PSTN：互联网+融合通信的应用

1.采用技术。

PSTN提供的是一个模拟的专有通道，通道之间经由若干个电话交换机连接而成。当两个主机或路由器设备需要通过PSTN连接时，在两端的网络接入侧（即用户回路侧）必须使用调制解调器（Modem）实现信号的模—数、数—模转换。从OSI七层模型的角度来看，PSTN可以看成是物理层的一个简单的延伸，没有向用户提供流量控制、差错控制等服务。而且，由于PSTN是一种电路交换的方式，所以一条通路自建立直至释放，其全部带宽仅能被通路两端的设备使用，即使他们之间并没有任何数据需要传送。因此，这种电路交换的方式不能实现对网络带宽的充分利用。

2.访问方式。

通过PSTN可以实现的访问。拨号上Internet／Intranet／LAN；两个或多个LAN之间的网络互连；和其他广域网技术的互联。尽管PSTN在进行数据传输时存在这样或那样的问题，但这是一种仍不可替代的联网介质（技术）。特别是Bellcore发明的建立在PSTN基础之上的xDSL技术和产品的应用拓展了PSTN的发展和应用空间，使得联网速度可达到9Mbps～52Mbps之间。

3.入网方式。

PSTN的入网方式比较简便灵活，通常有以下几种。

（1）通过普通拨号电话线入网。只要在通信双方原有的电话线上并接Modem，再将Mo⁃dem与相应的上网设备相连即可。2013年及以后的大多数上网设备，如PC或者路由器，均提供有若干个串行端口，串行口和Modem之间采用RS－232等串行接口规范。这种连接方式的费用比较经济，收费价格与普通电话的收费相同，可适用于通信不太频繁的场合。

（2）通过租用电话专线入网。与普通拨号电话线方式相比，租用电话专线可以提供更高的通信速率和数据传输质量，但相应的费用也较前一种方式高。使用专线的接入方式与使用普通拨号线的接入方式没有太大的区别，但是省去了拨号连接的过程。通常，当决定使用专线方式时，用户必须向所在地的电信局提出申请，由电信局负责架设和开通。

（3）经普通拨号或租用专用电话线方式由PSTN转接入公共数据交换网（X.25或Frame－Relay等）的入网方式。利用该方式实现与远地的连接是一种较好的远程方式，因为公共数据交换网为用户提供可靠的面向连接的虚电路服务，其可靠性与传输速率都比PSTN强得多。

4.系统应用。

在从家庭中的电话机传送到中央局的过程中，语音要么以基本服务的模拟形式存在，要么在通过PBX访问时以数字形式存在。但是，一旦到达中央局以后，语音在PSTN上都是以数字形式存在，每路都是64Kbps的时分多路复用通道，传送脉冲编码调制语音采样信号。在TDM网络上拨打电话时永远不会经历语音质量差之类的困扰，呼叫的语音质量是个不容商量的参数。但是，这种语音高质量传输的代价是服务供应商有着巨大的开销，不管交谈双方实际使用的带宽是多少，都要在整个呼叫过程中绑定网络资源。即使用基本的爱尔朗模型进行的简单流量分析也能显示出网络资源和网络所服务的人群数量之间的线性依赖关系。进一步讲，过去几年中，Web访问的巨大吸引力在TDM网络中引起了更大的问题——网络资源。很明显，对于电话公司而言，这是种很不经济的情况。他们发现在当前的公用网络结构中无法增强网络性能、无法提供附加的其他服务。公认的罪魁祸首是缺少语音和数据的集成，以及在“最后一里”中的模拟线路的低带宽。

