VoIP的关键技术

2024-05-27

VoIP的关键技术（精选九篇）

VoIP的关键技术篇1

以前,我们依赖公共电话网(PSTN)进行语音通讯,有一条固定的线路分配给双方,这样非常浪费资源。今天我们可以利用VOIP技术在同一条数据线上同时进行数据、语音和传真通讯。IP技术允许许多个用户共用同一宽带资源,改变了传统电话由单个用户独占一个信道的方式,节省了资源,节约了用户使用单独信道的费用。其次,技术和市场的推动,将语音转化成IP包的技术已变得更为实用、便宜。VOIP是Voice over Internet Protocol的缩写,指的是将模拟的声音讯号以数据封包的形式在IP网络的环境进行语音讯号的传输。

1 VOIP技术简介

1.1 VOIP基本原理

VOIP的基本原理是:通过语音的压缩算法对语音数据编码进行压缩处理,然后把这些语音数据按TCP/IP标准进行打包,经过IP网络把数据包送至接收地,再把这些语音数据包串起来,经过解压处理后,恢复成原来的语音信号,从而达到由互联网传送语音的目的,如图一所示。

1.2 VOIP传输过程

传统电话网要求的传输带宽为64kbits/s。而VOIP是以IP分组交换网络为传输平台,对模拟的语音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理,使之可以采用无连接的UDP协议进行传输。基本上VOIP的传输分为下列几个阶段:

(1)语音---数据转换

语音是模拟信号,需要对模拟语音信号进行量化,然后送入到缓冲存储区。许多低比特率的编码器是采取以帧为单位进行编码,典型帧长为10ms-30ms。数字化可以使用多种语音编码方案来实现。

(2)原数据到IP数据包转换

原数据转换成IP包需要对语音包进行压缩编码。网络处理器为语音添加包头、时标和其它信息后通过IP网络传送到另一个端点。IP网络不形成连接,它要求把数据放在可变长的数据包或分组中,然后给每个数据包附带寻址和控制信息,通过网络发送到目的地。

(3)IP数据包在网络中传送

在这个通道中,全部网络被看成一个从输入端接受语音包,然后在一定时间内将其传送到网络输出端。时间可以变化,反映了网络传输中的抖动性。网络中的节点检查每个IP数据包附带的信息,并使用这个信息把该数据包转发到目的地路径上的下一个节点。

(4)IP包数据的转换

目的地接收IP数据并进行处理。网络级提供一个可变长度的缓冲器,用来调节网络产生的抖动。该缓冲器可容纳许多语音包,用户可以选择缓冲器的大小。解码器将经编码的语音包解压缩后产生新的语音包,数据包的处理过程中,去掉寻址和控制信息,保留原始的数据,然后把这个原数据提供给解码器进行解码。

(5)数字语音转换为模拟语音

播放驱动器将缓冲器中的语音样点去除送入声卡,通过扬声器按预定的频率播出。

2 VOIP关键技术

VOIP关键技术包括信令技术、媒体编码技术、媒体实时传输技术、业务质量Qo S保证技术等。

2.1 信令技术

信令技术保证电话呼叫的实现和通话质量,目前被广泛接受的VOIP控制信令体系包括ITU-T的H.323和IETF的SIP、MGCP和H.248,SIP的支持将会成为今后的主流。

2.1.1 H.323协议

H.323是ITU-T的多媒体通信协议系列H.32x中的一个。它提供了基于IP网络的传送声音、视频和数据的基本标准,并为IP网络上的多媒体通信应用提供了技术基础。它最初用于局域网(LAN)上的多媒体会议,后来扩展至覆盖VOIP。

H.323协议族规定了在主要包括IP网络在内的基于分组交换的网络上提供多媒体通信的部件、协议和规程。H.323一共定义了四种部件:终端、网关、网守和多点控制单元。利用它们,H.323可以支持音频、视频和数据的点到点或点到多点的通信。

2.1.2 SIP协议

会话初始化协议SIP是一个应用层控制信令协议。它被用来创建、修改以及终止一个或多个参与者参加的会话进程,可在会话中邀请其它参与者加入(图二所示)。这些会话包括所有Internet上交互式两方或多方多媒体通信活动。参与会话的成员可以通过组播方式、单播连网方式或两者结合来进行通信,可以用UDP或TCP作为其传输协议。

SIP网络采用Internet的Client/Server的工作方式。SIP中有两个要素:用户代理(User Agent)和网络服务器(Network Server)。用户代理又分为用户代理客户端(UAC)和用户代理服务器(UAS,其中UAC负责发起SIP呼叫请求,UAS负责对呼叫请求做出响应。网络服务器是处理与多个呼叫相关联信令的网络设备)。

SIP采用文本编码格式,其消息分为两种:UAC到UAS的请求(Request)和UAS到UAC的响应(Response),消息包括消息头和消息体两部分。

SIP协议基本功能

(1)用户定位:检查终端用户的位置,用于通讯;

(2)用户有效性:检查用户参与会话的意愿程度;

(3)用户能力:检查媒体和媒体参数;

(4)建立会话:在呼叫方和被叫方建立会话参数;

(5)会话管理:包括发送和终止会话、修改会话参数、激活服务等。

2.1.3 语音编码技术

语音的编码及压缩技术是VOIP服务的关键技术之一,采取的编解码算法和压缩技术直接影响到VOIP的语音质量。语音编码器的主要功能就是把用户语音的PCM(脉冲编码调制)样值编码成少量的比特(帧),然后经过专门的DSP芯片进行数据压缩,最后再形成IP包数据的形式,以适合IP网络上的传输带宽。在接收端,语音帧先被解码为PCM语音样值,然后再转换成语音波形。ITU-T在G系列建议中已经公布了一系列语音编码协议,目前最常见的有G.711、G.723.1、G.726、G729和G.729A。

语音编码器分为三种类型:(1)波形编码器;(2)参数编码器;(3)混合编码器。

波形编码技术力图使重建语音波形保持原语音信号的波形形状,即在编码端以波形逼近为原则对语音信号进行压缩编码,解码端根据这些编码数据恢复出语音信号的波形。它具有语音质量好、适应能力强、抗噪性能高等优点。波形编码不适应于低速话音编码,一般属于中高速编码。

