本文詳細介紹IP電話技術(shù)及電信級VOIP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
摘要：Internet 電話技術(shù)是目前Internet 應(yīng)用領(lǐng)域的一個熱門話題。它主要指在Internet 中實時傳送聲音,從廣義上講,它包括在Internet中實時傳送多媒體信息。IP技術(shù)可以為您提供低廉價格的服務(wù),Ip電話采用了先進的數(shù)字信號處理技術(shù),可以將原64kb/s的話音信號壓縮成8kb/s或更低碼速率的數(shù)據(jù)流,能夠在同一條線路上傳輸比采用模擬技術(shù)時更多的呼叫,大大提高了效率。 并且Ip電話采用的是分組交換技術(shù),可以實現(xiàn)信道的統(tǒng)計復(fù)用,使得網(wǎng)絡(luò)資源的利用率更好,大大降低運營商的投入成本。所以Ip電話的最大優(yōu)勢就是價廉。通過Internet打長途電話的成本僅相當于傳統(tǒng)電話的1/5,最多不到5O%。
本文主要討論了IP電話的概念、基本原理,通過壓縮編碼技術(shù)通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸實現(xiàn)語音通信的形式、IP電話端到端幾種方式,電信級VOIP電話網(wǎng)絡(luò)的基本構(gòu)成,敘述了構(gòu)成VOIP網(wǎng)絡(luò)各部分的設(shè)備的主要作用,重點討論了網(wǎng)絡(luò)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù),并討論了IP電話網(wǎng)的關(guān)鍵設(shè)備－網(wǎng)關(guān)。
關(guān)鍵詞：IP電話 話音質(zhì)量 標準 網(wǎng)關(guān) 關(guān)守
以色列VocalTec公司于1995年研制出可以通過Internet打長途電話的軟件產(chǎn)品“Internet Phone”。實現(xiàn)了只要在具有多媒體功能的PC上安裝該軟件,我們就可以通過互聯(lián)網(wǎng)和在世界上任何地方安裝同樣軟件的聯(lián)機用戶進行通話。這一技術(shù)上的突破引起全球通信界的矚目,其發(fā)展前景看好得到共識,未來的商機促使越來越多的研究機構(gòu)、國際標準化組織、產(chǎn)品制造公司開始進行此項技術(shù)的研究, IP電話技術(shù)得以迅速發(fā)展。
一、VoIP的基本原理與實現(xiàn)形式
二、IP電話的四種方式：
由于傳統(tǒng)PSTN的廣泛存在性等歷史淵源,在相當長一段時間內(nèi),新興的IP電話系統(tǒng)要充分發(fā)揮其優(yōu)勢,就必須考慮與PSTN的互通問題。這就要在IP網(wǎng)與PSTN交換機之間配置IP電話網(wǎng)關(guān),以實現(xiàn)媒體流與控制信令的互連互通。這樣IP電話就有了4種方式：電話到電話、電話到PC、PC到電話和PC到PC。
1、PC到PC
最初VoIP方式主要是PC到PC,利用IP地址進行呼叫,通過語音壓縮、打包傳送方式,實現(xiàn)因特網(wǎng)上PC機間的實時話音傳送,話音壓縮、編解碼和打包均通過PC上的處理器、聲卡、網(wǎng)卡等硬件資源完成,這種方式和公用電話通信有很大的差異,且限定在因特網(wǎng)內(nèi),所以有很大的局限性。
2、電話到電話
電話到電話即普通電話經(jīng)過電話交換機連到IP電話網(wǎng)關(guān),用電話號碼穿過IP網(wǎng)進行呼叫,發(fā)送端網(wǎng)關(guān)鑒別主叫用戶,翻譯電話號碼/網(wǎng)關(guān)IP地址,發(fā)起IP電話呼叫,連接到最靠近被叫的網(wǎng)關(guān),并完成話音編碼和打包,接收端網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)拆包、解碼和連接被叫。
3、電話到PC;PC到電話
對于電話到PC或是PC到電話的情況,是由網(wǎng)關(guān)來完成IP地址和電話號碼的對應(yīng)和翻譯,以及話音編解碼和打包。
1、終端：IP電話終端包括傳統(tǒng)的語音電話機、PC、IP電話機,也可以是集語音、數(shù)據(jù)和圖象于一體的多媒體業(yè)務(wù)終端。
2、接入網(wǎng)關(guān)：接入網(wǎng)關(guān)即前置交換機,它的作用是與PSTN網(wǎng)、移動網(wǎng)、專網(wǎng)PBX實現(xiàn)互聯(lián)互通及信令轉(zhuǎn)換、話務(wù)收斂、呼叫分配。接入網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)關(guān)相連可采用PRI信令,與PSTN測可采用NO.7號信令或R2好信令,優(yōu)選NO.7號信令。
3、網(wǎng)關(guān)：由于不同種類的終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)是不同的,要在同一個網(wǎng)絡(luò)上傳輸,這就要由網(wǎng)關(guān)或者是通過一個適配器進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,形成統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)包。IP電話網(wǎng)關(guān)提供IP網(wǎng)絡(luò)和電話網(wǎng)之間的接口,用戶通過PSTN本地環(huán)路連接到IP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)負責把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并壓縮打包,成為可以在因特網(wǎng)上傳輸?shù)腎P分組語音信號,然后通過因特網(wǎng)傳送到被叫用戶的網(wǎng)關(guān)端,由被叫端的網(wǎng)關(guān)對IP數(shù)據(jù)包進行解包、解壓和解碼,還原為可被識別的模擬語音信號,再通過PSTN傳到被叫方的終端。這樣,就完成了一個完整的電話到電話的IP電話的通信過程。網(wǎng)關(guān)負責完成PRI信令至H.323協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