如何解决这个问题呢？这是个很困难的问题，且代价相当昂贵。从20世纪80年代中期以来，人们普遍认为应该用通用的、无处不在的基于包的网络节点和链路来代替TDM公用网络，这种网络的带宽可以按照用户的要求在传输的整个过程中以动态的方式管理。这个承诺的一部分已经由ATM技术实现。ATM技术在2013年仍然是修补网络使之实现应用合成的关键。但是当ATM技术人员花了多年开发了正确而又广泛的、支持公用网络新时代的标准时，因特网却面临着爆炸性的增长，同时也给我们带来集成和合成服务到底是什么样子的疑问，要解决该疑问前提是我们可以合并各种技术和得到假定的足够的带宽。因特网网际协议——我们最钟爱的IP协议，2013年所有网络协议之首。将其他网络虚拟地提高到该协议的层次时，所有的应用看起来都可能成为新的合成网络的一部分。首当其冲的是语音电话和数据应用。但语音电话呼叫和要求带宽管理的数据应用的简单合成也并不是个轻松的任务，其不同的需求经常发生冲突，合成网络的早期的专有实现最终都必须在公用网络中变成互相可操作的，这样才能赢得客户的广泛接受。与此同时，每个供应商都试图在市场份额上获得飞跃。这些问题是所有问题的核心，人们也一直在努力地试图解决这些问题。

即使是在今天的公用网络机制中，双方在模拟电话上的简单呼叫也不简单。第一点，也是最重要的一点是，PSTN中实际上只有两个“网络云”，一个传送信号，另一个传送语音带宽数据。在当前的网络结构中合并服务的部分问题在于本地访问基本服务的信号是基于硬件的，主要为语音电话定制，同时也对ISDN线路上的点到点的语音信号作了一些基本的考虑，这些考虑主要是针对那些可以支付得起费用的人。这是个严重的限制，也是实施变化的很好的原因。第二点是将交互式多媒体应用，如远程教学，带入家庭存在困难。信号传输和带宽不够都是严重的限制。按需的娱乐和网络购物的方便性也是网络现代化的驱动力量。在新的电话服务中，不很昂贵的全彩色、全动感的带有白板能力的电视会议也将为期不远。所有这些新性能带来的副作用可能使我们花费很多，但是它们的确为我们带来巨大的好处，那就是使我们可以用一种以前从来没有经历过的方式来方便地交换信息。

电话会议由PSTN网络渠道，借助多方互联的信息手段，把分散在各地的与会者组织起来，通过电话进行业务会议。电话会议具备方便快捷、实用高效的特点，节约了大量的交通、场地和时间成本，深受广大业务繁忙、惜时如金的商务人士喜爱。利用电话线作为载体来开会的新型会议模式与传统会议相比较具有会议安排迅速，没有时间、地域限制，费用低廉等特点。与传统点对点电话业务相比较，从功能上讲，打破通话只能局限于2方的界限，可以满足3方以上（根据不同提供商的产品，及时语音，实现多方同时通话）的通话要求，其具有使原本电话无法实现的多方沟通功能，且更加顺畅，信息更加真实，范围更加广泛等特点。因其受到资费的限制，多数应用于企业日常工作中。

5.技术问题。

为了使VoIP成为合成网络的先驱，新的服务必须保留用户双方进行简单的POTS电话呼叫的特性。但是，业界一直为这个问题争论不休，即任何一种基于包的技术都将在语音流中引入延时，在用户通话过程中经常可以感受到，其结果将导致用户的不满。公用网络中的VoIP技术必须克服这个潜在的问题，并把延时降低到不可觉察的级别。另一个因素是VoIP语音质量传输和最新的语音压缩技术的结合。如果存在潜在的延时问题，同时又有语音压缩带来的不可避免的语音质量降低，那么结果也将是用户的感受变坏。现可以用客观的方式提高语音质量，其间的差异也可以用更多的来自实践经验的可用数据、信息和知识来弥补。

电话服务还要根据服务供应商的网络程度来测量。服务可用性也是FCC规定的参数之一。PSTN是个“五个九”的网络，指定的可用性是99.999%，事实上可能更多。如果降到“四个九”或者“三个九”，那么将意味着消费者的频繁的抱怨和不满意。这就是为什么在革新PSTN之前要慢慢进入核心网络，同时保证所有的质量特性。

6.语音转换。

从某种意义上而言，企业很可能是第一个网络电话（Voice over IP）以及其他一些基于IP网络相关服务的受益者。在VoIP到来之前，企业一般是通过基于电路交换的PSTN网络来进行实时语音通话和传真业务，而数据通信业务则是基于拨号上网、X.25、帧中继、ATM、IP等等来实现。在企业中，IEEE标准制定的802.3协议或者基于以太网的局域网都是应用极其普遍的数据通信网络。

