=a73kszlfl；11)设置Via行，VIA行用以指示请求经历的路径。它可以防止请求消息产生环路，并确保响应和请求消息选择同样的路径，以保证通过防火墙或满足其他特定的选路要求。发起请求的客户必须将自己的主机名或网络地址插入请求Via字段，如果未采用缺省端口号，还需插入端口号。在请求消息前传过程中，每个代理服务器必须将其自身地址作为一个新的Via字段加在已有Via字段前面。如果代理服务器收到一个请求，发现自身地址位于Via头部中，则必须回送响应“检测到环路”。例如：Via：SIP／2．0／UDP192．168．1．18：5060：received=192．168．1．16：12)设置Contact行，Contact用于INVITE、ACK和REGISTER请求以及成功响应、呼叫进展响应和重定向响应消息，其作用是给出其后和用户直接通信的地址。INVITE和ACK请求中的contact字段指示该请求发出的位置，它使被叫可以直接将请求发往该地址，而不必借助Via字段经有一系列代理服务器返回。Contact的一般格式：contact：地址；q参数；动作参数；失效参数；扩展属性。例如：Contact：；expires=3600；13)设置SDP数据；14)发送InviteMsge消息，在event事件中保存当前消息；15)返回到下一状态。5．5语音调度系统组群呼叫的实现语音组群呼叫业务，简称组群呼。组群呼叫业务定义了一种由多方参加，其中一部分人可以讲话、多方聆听的点对多点语音通信方式。语音组群呼叫业务用一个组群功能码(组群ID)就能呼叫到所有该组群的成员。无论是业务用户还是调度员按照其权限范围都能建立语音组群呼叫业务的呼叫功能。一旦呼叫建立，调度员将保持双向语音连接，调度员可随时进行通话，他的话音可以广播给所有成员，而群组内的其他成员只能有一个讲话者。当呼叫发起方和非调度员移动用户越出组群呼叫区域后，他们的呼叫会中断，回到区域中时，呼叫又能恢复。语音调度组群呼叫业务模块处理流程图如图5．7所示【34】【35】【36】。 5基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的功能实现Slidle)主叫输入的消息Jr输出到被叫方的消息INVITE消息上被叫方输入的消息设置定时器(timerl)一一一一输出到主叫方的消息图5．7语音调度组群呼业务模块处理流程图语音调度系统组群呼叫业务模块处理过程为：45 西安科技大学硕士学位论文1)首先，其组群呼起始状态为空闲状态S1idle；2)语音调度系统发出组群呼的INVITE请求，表明调度员或监控人员要对某一组或某一群进行语音呼叫业务；3)设计定时器timerl，等待语音服务器的响应；4)语音服务器返回的响应有3种消息情况：Callallow(允许呼叫)、Callreject(呼叫拒绝)和Timerlevent(呼叫超时)。Callallow消息表明语音服务器通过鉴权、认证服务器得到验证，该用户可以进行本次组群呼业务；Callreject消息表明鉴权认证不通过，呼叫被拒绝，模块收到该消息后，语音调度系统释放呼叫资源；Timerlevent消息表明呼叫超时，模块收到该消息后，语音调度系统释放呼叫资源或者进行重新呼叫；5)在收到Callallow消息后，语音服务器为本次呼叫分配资源，并且请求组群呼信息；6)再次设置定时器事件Timer2event，等待组群呼寄存器的响应，其响应有三种消息：GCallres(组呼响应)、Callfail(呼叫失败)和Timer2event(呼叫超时)。Callfail消息表明呼叫信息不可用，或者该组群用户正在通话中，Timer2event消息表明语音呼叫超时，在收到上面两种消息后语音调度系统都将释放本次组呼过程中的所有资源，可能将进行重新呼叫；7)当收到GCallres(组呼响应)消息，表明呼叫已经处理完毕；8)语音调度系统等待呼叫终端的振铃；9)语音调度系统与所呼叫的群组的终端建立连接，在语音调度系统端将收到connect连接；10)语音调度系统方和组群终端用户方进入正常的通话过程；11)在语音调度系统中，严格去讲，只有调度员在语音调度控制台才可以对建立的语音呼叫进行拆除，所以在本程序流程中语音调度员挂机，表明本次组群呼语音调度过程已完成，并且释放所有本次组群呼连接的相关的资源。