PDF不是你父亲的 PBX？
将 VoIP 集成到企业中可能意味着电信业务的常态即将结束。
James E. Coffman, Avaya
也许没有哪件办公设备比普通的商务电话更被认为是理所当然的了。然而，这种基本通信设备背后的技术正经历着一场重大变革。企业现在正在融合他们的语音和数据网络，以简化他们的网络运营，并利用融合网络带来的新的功能优势和能力——从更高的生产力和成本节省到增强的移动性。
融合不仅仅是简单地通过 IP（互联网协议）网络发送语音数据包。它涉及到一个重要的新架构，将先进的 IP 应用程序引入到企业框架中，其对通信的影响将在未来几年显现出来。
接下来的讨论描述了通信系统设计中一些重大变化背后的原因。新系统正在演变为更加分布式、开放和由通用的、现成的组件组成。（有关 VoIP 的概述，请阅读 Phil Sherburne 和 Cary FitzGerald 在本期第 30 页的文章“你对 VoIP 一窍不通”）。
什么是 PBX？
我们大多数人只熟悉 PBX（专用分组交换机），将其视为办公室拿起电话呼叫公司内部或外部人员的用户。事实上，虽然 PBX 最基本的功能是为企业的员工提供通信（通常是语音），但它的功能远不止于此。熟悉的电话背后是一个复杂的组件系统，它提供了通信所需的功能。
这些功能可以粗略地分为六个主要组
1. 功能操作。这些包括电话用户可用的功能（拨打电话、保持、会议、转移等）以及系统操作员使用的功能，以控制其使用方式和组织方式——电话号码分配等。
2. 端点。这些允许用户访问系统的功能。最常见的端点是电话，但也包括传真机、调制解调器、PDA、在笔记本电脑上运行的电话应用程序等等。大多数“非语音”端点向 PBX 发送信号，就像它们是简单的模拟电话一样。然而，它们发送的媒体流不像语音，通常需要系统进行特殊处理。例如，调制解调器发送特殊的音调，告诉系统不要对它们传输的信息执行回声抑制。PBX 通常具有抑制“呼叫等待”音调的特殊功能，这可能对人类用户有用，但会中断数据流量。
3. 网关接口。网关接口允许企业内部的用户与外部世界通话。这需要转换呼叫信令和语音流。如果企业中的某人想要呼叫外部电话，PBX 必须向外部系统（通常是 PSTN（公共交换电话网络））发出信号，并且必须将企业内部的语音流转换为 PSTN 期望的语音流。
4. 交换。拨打电话需要建立呼叫端点和被叫端点之间的路径。这个过程称为“交换”，可以通过多种方式完成。它需要一个网络将组件（端点和网关）连接在一起。
5. 媒体处理。媒体处理功能组合和转换呼叫中的语音流——以提供会议、等待音乐、公告等。媒体处理还需要确保两个电话之间的连接产生一条路径，使两个用户都能听到对方的声音。
6. 应用程序接口。PBX 还提供一个语音网络，用于提供超出简单端点到端点呼叫的语音服务，包括语音邮件、交互式语音应答 (IVR) 和其他应用程序。
其他属性。PBX 的几个其他重要属性会影响其设计方式
• 可靠性。大多数企业期望他们的通信系统基本上始终可用。因此，所有大型系统都内置了组件冗余。
• 可扩展性。大多数企业都期望随着时间的推移而增长，并且不希望随着业务增长而切换通信系统。通过“添加”来支持更多用户是大多数系统的一个方面。
• 各种规模的成本效益。为了在市场上有效，通信系统必须对各种规模的企业都具有成本效益。
• 互操作性。通信系统与由其他制造商制造的系统和设备一起工作非常重要。
你父亲的 PBX：传统架构
如何设计一个可以提供这些功能并具有上一节中描述的可靠性和可扩展性属性的系统？
当前可用的技术显然会影响系统设计。例如，在 20 世纪 80 年代早期开发 PBX 系统时，计算是一种昂贵的资源。微处理器是可用的，但功能有限且价格昂贵。数据网络相对不为人知，并且通常基于电路交换模型，例如 X.25。
此时开发的大多数 PBX 都具有通用架构