在此，我们将小企业，中型企业，还有大企业分别定义如下：

小型的家庭式办公室（SOHO）通常支持少量的电话线路（不超过8个）和一个小型的局域网（不超过16个端口）。而小型企业通常支持少量的电话线路（不超过16个）和一个小型的局域网（不超过32个端口）。他们一般只限于部署1个到4个地理位置。

中型企业通常需要好几十个电话线路，一个路由器，每个地方都部署多个基于局域网的以太网交换（中型局域网包括32到64个端口）。很显然，他们在多个地理位置上开设了若干办公室。

大型国有企业通常需要几十甚至上百的电话线路，每个地方都要部署多个基于交换机和路由器的以太局域网。很显然，他们在多个地理位置上开设了好几十个办公室。

在企业中引入VoIP不仅可以使得多个不同的网络融合到同一个物理基础设施上，并且只需要执行一个协议（即IP协议），而且还使得网络得以开放，从而可以向企业员工和客户提供各种新兴的基于IP的业务与应用。这一系列新的业务包括基于IP的传真、多方会议、统一标准的消息接发、find－me／follow－me业务、基于Web的呼叫／接触中心、电子商务、客户支持业务、支持虚拟或远程工作等等。

尽管操作维护上和基础设施部署上的成本节省是企业引入VoIP服务的主要动机，但是还有其他一些因素使得企业坚定了这个选择。这些因素包括：

（1）在整个企业使用统一的业务和网络管理平台，即全IP化。

（2）使得业务创建和维护更具灵活性，如使用一个Web工作站接口来进行管理维护。

（3）使得企业内部的终端设备的添加，转移，改变之类的管理更加简单。

一般来说，对于中型或大型企业而言，对VoIP的投资成本通常在数月内就可以收回。

企业的IP网络或者企业内部网必须进行合理的设计，从而符合甚至超过分组包传输时延、抖动、丢包率等服务质量的限制。这样才能保证企业内部任何地方VoIP服务的质量、有效性和可靠性都符合要求。

本文主要讨论了一些在企业内部部署VoIP所必需的网络终端、接口和网络元素。而且文中还介绍了一些网络场景，可以帮助企业完成从以前传统的面向企业员工的，基于电路交换的电话业务（例如centrex，PBX等），向同时面向客户（例如电子商务应用）和企业内部员工的、基于IP和VoIP的先进的融合网络和业务的转换。

7.终端设备。

IP电话是基于个人计算机、智能数据处理器以及实时操作网络软件／系统的类似简易老式电话业务或综合业务数字网络的电话设备。这种设备可以用于处理来自任何通信应用业务提供商（CASP）的实时语音通信，并且在基于IP的分组通信网络上传输实时话音信号。虽然第一代的IP电话只能支持基于G.711的语音编码，并且采用私有的或基于H.323／MGCP的信令和呼叫控制，但是2013年的IP电话能够支持基于G.729、G.726、G.723的语音编码选择，还能使用开放的SIP协议进行呼叫控制和信令控制。许多IP电话已经建立在多口以太网集线器上以支持局域网的无缝连通，而且还能够通过连接到以太网局域网集线器／交换器上，来使用相同的以太网电缆（1个级别5个电缆）以获得电力支持。IP电话和SIP电话可用的特征和功能包括呼叫转移、电子邮件、即时通信（IM）、离线消息、一键通（Click－to－Dial）等等，这表明IP和SIP电话能够支持许多在商业通信环境中经常需要用到的高效的特征和功能。而且，自从客户或终端可以通过IP的动态主机配置协议（DHCP）进行动态注册和地址分配，IP电话就变得更加便利了，也使得客户或终端的添加、移动和改变都非常简单。最后，由于IP电话也是使用相同的数据网络基础设施和相同的技术，这使得企业网络的进化和管理更加无缝化，成本更加低廉。