语音调度系统中组群呼叫功能编程的实现，该过程语音组群呼叫INVITE请求流程图如图5．8所示【36】。 5基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的功能实现图5．8语音组群呼叫INVITE请求流程图组群呼叫INVITE请求实现控制流的主要步骤为：1)首先，语音调度控制端启动event事件；2)语音调度控制端启动Ana_GroupID()函数分析组群呼ID号是否存在，如果存在则继续执行，否则就返回404响应；47 西安科技大学硕士学位论文3)分析组群呼呼叫ID对应的每个终端的号码；4)调用CallAddr()确定被呼叫的每个终端URL的IP地址；5)调用IsIPaddr(．)IP地址合法性判断，如果合法继续执行，否则返回484响应，表示IP地址不正确；6)当判断IP地址正确后，启动定时器；7)根据IP地址设置t0域；7)初始化INVITE消息InviteMsge；9)InviteMsge设置CallID：10)根据代理IP地址、端口以及方式设置请求行；11)设置From行，From在所有请求和发送者中都包括该字段，表示语音呼叫方和语音发起者。12)设置Via行，VIA行用以指示请求经历的路径。13)设置Contact行，Contact用于INVITE、ACK和REGISTER请求以及成功响应、呼叫进展响应和重定向响应消息，其作用是给出其后和用户直接通信的地址。14)设置SDP数据；15)发送InviteMsge消息，在event事件中保存当前消息；16)返回到下一状态。5．6语音调度系统中强拆、强插的实现5．6．1强拆功能实现调度员和值班员在自己的管理范围内对各个终端进行监控的过程中，如果发现终端电话处于很长时间的通话状态，可能会影响其正常业务的开展，或者是有重要事项需要通知，而电话J下处于使用状态，值班员或调度员可以通过语音调度系统控制台对终端用户建立的连接进行拆除【371。在强拆处理过程中，首先要从数据库中搜索将要拆除终端的记录。当调度管理控制平台端的Socket对象绑定完成之后，其必须建立一个监听的队列来监听客户端的连接状态，通过语音调度系统就可以查看当前终端的状态，在正确识别终端状态后方可执行相关操作，如果必要情况下将对终端的通话强行拆除。语音强拆业务流程如图5．9所示：48 5基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的功能实现图5．9语音强拆业务流程语音调度系统中强拆功能实现的相关程序为‘37】：forced_releas(Terminal．IDjclearTerminal—ID，Terminal．IDactdevice，CStimgserail)首先调用是调用searchTeD()来查找被拆终端记录；如果没有找到将要拆除的终端的记录，程序报告强行中断通话操作失败；如果找到该终端记录，直接调用forcedreleas()进行强拆。5．6．2监听功能实现煤矿安全生产调度室调用员或值班员在监控生产过程时，在必要情况下要对终端的通话进行监听。在本课题开发过程中用到函数Onmonitordev0。具体实现为【371：Onmonitordev(TerminalID_tTerminaltobejoin，TerminallD——tTerminalejoin)；在应用程序终端数据库中寻找是否有发起监听的终端，如果没有该终端的终端记录，无法进行操作，向语音调用系统控制台发送失败确认信息；如果有该终端记录，判断被监听的终端是否存在，根据该电话终端是否处于通话状态，语音调度系统将启动语音监听程序监听其通话。49 西安科技大学硕士学位论文5．6．3强插功能实现安全生产调度员在值班过程中可以对安全生产过程中每一次终端的通话进行监控，或者对终端的某些与安全生产无关的通话行为，或者是由于安全生产调度的需要对终端的通话权利进行直接干预，这个时候就要用到语音调度系统的强插功甜"J。强插分两种情况：一种仅仅是强行插入到对双方的语音通话进行中，只对双方的语音通话进行监听的，而不拆除双方的通信链路，调度员也不讲话，这种强插功能和5．