参数编码器是将语音信号用某种模型表示,仅仅对表示语音特征的参数进行编码。它力图使重建语音信号具有尽可能高的可懂性,从听感角度注重语音本身的重现。它通常都是基于某种语音产生模型,在编码端分析出该模型参数并选择合适的方式对其进行高效率的编码,解码端则利用这些参数和语音产生模型重新合成语音。参数基编码一般属于中低速编码,语音质量较差,而且对环境噪声比较敏感。

混合编码融入了波形编码器和参数编码器的长处,它的另一特点是它工作在非常低的比特率。混合编码器采用合成分析,它是在VOIP中常用的语音编码器。下面主要介绍G.729和G.711。

(1)G.729

G.729编码器是为低时延应用设计的,采用对称结构代数码激励线性预测CELP算法,它的比特率为8kbps,帧长1Oms,处理时延也是1Oms,再加上sms的前视,这就使得G.729产生的端到端的时延为25ms。G.729又有不同的补充协议,如G.729A和G.729A/B。这两个版本互相兼容但它们的性能有些不同,复杂性低的版本(G.729A)性能较差。两种编码器都提供了对帧丢失和分组丢失的隐藏处理机制。G.729A/B主要用于数字蜂窝网和分组交换网,这种编码方式在一定的背景噪声下语音质量较好。

(2)G.711

G.711是使用最为普通的语音编码技术,属于波形编码器。其输入数据直接来自PCM,采样率为8KHZ,编码速率为64kbps,帧长度为125us。G.711有两种类型:A律和u律。u律编码器将14位线性PCM采样成8位压缩的PCM,主要用在北美和日本;而A律将13位的线性PCM采样成8位压缩的对数形式,用于其它大多数国家,A律是特别设计用来方便计算机处理的。两者之间的区别主要在于非均匀量化的方式上。G.711编码器由于编码速率高,所以获得的话音质量最好。

2.1.4 媒体实时传输技术

媒体实时传输技术主要是采用实时传输协议RTP,RTP协议是针对多媒体数据流的一种传输协议。RTP协议包含两个密切相关的部分,即负责传送实时多媒体数据的RTP和提供Qo S与传递相关信息的RTCP。RTP协议的目的是提供实时数据的端到端传输服务,因此在RTP中没有连接的概念,所以它可以建立在底层的面向连接或面向非连接的传输协议之上;RTP也不依赖于特别的网络地址格式,而仅仅只需要底层传输协议支持帧和分段就足够了。通常RTP的协议数据单元是用UDP分组来承载的,RTP包括数据和控制两部分。RTP提供了时间标签和控制不同数据流同步特性的机制,可以让接收端重组发送端的数据包,提供接收端到多点发送组的服务质量反馈。

RTCP控制协议需要与RTP数据协议一起配合使用,当应用程序启动一个RTP会话时将同时占用两个端口,分别供RTP和RTCP使用。RTP本身并不能为按序传输数据包提供可靠的保证,也不提供流量控制和拥塞控制,这些都由RTCP来负责完成。通常RTCP会采用与RTP相同的分发机制,向会话中的所有成员周期性地发送控制信息,应用程序通过接收这些数据,从中获取会话参与者的相关资料,以及网络状况、分组丢失概率等反馈信息,从而能够对服务质量进行控制或者对网络状况进行诊断。

同TCP/UDP这些传统的传输协议不同,RTP协议有着完全不同的协议设计思想,从某种意义上说RTP协议是一个不完整的协议,是一个很容易扩展的协议,这是因为它的设计采用“集成处理”和“应用成帧”的思想。所谓“集成处理”是指RTP一般是由应用层结合其它应用程序一起集中处理的,而不是作为一个单独的协议层来处理;而“应用成帧”指的是RTP只规定所有应用都需要的功能,不像其它协议那样通过任选机制等办法提供全面和完备的功能。

2.1.5 服务质量(Qo S)

VOIP中网络传输技术主要是TCP和UDP,此外还包括网关互联技术、路由选择技术、网络管理技术以及安全认证和计费技术等。由于实时传输协议RTP提供具有实时特征的端到端的数据传输业务,因此VOIP中可用RTP来传送话音数据。

传统的IP网络主要是用来传输数据业务,采用的是一种无连接的尽力而为(do best effort)的服务方式,没有相应的控制结构,无法提供保证质量(Qo S)的通信服务。然而类似语音、可视电话等这类实时型业务,对网络的Qo S提出了特定的要求。如何保证对这些实时业务提供Qo S,已经成为当前IP网络发展中的一个十分重要的问题。传统Internet已经不能适应IP电话等实时多媒体业务的需要。为此IETF提出了数种支持Qo S的技术解决方案,主要有:综合服务模型(Int Serv)/资源预留协议(RSVP)、区分服务模型(DiffServ)等。

(1)综合服务模型

综合服务模型的基本思想是“所有的流相关状态信息应该是在端系统上”,它基于每个流(单个的或是汇聚的)提供端到端的保证或是受控负载的服务。

综合服务模型以RSVP协议为基础。RSVP协议是一种信令协议,是为改善网络对业务流的控制能力而设计的资源预留协议,其主要目的正是改善IP网络对Qo S的支持能力。

工作时,发送端给接收端发送一个PATH信息,以指定通信的特性。沿途的每个中间路由器把PATH信息转发给由路由协议决定的下一个节点。当收到一个PATH信息时,接收端做出的反应是用一个RESV信息为该业务流请求资源,包括带宽、时延等。沿途的每个中间路由器可以拒绝或接受RESV信息请求。如果请求不符合要求,路由器将发送一个差错信息给接收端,并且中断信令的处理过程。如果请求被接受,就按照事先的约定,为该流分配链路带宽和缓冲区空间,并且把相关的业务流状态信息装入路由器中。网络在传送过程中为每一个流维护状态,同时,基于这个状态执行报文的分类、流量监管、排队调度等。用户通过Int Serv/RSVP协议向网络请求满足特殊服务质量要求的缓存和带宽;中间节点利用RSVP数据传输通路上建立起资源预留并维护该通路,以实现相应的服务质量。