1. 一个控制处理器，用于运行操作系统功能的软件。该处理器通常构建为支持 PBX 期望的可靠性和可扩展性。
2. 在控制处理器上运行的通信软件。此应用程序驱动所有系统组件并确定其提供的功能。
3. 用于访问系统功能和特性的端点。有两种类型的端点：数字电话通过按钮方便地访问呼叫功能，这些按钮用于告诉系统用户想要什么（保持、转移呼叫等），并通过一个小显示屏显示谁在呼叫。这些端点通常是单个制造商专有的。所有传统的 PBX 系统也支持提供基本呼叫功能的模拟电话。数字和模拟端点都连接到模块中的接口卡。
4. 模块。有时称为机架，这些模块容纳提供端点或网关接口的接口卡。单个接口通常称为“端口”。数字电话的端口通常提供足够的电力供电话运行，即使办公室的电源发生故障，前提是模块本身具有备用电源。PSTN 的接口由各种接口卡提供。这些接口将 PSTN 期望的信令和语音格式转换为 PBX 内部使用的格式。
模块还在内部的接口卡之间提供一定量的交换。会议、音乐源（用于等待音乐）和公告的媒体处理要么作为适合模块的卡构建，要么直接构建到接口卡中。
5. 模块间交换。这允许连接不同模块中的端口。传统的 PBX 系统通过电路交换来实现这一点。在电路交换中，在两个端口之间建立专用路径，持续整个呼叫期间。与企业外部电话的呼叫被交换到模块中的接口，该接口可以连接到 PSTN。通常，模块间交换没有足够的容量同时连接所有可能的呼叫，它的成功取决于并非所有人都在同一时间通话的事实。当呼叫量超过容量时，呼叫将被阻止。
系统的组件必须联网在一起，以实现两个目的。首先，需要一个语音网络来创建设备之间的语音路径。语音网络由模块内部和模块之间的交换元件创建。这通常通过 TDM（时分复用）交换层来完成，这是一种在单个传输路径上同时传输多个信号的技术。
其次，需要一个控制网络，以便组件可以相互通信以实现系统操作。例如，当用户按下数字电话上的按钮时，指示所请求操作的消息将从电话发送到其连接的模块，然后再发送到通信应用程序软件。控制网络以多种方式实现，通常是通过窃取每个模块中的一些 TDM 时隙并将它们专用于传输控制消息。
语音的数据表示形式是 64 千比特每秒（Kbps，或每秒 8K 八位样本）的等时流。语音样本通常以两种格式之一编码：Mu-law（主要在北美和日本使用）和 A-law（几乎在其他所有地方使用）。此格式与 PSTN 数字接口中使用的格式匹配。在 PBX 中使用与 PSTN 数字接口中相同的语音表示形式，可以减少 PBX 与 PSTN 互操作所需的工作。
一个模块，连同控制处理器（通常安装在模块的特殊插槽中）和一些接口卡，可以为少量用户提供服务。
系统通过添加模块并使用模块间交换互连它们来增长。模块和模块间交换的容量决定了可以经济地设计多小或多大的系统。这通常基于这些组件中的交换容量（参见图 1）。
使能技术
PBX 系统自 20 世纪 80 年代早期以来就已在企业中存在，几乎没有变化，并且早于数据网络和 PC 技术。然而，经过 15 年的相对稳定之后，几乎所有 PBX 供应商现在都在对其架构进行 радикальные 更改。
哪些技术正在推动这种变化？也许最重要的是分组交换发展为基于 IP 的网络，该网络具有支持语音通信的带宽、速度（低延迟）和可靠性。这项技术的发展及其在数据网络中的使用，既促成了变化，也为变化提供了驱动力。由于大多数企业数据网络跨越其组织的广度，因此有可能且有利地在整个企业中提供语音通信，同时仅使用一个网络。
另一个重要的推动因素是廉价 DSP（数字信号处理器）技术的创造。为了使语音流能够通过 IP 网络传输，必须对其进行数据包化，并且可能需要压缩。这些操作需要数字信号处理。如果没有廉价 DSP 技术的可用性，IP 电话与传统电话相比会过于昂贵。
降低 IP 设备成本的另一项技术是廉价网络接口芯片组的创造。快速且廉价的微处理器还允许将更多智能分配到电话模块和接口板，并使 IP 能够分配这些功能。
