基于ATM语音技术构建的CTI系统
曹峰光 李 波 宋俊德
摘 要
现行网络向宽带网络平稳过渡是网络发展的必然。文章提出了基于ATM语音技术构建CTI系统的解决方案，并阐述了CTI系统基本结构模型、技术标准以及基于ATM语音技术的CTI平台系统结构、技术特点、应用和所面临的问题等。
关键词
ATM VTOM 计算机电话集成 语音业务
1 概 述
电信网和计算机网已成为遍布全球的两个最大的通信网络。电话通信以传输和交换话音为主，而计算机技术的引入则是以处理数字化信息为主，功能十分强大。长期以来，两大产业一直是平行发展的，近年来新兴的计算机电话集成（CTI）技术融合两大技术的优势，利用计算机强大的信息处理能力和数据库技术等，将语音和数据服务融为一体，从而在传统的电话网上提供了更多的增值业务。
作为ITU-T定义的B-ISDN交换技术的ATM技术由于其本身快速分组交换和统计复用的技术特点，使得它可以有效地支持多种业务（如语音、图像、数据等）。适配层（AAL）的业务适配能力和服务质量（QoS）参数的灵活性，也使它完全可以满足用户多媒体业务的要求。由于ATM技术提供的高带宽和支持多种业务的特点，特别是通过ATM网络来承载话音业务即ATM语音技术（Voice
Telephony Over ATM）的发展和成熟，为解决现行通信网络中语音业务发展和交换容量有限的矛盾提供了可行的技术解决方案。
随着ATM技术和CTI技术研究的深入以及应用日趋广泛，人们开始着眼于ATM语音技术和CTI技术的融合，以突破传统CTI系统在业务类型、话务容量、远程接入等方面的局限，实现现行网络与宽带网络在语音和话带业务上的结合。本文将详细论述CTI系统结构及其技术标准、基于ATM语音技术构建的CTI系统结构、技术特点及其应用等相关问题。
2 CTI技术
2.1 CTI系统结构
为了推动CTI技术的发展，1995年计算机语音界成立了“企业计算机电话论坛（Enterprise Computer Telephony
Forum，ECTF）”。该组织定义了CTI系统的各个组成部分及其接口标准（如图1所示），来实现设备间多层次互操作性和提供开放的系统设备接口标准，以满足多种业务需求，为CTI技术提供更为理想的解决方案。从高层来看，CTI主要由两部分组成：接入服务器和资源服务器，其中：
（1） 接入服务器又称为电话服务器（Telephony Server），为多种CTI业务应用提供语音及其话带业务接入软件和硬件平台，主要具有网络接入、业务交换和系统控制管理等功能。
（2） 资源服务器又称为应用服务器（Application Servers），用以管理和控制接入服务器的CTI应用业务，包括交互语音响应（Interactive
Voice Response，IVR）、语音信箱、传真服务、预拨号等多种业务应用。
CTI系统结构采用的是客户机/服务器（Client/Server）的逻辑结构。多种资源服务器和多个接入服务器之间可以通过TCP/IP网络或ATM交换机联接起来，以实现多种网络接入和多种CT（Computer
Telephony）资源共享。其物理实现有时采用集中式的系统结构将CTI业务资源存在接入服务器中；也可将两者分开采用分布式的系统结构（如图1所示）。
图1 CTI系统基本结构模型
由于CTI业务多样化和多媒体通信的要求，以及由PSTN、PBX、SS7、IP和ATM等实现的多种传输方式，对接入服务器的多种业务接入能力以及与资源服务器间的业务交换能力提出了较高的要求。基于ATM语音技术构建的CTI系统就是利用了ATM语音传输和交换技术的高速、大容量的特点为接入服务器和资源服务器间提供高效的业务交换，同时可以通过增加接入服务器的数目以提高系统的业务接入能力，通过增加资源服务器的种类来满足CTI多种业务服务的需求。
2.2 CTI技术标准
2.2.1 SCSA标准
SCSA即数据信号计算系统结构（Signal Computing System Architecture），是计算机语音行业的开放式技术标准，包含了丰富的硬件和软件特性，用来解决业界当前存在的一些技术问题。
SCSa标准提供了大容量、大带宽的同步ＴＤＭ总线即SC总线，其运行速率可达32.768～131.072 Mbit/s，缺省值为
65.536 Mbit/s。总线提供16条数据线，最多能提供2048个时隙，缺省总线提供1024个具有独立收发数据流的双向时隙，能够承载64Kbit/s数据；信令是在单独的数据线上以透明方式传输的。
SC总线还具有时隙交换能力，是由SCSA卡的硬件连接器将一个发送时隙和一个接收时隙连接起来实现的。
2.2.2 TAPI及TSPI