由于综合服务的基于单个流的操作机制需要通路上的各路由器保持每个业务流的状态信息,使得网络的可扩展性和健壮性受到影响,对骨干网的处理能力是个巨大的考验。因此,IETF又提出了区分服务(Diff Serv)模型。

(2)区分服务模型

Diff Serv是一个起源于Int Serv,但相对简单、粗划分的控制系统。它取代了IP服务类型字段改名为DS,DS包含6bit的Per-Hop Behavior以及2bit的备用比特,PHB的不同取值代表了业务的不同Qo S要求。区分业务主要通过两个机制来完成不同Qo S业务要求的分类:DS标记和一个包转发处理库的集合———PHB。通过对一个包DS字段的不同标记,以及基于DS字段的处理,就能够产生一些不同的服务级别。

Diff Serv的工作流程如下:用户事先与ISP签定一个服务等级协议(SLA),明确所支持的业务级别以及在每个业务级别中所允许的业务量。用户可以标记自己的DS编码标记(DSCP)以指定Qo S的服务,也可以让边缘路由器根据多字段MF(Multi Field)分类来标记。

在ISP的入口,包被分类、计量、标记,也可能被整形。在边缘路由器,所有的分类和整形规则均依据SLA,并按照SLA分为不同的行为聚合BA(Behavior Aggregation),每个行为聚合都由DS编码点标记。这些操作所需要的缓冲空间也依据SLA确定。在Diff Serv的核心路由器中经过粗颗粒化的数据流进行调度分配路由。当一个包从一个域进入另一个域时它的DSCP可能会被重新标记,这由两个域之间的SLA确定。区分服务模型完全不同于综合服务模型,其优点是层次简单、可扩展性好,而且便于实现,因而得到了广泛的应用。

目前,影响VOIP语音通信质量的主要问题是时延、抖动和分组丢失。

(1)时延是指发送方语音到达接收方并被还原成连续语音的传输时间。时延主要是由传输路径上各节点的正常处理、通信节点之间的距离、网络堵塞、包丢失及重传等因素引起的。如果时延超过50ms,就会产生“回音”和“语音交迭”,从而严重影响通话质量。

(2)抖动是指采用VOIP技术的语音包从发送方到达接收方的传输时间无法精确控制,它是由网络本身性能及网络承载的瞬时通信量引起的。不同的网络状况产生的随机抖动也不同,甚至接收到的语音包和发送的语音包的次序不同。目前采用的抗“抖动”技术主要是增加或插入一个既能抗“抖动”,又不至于影响通话质量的最佳时延,来保证所接收的VOIP语音包的次序是正确的。

(3)对于基于包交换的网络,分组丢失是很正常的,它除了与网络的物理链路性能有一定的关系之外,另外一个影响分组丢失的主要因素就是网络分组转发和调度规则。通常的解决办法是通过“重新发送该数据包”的重发机制来实现的。一些常用的提高Qo S的技术措施包括媒体编解码技术、纠错恢复技术、资源预留技术、语音优先技术、静音抑制技术、回音消除技术等。

3 结束语

在传统电话网的业务不断发展的情况下,VOIP不仅指提供双方会话的传统网络电话技术,而且是包含话音、图像和数据、支持各种智能业务的双方及多方多媒体的通信技术,因此VOIP技术是目前综合业务中最具前景的多媒体应用。

摘要：本文简要介绍了VOIP技术及其产生的技术背景,阐述了VOIP技术涉及到的关键技术。

关键词：VOIP,信令,语音编码,会话初始化协议,服务质量

参考文献

[1]罗华.VOIP关键技术及应用[J].现代计算机,2001,(10):22-24.

[2]毛六平.VOIP技术及其关键问题[J].长沙电力学院学报(自然科学版),2001,16(3):37-38.

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[4]曹玖新.VOIP实现技术研究[J].计算机工程,2000,26:497-500.

[5]夏泽华.IP电话的话音质量保证技术[J].通信世界,2000,(1).

VoIP的关键技术篇2

[系统概述]

VoIP，即VoiceoverIP，它是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术，其基本原理是：通过语音压缩算法对话音进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包，经过IP网络或Internet，把数据包传输到目的地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送话音的目的，可以提供可预测的、实时的、长途电话质量的语音和传真通信服务。对于分散在各地并且想在长距离的公司内部通信上节省费用的公司，VoIP是理想的选择。

[系统原理]

通过IP网络传递语音、视频信号将是今后IP网络应用发展的趋势之一。VoIP技术能在进行异地网络互连的同时，实现通过IP网络传输语音，既可以节省大量的长途话费，更可以在公司内部实现零费用IP电话。而应用网关系统是VoIP系统的重要组成部分，不仅完成主要业务层的实现工作，还是一个功能强大的交换平台。通过应用网关，企业的各个系统被有机地连接在一起，此外，通过应用网关，

企业还很容易地连接外部网络或特定的主机，应用网关与多种功能强大的后台支持系统连接的功能，可以方便企业不断开发出新的服务品种，不仅可以方便客户、树立企业形象，同时也为企业带来了新的业务增长点，

[系统框图]

[系统配置]

网络服务器：机箱IPC-8621/主板FSC-1611VD2N/CPUPIII850/内存256M/硬盘300G

防火墙：机箱IPC-8205/主板FSC-1611VD4N/CPUPIII800/内存128M/硬盘40G

语音网关：机箱IPC-810/主板IPC-370VDF/赛扬733/内存128M/硬盘20G

[系统评价]

1、系统可以通过全面的数据网络，快捷高质的服务，同时还把总的通信成本降低至65%，为使用该系统的公司节约了大量的通信费用。

2、初次投入成本低，升级换代容易，维护简便。

简介基于宽带互联网的VoIP技术篇3

关键词：VoIP；Softswitch；ZXSS10 SS1

中图分类号：TN916.2 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）27－0057－02

1 语音业务的发展道路

PSTN网作为语音业务发展的一个重要阶段，经历了相当长的时期。为用户提供服务，也为电信运营商带来了巨大的收益。

随着Internet的出现和发展，在数据网上提供语音业务成为可能，也为运营商提供了新的低成本的投资点。

以H.323网络为主体的VoIP技术在建设初期利用数据网资源解决了部分语音长途业务。

随着网络的进一步发展，采用Softswitch为核心的全新宽带语音技术已成为新的构建下一代网络的主流方向。

2 VoIP技术的两个发展阶段

第一阶段：采用H.323作为骨干数据网的VoIP技术。

在VoIP技术发展的初期，该方案确实具有实际的应用价值，并起到了积极的推动作用。但它在设备互通与业务提供上具有不可避免的局限性，同时，随着VoIP技术的不断发展成熟，其技术愈显陈旧，作为网络的体系框架已不可能满足新一代网络建设的需求。

