基于家庭基站分布式PBX的系统架构与设计

2018-02-02 11:02刘功民
电脑知识与技术 2018年1期

刘功民

摘要:现有IP-PBX均基于有线网络构建而无法满足用户对移动通信的需求,并且大都采用集中式控制而增加其系统瘫痪的风险。因此,该文提出一种基于家庭基站技术的分布式PBX系统即FD-PBX,依托家庭基站使其具备移动通信能力,基于Asterisk和SoC构建具有小容量的呼叫控制和交换功能的FAP使其兼具分布式系统的优点。

关键词:家庭基站;PBX;Asterisk;SoC;分布式系统

中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2018)01-0089-02

数据通信需求的推动、IP技术的发展,同时伴随着VoIP(Voice over Internet Protocol,基于因特网的语音通信,俗称IP电话或因特网电话或IP语音)技术的成熟,各种IP-PBX(VoIP based Private Branch Exchange,基于IP语音的用户级交换机)系统层出不穷[1-3]。通常,IP-PBX系统中均设置核心部件CM(Call Manager,呼叫管理器)实现对所有IP电话的呼叫管理和控制;由于基于VoIP,以太网电话机和Soft phone[3]即软电话能直接接入该系统。然而仔细分析不难发现,依托IP使其具备了强大的数据通信乃至视频通信功能,但是仍然没有摆脱线缆的束缚,移动通信更是无从谈起;同时,CM属于集中式控制方式,一旦其出现故障,整个系统将处于瘫痪状态。另一方面,近年飞蜂窝Femtocell(又叫家庭基站)以其低功耗、高吞吐率以及通过有线宽带网络回程等优势被广泛接纳,在宽带移动通信领域,已成为解决室内深度覆盖的首选技术[4]。家庭基站典型应用系统的结構如图1所示,由图可知,家庭基站通常部署在用户家中,属用户私有。用户设备如手机、笔记本电脑等通过FAP(Femto Access Point,家庭基站接入点)实现无线连接,FAP通过用户家里的宽带线路如DSL(Digital Subscriber Line,数字用户线)、FTTH(Fiber To The Home,光纤入户)等作为其回程链路并最终接入到移动CN(Core Network,核心网)。此时用户设备所进行的移动通信承载在廉价且高普及率的Internet上,移动核心网主要提供其呼叫管理和控制功能,这与PBX有相通之处。因此,若进一步将移动核心网的呼叫管理和控制功能下移到家庭基站的FAP中,则FAP完全成为了用户家中一个独立私有的“移动通信网络”。因此,本文给出一种基于家庭基站技术实现的分布式PBX系统即FD-PBX(Femtocell based Distributed PBX,基于家庭基站分布式PBX)。

1 FD-PBX系统架构与功能

FD-PBX系统的总体架构及典型应用场景如图2所示。由图可知,FD-PBX系统基于家庭基站技术,采用FMC(Fixed Mobile Convergence,固定与移动融合)思路和分布式系统架构,依托Ethernet、DSL、FTTH等固定宽带技术实现Internet的接入,同时充分利用PLMN(Public Land Mobile Network,公共陆地移动网络)的特点和优势,最终实现企业PBX功能的移动化且将其应用延伸到企业以外的所有区域。

分析图2可知,由于能无缝兼容到原有的IP-PBX系统,使得FD-PBX系统几乎实现了现行所有方式的通信。业务类型包括语音、数据乃至视频,通信终端涉及普通固定电话机(包括在企业内部使用的和在家居区域使用的两种)、IP电话机、基于PC的Soft phone以及PDA(Personal Digital Assistant,个人数字助理)、手机等移动终端设备,通信发生的范围包括企业内部、企业分支机构、家居生活区、PLMN覆盖区以及PSTN(Public Switched Telephone Network,公共交换电话网络)等区域内部或区域之间。

2 FD-PBX设计

根据前述分析可知,FD-PBX系统功能的实现主要集中在FAP上,下面的阐述主要围绕FAP展开。

FAP其实就是一个集成了传统基站所有功能的小型基站,如TD-SCDMA(Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access,时分同步码分多址接入)系统中FAP的原理如图3所示。由图可知,FAP的原有部件已经对移动语音的射频、基带以及无线资源管理等进行了处理,因此只需要在FAP中增加呼叫接续、号码翻译、路由选择以及IP交换等原属于MSC(Mobile Switching Center,移动交换中心)的功能,而MSC的鉴权和加密、移动性管理等需要HLR(Home Location Register,归属位置寄存器)、VLR(Visitor Location Register,访问位置寄存器)、AUC(Authentication Centre,鉴权中心)和EIR(Equipment Identity Register,设备识别寄存器)配合才能完成的其他功能仍然依托其CN中的相应功能实体实现。据此思路设计的FAP,其硬件结构如图4所示。

图4中,除了SSIC(Soft Switch Integrated Circuit,软交换集成电路)及与其配套的SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory,同步动态随机存储器)和Flash Memory之外,包括各RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit,射频集成电路)、Router(路由器)等在内的其余模块都是传统FAP的功能模块,在FD-PBX系统中,没有改动其硬件,限于篇幅不做阐述。SSIC是FAP中实现FD-PBX系统功能的核心部件,硬件上可采用OpenWRT等SoC(System on Chip,系统级芯片)芯片实现,鉴于相关的文献和工业应用均已有解决方案[1],本文不再重复。然后在SSIC中运行Asterisk以使FAP具有呼叫控制功能和IP交换能力。同样的,Asterisk的应用已有很多成功案例[1],限于篇幅不做阐述。endprint

3 结束语

基于固定宽带回传的家庭基站技术极大地减轻了移动回程网(backhaul)的负担,从而使得其倍受移动运营商青睐;而基于家庭基站技术的分布式PBX系统FD-PBX,通过将呼叫控制和交换功能分散到设置在用户侧的FAP中,无疑将进一步减轻移动核心网的压力。同时,FD-PBX的推广和应用,使移动运营商的业务进一步拓展到传统PBX领域,将进一步巩固其市场占有率和企业竞争力。最后,FD-PBX系统结合OpenVPN(Open Virtual Private Network,开源虚拟专用网络)技术之后,为组建常用联系人之间的家用级PBX提供了可能,将进一步增加FD-PBX系统的用户接纳度。因此,基于家庭基站技术的分布式PBX系統FD-PBX,从技术、市场到用户接纳层面均具有较好的可行性。

参考文献:

[1] Spyros Apostolakos, ApostolosMeliones, George Lykakis, et al.Design, Implementation and Validation of an Open Source IP-PBX/VoIP Gateway Multi-Core SoC[J]. International Journal of Parallel Programming, 2010, 38(3-4):288-302.

[2] Jianfeng Zhu, Zhuang Li, Yuchun Ma. Realization of Extended Functions of SIP-Based IP-PBX[C]. Proceedings Second International Workshop on Education Technology and Computer Science (ETCS 2010), 2010: 488-490.

[3] Sonaskar S, Giripunje S. Voice Over Intranet Based Private Branch Exchange System Design[C].2011 3rd International Conference on Electronics Computer Technology (ICECT 2011), 2011, 6:91-287.

[4] Vikram Chandrasekhar, Jeffrey G Andrews.Femtocell Networks: A Survey[J]. IEEE Communications Magazine, 2008,46(9):59-67.endprint