4、關(guān)守：關(guān)守實際上是IP電話網(wǎng)的智能集線器,是整個系統(tǒng)的服務(wù)平臺,負責系統(tǒng)的管理、配置和維護。關(guān)守提供的功能有撥號方案管理、安全性管理、集中帳務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫管理和備份、網(wǎng)絡(luò)管理等等。關(guān)守按管理作用的不同又可分為目錄關(guān)守、區(qū)域關(guān)守,整網(wǎng)通過目錄關(guān)守同其他IP電話運營網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互通。
5、網(wǎng)管系統(tǒng)：網(wǎng)管系統(tǒng)的功能是管理整個IP電話系統(tǒng),包括設(shè)備的控制及配置,數(shù)據(jù)配給,撥號方案管理及負載均衡、遠程監(jiān)控等。
傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)主要是用來傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),采用的是盡力而為的、無連接的技術(shù),因此沒有服務(wù)質(zhì)量保證,存在分組丟失、失序到達和時延抖動等情況。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對此要求不高,但話音屬于實時業(yè)務(wù),對時序、時延等有嚴格的要求。因此必須采取特殊措施來保障一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量。VoIP的關(guān)鍵技術(shù)包括：信令技術(shù)、編碼技術(shù)、實時傳輸技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證技術(shù)、以及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等。
1.信 令技術(shù)
信令技術(shù)保證電話呼叫的順利實現(xiàn)和話音質(zhì)量,目前被廣泛接受的VoIP控制信令體系包括ITU－T的H.323系列和IETF的會話初始化協(xié)議SIP。
ITU的H.323系列建議定義了在無業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的因特網(wǎng)或其它分組網(wǎng)絡(luò)上多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)程。H.323標準是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、INTRANET和Internet上的多媒體提供技術(shù)基礎(chǔ)保障。H.323是ITU－T有關(guān)多媒體通信的一個協(xié)議集,包括用于ISDN的H.320,用于Ｂ－ISDN的H.321和用于PSTN終端的H.324等建議。其編碼機制,協(xié)議范圍和基本操作類似于ISDN的Q.931信令協(xié)議的簡化版本,并采用了比較傳統(tǒng)的電路交換的方法。相關(guān)的協(xié)議包括用于控制的H.245,用于建立連接的H.225.0,用于大型會議的H.332,用于補充業(yè)務(wù)的H.450.1、H.450.2和H.450.3,有關(guān)安全的H.235,與電路交換業(yè)務(wù)互操作的H.246等。H.323提供設(shè)備之間、高層應(yīng)用之間和提供商之間的互操作性。它不依賴于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),獨立于操作系統(tǒng)和硬件平臺,支持多點功能、組播和帶寬管理。H.323具備相當?shù)撵`活性,支持包含不同功能的節(jié)點之間的會議和不同網(wǎng)絡(luò)之間的會議。H.323建議的多媒體會議系統(tǒng)中的信息流包括音頻、視頻、數(shù)據(jù)和控制信息。信息流采用H.225.0建議方式來打包和傳送。
SIP是一種應(yīng)用層協(xié)議,可以用UDP或TCP作為其傳輸協(xié)議。與H.323不同的是：SIP是一種基于文本的協(xié)議,用SIP規(guī)則資源定位語言描述（SIP Uniform Resource Locators）,這樣易于實現(xiàn)和調(diào)試,更重要的是靈活性和擴展性好。由于SIP僅作于初始化呼叫,而不是傳輸媒體數(shù)據(jù),因而造成的附加傳輸代價也不大。SIP的URLL甚至可以嵌入到web頁或其它超文本鏈路中,用戶只需用鼠標一點即可發(fā)出一個呼叫。與H.323相比,SIP還有建立呼叫快,支持傳送電話號碼的特點。
2.編碼技術(shù)
3.實時傳輸技術(shù)
實時傳輸技術(shù)主要是采用實時傳輸協(xié)議RTP。RTP是提供端到端的包括音頻在內(nèi)的實時數(shù)據(jù)傳送的協(xié)議。RTP包括數(shù)據(jù)和控制兩部分,后者叫RTCP。RTP提供了時間標簽和控制不同數(shù)據(jù)流同步特性的機制,可以讓接收端重組發(fā)送端的數(shù)據(jù)包,可以提供接收端到多點發(fā)送組的服務(wù)質(zhì)量包饋。