第二阶段：以Softswitch为控制核心的新一代宽带语音技术。

该方案采用了分层的网络架构，具备全面的开放性。在综合接入能力、业务提供、网络管理、用户认证、鉴权和计费等方面有明显的优势。在构建新一代网络的同时，它充分考虑到现有各种网络的平滑过渡，集语音、数据、多媒体等业务为一体，真正实现业务的客户定制化。

3 Softswitch语音解决方案的先进性

Softswitch体系结构是面向网络融合的新一代多媒体业务整体解决方案，在继承的基础上实现了对目前在各个业务网络（如PSTN/ISDN、PLMN、IN和Internet等）之间进行互通的思想的突破。它通过优化网络结构不但实现了网络的融合，更重要的是实现了业务的融合，使得包交换网络能够继承原有电路交换网中丰富的业务功能，同时可以在全网范围内快速提供原有网络难以提供的新型业务。

可以说，Softswitch向着个人通信的终极目标——在任何时间（Whenever）、任何地点（Wherever），以任何方式（Whatever）和任何人（Whoever）实现通信——迈出了重要的一步。

4 Softswitch 的网元

4.1 Softswitch

作为系统的控制核心，完成协议适配、呼叫处理、资源管理、业务代理等，并作为系统的对外接口完成和其他系统的互连互通功能。

Trunk Gateway：在Softswitch的控制下，完成媒体流转换等功能，主要用于中继（SS7信令）接入。

Signaling Gateway：完成电路交换网（基于MTP）和包交换网（基于IP）之间的SS7信令的转换功能。

4.2 Access Gateway

在Softswitch的控制下，完成媒体流转换和非SS7信令处理等功能，主要用于终端用户/PBX接入、无线基站接入和中继（非SS7信令）接入。

Integrated Access Device：完成用户端数据、语音、图像等多媒体业务的综合接入功能。

Media Server：作为一种资源平台，为全网提供包括IVR、Conference等资源。

4.3 Application Server

利用Softswitch提供的应用编程接口（API），通过提供业务生成环境，完成业务创建和维护功能。

4.4 Policy Server

完成策略管理的设备。所谓的策略就是规则和服务的组合，其中规则定义了资源接入和使用的标准。

5 Softswitch的业务提供方式

软交换设备自身提供：①应用服务器方式。设置新的应用服务器，通过开放的标准API与Softswitch控制设备交互，完成业务的提供和生成。②SCP互通方式。为了平滑过渡和利用已有资源，Softswitch可作为“虚拟SSP”使用，仍然支持以智能网方式提供业务。

6 ZXSS10 SS1简介

在ZXSS10系统中：C5的本地接入功能和C3/C4的市话/长途汇接功能完全一体化解决，无需另加任何设备；对语音（包括固定网和移动网）、数据、多媒体基本呼叫处理进行统一控制；语音、数据、多媒体增值业务可以按照完全相同的方式提供，适用的用户取决于其所使用终端的能力。

ZXSS10 SS1的软件系统分为三个层次：协议适配层：完成与外部设备（如SG、MG、数据终端、Media Server和对等实体）的互通；呼叫控制层：完成基本呼叫和多方呼叫过程的控制，以及对网络资源的管理；业务接口层：完成与业务层设备（应用服务器和SCP）的接口管理。

通过扩充协议适配层，增加新的协议栈，即可完成对新的网关或终端设备的接入，从而实现对新的业务类型在协议方面的支持。

呼叫控制层在逻辑上是独立于具体的用户类型和接入方式的，它与协议适配层之间采用统一接口通信，从而做到语音、数据和多媒体呼叫的统一控制。

业务接口层的作用是对业务设备完全屏蔽网络的实际形态，使后者可以只关心业务逻辑，为NGN的网络和业务的独立运营奠定了基础。

硬件平台：ZTE Softswitch的硬件平台是分布式的多处理器系统，重要部件均为热备份。相对于商业的硬件平台而言，其处理能力得到了较大的提高，性能的提升也是不言而喻的。

软件平台：ZTE Softswitch的软件平台是分布式实时多任务操作系统。与Unix或NT等非实时操作系统相比较，其性能及可靠性大大提高。

设备的电信级可用性：ZTE Softswitch是基于电信级应用设计和实现的，具有完善的备份和切换能力、强大的扩展能力和灵活的单板混插/热插拔能力。而商业平台方式难以实现上述特性。

参考文献

1 舒华英、李勇.VOIP技术与应用［M］.北京：人民邮电出版社，2003

2 ［美］戴维森.VoIP技术架构（高艳译）［M］.北京：人民邮电出版社，2008

On VoIP Technology Based on Broadband Internet

Chen Xi

Abstract: With the continous development of technology, the voice services are constantly upgrading. The article discusses the development status of voice services, the superiority of VoIP technology, and then briefly introduces ZXSS10 SS1.