1993年Microsoft与Intel联合推出了Windows下计算机语音应用编程接口（Telephony Application
Programming Interface，TAPI），实现了计算机与电话、通信线路以及交换机等语音设备间的通信，其功能有查询电话线或电话设备状态、拨打电话、呼叫接入、建立和控制电话会议、呼叫状态监测、拨号识别以及与其它Windows应用程序一起共同实现的呼叫处理等。
在应用程序中通过TAPI实现业务接入，而语音业务即TAPI业务则是由提供业务的设备及其驱动软件和交换机共同实现的。TAPI与TAPI业务之间是通过TSPI（TAPI
业务提供者接口）连接的，TSPI屏蔽了不同的电话网，使得由TAPI设计的应用程序能同时运行在不同的电话网上并能同时处理来自不同电话网络的呼叫，TAPI/TSPI间的关系如图2所示。
图2 TAPI/TSPI关系结构图
3 基于ATM语音技术的CTI系统的构建
ATM是一种把信息分为等长的信元进行传输的通信方式。每个信元由53个字节组成包括信头和有效载荷，信元的前5个字节是信头，信头包括源地址和目的地址等信息；其它48个字节是有效载荷负责承载发送的信息。
ATM由于其快速分组交换和统计复用的交换特点以及适配层（AAL）的业务适配能力和服务质量（QoS）参数的灵活性，使得它在服务方式上不同于其它网络，具有其独特的性能特点：
(1) ATM是一种使用固定短长度数据包的快速包交换方式，不同于以前的帧中继、Ｘ.25等包交换，实现了交换硬件的简化和交换延迟的减少。
(2) ATM支持多种业务（如语音、传真、数据、图像等）在同一网络中的传输。
(3) 只有在需要进行信息传输的情况下，网络带宽才被占用，网络效率非常高。
(4) ATM适配层（AAL）协议和服务质量（QoS）的控制允许ATM交换机按照预先设定的优先级传输或丢弃信元。
(5) ATM能够实现PSTN和数据网络间的数据互通，ATM的LAN仿真服务也为网络的无缝演变提供了保证。
(6) ATM能同时满足公共网和专用网需要。
(7) ATM是面向连接的网络，同时支持永久业务和交换业务，能满足用户更广泛的应用需求。
基于ATM语音技术构建的CTI系统指的是，在CTI基本结构模型中利用ATM网络或ATM交换机的语音及其话带业务的传输和交换能力来实现接入服务器和资源服务器间的业务交换。ATM是一种信息传输方式，它能将多种业务和多种通信方式在同一网络上实现。在CTI的领域中使用ATM技术就是利用ATM能实现多种通信业务的能力，利用ATM的ＣＢＲ业务发送和接收SC总线上的信息，利用ＵＢＲ/ＡＢＲ业务实现多节点间信令传输。在CTI系统结构中，一个主要的单元是负责实现数据实时传输的SC总线，一个系统内的不同的功能单元可以通过SC总线协调工作，同时对数据进行处理，但这种工作方式只适用于所有的功能单元在同一个计算机内（一个节点）的工作方式，同时由于SC总线的交换时隙的限制，当整个系统规模超过一台计算机（节点）形成多节点的结构并需要大容量的数据交换时，节点间需要互连以实现节点间的数据传输和交换。在这种情况下，ATM交换机将被用于桥接节点间的SC总线，这种桥接功能也是一种超节点的解决方案。
图3是已实现的基于ATM的电话交换系统的原理结构图，其中ATM适配卡（ATM Server）的功能是充当SC总线与ATM链路间的适配器。
在应用层的控制下，ATM适配卡能够把一组用于信息发送和接收的SC总线时隙映射到ATM的虚电路上，同时也可以将相应的ATM虚电路映射到SC总线的时隙上，实现ATM虚电路与SC总线时隙的数据互通。利用ATM的LAN仿真功能也可以实现多节点间的网络通信，这种通信链路对于协调节点间互连是非常关键的。
图3 CT时隙与ATM虚电路的转换
４ 基于ATM语音技术的CTI平台及其应用
正如前所述，ATM是一种把SC总线的时隙扩展到多节点的重要手段或者是使SC总线能为其它所有节点使用的方法，所以基于ATM语音技术构建的CTI平台（如图4所示）不但支持传统的业务应用，同时也产生了新的增值业务，例如：呼叫交换、远程接入等。
图4 基于ATM交换的CTI系统结构示意
4.1 传统CTI业务应用
在系统结构图（如图4所示）中，呼叫服务器（即接入服务器）用于实现与通信网络的接口，处理所有的呼入和呼出的呼叫。IVR服务器是在建立呼叫的初始阶段用于语音提示、识别ＤＴＭＦ或脉冲输入的。系统根据来自于ＰＳＴＮ的呼叫的不同，通过ATM交换机接入到不同的资源媒体服务器，以提供相应的服务业务，实现了多种业务的共享。利用此系统平台可实现的典型的CTI业务有：
.呼叫中心；
. 话务员服务；
. 预拨号；
. 语音信箱；
. 传真信箱燉实时传真；
. 媒体服务器；
. 文本语音转换；
. 自动语音服务。
4.2 呼叫交换应用