新架构
这些技术变革导致了 PBX 组件的重新设计。它们正在演变为将组件分布得更远，集成更多现成的组件，并使用 IP 网络传输控制信息和语音。具有这种新架构的 PBX 的通用术语是 IP-PBX。
控制处理器和通信软件
控制处理器通常是现成的服务器，在标准操作系统（Microsoft、Unix 或 Linux）上运行通信应用程序软件。迁移到商用硬件和软件的好处是巨大的，允许供应商降低其开发成本。
端点
数字端点变成 IP 电话，并连接到 IP 网络，而不是连接到模块中的专用接口。电话使用 IP 网络来传输控制流和语音流。
IP 电话对数据基础设施施加的压力与 PC 相同。每个电话都需要一个 IP 地址，并且通常需要 DHCP（动态主机配置协议）服务来获取该地址。IP 电话通常使用 FTP 服务器来获取其固件的新版本，并且出于安全或语音质量的原因，它们可能会被放入特殊的 VLAN（虚拟 LAN）等。
电话需要 IP 地址，以便通信应用程序可以识别它们。使用标准 IP 网络机制，电话获取 IP 地址和应用程序服务器的地址，并“注册”自身。注册允许通信应用程序在电话号码和电话使用的 IP 地址之间建立对应关系。因此，用户仍然拨打熟悉的电话号码，并且通信应用程序使用电话的 IP 地址与其通信。
IP 电话使用 IP 网络将语音流直接传输到彼此。与传统架构不同，当两个 IP 设备直接通话时，它们不使用通信系统资源来创建语音路径。
网关接口
仍然需要接口来提供对 PSTN 和模拟端点（如模拟电话和传真机）的访问。“接口”安装在网关中，其运行方式与传统架构中的模块非常相似，但它们将信令和语音流转换为 IP。
一些制造商还提供网关接口卡，允许客户继续使用现有的数字电话，从而保护他们对现有基础设施的投资并降低迁移到新系统的成本。
交换功能
模块间交换通过 IP 网络完成，在某些情况下（例如，跨广域网），带宽可能会受到限制。如果没有限制跨有限资源的呼叫数量的规定，语音质量将会下降。这类似于电路交换网络中的“阻塞”，但所有呼叫的质量都会下降，而不是某些呼叫被阻塞。一些系统实施“呼叫准入控制”，以便只允许有限数量的呼叫通过有限链路，从而允许那些通过的呼叫保持最佳语音质量。
媒体处理
网关还可以提供传统模块中发现的媒体处理。然而，从逻辑上讲，这是一个单独的功能，并且专用媒体处理器可以用于此目的。
系统架构
端点、模块、媒体处理器、控制处理器和通信软件共同使用 IP 网络来提供与传统 PBX 提供的相同的实时语音通信功能。新架构是一种客户端-服务器方法：客户端是网关和端点，服务器提供操作功能的通信应用程序。这种方法类似于电子邮件或 Web 服务的实现方式，中央服务器为一组客户端 PC 提供服务。
重要的是，从网络管理的角度来看，IP-PBX 必须是“表现良好”的，具有通用的操作和管理工具和协议。
在传统语音网络中发现的其他语音应用程序（语音邮件和 IVR）也正在迁移到用于通信的 IP 网络（参见图 2）。
新架构的挑战
当客户迁移到这种新的融合网络架构时，他们通常期望保留其传统 PBX 的所有积极功能和属性，同时获得新的优势。IP-PBX 在这方面面临一些挑战。
系统可靠性
传统 PBX 是高度可靠的系统（许多制造商声称可靠性为 99.999%——每年约五分钟的停机时间）。传统 PBX 架构通过高度可靠的组件以及制造商内置的冗余来实现这一点。
一个主要问题是如何为 IP 网络的控制处理器提供可靠性。它是一个关键组件，因为如果它发生故障，系统的所有用户（可能数以万计）将无法获得服务。解决此问题的一种方法是依赖于网关和电话可以注册到多个服务器的事实。如果它们注册到的服务器发生故障，它们可以注册到备份服务器。根据此操作的完成方式以及网关和电话的智能程度，重新注册可能会也可能不会影响活动连接（设备之间的语音路径）。