基于WLAN的VoIP技术的应用篇4

随着Internet及多媒体技术的逐步成熟,VoIP应用的扩展。尤其是由于WLAN(无线局域网)芯片功耗降低,可应用自由开放的工业频段,频率资源不需交费,基站成本低等优势明显,VoIP和WLAN的开发应用已成为业界关注的焦点。VoWLAN(Voice over WLAN)系统能在IP上实现移动语音和数据的连接,为我们展现出语音和数据融合移动世界的美好前景[1]。

2 VoIP VoWLAN的基本概念

2.1 VoIP的概念

Vo IP(Voice over IP)是一种可以在IP网络上传输语音信号的一项技术。利用基于路由器的IP分组交换网络实现语音交换。它藉由一连串的转码、编码、压缩打包等程序,使得语音数据在IP网络上传输到目的端再经由相反的程序等一系列处理,在IP网或互联网上实现语音通信[2]。

2.2 VoWLAN的概念

(1)VoWLAN(voice over wireless local area network)被认为是VoIP和WLAN的有机结合,但不是简单的组合,可通过WLAN实现无线VoIP的通信能力。

(2)VoWLAN的应用有两种形式:一种是通过接入点(AP)的语音信号传输到Vo IP网关,该网关是原来的有线网关,这样语音数据在IP网络和PBX之间传输。这种方式使传统的有线办公和住宅电话的功能都能在V o W L A N中实现;另一种V o W L A N是基于软件的电话,即softphone,这可在Internet上直接传输语音数据[3]。

3 应用前景

3.1 由于网络宽带化,IP已成为整个电信网发展的必然趋势,因为在WLAN网络实现无线VoIP通话可以充分利用网络资源,降低每次呼叫成本,从而节省企业总体IT费用。住宅用户也通过与宽带802.11无线网络相连的Vo IP电话降低话费。

3.2 VoWLAN主要针对一些特殊行业,包括企业市场、家庭/SOHO(小型办公室和小型家庭办公室)。V o W L A N对企业的优势在于充分利用原来的IT资源,提高了工作效率,节省了企业的通信费用。家庭/SOHO市场由于受VoWLAN终端费用仍较贵的影响,应用受到限制,但已有运营商为用户提供低价终端或softphone。

最渴望应用V o W L A N系统的客户包括零售、仓储、制造业、机场、教育和医疗单位等,例如VoWLAN可让医院工作人员把V o W L A N手机作为寻呼机或者电话使用,而且可作为查阅病案的工具。连上WLAN的笔记本电脑让专业人员能在移动中存取资料。此外使用者还可以加入电话会议,甚至利用摄像头进行视频会议[4]。

4 VoWLAN所面临的问题和解决的方法

4.1 服务质量(QoS)保证

(1)由于Vo IP为实时性业务对Qo S的要求高,QoS是IP网络技术能否成为未来承载网络技术的关键。

(2)语音对时延的抖动等非常敏感,于是在WLAN系统中提供QoS保证技术极为重要。

4.1.1 影响QoS的主要因素

(1)在VoWLAN系统中,由于无线链路引入了串扰和多径传播的衰落和色散等导致传输时延、数据包丢失和抖动等都影响QoS,尤其在高负载条件下影响更大。

(2)由于在无线局域网中语音容量受限,以及IEEE802·11MAC协议的效率不高,VoWLAN系统开销巨大相关算法不完善等都有不能保证语音业务的QoS。

4.1.2 解决QoS保证的方法

(1)为改进MAC层协议,IEEE802.11e标准采用混合协调功能(HCF),HCF支持优先级及参数化QoS,提出服务等级概念,在一个结点中,可有8个优先级排列;另外802.11e还利用发送机会(TXOP)方法来控制媒体访问及访问时间。

(2)针对WLAN语音服务的容量受限和IEEE802.11MAC效率不高,已有研究者提出几种方法,如循环移位、点站移除选择和通话准入控制算法等,提出对语音数据的多路复用,确定性的语音优先权接入控制和减少开销来提高Qo S。为减少开销,该研究提出将传送给某个站点的所有物理层和M A C层的开销聚集起来,然后通过M A C层一个帧传送,就可减少物理层和MAC层的开销[5]。

4.2 移动性

4.2.1 移动性支持受限

一方面由于.IEEE802.11协议并没有提供一种有效的切换算法,当VoIP结点的移动跨越于不同网时,即移动到不同的IP网段,这时光靠上一节的链路层切换是不能解决问题的;另一方面由于.IEE802.11网络的覆盖范围有限,当V o I P结点移出V o W L A N时,通话就会中断。因此V o W L A N的移动以及W L A N网络间的漫游是一个极为复杂的问题。

4.2.2 移动性支持受限的解决方法

为解决W A L A N网内A P间的切换问题,提出了相关标准.IEEE802.11,使用户不必在新的接入点时进行重新验证,并避免呼叫中断。WLAN与蜂窝网间漫游,采用Mobile IPV6解决。当用户进入有WLAN信号区域,蜂窝电话就自动连接到WLAN网络,继续进行语音通信,目前已有运营商推出基于UMA的3G/WiFi双模手机,可实现在不同无线网络之间的无缝漫游。

4.3 安全性

V o W L A N安全性的隐患原因:

4.3.1 由于VoIP和WLAN两大技术都存在安全保障技术隐患;另外因为WLAN网络的开放性和脆弱性,IEEE802.11标准不能支持安全问题。

4.3.2 安全性的解决方法

(1)首先要加强网络的基础设施,要管好访问控制,域间切换要采用统一标准,各运营商间的可互操作性要落实。

(2)按IEEE802.11i标准(TKIP)执行,采用RC4加密算法与其他机制来消除WEP协议中潜在的安全漏洞[6]。

(3)Vo IP安全联盟负责VoIP网络安全研究,并发布相关信息,随着新标准的制定和获得批准,VoWLAN的安全性将更趋可靠。

5 结束语

V o W L A N系统因其具有良好的标准性、互通性及成本低等优点,已受到业界广泛关注,尽管目前该系统的应用标准和技术尚不够完善,但潜在优势是十分明显的。随着网络及通信技术的进步,相关标准的制定,相关算法水平日趋提高,特别是无线技术的创新和集成,使多种无线技术(蜂窝、WLAN、WiMAX等)之间的语音漫游问题得到解决,基于UMA的3G/WiFi双模手机的出现,将扩大移动用户的应用模式,运营成本将进一步降低,这时VoWLAN用户及运营商都会有良好的应用前景。

参考文献

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浅谈VoIP的Qos技术及实现篇5

对比语音传输的两种承载网:PSTN和IP网络,后者的建设力度和发展潜力比前者要大的多。对各大电信运营商而言,VoIP技术带来了通话以外更多的增值服务,如:可视电话、可视电话会议、远程医疗等,衍生了更多的业务增长点。对用户而言,一方面可以享受更加丰富的服务;另一方面,基于IP网络的通话费用更低,用户可以得到实惠,VoIP是具有诱人的应用前景的。