6．2中的监听功能是一样的；另一种是要和当前通话中的一方进行语音通话，如果涉及到一些安全隐私的问题时候，必须拆除其通话，然后在和其中一方进行语音通话。强插功能流程如图5．10所示：Y调用forcedreleas()调用forced—insert()拆除终端链接进行强插通话图5．10语音强插流程图强插功能使用的主要函数：Forced_insert(TerminallD_tTerminalobejoin，TerminallD_tTerminaltobejoin)；首先在应用程序终端数据表中寻找是否有发起强插的终端记录，如果没有该终端记录，无法进行操作，向语音调度系统发失败信息。接下来的操作是判断即将被强插终端是否处于挂机状态。如果要强插电话没有挂机，而调度员要和其中一方进行语音通话，这个时候必须首 5基于软交技的煤矿多业务语音调度系统的劝能实现先要调用forcedreleas()拆除被强插的终端的通话，然后调用forcedinse九()进行通话。57语音调度系统性能和功能测试分析本课题系统最终测试和验证的州络结构图如图511所示：语音调度系统控制台EP302H3CXE200语哥服务器图511系统测试网络结构幽1)系统测试硬件环境语音服务器：先后选用过H3C的XE200和捷辉科技的JHKY-1型软交换系统。语音终端：选用H3C的EP302(目前实验室有8部)，还选用过捷辉的lP电话机和软电话(对应捷辉的JHKY-1软交换系统环境下进行测试)控制台：选用在Dell公司的powerEdgeSCl420服务器(主频2．4，1G内存)上执行交换机：选用中兴ZXRl039283层交换机2)系统测试软件环境和应用软件截图操作系统：windows2003selver和windowsXP应用软件：煤矿多业务语音训度系统10软仲，该软什基于vc+_6．0的windowssocket作为整个项目的代码编写和立件管理工具，代码编写完成后，进行编译、调试。针对煤矿安全生产啊度的需要，结台煤矿多业务平台。设计出来了语音模块的单呼、组群呼以及强拆、强插等功能。煤矿多业务语音稠度系统主界面如图s12所示。测试丁具：Ethereal协议数据包跟踪工具，Ethereal是网络协议检测程序，可以用来监视所有在网绍上被传送的包，井分析其内容，包括每一封包流向及其内容、信息。也町以监测网络工作情况，或者是发现州络q·的bugs。在本测试过程中，其完成煤矿语音 i耋型!：：筌：i釜耋二调度系统’，语音终端之nU语音通酯过程【}l的信令包的监洲作用。jtUJ2；i1蛳*I}魄*枷酗髑●q}R*■肼酬§t韶{#艇*j■■蚵^f±■％一■‘叵=’E一1∞蛳t一1_121∞1∞_111目“{*Ⅲl#№￡∞i目■Ⅲ11∞i目1”'“ni目¨wq％∞x11*mEⅢ1—1∞17i目u}F2*自mf921∞111日Ⅲ☆目j一1．1∞i目嚣甚0黜{{嚣器_喜薯器醪错≯m∞20≈¨m#tgm§t■∞■ti％EB#l*“咖镧d■瓣根*ul珊∞∞螂《i“nⅫiim艚Ⅲ*轴■I＆}gI《#*itOtt8Mi‘ji"&搠Ⅱ轴●I#}M蝴j酗512煤矿多业务语音调『韭系统J-界面闰513语音调度系统单呼叫界而 ：釜圭兰圣茎兰兰：：兰至：三型当耋釜兰2彗至墨图516语音调度系统强插强拆监听界面 2：：：釜查：錾：茎竺：!圣3)测试信令抓也截罔，SIP．INVITE过程信夸和ElP倍令截圈分刖如蚓517和口}l518所不。■-·●·b口3fi口6～、～-7‘，口图517SIP-INVITE过科信令截嘲㈦i，i躲鬻}。l瓣麓避三一一，圈518RTP信々槭幽通过构建的测试平台，对Jr发的基于软交换的煤矿多业务语音调度系统功能进行了完整测试，测试结果表明该系统能够实现语音肇本单呼叫、组群呼、强拆、强插等综合调度过程，完全能够满足未柬煤矿安全生产中埘语音调度业务需求。同时，为了适应煤矿多业务扩艘的需要，在设计过程巾采用标准的API，方便以后对视频和工业崎控数据的扩展和整合。 5基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的功能实现5．