如果主处理器和备份处理器共享呼叫控制信息，则在重新注册后，呼叫者可以继续他们的对话并召集其他参与者等。这种呼叫连续性在联络中心运营中尤其重要，在联络中心运营中，重要的是不要断开“在队列中”等待接听的呼叫者的连接。
请记住，IP 网络可以设计为高度可靠的——具有从设备到设备的多个路径。然而，在许多真实世界的环境中，控制处理器和网关之间只有一个 IP 链路。如果此链路发生故障，则由网关服务的区域将不再具有服务。可以通过在网关或单独的处理器中构建智能来解决此问题，以便在主链路丢失的情况下控制功能继续运行。
语音质量
语音比传统数据通信（如电子邮件、网页等）要求更高，因为其具有实时性。为了确保语音质量，必须为所有可能的语音路径管理 IP 网络的以下属性
• 带宽。对于预期的并发 IP 语音呼叫数
• 往返延迟。数据包从一个 IP 设备到另一个 IP 设备再返回所需的时间
• 抖动。延迟的可变性
• 数据包丢失。丢失的数据包数量（通常以百分比表示）
必须在采用新架构之前解决建立适用于语音的 IP 网络的技术。这通常需要在 IP 网络中加入各种服务质量功能，以及额外的带宽。
传统的 PBX 架构实现了回声抑制机制，该机制假定为电路交换网络。在 IP 网络中，延迟增加，需要更改回声抑制功能。这些考虑因素会影响 IP 端点和网关。
传统 PBX 在其“语音”网络上传输的不仅仅是语音。例如，调制解调器流量、传真和用于视频的多个 64-Kbps 通道都在大型企业中找到。如果将这些流转换为数据包并转换回连续流，则使用这些流的设备可能无法正常工作。数据网络引入的延迟和可能的数据包丢失使得端点无法维持它们期望从电路交换网络获得的同步。随着供应商创建适用于非语音流量的编码和纠错技术，这些限制正在得到解决。
IP 电话操作
传统 PBX 接口卡为模拟和数字电话供电。这项工作现在转到 IP 网络。有几种方法可以为端点供电，但最方便的方法是让机房中的数据交换机通过 IP 网络提供“在线”电源。这样做的标准最近已获得批准，以便一家供应商的数据交换设备可以为另一家供应商的电话供电。如果要通过断电来保持通信，则数据交换机需要配备不间断电源。
IP 电话的一个优点是它们可以轻松地从一个办公室移动到另一个办公室。移动电话的一个困难是 911 服务需要有关拨打紧急呼叫的电话位置的信息。同样，正在出现一些标准，这些标准允许 IP-PBX 拨打紧急呼叫，以查询数据网络以获取电话连接到的数据端口的身份。该端口可以与紧急响应人员的物理位置相关联。
安全
随着 PBX 组件“分离”并连接到 IP 网络，它们也成为入侵、拒绝服务和其他黑客威胁的潜在目标。这些语音通信系统组件必须像网络基础设施的其他部分一样，进行加固以防御攻击。一些供应商提供语音数据包加密，以防止通过互联网上常见的工具进行窃听。
为什么：业务驱动因素
迁移到融合网络上的 IP 电话与传统 PBX 方法相比，具有几个重要的优势，这导致供应商坚持认为 IP 电话是未来，并且未来几年销售的几乎所有 PBX 系统都将使用这种新架构。
使用 IP 网络将 IP-PBX 组件链接在一起，为企业提供了配置系统方式的巨大灵活性。远程位置可以合并到单个企业范围的通信系统中。远程工作人员可以拥有与在总部设施工作的人员相同的通信能力。这可以提高企业内部的通信能力，同时降低系统实施和运营的总成本。
数据库、SNMP（简单网络管理协议）开发环境和 Web 服务器等软件包在标准平台上可用。因此，通信系统供应商可以更轻松地将这些组件与 IP 环境中的电话应用程序集成在一起。这允许 IP-PBX 的操作员使用熟悉的工具（Web 浏览器、SNMP 管理界面等）来操作系统，从而降低管理成本。
开放式服务器和 IP 网络带宽还使组织能够将其通信系统扩展到更大的规模。这可以提高效率，尤其是在联络中心实施中。企业可以将分布式位置的员工联系起来，以提供“追随太阳”的客户服务，并利用世界某些地区可用的较低劳动力成本。