新近开发的IP电话已经能够具备了支持多方会议的特征和功能，而这些功能正是过去在昂贵的传统专用分组交换机（PBX）中，或者某些只被购买来作为核心电话系统的部分的电话中才能够得到的。这些IP电话可以提供全双工的音视频功能和诸如语音邮件，姓名簿索引，呼叫加入、放弃和转移，多方会议的交互连接等服务。此外，这些IP会议电话系统可以通过以太网的接入，作为IP PBX的客户端接入TDM和IP融合的企业网络。

IP PBX属于PBX设备，支持以下设备和功能。

（1）多样化的IP电话和／或VoIP电话功能特征。(www.chuimin.cn)

（2）呼叫处理／控制和维护传统的电路交换PBX。

（3）一个或多个以下类型的电话，如模拟电话、数字电话、ISDN－BRI电话、IP电话等等。

（4）一个或多个T1／E1－CAS／PRI链路和数字用户线路（DSL）接入公共交换电话网络（PSTN）、IP中继线本地和／或广域数据／分组网络。IP中继线可用于一个企业的IP专用电话交换机的内部连接，在一个基于IP的企业虚拟专用网络（VPN）之上的不同地理位置之间的连接。

IP PBX的应用不仅降低了维护和部署成本，增强了企业通信的能力，而且还大大简化了软件升级以及综合的语音和数据的基础设施的管理。另外，IP专用线路或IP中继线还能够用IP PBX在不同地理位置的内部互连。IP专用线路的使用可以带来两大好处，一是使得公司总部的高级呼叫控制能力对于远程部门的员工同样可用；二是允许员工在不同的地理位置上进行IP电话会议。

IP PBX能够同等地提供传统模拟中央交换机（analog Centrex）和综合业务数字网络中央交换机（ISDN Centrex）所能提供的服务。在模拟中央交换机和综合业务数字网络中央交换机中，负责呼叫控制功能的组件是装置在位于中心办公室的CLASS－5交换机上，例如，从用户角度来看，每23（T1－PRI）或24（T1－CAS）个电话终端就需要一条专用线路T1。这种系统不仅维护成本高，还可能仅能提供一个功能有限的或私有的中央交换机组件。

相反，在传统的PBX或新兴的IP PBX中，这些功能模块通常配置在用户侧的网络元素上，而且通过一条或多条专用线路T1（传统PBX）或DSL（新兴PBX）连接到中心办公室，用PSTN的连接。图5－19说明了PBX和Centrex服务的区别。而且，DSL还能在相同的链路支持语音和数据的传输，而且维护链路的成本也远远小于维护T1所需的代价。另外，由于呼叫控制能够在本地装载，而IP PBX能够支持Internet连接，因此每23（T1－PRI）或24（T1－CAS）个电话终端就不再需要一条专用线路T1支持了。

随着VoIP的出现和当前基于IP网络的无处不在的可用性，模拟中央交换机和综合业务数字网络中央交换机正逐渐向基于IP的中央交换机（IP Centrex）过渡。为了提供基于IP的中央交换机服务，运营商需要能够为用户提供高质量（能够有QoS保证）的宽带（基于DSL，T1，以太网等）IP链路，而不是只提供昂贵的TI专用线路来支持语音传输。这样，企业级用户能够使用宽带IP链路同时承载话音和数据业务，以向员工提供更为丰富和多样的应用。为了支持传统电话和传真机，还需要在用户侧部署IP PSTN网关，这种网关能够提供从传统的时分复用（TDM）域向IP域的信令和媒体的转换。这种转换有效利用了服务提供商的IP网络的一些诸如IP PSTN、GW、VoIP、CC软交换等等的网络元素，从而实现了基于全IP的互通和融合。IP PBX和IP中央交换机还提供了一套模拟中央交换机和综合业务数字网络中央交换机服务的扩展集。

图5－19　PBX和Centrex服务器的区别

当IP PBX一旦投入使用，企业就可以在特定的数据网络基础设备上部署IP网络元件或设备，这样可以减少布线和管理的复杂度，还能够降低物理覆盖区的需求。而且，IP PBX不仅能够支持IP电话的灵活性和有效性，还能支持局域网和广域网上的点对点VoIP服务。另外，IP域的网络元件使用开放的基于Web网站的接口标准来维护呼叫控制、业务的提供和管理。因此，它能够相对更快更简单地管理软件升级，以及为企业推出新的业务组件（如统一标准的消息接发，find－me／follow－me业务等）。

