智能路由技术在VoIP系统中的应用

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呼叫路由是VoIP技术的核心内容，在建立话音通道之前，呼叫路由首先要为主被叫选择一条可用路径，为后续的呼叫信令和语音分组搭建承载通道。与Ethernet的通信机制相似，呼叫路由应该包括号码解析和路径选择两个部分，号码解析负责将用户拨打的电话号码转换为被叫的IP地址，路径选择则根据既定策略为主被叫选择一条最佳路径，以确保整个通信过程的顺利进行。传统的呼叫路由技术只对号码解析过程进行了定义，路径选择则依赖于“加拨前缀”等非自动方式来实现，如拨“9”打IP、拨“0”打PSTN。

　　目前，以公安、银行、保险为代表的国内行业用户出于自身的特定需要，对VoIP系统的可用性、可靠性和可控性提出了更高的要求。这些要求将对VoIP呼叫路由机制产生深刻影响，成为智能路由技术得以发展和应用的关键契机。

　　智能路由技术介绍

　　VoIP智能路由技术不是一个完全独立的工作机制。为了同时满足用户对高可用性、高可靠性和高可控性的要求，智能路由是“拨号端分类与捆绑、拨号端优先级设置与动态调整、1+1绑定、号码变换、号码防火墙和带宽管理”等多项技术协同工作的外在结果。

　　拨号端的定义

　　在VoIP技术中，拨号端（dial-peer）的概念主要用于区分不同的路由方向。有三种类型的拨号对端，它们分别代表四个不同的路由方向：传统电话目的端，指向VoIP设备的普通电话机接口（FXS）或与PSTN相连的模拟中继接口（FXO）；VoIP网络目的端，指向远端的IP电话或VoIP设备；数字中继目的端，指向提供E1中继的用户PBX或PSTN交换机。（如图1)


图1 IP-PSTN切换示意图

　　拨号端的基本属性是目标号码，以及目标号码对应的网络地址或者寻址方式。对不同的拨号端采用不同的目标号码配置就可以区分路由的方向。例如，可以配置某拨号端的目标号码为028xxx，该号码对应192.168.0.168的IP地址。这样只需要呼叫028开始的任意3位号码，主叫设备就将访问IP地址为192.168.0.168的对端设备。所以，简单来说，智能路由技术就是一种通过增加和动态调整拨号端属性，并根据拨号端属性进行呼叫路由的策略性路由机制。增加的拨号端属性包括：拨号延时、线路属性、路由可靠度等等。

　　拨号端分类与捆绑

　　拨号端分类与捆绑的主要作用是将VoIP网络的可用资源进行分类和组合，在一张物理网络上构建多个具有不同属性的虚拟网络，以便支持策略路由和冗余呼叫。

　　模拟中继（FXO）可以按照用户进行分组，实现用户组与模拟中继组的一一绑定，使不同类别的用户使用不同的模拟中继，获取不同的VoIP服务。

　　模拟中继分组的概念同样适合数字中继（E1），但数字中继拨号端支持两种路由方式，即物理E1号和E1逻辑组号。如果拨号端使用物理E1号，当用户拨打的号码与该拨号端匹配时，智能路由将选择该E1所有时隙中的空闲时隙进行呼叫路由。E1逻辑组是指某个特定物理E1中多个时隙或者多个物理E1中若干时隙的组合，拨号端使用E1逻辑组时，当被叫号码与拨号端匹配时，智能路由将选择E1逻辑组中的某一条空闲时隙进行呼叫。

　　拨号端优先级设置与动态调整

　　拨号端优先级设置与动态调整的主要作用是为主被叫间存在的多条可达路径设置不同的优先级，并通过对各条路径的实时监测，来动态调整它们的优先级，确保下次呼叫总是由最佳路径来承载，从而大幅提高VoIP系统的可靠性和通话质量。

　　根据IP网络和PSTN网络的可达情况，网络管理员可以为不同的拨号端配置路由优先级。此时，如果在主被叫间存在多条可达路径，路径选择算法就将获得一个拨号端优先级顺序表，并选择高优先级的路由方向进行呼叫路由。只有当高优先级的路由不通时，路径选择算法才选择次高优先级的路由。

　　利用这一机制，网络管理员也可以为每个拨号端配置一条备份路由，这个备份路由可以通往IP网方向也可以通向PSTN方向，当主路由不通时路径选择算法就将自动把下一次呼叫切换到备份路由，实现IP-PSTN切换。