4.QoS保障技術(shù)
VoIP中主要采用資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)以及進行服務(wù)質(zhì)量監(jiān)控的實時傳輸控制協(xié)議RTCP來避免網(wǎng)絡(luò)擁塞,保障通話質(zhì)量。
5.網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)
VoIP中網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)主要是TCP和UDP,此外還包括網(wǎng)關(guān)互聯(lián)技術(shù)、路由選擇技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)以及安全認證和計費技術(shù)等。由于實時傳輸協(xié)議RTP提供具有實時特征的、端到端的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù),因此VoIP中可用RTP來傳送話音數(shù)據(jù)。在RTP報頭中包含裝載數(shù)據(jù)的標識符、序列號、時間戳以及傳送監(jiān)視等,通常RTP協(xié)議數(shù)據(jù)單元是用UDP分組來承載,而且為了盡量減少時延,話音凈荷通常都很短。IP、UDP和RTP報頭都按最小長度計算。VoIP話音分組開銷很大,采用RTP協(xié)議的VoIP格式,在這種方式中將多路話音插入話音數(shù)據(jù)段中,這樣提高了傳輸效率。此外,靜音檢測技術(shù)和回聲消除技術(shù)也是VoIP中十分關(guān)鍵的技術(shù)。靜音檢測技術(shù)可有效剔除靜默信號,從而使話音信號的占用帶寬進一步降低到3.5ｋbit/s左右；回聲消除技術(shù)主要利用數(shù)字濾波器技術(shù)來消除對通話質(zhì)量影響很大回聲干擾,保證通話質(zhì)量。這點在時延相對較大的IP分組網(wǎng)絡(luò)中尤為重要。
五、VOIP關(guān)鍵設(shè)備
網(wǎng)關(guān)
網(wǎng)關(guān)由公用電話網(wǎng)PSTN中繼接口、數(shù)字信號處理板DSP、主處理器、全局RAM、以及以太網(wǎng)卡等設(shè)備組成。設(shè)在各地的網(wǎng)關(guān)由一個獨一的IP地址表示，它是架通傳統(tǒng)電路網(wǎng)同新一代IP分組網(wǎng)絡(luò)互通的一座橋梁，是Internet上的“交換局”，它在發(fā)話端將話音信號編碼壓縮成分組包以實現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)傳輸，在收話端完成分組包的解碼解壓縮，實現(xiàn)遠程電話間的互聯(lián)和通信 。在一邊，網(wǎng)關(guān)連接傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)（Circuit--switched Network）如公共交換電話網(wǎng)（PSTN），可和外部的任意一部電話通信。在另一邊，網(wǎng)關(guān)連接分組交換網(wǎng)（Packet--Switched Networ）如Internet、Intranet等，可和接入網(wǎng)絡(luò)的任意一臺計算機通信。在整個Internet Phone系統(tǒng)中，網(wǎng)關(guān)分布在世界各地，處理當?shù)氐腜STN網(wǎng)與Internet的接入和轉(zhuǎn)換理。網(wǎng)關(guān)接收標準電話信號,經(jīng)數(shù)字化與大幅度地壓縮后,使用IP協(xié)議進行分組送到Internet,找出傳輸路由,通過Internet發(fā)往目的地。反之,接收Internet傳輸過來的數(shù)據(jù)分組,并轉(zhuǎn)往電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。接入和轉(zhuǎn)出電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可同時進行,實現(xiàn)全雙工（雙向）通話。
例如在上海撥打一個到美國紐約的長途電話,在上海,一個普通的公共電話通過PSTN接入本地網(wǎng)關(guān),本地網(wǎng)關(guān)對數(shù)據(jù)進行特定的壓縮算法處理,組織成包含主、被叫號碼、時間、通話信息等數(shù)據(jù)的IP分組,并分析被叫號碼,根據(jù)路由表,把它映射成為一個IP地址,通過路由選擇,發(fā)往該IP地址（如紐約）對應(yīng)的遠端網(wǎng)關(guān)。而在被叫方紐約,遠端網(wǎng)關(guān)接收上海本地網(wǎng)關(guān)傳輸過來的IP數(shù)據(jù)分組,進行相反過程的解壓縮,再發(fā)往其本地端的PSTN網(wǎng)。這樣,就實現(xiàn)了兩地的實時通信。
六、結(jié)束語
近一兩年多來,IP電話在包括我國在內(nèi)的世界獲得應(yīng)用。中國電信、中國聯(lián)通、中國吉通、中國網(wǎng)通、中國移動等國內(nèi)電信運營公司相繼建成了自己的IP電話網(wǎng)絡(luò)。
IP電話以其低廉的長途電話費受到人們的歡迎,得到了快速發(fā)展,相信,無論是國外還是在國內(nèi),作為給用戶提供的一種選擇,IP電話業(yè)務(wù)必將得到迅猛發(fā)展。也許在將來的10年內(nèi),IP電話將與現(xiàn)有的電信話音網(wǎng)絡(luò)綜合,形成綜合的語音/數(shù)據(jù)/視頻網(wǎng)絡(luò)。
