企業(yè)內部IP語(yǔ)音系統的可靠性設計方法
龍夫軍 2010/07/28
當企業(yè)的語(yǔ)音業(yè)務(wù)告別傳統的電路交換網(wǎng)轉向由IP網(wǎng)絡(luò )承載，其可靠性如何保障？本文重點(diǎn)解析組網(wǎng)級和網(wǎng)絡(luò )級的可靠性設計方法。
在企業(yè)內部IP網(wǎng)絡(luò )上部署IP語(yǔ)音系統時(shí)，不僅需要考慮IP語(yǔ)音系統本身的可靠性，還需要考慮企業(yè)內部IP網(wǎng)絡(luò )可靠性對語(yǔ)音業(yè)務(wù)可靠性的影響。其原因主要是由于企業(yè)內部IP網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)和IP語(yǔ)音系統的特點(diǎn)所決定。
1. 企業(yè)內部IP網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)
運營(yíng)商級IP網(wǎng)絡(luò )以及一些重要的行業(yè)網(wǎng)絡(luò )由于業(yè)務(wù)特性要求本身具有較強的可靠性，例如采用雙主控、雙備、多鏈路備份等技術(shù)，網(wǎng)絡(luò )結構呈現為多級網(wǎng)狀結構。相反，一般普通的企業(yè)內部IP網(wǎng)絡(luò )，可靠性往往有所不足，除了少量重要節點(diǎn)采用雙鏈路，大多數節點(diǎn)只有單鏈路，甚至有些遠程節點(diǎn)，只有VPN鏈路。而網(wǎng)絡(luò )結構基本都是脆弱的樹(shù)型結構，而非強壯的網(wǎng)狀結構。
企業(yè)內部IP網(wǎng)絡(luò )的這種特點(diǎn)，決定了在部署IP語(yǔ)音系統時(shí)，必須考慮到當IP網(wǎng)絡(luò )中斷時(shí)，IP語(yǔ)音業(yè)務(wù)如何繼續，即需要采取網(wǎng)絡(luò )級的可靠性措施。
圖1. 企業(yè)內部IP網(wǎng)絡(luò )的樹(shù)形結構
2. IP語(yǔ)音系統的特點(diǎn)
傳統語(yǔ)音系統，例如程控交換機，需要配置主控板、信令板、接口板、業(yè)務(wù)板等板卡，在一臺設備上完成信令控制、終端接入等功能，并且信令控制、終端接入無(wú)法分開(kāi)。而IP語(yǔ)音系統與傳統語(yǔ)音系統最大的不同就是，能將信令控制、終端接入、智能業(yè)務(wù)等完全組件化，各組件在IP網(wǎng)絡(luò )里分布式部署，各組件按照標準協(xié)議進(jìn)行分工協(xié)作。
IP語(yǔ)音系統的這種特點(diǎn)，決定在部署IP語(yǔ)音系統時(shí)，必須考慮當位于網(wǎng)絡(luò )核心位置的IP語(yǔ)音服務(wù)器出現故障時(shí)，如何避免全網(wǎng)的IP語(yǔ)音業(yè)務(wù)的繼續，即需要采取組網(wǎng)級可靠性措施。
圖2. SIP協(xié)議規定的組件架構
3. IP語(yǔ)音系統的可靠性設計原則
在企業(yè)內部IP網(wǎng)絡(luò )中部署IP語(yǔ)音系統，整網(wǎng)可靠性設計需要符合下面三個(gè)原則：
1)設備級可靠性原則：IP語(yǔ)音系統本身是可靠的。
2) 組網(wǎng)級可靠性原則：如果IP語(yǔ)音系統出現故障，其業(yè)務(wù)能夠得到備份。
3)網(wǎng)絡(luò )級可靠性原則：IP語(yǔ)音系統的可靠性要求，比企業(yè)內部IP網(wǎng)絡(luò )的可靠性要求高。
一、設備級可靠性設計方法
設備級可靠性，通常采用雙電源、雙主控、硬盤(pán)冗余、模塊熱插拔等技術(shù)。傳統語(yǔ)音系統和IP語(yǔ)音系統都可以使用這些技術(shù)。在本文中不再進(jìn)行詳細闡述。
二、組網(wǎng)級可靠性設計方法
設備級的可靠，也不能避免萬(wàn)一的故障發(fā)生，因此，必須采用組網(wǎng)級可靠性技術(shù)來(lái)解決。主要包括：雙機備份、1比N備份等。傳統語(yǔ)音系統，由于信令控制和終端接入無(wú)法分離，無(wú)法使用這些技術(shù)。IP語(yǔ)音系統由于其分布式組網(wǎng)機制，先天具有使用組網(wǎng)級可靠性技術(shù)的優(yōu)勢。
雙機備份：其中一臺主用機，一臺備用機，當主用機故障，業(yè)務(wù)自動(dòng)切換到備用機，而當主用機恢復正常，業(yè)務(wù)將自動(dòng)切回。在IP語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )中，信令控制和智能業(yè)務(wù)設備都可采用這種技術(shù)。雙機備份組網(wǎng)，主要用在一些中小型規模的網(wǎng)絡(luò )，而對于一些大型網(wǎng)絡(luò )，由于設備數量多，如果要對每臺設備配一臺備用機的話(huà)，將導致組網(wǎng)成本大幅上升。因此，往往推薦采用1比N備份組網(wǎng)。