利用了ATM虚电路和SC总线时隙之间固有的交换能力，可以实现大规模的呼叫交换。在系统结构（如图4所示）中，利用与不同网络或服务器连接的呼叫服务器的呼入处理、呼出处理的功能和ATM交换机交换功能可以实现如下的大型应用系统：
. 智能DS0 数模转换和T1/E1转换；
. 协议转换；
. 呼叫转移和呼叫系统。
以系统中SS7为例，其中SS7Ａ链路是信令转接点（STP）和信令服务器间的信令链路，SS7Ｆ链路即承载链路是由Ａ链路控制的一组用户数据链路，在七号信令系统中信令链路和承载链路是分开的。在系统中，SS7
Ｆ链路与DTI服务器相连；SS7Ａ链路与SS7信令服务器相连，通过ATM的ＬＡＮ仿真服务器实现与数字中继接口的通信，以处理控制DTI（数字中继接口）中继线信令、呼叫控制信令以及所有通道的呼叫状态。与主干网连接的所有中继通过DTI服务器，经ATM交换后，由呼出端的DTI或其它服务器与ＰＢＸ、ＰＳＴＮ或其它提供特殊服务的系统相连完成用户链路的连接，从而实现了SS7与其它系统间的呼叫交换功能。
4.3 远程接入应用
基于ATM的CTI平台的客户机/服务器系统结构，如果具有ATM企业网和中继服务，将使传统CTI应用扩展到地理位置的不同地区，以实现业务的远程接入。
4.4 系统结构优点
由于ATM技术和客户机燉服务器系统结构的引入，使得基于ATM语音技术构建的CTI平台具有的最大优点是设计的灵活性。在传统的CTI系统中，业务接入和资源服务功能通常只能在同一节点内实现。利用ATM技术，网络接口功能和资源服务功能完全分布在多个节点内，如图４所示呼叫服务器和媒体服务器的分离，由主机通过ATM交换机来实现管理、控制网络接口和资源服务节点。
基于ATM的CTI系统平台除了具有设计灵活性外，还具有如下特点：
. 可升级性。ATM交换技术提供了从桌面、工作站到校园网、企业级骨干网、传输网或专用ＷＡＮ等多种不同类型的交换业务。基于ATM交换的CTI系统能实现不同层次的交换以满足目前的不同需要，并为这种应用的增长奠定基础。
. 业务综合性。ATM技术保证多种业务（语音、传真、数据和视频等）可在同种网络结构下传输，从而扩展了CTI的服务业务范围。
. 可扩展性。由于ATM技术是基于工业标准的接口，为小系统生成的各种应用并不需要改变软件结构和程序就可以应用于大系统中，这样大大降低了产品的开发和维护费用。
基于ATM的CTI系统的客户机燉服务器的结构设计也为用户提供了系统结构改变、升级和增加新节点的灵活性；利用ATM技术可以集成具有不同的技术、不同操作系统的产品，从而可以为CTI系统的设计提供更为理想的解决方案；ATM技术和服务器的结构也为用户提供了多种冗余方案来增加系统的有效性，从而简化了系统维护过程。
５ 结束语
网络的宽带化是网络发展的一种必然趋势，但就公共电信网来说需要考虑到与现行网络的兼容和并存，这需要采取一种平稳、有效的过渡策略来实现，由上文可见基于ATM语音技术构建的CTI系统是一种可行的解决方案，但目前由于ATM交换服务费用较高，ATM网上所能提供的话音和话带业务种类还不丰富，基于ATM的话音和话带业务的国际化标准尚不完善等原因，使得基于ATM语音技术构建的CTI系统在实际应用中有待进一步解决一些关键问题。随着ATM语音技术的深入研究发展和这些问题的解决，基于ATM语音技术构建的CTI系统必将得到更为广泛的应用，为用户提供更高质量、更丰富的业务。
作者简介：
宋俊德，男，北京邮电大学研究生院院长、教授、博士生导师，主要研究领域：个人通信和移动通信、VLSI设计与CAD系统、Internet及信息系统等。
李波，男，北京邮电大学电子工程系副教授，美国Cisco公司网络认证讲师，长期从事计算机网络通信技术研究。
曹峰光，男，1996年毕业于清华大学，同时保送到北京邮电大学电子工程系攻读计算机通信专业硕士学位，主要研究领域：VTOA（Voice
Telephony Over V）和基于ATM的计算机电话语音集成（ATMBased CTI）技术及其应用研究等。
作者单位：北京邮电大学 北京 100876
参考文献
1 Herman D＇Hooge．The communicating PC．IEEE Communication Magazine，1996(4)
2 ATM technology and CTI application．Dialogic Technology White Paper
3 肖丹．互连网络技术及应用．北京：人民邮电出版社，1998
4 张延平，林博文． 计算机语音集成原理、技术和应用． 北京：人
民邮电出版社，1998
1999年1月10日
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