8本章小结本章是论文的核心内容，首先从开发环境和软件结构两个方面设计了语音调度系统软件基本架构。其次，设计了语音调度系统中公共模块呼叫模块和定时器。对语音数据传输模块进行设计和实现。采用了分层的软件结构，使用VisualC++和SQLserver2000开发环境，编程并实现了语音调度系统的单呼叫、组群呼和强拆强插等调度功能，并且完成了系统功能和性能测试，通过测试该语音调度系统能够满足语音调度的基本功能，达到预期设计的目的。55 西安科技大学硕士学位论文6结论本文结合目前基于软交换的煤矿多业务系统的实际发展情况，对其不同业务需求进行分析的基础上，使用VC++开发了基于软交换的煤矿多业务语音调度系统，该系统实现语音的基本单呼叫、组群呼、强拆强插等调度功能。总结本文的主要工作为以下几点：1)通过对软交换技术体系的研究和煤矿多业务发展需求分析，建立了煤矿多业务模型，并分析了其系统功能。2)在基于软交换煤矿多业务系统模型之上，设计了煤矿多业务语音调度系统中的各个功能模块，对其核心架构SIP注册服务器和代理服务器进行了分析和设计，完成IP语音通信系统结构设计，研究了SIP协议在语音调度通信中的具体实现过程。3)采用VisualC++完成了基于SIP协议的煤矿多业务语音调度系统的功能实现，其主要功能有基本的语音单呼叫、组群呼叫、强拆、监听和强插等功能。4)构建了系统硬件测试平台，对开发的基于软交换的煤矿多业务语音调度系统功能进行了验证性测试，并利用Ethereal协议数据包跟踪工具对语音通信过程进行了数据包的抓包分析。本文在设计与研究的过程中也有一些不足，如由于客观环境限制，测试只是在口电话终终端中进行，如果有语音网关，可以在普通电话机上进行测试；另一方面由于实际条件的限制，并没有在煤矿专网中进行测试。展望未来，还可以从以下方面进一步展开工作：1)由于时间等因素，本人只构建了煤矿多业务模型中的语音调度模块，以后的研究过程中，我们课题组将继续把视频和数据业务加载到该调度平台上，真正实现多业务功能。2)在今后的研究过程中，本项目组将要部分或整体的测试放在煤矿专网下进行。56 致谢致谢值此论文完成之际，谨向所有指导、关心和帮助过我的老师、同学、朋友和亲人表达我内心由衷的感激之情。本文是在我的导师韩晓冰副教授的精心指导下完成的。韩老师严谨而开放的治学态度、渊博而深邃的学识、前瞻性的学术意识、执着的科研精神以及高尚的做人原则，都给我留下了终生难忘的印象。韩老师不仅在学业上和论文写作方面给予我耐心、精细的指导，而且在为人处事、在个人发展方向上也给我很多帮助，使我对一些问题有了更深的认识。他在研究中给我极大的指导帮助，还为我创造了良好的学习条件和科研环境，使我的专业业务能力有了长足的进步，并顺利完成了学业。他在生活和工作中给予我的指点和鼓励，使我增强了自信心并对自己将来的发展有了个很好的把握。在此向韩老师致以最诚挚的敬意和谢意!感谢研06．8班的全体同学，你们热情的帮助和真挚的友谊使我的研究生生活愉快而难忘。感谢所有在我攻读硕士学位期间关心和鼓励我的老师、家人、同学和朋友们。最后，感谢各位评阅老师百忙之中审阅我的论文。57 西安科技大学硕士学位论文参考文献【1】杨存部．甘肃煤矿安全生产现状分析及其建议．煤矿安全，2004，35(9)：44--一47【2】姚宝魁等．煤与瓦斯突出的区域性预测．北京：中国科技出版社，1993【3】刘淑琴．煤矿安全监测监控系统的应用．SCI／TECHINFORMATIONDEVELPOMENTANDECONOMY,2004，14(8)：309"--310【4]毛善君等．“数字煤矿”框架体系及其应用研究．地理与地理信息科学,2003，19(4)：56～59【5】DurkinJ．ExPertSystemsDesignandDevelopment．NewYork：MacmillanPublishingComPany,1994[6】PetersonJ．Useofwebtech—nologyinmonitodngtunnel-induceddeformationsinrail-roads．OvilEngineeringPractice，2000，15(1)：39"--50[7】雷文礼．基于WiFi技术的矿井多业务终端的研究与实现：[学位论文】．