　　“1＋1”绑定

　　所谓“1＋1”绑定组网是指一条普通电话线与一条模拟中继线1:1绑定，或者一条E1出中继与一条E1入中继1:1绑定的组网方案。如果拨号端优先级设置与动态调整是IP-PSTN切换的软件部分，那么“1＋1”绑定组网就是IP-PSTN切换的一种具体实现方式。它要求VoIP设备提供一种可控的硬件连接机制，以便在智能路由算法的控制下，实现设备断电、网络故障、带宽不够时的路径切换，确保呼叫可达。

　　“1＋1”绑定组网不仅提供了一种更加可靠的IP-PSTN切换机制，还能完全保留用户原有电话号码和拨打习惯。

　　号码变换

　　号码变换的主要作用是在路由过程中，对主被叫号码进行必要的转换，使具体的路径选择算法与用户拨打的号码相互隔离，以便简化拨号过程，维持用户原有的号码编制，或者满足用户的特定拨打习惯，实现VoIP系统的“透明化”。

　　对于任意一条路由，网络管理员都可以为它设置丰富的号码变换规则，对主被叫号码的前缀、长度和特定字冠进行特定的变换，例如用户拨打号码010114，通过号码变换技术，可以加一个长途前缀“193”，使用户实际拨打的号码变为“193010114”。

　　号码防火墙

　　号码防火墙的主要作用是将电话号码进行分类，为不同类别设置不同的拨打权限，使路径选择算法在用户的权限框架内选择可达路径。与拨号端分类和捆绑机制配合，号码防火墙确保VoIP系统具有强大的可靠性。

　　主/被叫黑白名单是号码防火墙的一种简易实现方式。黑白名单能够在有限分类的情况下，提供相对丰富的权限控制能力。具体说，黑白名单就是把电话号码分为三类，并定义这些分类之间的呼叫限制。(如图2)


图2 黑白名单模型

　　可以这样来理解黑白名单：主叫黑白名单表示主叫用户的权限，其中白名单拥有的权限最高，可以拨打任何号码，黑名单权限最低，是受限用户，只能拨打白名单，未定义名单分别介于中间，可以拨打白名单及其未定义名单。被叫黑白名单表示一种资源，白名单是不受限制资源，可以被任何号码呼叫；黑名单是受限资源，只能被白名单拨打，未定义名单则介于其中间，可以被未定义名单和白名单拨打。

　　智能路由技术应用于VoIP系统

　　采用智能路由技术，VoIP系统将在可用性、可靠性和可控性等方面获得有效改善。一些关键应用如下：

　　“四不改变”

　　拨号端技术与“1＋1”绑定技术协同工作，使VoIP网络建设只需在PSTN和用户电话之间放置VoIP设备即可，完全可以保留用户原有的电话号码，实现“四不改变”，即“不改变原有电话号码，不改变原有拨号习惯，不改变原有网络结构，不改变原有网络设置”。

　　例如，用户在实施VoIP时要求保留原有PSTN电话线，利用智能路由技术，我们可以让VoIP拨号端的路由优先级高于PSTN拨号端。此时，如果用户正常拨号，智能路由算法将优选IP网络完成呼叫，一旦IP网络发生故障，智能路由才选择PSTN网络完成呼叫。

　　结合号码变换技术，智能路由可以在呼叫转向PSTN时，自动为被叫号码添加运营商的IP电话前缀，走运营商的IP网络完成呼叫，为用户节省每一分话费。

　　IP-PSTN自动切换

　　采用拨号端技术，可以设置VoIP拨号端的备份路径为PSTN网络，则当IP网络正常时，呼叫从IP网路到达目的地，实现PSTN旁路。当IP网络不通，或需要将此号码路由到PSTN时，智能路由算法将自动将本次呼叫转向PSTN。(如图3)


图3 IP-PSTN切换示意图

　　IP-PSTN切换使IP电话与PSTN电话互为备份，使VoIP系统同时兼顾“省钱”与“可靠”，在确保电话可达的基础上，最大限度地节省用户话费。

　　区分服务

　　一方面，采用号码防火墙，网络管理员可以为不同的用户提供不同的服务等级，选择性开通国际长途、国内长途、本地市话或者系统内部电话等业务，并严格控制用户拨打各类声讯台。

　　另一方面，采用拨号端技术，网络管理员可以为不同的用户分配不同的中继资源，为高级用户提供更低的呼叫阻塞率和更好的通话质量，并限制低级用户过度占用中继资源，从而在提供差异化服务的同时，提高网络资源的利用率。

　　总结

　　智能路由是对传统VoIP呼叫路由技术的进一步发展与完善，它通过“拨号端分类与捆绑、拨号端优先级设置与动态调整、1+1绑定、号码变换和“号码防火墙”等多项技术的有机组合与协同工作，大幅提升VoIP系统的可用性、可靠性和可控性，为用户构建一个简单、透明、可靠的VoIP网络。