企業(yè)內(nèi)部IP語音系統(tǒng)的可靠性設(shè)計方法
龍夫軍 2010/07/28
當(dāng)企業(yè)的語音業(yè)務(wù)告別傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)轉(zhuǎn)向由IP網(wǎng)絡(luò)承載，其可靠性如何保障？本文重點解析組網(wǎng)級和網(wǎng)絡(luò)級的可靠性設(shè)計方法。
在企業(yè)內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)上部署IP語音系統(tǒng)時，不僅需要考慮IP語音系統(tǒng)本身的可靠性，還需要考慮企業(yè)內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)可靠性對語音業(yè)務(wù)可靠性的影響。其原因主要是由于企業(yè)內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)的特點和IP語音系統(tǒng)的特點所決定。
1. 企業(yè)內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)的特點
運營商級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(jié)構(gòu)呈現(xiàn)為多級網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。相反，一般普通的企業(yè)內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)，可靠性往往有所不足，除了少量重要節(jié)點采用雙鏈路，大多數(shù)節(jié)點只有單鏈路，甚至有些遠(yuǎn)程節(jié)點，只有VPN鏈路。而網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本都是脆弱的樹型結(jié)構(gòu)，而非強壯的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
企業(yè)內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)的這種特點，決定了在部署IP語音系統(tǒng)時，必須考慮到當(dāng)IP網(wǎng)絡(luò)中斷時，IP語音業(yè)務(wù)如何繼續(xù)，即需要采取網(wǎng)絡(luò)級的可靠性措施。
圖1. 企業(yè)內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)的樹形結(jié)構(gòu)
2. IP語音系統(tǒng)的特點
傳統(tǒng)語音系統(tǒng)，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(shè)備上完成信令控制、終端接入等功能，并且信令控制、終端接入無法分開。而IP語音系統(tǒng)與傳統(tǒng)語音系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行分工協(xié)作。
IP語音系統(tǒng)的這種特點，決定在部署IP語音系統(tǒng)時，必須考慮當(dāng)位于網(wǎng)絡(luò)核心位置的IP語音服務(wù)器出現(xiàn)故障時，如何避免全網(wǎng)的IP語音業(yè)務(wù)的繼續(xù)，即需要采取組網(wǎng)級可靠性措施。
圖2. SIP協(xié)議規(guī)定的組件架構(gòu)
3. IP語音系統(tǒng)的可靠性設(shè)計原則
在企業(yè)內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)中部署IP語音系統(tǒng)，整網(wǎng)可靠性設(shè)計需要符合下面三個原則：
1)設(shè)備級可靠性原則：IP語音系統(tǒng)本身是可靠的。
2) 組網(wǎng)級可靠性原則：如果IP語音系統(tǒng)出現(xiàn)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語音系統(tǒng)的可靠性要求，比企業(yè)內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求高。
一、設(shè)備級可靠性設(shè)計方法
設(shè)備級可靠性，通常采用雙電源、雙主控、硬盤冗余、模塊熱插拔等技術(shù)。傳統(tǒng)語音系統(tǒng)和IP語音系統(tǒng)都可以使用這些技術(shù)。在本文中不再進(jìn)行詳細(xì)闡述。
二、組網(wǎng)級可靠性設(shè)計方法
設(shè)備級的可靠，也不能避免萬一的故障發(fā)生，因此，必須采用組網(wǎng)級可靠性技術(shù)來解決。主要包括：雙機備份、1比N備份等。傳統(tǒng)語音系統(tǒng)，由于信令控制和終端接入無法分離，無法使用這些技術(shù)。IP語音系統(tǒng)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(dāng)主用機故障，業(yè)務(wù)自動切換到備用機，而當(dāng)主用機恢復(fù)正常，業(yè)務(wù)將自動切回。在IP語音網(wǎng)絡(luò)中，信令控制和智能業(yè)務(wù)設(shè)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(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，而對于一些大型網(wǎng)絡(luò)，由于設(shè)備數(shù)量多，如果要對每臺設(shè)備配一臺備用機的話，將導(dǎo)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(dāng)高。該組網(wǎng)對備用機也沒有特別高的性能要求，原因是在N臺主用機中，同時出現(xiàn)故障的設(shè)備可能只有1臺或者幾臺，出現(xiàn)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(shè)計方法
在信令控制設(shè)備和終端接入設(shè)備都能正常工作時，IP語音系統(tǒng)的可靠性可能遇到的最大的挑戰(zhàn)就是當(dāng)IP網(wǎng)絡(luò)連接中斷時，使得信令控制組件和終端接入組件之間失去聯(lián)系，導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷。這個問題由網(wǎng)絡(luò)級可靠性技術(shù)來解決。
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(jù)探測結(jié)果，采用適當(dāng)?shù)目煽啃源胧纾罕镜卮婊睢⑦h(yuǎn)端逃生、備份路由等技術(shù)。
1. 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)探測