还可以使用数据网络的弹性来提高语音通信的可用性。企业正在将其关键数据和语音通信组件迁移到加固的、地理上分散的“掩体”。这使得企业在面对火灾、洪水和其他灾难时更具弹性。IP-PBX 的架构自然而然地适合这种结构，因为控制处理器可以位于远离端点和模块的位置。
也许比这些基于网络的优势更重要的是，通信系统是数据网络上的一个应用程序，就像企业中使用的其他应用程序一样。因此，此应用程序可以与其他业务服务（如目录、电子邮件服务等）集成。许多系统允许从公司目录或个人信息管理器拨号，以及集成语音和电子邮件。
下一步是什么？
既然市场已经开始向新的 PBX 架构演进，我们可以期待看到哪些变化？
首先，新架构的困难和限制将被克服。企业期望新系统像传统 PBX 系统一样可靠并完成所有功能。因此，调制解调器和其他非语音 TDM 流量将像在传统语音网络中一样，通过 IP 网络传输。标准正在定义中，DSP 不断增长的容量将以具有成本效益的方式实现这一点。
对 IP-PBX 可靠性的期望将推动新架构可靠性和可用性的发展。由于新架构的一个基本组成部分是 IP 网络，因此改进的诊断和网络分析工具将能够快速诊断和修复损害语音通信的网络问题。由于安全漏洞将能够禁用语音和数据应用程序，因此将部署保护关键业务网络免受拒绝服务和其他攻击的技术。IP 网络将为所有应用程序（而不仅仅是通信）变得更具弹性。
通信系统将利用新的基于 IP 的架构，从而扩大规模并扩展范围。即使是大型企业也可能能够实施一个单一的通信系统，将他们在世界各地的所有员工联系在一起。
丰富的协作和视频通信应用程序将与语音应用程序合并——变得像传统语音通信一样易于使用和普及。语音质量将不再受传统网络带宽的限制；视频会议室系统将提供立体声，以便听众可以通过位置定位说话者，从而提高可听性和“现场感”。
音频功能将合并到 PC 和其他移动设备中。移动工作人员将不再需要携带“工具带”来放置不同的通信设备。
我们可以期待这些新功能继续推动从传统 PBX 解决方案向新的、功能齐全的 IP PBX 模型演进，这将改变企业的通信方式——提供更高的生产力、成本节省和移动性。
定义和缩略语
等时的。 以两端都使用公共时钟源来发送恒定比特流为特征的通信链路。
IVR（交互式语音应答）。 一种可以理解人类语音并向呼叫者提供预先录制信息的自动化系统。
PSTN（公共交换电话网络）。 全球电话网络。PSTN 接口的标准由 CCITT（现在是 ITU，国际电信联盟）规定。
TDM（时分复用）。 一种复用技术，通过该技术，通信介质被划分为离散时隙。每个时隙可以用作两个设备之间的通信信道。如果多个设备连接到 TDM 介质，则该介质可以用作交换机。
喜欢它，讨厌它？请告诉我们
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JAMES E. COFFMAN 在 Avaya Labs 工作了 20 多年，从事电信领域的各种工作，例如多媒体通信、VoIP 系统开发、VoIP 标准、Web 访问呼叫中心、CTI（计算机电话集成）系统开发和操作系统。他目前是垂直市场开发组的总监，负责垂直市场技术。此前，他曾在 Avaya Labs 领导 MultiVantage（现在称为 Avaya Communication Manager）技术架构和规划。在此之前，Coffman 负责将 IP 电话引入 Definity 通信平台的规划和架构。Coffman 拥有里德学院的数学学士学位和宾夕法尼亚大学的计算机科学硕士和博士学位。他在电信领域拥有多项专利。
© 2004 1542-7730/04/0900 $5.00
最初发表于 Queue vol. 2, no. 6—
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