传统PBX厂商和网络路由器制造商都在致力于IP PBX和其他相关组件网关以及应用业务的开发和市场拓展。这些企业包括思科、商助、Avaya、北电网络、傲威、西门子、NEC、Mitel等等。这些商用的IP PBX除了能够充分地支持传统的基于PBX电路交换的可支持的数十个呼叫处理功能之外，还能够支持许多新兴的业务与应用，提供了从传统的中央交换机业务向基于IP的中央交换机业务转换的一个具有可行性的解决方案，这个方案尽量使得用户侧客户端对于基础设施的投资最小化，而运营商对此的投资回报则会相对较多（Internet服务提供商，ISP相对较少，而电信运营商更多）。更具体来讲，部署成本取决于设备接口和服务的需求、部署的范围、设备的使用年限、现有可用的IP网络基础设施等等，因此每个具体的解决方案需要单独地核算成本。

IP中央交换机的用户不仅能够在不需要增加运营商的专用线路的前提下扩容，还能只在本地的IP网（LAN或者Intranet）添加服务器就实现各种新的基于IP的业务与应用。许多现存的电路交换制造厂商正在致力于开发线路卡（line card）或网关设备，其中线路卡可以与现有设备完整结合以支持必需的接口功能，而网关设备可以支持IP网络、公共交换电话网络（PSTN）以及服务传输组件之间的互通。

尽管现今已经有很多用于基于IP终端控制的协议存在，如H.32.、SIP、MGCP等等，但是IETF的SIP正在凭借它的开放性与简单性，逐渐赢得了来自标准化组织和企业厂商的共同支持。而对于呼叫管理或呼叫服务器或呼叫控制器的VoIP网关设备来说，MGCP和Megaco／H.248协议有望成为最无可争议的赢家。

8.远程工作。

虚拟专用网络（VPN）是指利用电信网络链路或者共享Internet中继线来提供点对点的专用逻辑信道以进行数据或话音通信。IP的灵活性和普遍性已经激发了许多因特网和电信网设备制造商来投入开发基于IP的虚拟专用网络（IP VPN）设备，用以支持在宽带IP链路上传输融合的实时通信和数据业务。如图5－20所示，宽带IP链路可以是一个数字用户线路，一个附装在有线电视上的线缆调制解调器（CATV），一个无线的或以太网本地环路，或异步传输模式（ATM）之上的IP，或光纤激光器之上的同步光网络（SONET）等等。

图5－20　IP链路示意图

许多大公司都已经在内部建立起了他们的IP VPN，从而方便他们的员工、呼叫中心代理和差旅人员的使用。基于IP VPN的VoIP业务主要益处是能够方便远程工作者（在家或者其他地方）使用和公司中心部署的VoIP设施和服务。

商业级的SOHO IP VPN设备和IP PBX能够提供从IP网络到PSTN网络的平滑VoIP呼叫，从而使得用户能够拥有可靠服务质量的业务。同样，本地和应急呼叫能够通过本地模拟或者BRI线路被路由到PSTN网络，这使得企业能够实现向其他端点（PSTN电话）或者公众服务接入点（PSAP）传送低成本、高效的呼叫。

和所有的基于IP的业务一样，通过基于Internet逻辑私有网络管道提供IP VPN和相关业务的主要问题有安全性和服务质量保证两个方面的问题。

为了满足安全性的需求，设备生产者需要为终端提供完善的鉴权、加密解密、隧道和防火墙机制。同样，为了满足服务质量的需求，设备生产者有必要对通过网络的IP分组进行接入控制和带宽分配。因此，任何实际可行的IP VPN设备都必须同时通过嵌入的软硬件支持安全性和服务质量。

国际互联网工程任务组（IETF）和国际电信联盟（ITU）已经制定了系列的标准和草案来实现基于IP的安全性和服务质量控制。

（1）基于PKI（Public Key Infrastructure）的数字认证，用户鉴权、授权和计费的Diameter和Radius协议等都可以用于用户和终端的鉴权。