圖3. 雙機備份
1比N備份組網(wǎng)：即用1臺備用機，備份N臺主用機的業(yè)務(wù)。這種組網(wǎng)，不僅成本低，而且可靠性也相當高。該組網(wǎng)對備用機也沒(méi)有特別高的性能要求，原因是在N臺主用機中，同時(shí)出現故障的設備可能只有1臺或者幾臺，出現大面積故障的概率非常低，而N臺服務(wù)器全部故障的概率幾乎為0。
圖4. 1比N備份
三、網(wǎng)絡(luò )級可靠性設計方法
在信令控制設備和終端接入設備都能正常工作時(shí)，IP語(yǔ)音系統的可靠性可能遇到的最大的挑戰就是當IP網(wǎng)絡(luò )連接中斷時(shí)，使得信令控制組件和終端接入組件之間失去聯(lián)系，導致業(yè)務(wù)中斷。這個(gè)問(wèn)題由網(wǎng)絡(luò )級可靠性技術(shù)來(lái)解決。
網(wǎng)絡(luò )級可靠性技術(shù)，包括對網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)的探測技術(shù)、以及根據探測結果，采用適當的可靠性措施，如：本地存活、遠端逃生、備份路由等技術(shù)。
1. 網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)探測
在IP語(yǔ)音協(xié)議中，采用定時(shí)器超時(shí)機制，來(lái)探測其它IP語(yǔ)音組件的狀態(tài)。探測機制分為主動(dòng)式探測和被動(dòng)式探測兩種。在SIP協(xié)議中，主動(dòng)式探測可采用OPTION消息；而被動(dòng)式探測主要用在REGISTER、INVITE等消息報文。在實(shí)際的IP語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò )中，往往是將主動(dòng)式探測和被動(dòng)式探測二者結合在一起使用。
圖5. 網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)探測機制
被動(dòng)式探測效果不是很好。REGISTER周期，如果設置過(guò)短，將導致網(wǎng)內出現大量的注冊報文，占用帶寬，消耗服務(wù)器資源，而如果設置過(guò)長(cháng)，將使得檢測變得很遲鈍，當IP網(wǎng)絡(luò )出現中斷后，較長(cháng)時(shí)間無(wú)法發(fā)現。而INVITE檢測周期，如果設置過(guò)短，當網(wǎng)絡(luò )出現短暫波動(dòng)，也會(huì )導致呼叫無(wú)法接通，而如果設置過(guò)長(cháng)，將加大呼叫延遲，直接影響用戶(hù)體驗。
主動(dòng)式探測在設計時(shí)，必須減少網(wǎng)絡(luò )帶寬占用和設備資源占用。OPTION消息報文小，報文交換次數少，設備不做復雜處理，因此是業(yè)界主要推薦使用的探測報文。
當然，IP網(wǎng)絡(luò )設備本身也可以具備探測IP網(wǎng)絡(luò )連接是否中斷的能力。在此不做詳述。
2. 企業(yè)總部和分支機構本地存活
在企業(yè)總部、大型分支機構一般都需要部署信令控制設備和智能業(yè)務(wù)設備，其本地業(yè)務(wù)都由本地提供，避免因為IP廣域網(wǎng)連接中斷后對本地業(yè)務(wù)的影響。這種組網(wǎng)必然意味著(zhù)組網(wǎng)成本上升，特別是在分支機構比較多的情況時(shí)。為了降低成本，可將多個(gè)業(yè)務(wù)組件集成在一臺設備上，如把信令控制、語(yǔ)音郵箱等業(yè)務(wù)集成在一臺設備，對于一些中小型分支機構，甚至可以將信令控制、語(yǔ)音郵箱等組件與語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)集成在一臺設備上。
3. 遠程站點(diǎn)逃生