西安．西安科技大学．2008[8]8姚军基于Wi-Fi的煤矿井-_fq妾入平台的研究与设计：[学位论妇．西安西宝辞敝大学20ar7[9】唐熊燕，庞韶敏．软交换网络一技术与应用实践【M】．北京：电子工业出版社．2005【10】罗国庆等．软交换的工程实现【M]．北京：人民邮电出版社．2004【11】王海波．基于软交换的下一代网络技术[J】．现代计算机．2003，6：22．25[12】王娟．下一代网络NGN与软交换：[学位论文】．北京．北京邮电大学．2005【13】李瀛．以软交换为核心的网络关键技术研究：【学位论文】．沈阳．东北大学．2006【14】王理斌．基于软交换的NGN网络拓扑研究分析及应用：【学位论文】．济南．山东大学．2007【15】昌力平．一种基于软交换技术的IP．PBX系统研究：【学位论文】．长沙．中南大学．2006【16】赵强，张成文，左荣国等．基于软交换的NGN技术与应用开发实例【M】．人民邮电出版社．北京．2009【17】许航天．SIP呼叫服务器的设计与实现：【学位论文】．南京．南京邮电学院．2004【18】徐骏平．基于软交换的综合语音业务平台的设计与应用：[学位论文】．上海．复旦大学．2006【19】冯刚．基于SIP的VOIP语音系统设计与实现：【学位论文】．大连．大连理工大学．2006【20】张黎明．下一代企业级统一通信平台的研究与实现：【学位论文】．广州．中山大学．2005[21】屈立成．IP语音管理平台的研究与开发：[学位论文】．西安．长安大学．2005[22】李琳，王新刚，柴乔林．SIP协议在开放的VOIP模型中的实现[J】．2002年亚太地区高速网络(APAN)上海会议论文集：222．22658 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西安科技大学硕士学位论文附录攻读硕士期间发表的论文[1]TIANFeng，HANXiao-bing，WUFeng—bo．TheHeterogeneousDataIntegrationBasedonXMLinCoalEnterprise，ISCSCT2008，2008，12．(ISTP和EI全检)【2】田丰，韩晓冰．基于IP网络的矿井多业务平台研究．通信技术(核心)．2009．1【3】韩晓冰，田丰．数字化矿山中安全监测系统应用研究．煤矿安全(核心)．2009．2【4】韩晓冰，田丰．数字化矿山中异构数据集成研究．煤炭科学技术(核心)2009．3[5】HANXiao—bing，TIANFeng，WUFeng—bo．ResearchonHeterogeneousDataIntegrationintheSafetyProductionandManagementofCoal-mining．DBTA2009．2009．4(国际会议)[6]HANXiao—bing，TIANFeng．Researchonmethanegassensor研thspectrumabsorptionandsignalprocessingmethod．ICTD09．2009．4(国际会议)【7】TIANFeng，HANXiao-bing．StudyofWAPMobileE—CommerceSecurity011WPKI．ISECS2009．2009．5(国际会议．) 基于软交换的煤矿多业务语音调度系统的研究与实现作者：田丰学位授予单位：西安科技大学本文读者也读过(5条)1.赵欣秦皇岛港务局煤炭综合楼生产调度指挥控制中心指挥调度系统应用[期刊论文]-中国高新技术企业2010(13)2.高上.孙大跃.GaoShang.SunDayao高速公路IP语音调度系统的设计与实现[期刊论文]-交通科技2007(1)3.郭斐煤矿生产经营调度系统应用研究[学位论文]20094.卢瑞峰DIMETRA数字集群调度系统语音功能的研究与开发[学位论文]20095.田丰.TIANFeng基于软交换的煤矿语音调度系统的设计与实现[期刊论文]-煤炭技术2010,29(7)本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Thesis_Y1545743.aspx