语音在IP网络上传输不同于PSTN语音传输,它通过采取一定的编码方式,在基于无链路的端到端分组服务的IP网络上传输。传统的IP网络传输是基于尽力而为的传输方式,这种传输方式难以满足语音传输需求。语音传输需要考虑以下因素:

1.1 带宽

将语音封装成数据包后在IP网上传输需要网络预留一定的带宽。传统电话使用的G.711(PCM)对语音带宽需求64Kbps,加上二、三层封装头部,即一路语音所需要的实际带宽大致要80多Kbps。如果采用压缩的编码方式G.729,则大致需要带宽20多Kbps。采用低速的的编码方式可以降低语音传输带宽需求,但使用有损的压缩算法,降低了语音质量,引入了更大的延时。

1.2 延时

根据人体工程学的对语音通话的研究,话音的发起者到接收端所经过的时间超过100ms,会带来语音的变形和会话的中断,使通话不自然,语音流量的建议延时上限为150ms。而延时主要由以下4部分组成:

1)传送延时:指通过网络路径上的所有网络设备的时间;包括设备同步一个分组所花的时间,以及从收到分组到开始传输的时间(通常小于10μs),前者取决于链路带宽和分组大小,后者主要取决于硬件。

2)传播延时:一个数据位由发送方到接收方经过传输介质所花的时间;传播延迟取决于传输距离与传输介质。

3)包转化延时:编码器进行数模转化的时间。

4)抖动缓冲延时:接收端用来保持一个或多个接收的数据包的时间,用来克服数据包到达时间的变化,也就是克服抖动产生的延时。

1.3 抖动

也称延时的变化,是指在一个呼叫过程中所有发送的数据包到达的时间差异。当抖动过大时,通话时听到的字词不清楚或错误,如果抖动值超过50MS时,被认为是极差的语音质量。通过增加抖动缓冲可以减少抖动带来的影响,但相应的也增加了网络延时。

1.4 丢包

发送端发送的数据包和接收端接收的数据包数目的差值成为丢包数,丢包的主要原因是发生网络拥塞。由于VoIP采用的是RTP(实时传输协议)进行传输,虽然RTP具有检查数据包的排序和丢失功能,但不具有重传机制,且重传对这种实时要求极高的语音流量意义不大。少量的在通话过程中随机分布的丢包对通话影响不大,但连续性的大量丢包是语音传输所不能容忍的。同时,丢包还浪费了经过丢包网络设备前所耗费的网络资源。

如何合理地解决以上这些问题,是VoIP应用的关键。VOIP技术的应用其实涉及到多种技术,如:编解码技术、解压缩技术、媒体实时传输技术、服务质量保证技术、网络传输技术、拥塞检测技术等等。而该文研究的目标主要针对VOIP网络的QOS,即服务质量保证(QOS)技术。QOS是网络的一种安全机制,用来保障关键业务的网络服务质量。服务质量保证是相对于网络业务而言的,在固有的网络资源环境下,在保障某种业务服务质量的同时必然会对其他业务的服务质量有所损害。

随着骨干IP网络的大力建设,用户接入网速不断提速,现今的网络资源较过去已丰富很多。那么我们作这样一个假设,假如将来的网络带宽是现在的几倍甚至十几倍,是否就不需要QOS(服务质量保证)技术了呢?答案是否定的,因为抢占网络资源是避免不了的,网络资源总是有限的;只要存在抢占网络资源,就有服务质量保证需求。

2 IP QoS

IP QoS技术是实现VoIP QoS的核心技术,基于IP网络的语音通信始于第三层,因此只有该层的IP协议才能保障其端到端的通信质量。其实,在IP网络设计之初,如何保证服务质量这个问题已经被设计者们预见到了。在IP数据报头中第2个字节预留了1个字节TOS(Type of Service)服务类型,只不过在早期人们很少用到。随着类似保证语音通信质量这种问题的突出,TOS已被越来越多地用来表示QOS,并成为在internet上传送区分服务(DiffServ)的主要机制。

目前在IP网络上部署QOS提供三种模型:

2.1 尽力而为式服务模型(Best-Effort service)

该模型是IP网络QOS缺省服务类型,是最简单的服务类型。网络尽最大的可能发送报文,该模型不提供任何服务质量保证,因此不适用于VoIP。

2.2 集成式服务模型(Integrated service,简称IntServ)

2.2.1 IntServ的组成

1)RSVP(Resource Reservation Protocol)资源预留协议,即信令协议

2)准入控制,判断当前节点是否有足够资源响应QOS请求

3)分类控制,决定数据分组的通信服务等级

4)调度程序,根据服务等级进行排序

2.2.2 IntServ的实现过程

为了方便对IntServ的实现过程的描述,假设一个网络模型,该网络上的所有节点包括语音通话发送端(源节点)和接收端(目标节点)都支持RSVP。首先,由源节点发送PATH消息,该消息包含源节点到达哪个目标节点,需要预留多少资源等信息;每个中间设备都会保留这些信息,并通过路由表找到接收方发送更新信息。当消息依次传递直至目标节点,目标节点接收到PATH消息后,如果同意资源预留请求,则回送RESV消息。在回送RESV消息时,每个中间节点会通过准入控制和策略控制来判断能否以及如何满足资源预留请求。最后,当源节点接收到RESV消息时,所有经过节点会将资源进行预留。

2.2.3 IntServ的语音应用

IntServ这种模式通过RSVP与终端应用交互,对不同要求的服务质量提供其满足要求的服务等级,理论上能够绝对保证QoS,从这个角度考虑,它是适用于VoIP的。而基于IntServ的模式要求端到端的每一台设备检查每一个进入的数据包并保证其相应的服务,设备必须维护每一条流的状态信息,但在真实的internet上存在着成千上万的流,在骨干网上部署INTSERV难以实现的。同时,由于INTERV要求源节点到目标节点的所有节点(设备)都支持所实施的信令协议RSVP,并且具备提供资源预留所必须的准入控制、分类控制、调度能力。一旦中间某个节点不具备以上条件,无法实现真正意义的资源预留。RSVP的应用具有局限性,但RSVP为IP网络上的语音传输保障开辟了新的思路,并且通过RSVP预留一定带宽能满足多路相对低带宽需求的IP语音通信,还是具有一定的应用前景。