在IP語音協(xié)議中，采用定時器超時機制，來探測其它IP語音組件的狀態(tài)。探測機制分為主動式探測和被動式探測兩種。在SIP協(xié)議中，主動式探測可采用OPTION消息；而被動式探測主要用在REGISTER、INVITE等消息報文。在實際的IP語音網(wǎng)絡(luò)中，往往是將主動式探測和被動式探測二者結(jié)合在一起使用。
圖5. 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)探測機制
被動式探測效果不是很好。REGISTER周期，如果設(shè)置過短，將導(dǎo)致網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)大量的注冊報文，占用帶寬，消耗服務(wù)器資源，而如果設(shè)置過長，將使得檢測變得很遲鈍，當(dāng)IP網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)中斷后，較長時間無法發(fā)現(xiàn)。而INVITE檢測周期，如果設(shè)置過短，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)短暫波動，也會導(dǎo)致呼叫無法接通，而如果設(shè)置過長，將加大呼叫延遲，直接影響用戶體驗。
主動式探測在設(shè)計時，必須減少網(wǎng)絡(luò)帶寬占用和設(shè)備資源占用。OPTION消息報文小，報文交換次數(shù)少，設(shè)備不做復(fù)雜處理，因此是業(yè)界主要推薦使用的探測報文。
當(dāng)然，IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(gòu)本地存活
在企業(yè)總部、大型分支機構(gòu)一般都需要部署信令控制設(shè)備和智能業(yè)務(wù)設(shè)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)必然意味著組網(wǎng)成本上升，特別是在分支機構(gòu)比較多的情況時。為了降低成本，可將多個業(yè)務(wù)組件集成在一臺設(shè)備上，如把信令控制、語音郵箱等業(yè)務(wù)集成在一臺設(shè)備，對于一些中小型分支機構(gòu)，甚至可以將信令控制、語音郵箱等組件與語音網(wǎng)關(guān)集成在一臺設(shè)備上。
3. 遠(yuǎn)程站點逃生
對于遠(yuǎn)程站點，部署信令控制、語音郵箱等組件的成本相對太高，一般只部署終端接入設(shè)備，如IP電話或者IP語音網(wǎng)關(guān)。當(dāng)這些站點的IP廣域網(wǎng)連接中斷時，其本地業(yè)務(wù)不可能完全保留，但是必須保證語音基本呼叫，也就是說需要具備話音業(yè)務(wù)的逃生機制。通常，在遠(yuǎn)程站點，選擇與PSTN連接的中繼語音網(wǎng)關(guān)，作為逃生網(wǎng)關(guān)，保證遠(yuǎn)程站點的IP電話、IP語音網(wǎng)關(guān)、逃生網(wǎng)關(guān)之間的語音基本呼叫能夠保留。
圖6. 遠(yuǎn)程站點逃生
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(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)是其IP語音傳輸?shù)奈ㄒ煌ǖ溃敲丛谠摼W(wǎng)絡(luò)連接中斷期間，異地之間的IP語音業(yè)務(wù)確實被迫中斷。要想解決這個問題，必須借助其它網(wǎng)絡(luò)的幫助，例如PSTN、INTERNET、衛(wèi)星網(wǎng)等的幫助。在網(wǎng)絡(luò)連接中斷期間，能夠?qū)P語音業(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連接的語音網(wǎng)關(guān)，使用PSTN作為備份連接是一個自然選擇。但是，這種備份，所產(chǎn)生的費用比較高。而且語音通過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(wèi)星網(wǎng)來傳輸備份語音業(yè)務(wù)流。但是使用衛(wèi)星網(wǎng)又存在成本高，語音質(zhì)量低等問題，因此，使用INTERNET VPN是又一不錯的選擇。企業(yè)可只在當(dāng)內(nèi)部IP網(wǎng)絡(luò)連接中斷期間，建立VPN連接，而當(dāng)網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常時，關(guān)閉VPN連接，以降低INTERNET VPN的使用費。
PSTN備份路由國內(nèi)PSTN基本上還是電路交換網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)語音網(wǎng)與PSTN之間的連接主要是E1中繼或者模擬中繼，因此，為了滿足業(yè)務(wù)切換需要，必須使用中繼語音網(wǎng)關(guān)。在切換過程中，需要對媒體流和信令流進(jìn)行轉(zhuǎn)換。而且本地需要做一次轉(zhuǎn)換，到了異地還需要做一次轉(zhuǎn)換，兩次轉(zhuǎn)換，將增加延遲時間，影響語音質(zhì)量。同時，在業(yè)務(wù)備份能力上，PSTN只能備份語音和傳真業(yè)務(wù)，而對視頻、數(shù)據(jù)、消息等業(yè)務(wù)無法做備份。
圖7. PSTN備份路由
INTERNET VPN備份路由IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主動自動選擇INTERNET VPN作為備份路由，而IP語音系統(tǒng)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語音報文，不做任何轉(zhuǎn)換，不會因為轉(zhuǎn)換而導(dǎo)致語音質(zhì)量下降。在業(yè)務(wù)備份能力上，INTERNET VPN能夠備份語音、視頻、數(shù)據(jù)、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(nèi)，那么INTERNET VPN還可備份IP傳真業(yè)務(wù)。
圖8. Internet VPN備份路由
衛(wèi)星網(wǎng)備份路由企業(yè)租用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，其地面設(shè)備如果使用電話口（如E&M，F(xiàn)XS/FXO或者E1）與IP語音網(wǎng)關(guān)連接，那么這種情況與PSTN備份路由類似。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備份路由類似。
相比傳統(tǒng)的語音系統(tǒng)，IP語音系統(tǒng)，在設(shè)備級可靠性方面與前者相當(dāng)；在組網(wǎng)級可靠性方面，比前者具備優(yōu)勢；而在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)級可靠性方面，通過選擇較好的備份路由，例如選擇INTERNET VPN作為備份路由，IP語音系統(tǒng)的可靠性趨于完美。
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