對于遠程站點(diǎn)，部署信令控制、語(yǔ)音郵箱等組件的成本相對太高，一般只部署終端接入設備，如IP電話(huà)或者IP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)。當這些站點(diǎn)的IP廣域網(wǎng)連接中斷時(shí)，其本地業(yè)務(wù)不可能完全保留，但是必須保證語(yǔ)音基本呼叫，也就是說(shuō)需要具備話(huà)音業(yè)務(wù)的逃生機制。通常，在遠程站點(diǎn)，選擇與PSTN連接的中繼語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)，作為逃生網(wǎng)關(guān)，保證遠程站點(diǎn)的IP電話(huà)、IP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)、逃生網(wǎng)關(guān)之間的語(yǔ)音基本呼叫能夠保留。
圖6. 遠程站點(diǎn)逃生
4. 備份路由
而異地之間的業(yè)務(wù)，該如何保證？如果企業(yè)內部IP網(wǎng)絡(luò )是其IP語(yǔ)音傳輸的唯一通道，那么在該網(wǎng)絡(luò )連接中斷期間，異地之間的IP語(yǔ)音業(yè)務(wù)確實(shí)被迫中斷。要想解決這個(gè)問(wèn)題，必須借助其它網(wǎng)絡(luò )的幫助，例如PSTN、INTERNET、衛星網(wǎng)等的幫助。在網(wǎng)絡(luò )連接中斷期間，能夠將IP語(yǔ)音業(yè)務(wù)切換到這些網(wǎng)絡(luò )上進(jìn)行承載。
如果各地都有與PSTN連接的語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)，使用PSTN作為備份連接是一個(gè)自然選擇。但是，這種備份，所產(chǎn)生的費用比較高。而且語(yǔ)音通過(guò)PSTN傳輸，保密性有所欠缺，對于一些特殊行業(yè)而言，更傾向租用衛星網(wǎng)來(lái)傳輸備份語(yǔ)音業(yè)務(wù)流。但是使用衛星網(wǎng)又存在成本高，語(yǔ)音質(zhì)量低等問(wèn)題，因此，使用INTERNET VPN是又一不錯的選擇。企業(yè)可只在當內部IP網(wǎng)絡(luò )連接中斷期間，建立VPN連接，而當網(wǎng)絡(luò )恢復正常時(shí)，關(guān)閉VPN連接，以降低INTERNET VPN的使用費。
PSTN備份路由國內PSTN基本上還是電路交換網(wǎng)絡(luò )，企業(yè)語(yǔ)音網(wǎng)與PSTN之間的連接主要是E1中繼或者模擬中繼，因此，為了滿(mǎn)足業(yè)務(wù)切換需要，必須使用中繼語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)。在切換過(guò)程中，需要對媒體流和信令流進(jìn)行轉換。而且本地需要做一次轉換，到了異地還需要做一次轉換，兩次轉換，將增加延遲時(shí)間，影響語(yǔ)音質(zhì)量。同時(shí)，在業(yè)務(wù)備份能力上，PSTN只能備份語(yǔ)音和傳真業(yè)務(wù)，而對視頻、數據、消息等業(yè)務(wù)無(wú)法做備份。
圖7. PSTN備份路由
INTERNET VPN備份路由IP網(wǎng)絡(luò )設備主動(dòng)自動(dòng)選擇INTERNET VPN作為備份路由，而IP語(yǔ)音系統不必關(guān)心IP網(wǎng)絡(luò )路徑是否發(fā)生了切換。在備用通道上傳輸IP語(yǔ)音報文，不做任何轉換，不會(huì )因為轉換而導致語(yǔ)音質(zhì)量下降。在業(yè)務(wù)備份能力上，INTERNET VPN能夠備份語(yǔ)音、視頻、數據、消息等業(yè)務(wù)，如果INTERNET VPN的服務(wù)器質(zhì)量能夠保證，例如延遲在IP傳真許可范圍內，那么INTERNET VPN還可備份IP傳真業(yè)務(wù)。
圖8. Internet VPN備份路由
衛星網(wǎng)備份路由企業(yè)租用衛星網(wǎng)絡(luò )，其地面設備如果使用電話(huà)口（如E&M，FXS/FXO或者E1）與IP語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)連接，那么這種情況與PSTN備份路由類(lèi)似。而如果使用的是FE等寬帶接口與IP網(wǎng)絡(luò )連接，這種情況與INTERNET加密VPN備份路由類(lèi)似。
相比傳統的語(yǔ)音系統，IP語(yǔ)音系統，在設備級可靠性方面與前者相當；在組網(wǎng)級可靠性方面，比前者具備優(yōu)勢；而在實(shí)現網(wǎng)絡(luò )級可靠性方面，通過(guò)選擇較好的備份路由，例如選擇INTERNET VPN作為備份路由，IP語(yǔ)音系統的可靠性趨于完美。
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