2.3 区分服务模型(Differentiated service,简称DiffServ)

DiffServ模型是一个多服务模型,它可以满足不同的QoS需求,DiffServ提供一个框架,服务提供商可为客户定义各种不同服务,并根据性能来区分每一种服务。客户只需将数据包的DSCP(Differentiated Services Code Point)区分服务码点标记为特定值,就可以选择每个数据包的性能等级,这个值指定了数据包在服务提供商网络中的PHB(Per Hop Behaviors)每跳行为。

DiffServ在网络边缘根据数据流量某类特征对数据流量进行分类。网络服务提供商通过定义数据包传输的重要特征(如延时、抖动、吞吐率、丢包率等)或者使用访问网络资源的相对优先级来表征服务,服务被定义以后,提供这种服务的所有网络节点被指定一个PHB,并给PHB分配一个DSCP,服务提供商网络中所有网络节点都将根据分组的DSCP字段来遵守PHB。

DiffServ的工作流程如图1。

2.3.1 DiffServ的具体实现

从图中可以看出,DiffServ的工作流程大体可以分为4步:

1)分类和标记

分类:根据数据入接口、源/目的IP地址、源/目的端口号、协议号等进行通信数据流中的数据分类,最常见的方式是根据DSCP/IP Precedence字段进行分类。DSCP为46(101110)或Precedence为5(101)默认代表语音流量,常用的相关技术有ACL、NBAR。

标记:根据通信的分类类别来写或改写分组中的DSCP/Precedence字段,常用的相关技术有PBR、CBMarking。

2)整形和监管

整形(Shaping)和监管(Policing)主要是为解决单点对多点的通信模型中引发的速率不匹配、拥塞等问题。整形和监管在排队前引入了“令牌桶”的机制,在单位时间内发放一定数量的令牌,只有拿到令牌的数据才能进行排队;对于没有拿到令牌的数据,整形的处理方式为放入缓存,监管的常见处理方式为丢弃,都可以达到限速的目的。整形和监管的实现引入了队列机制,监管和整形相比使用更为灵活。整形的代表技术有GTS,监管的代表技术有CAR。

3)拥塞避免

当出现拥塞时,网络默认采用的是尾丢弃的处理方式。尾丢弃容易导致TCP同步以及TCP饿死情况,采用RED(Random Early Detection)早期随机检测可以减轻上述两种情况对网络传输的负面影响。在RED算法中,为每个队列设定低限和高限:当队列长度小于低限时不丢弃;大于高限时全丢弃;当队列长度处于低限和高现之间时,随机丢弃到来的报文,默认为百分之十。RED是一种积极队列管理算法,使得路由器能在队列溢出前针对性作为。

RED的加权版本WRED允许根据分组的优先级(DSCP/IP Precedence)对分组丢弃行为区分对待,从而区别不同流之间的QoS。通过WRED的配置,可以降低网络出现拥塞时对高优先级流量(如语音)的影响。

4)队列技术

根据队列的分类方法、加队技术、调度机制的的不同定义不同的队列机制。常见的队列机制有:FIFO(先进先出队列)、PQ(优先级队列)、CQ(定制队列)、WFQ(加权公平队列)、CBWFQ(基于类的加权公平队列)、LLQ(低延迟队列)等。

队列技术在网络设备上的应用是随处可见的,一般在接口速率高于E1(2.048mbps)的接口上默认采用FIFO,在接口速率低于或等于E1的接口上默认采用WFQ。在队列技术中,PQ、WFQ、CBWFQ都具有其适用于语音传输的技术特点。PQ的调度总是优先传送高优先级的队列数据,它能保障语音传输的优越性;但对其它数据而言可能导致低优先级数据流始终没有传输机会,通用性较差。WFQ基本思想是让小的数据包先传输,大的数据包后传输,通过优先级对所有数据包进行宏观调控,它是基于流自动分类的,适用于传输数据的大多数情况,并且能与RSVP联用;但它的分类和调度机制使它无法区分有特殊需求的流量(如语音)及无法提供带宽分配与延时保证。CBWFQ保留了WFQ的通用性,同时提供了手工分类的机制,使区分语音流量成为了可能,语音通信使用的RTP实时传输协议默认UDP端口号范围是16384~32767,队列技术可以通过此来完成语音流量识别,并可为其设置所需的带宽;但CBWFQ调度上尽管为特定流量分配了带宽,但与其他队列在出口调度采用轮询机制,无法提供严格的延时与抖动保证。LLQ可以称为具有严格优先级队列的CBWFQ,可以看成是PQ和CBWFQ的集合体,兼有了这2种队列的特点,LLQ可以为语音提供类似于PQ的单个优先级队列,同时也为其他数据提供了类似于CBWFQ的队列机制。

即使是LLQ,也不能在语音分组到达优先级队列时立即传输它,因为它需要完成正在传输的分组的调度工作。在CBWFQ队列中传输的数据分组可能很长,语音通信分组受长数据分组影响延迟变长。这种延迟在低速接口出现的可能性更大,可以在低速接口配置MLPP(多链路点对点)分段将大数据分组分割,将语音流量插入到分割后的大数据分组之间以减小延迟。此外,WFQ采用的是总线体系结构的资源分配调度算法,适用于使用交换结构进行分组交换的大多数网络设备,部分网络设备采用的是MWRR(改进的加权循环算法)和MDRR(改进的差额循环算法),其调度行为和WFQ相似。

3 QoS扩展

IP qos能保障internet上的大部分链路,但除了3层的QOS保障外,还需要一些数据链路层或其他技术支持QOS,并使之与IP qos相关联,从而提供端到端的服务保证。如ATM、帧中继、MPLS以及以太网等。