（2）IETF的IPSec采用了基于多路数字加密标准（DES，三重DES比较常用）的消息加密机制，通常提供128位键字（key）。

（3）基于包头压缩和加密的点到点隧道协议（PPTP），二层隧道协议（L2TP）等提供信息隧道技术。

（4）基于TCP／UDP端口、IP地址、协议类型、业务、接口等的分组包过滤机制、有状态的分组包检测、服务登录、网络地址转换（NAT）等机制可以被用作构建防火墙服务。

为了支持服务质量保证，IETF的区分服务（Diff Serv）、综合服务（IntServ）以及结合二者优点的资源预留协议（RSVP），多协议标记交换（MPLS）已经趋于成熟。

9.呼叫中心。

基于Web的呼叫中心不仅实现了商用和运营级的VoIP服务，而且继承了IP电话的灵活性等天生优势。传统的基于电路交换的PBX和自动呼叫分发（ACD）的呼叫中心系统能够通过添置VoIP网关和相应软件来升级为支持VoIP和基于Web的管理控制。因此，需要传统PBX和ACD设备场上，例如Avaya、北电网络、NEC等已经在市场上投放了这类基于Web的呼叫中心相关的产品设备。

在呼叫中心支持IP电话和VoIP业务使得添加、移动和改变工作站以及远程呼叫代理员接入变得简单可行。此外，通过使用ANI／DNIS和基于IP网络的用户信息实时检索，呼叫中心代理员，能够低成本，个性化地和客户进行交流。特别是对于在不同时区和地理位置的部署多个呼叫中心站点的情况，通过IP进行互连互通能够实现高效、低成本的管理和维护。此外，由于IP电话支持各种开发的应用程序接口（API），如智能网络Java API（JAIN）、Paraly／OSA、TAPI／JTAPI，因此许多被电子商务应用所需要的销售自动化、库存管理、故障记录单和计费软件包等可以被低成本地开发，同时还将提供用户资源管理（CRM）等配套设施。而为了保证电子交易等事务的私有性和安全性，在上一节所讨论的鉴权、加密和防火墙机制将能派上用场。

基于Web的呼叫控制和ACD管理同时还能够平滑地实现智能控制、路由和任何位置的智能呼叫管理，无论是在企业内部还是在IP VPN远程。这些特性实现了基于全IP的业务融合－话音、数据／电子邮件、传真等等，并且都统一到多媒体终端或者PC机上。因此，Web呼叫的引入对于企业而言，能使他们更加容易开发和发布各种新的基于IP的业务与应用。这些业务包括基于Web的内部协作（呼叫中心代理员之间）和外部协作（呼叫中心代理员和客户之间），基于浏览器的网络和业务管理、聊天和即时消息，基于Web的点击拨号（Click－To－Dial）等等。

基于Web的呼叫中心还可以被用来构建虚拟呼叫中心，以支持更为高级的呼叫控制和业务交付。这样的呼叫中心不仅可以在地理位置上跨越全球不同的时区，而且还可以低成本地实现不间断客户服务（24小时／天、365天／年）。例如，美国东部时间（EST）凌晨1：25到达波士顿呼叫中心的呼叫可以通过协同的IP VPN被路由到北京的呼叫中心，而当时正是北京时间13：25。同时，还可以统一地对于全球呼叫中心代理员进行培训，使得他们对于某方面的业务有所专注，这样客户到达的呼叫可以按照类别被路由到合适的代理员处。

10.GSM。

OpenBTS是基于软件的GSM接入口，它提供标准的GSM兼容的移动手机，不需使用现成的电话提供商的接口来拨打现有电话系统的接口。OpenBTS是以第一个基于开源软件的工业标准的GSM协议栈而闻名。

OpenBTS是从基带收发站（BTS）向上，完全替代传统的GSM运营商的网络交换构架。替代传统的传递呼叫到运营商的移动交换中心（MSC）的方法为通过SIP和VoIP传递数据到Asterisk PBX。