3.1 MPLS QoS

MPLS(多协议标记交换)使用第3层转发信息启动第2层分组交换,可以应用在多种链路,如:PACKET-OVER-SONET、帧中继、ATM以及以太网。在数据进入MPLS网络前,使用IP优先级提供IP QoS。在MPLS网络的入口,IP优先级信息复制为服务类(CoS)或在MPLS第2层标签中设置合适的MPLS CoS值用来提供区分服务。在MPLS网络内,根据设置的MPLS CoS字段使用IP QoS功能WFQ和WRED对通信服务进行区分并提供端到端的QoS。

另外,可以使用基于MPLS的VPN提供基于CAR和CDR的QoS功能和区分QoS,保证带宽隧道用来保证VPN QOS。

3.2 以太网QoS

以太网交换转发速率相对较快,因此QOS的支持不是很丰富,但是也提供了一定的OQS保证。在某些交换机上提供了WRR加权轮询的工作机制,提供一个类似于PQ的EXPEDITE QUEUE,使用precedence/COS字段提供区分服务。在更高层的交换机上同时也提供诸如WRED等IP QoS技术。

3.3 ATM/FR QoS

作为一种面向连接的技术,ATM提供对QoS提供强有力的支持,而且可以基于每个连接提供特定的QoS保证。因此,请求连接的节点可以向网络提出特定的QoS要求,并在连接的生命期内确保网络始终提供这种QoS。FR头部封装中包含一个DE位,通过DE位识别借助IP QoS技术完成QoS功能。

4 结束语

目前,VoIP网络还难以提供类似于PSTN语音服务质量保证,随着IP网络的迅猛发展,VoIP将是未来语音传输的发展方向。利用IP QoS为解决基于IP网络的语音服务质量问题提供强有力的保证。该文以IP QoS技术为基础,介绍了VoIP网络服务质量保证的相关技术手段。

参考文献

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VoIP的关键技术篇6

关键词：VoIP,协议,软交换,NGN

0 引言

VoIP(Voice Over Internet Protocol)又称IP电话或网络电话,是目前Internet领域的应用热点。IP电话通过数据网络传送数字语音信号,具有应用创新、效率提升、可与NGN(下一代网络)或传统电话平衡对接、显著降低网络运营成本等优势,在各个领域得到了广泛的应用。

随着软交换网络逐步走向实际应用,未来的Vo IP技术将是软交换控制下的VoIP技术,基于软交换的VoIP将成为NGN提供业务的最大亮点。

1 VOIP技术简介

VoIP技术是将模拟声音信号进行编码、压缩与封包后,以数据封包的形式在IP网络的环境中传输。VoIP是一种以IP电话为主,并推出相应的增值业务的技术。VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境,提供比传统业务更多、更好的服务,VoIP既可以在IP网络上便宜的传送语音、传真,又可提供数据服务,如浏览新闻、查看股票信息、电视会议、电子商务等服务。

IP电话是在计算机网络技术和多媒体技术发展的基础上,尤其是在Internet商业化以后产生和发展起来的。1995年2月以色列VocalTec公司研制出可以通过Internet网打长途电话的软件产品“Internet Phone”。因此,IP电话开始是以软件形式出现的,仅限于PC to PC间的通话。随着宽频普及与相关网络技术的演进,网络电话也由单纯PC to PC的通话形式,发展出IP to PSTN(公共电话网络)、PSTN to IP、PSTN to PSTN及IP to IP等各种形式,经过几年的发展,IP电话作为信息技术的一项新型应用业务在全世界迅速开展,并对传统电话业务形成越来越大的威胁。可以预见,IP电话未来将取代传统电话,VoIP是大势所趋,是话音业务的发展方向。

2 VoIP电话的模型及原理

传统的电话网是以电路交换方式传输语音,所要求的传输宽带为64kbit/s。而所谓的VoIP是以IP分组交换网络为传输平台,对模拟的语音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理,使之可以采用无连接的UDP协议进行传输。IP电话的传输模型如图1所示,可以分为5个传输阶段。

2.1 语音—数据转换

语音信号是模拟波形,通过IP方式来传输语音,不管是实时应用业务还是非实时应用业务,首先要对语音信号进行模拟数据转换,也就是对模拟语音信号进行8位或6位的量化,然后送入到缓冲存储区中,缓冲器的大小可以根据延迟和编码的要求选择。许多低比特率的编码器是采取以帧为单位进行编码,典型帧长为10～30ms。考虑传输过程中的代价,语音包通常由60、120或240ms的语音数据组成。数字化可以使用各种语音编码方案来实现,目前采用的语音编码标准主要有ITU-T G.711。源和目的地的语音编码器必须实现相同的算法,这样目的地的语音设备才可以还原模拟语音信号。

2.2 原数据到IP转换

对语音信号进行数字编码之后,下一步就是对语音包以特定的帧长进行压缩编码。大部份的编码器都有特定的帧长,若一个编码器使用15ms的帧,则把每次60ms的语音包分成4帧,并按顺序进行编码。每个帧合120个语音样点(抽样率为8kHz)。编码后,将4个压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。网络处理器为语音添加包头、时标和其它信息后通过网络传送到另一端点。语音网络简单地建立通信端点之间的物理连接(一条线路),并在端点之间传输编码的信号。IP网络不像电路交换网络,它不形成连接,它要求把数据放在可变长的数据报或分组中,然后给每个数据报附带寻址和控制信息,并通过网络发送,一站一站地转发到目的地。

2.3 传送

在IP电话传输通道中,全部网络从输入端接收语音包,然后在一定时间t内将其传送到网络输出端。t可以在某个范围内变化,反映了网络传输中的抖动。网络中的每个节点检查每个IP数据附带的寻址信息,并使用这个信息把该数据报转发到目的地路径上的下一站。网络链路可以是支持IP数据流的任何拓扑结构或访问方法。

2.4 IP包—数据的转换

目的地VoIP设备接收这个IP数据并开始处理。网络级提供一个可变长度的缓冲器,用来调节网络产生的抖动。该缓冲器可容纳许多语音包,用户可以选择缓冲器的大小。小的缓冲器产生延迟较小,但不能调节大的抖动。其次,解码器将经编码的语音包解压缩后产生新的语音包,这个模块也可以按帧进行操作,完全和解码器的长度相同。若帧长度为15ms,60ms的语音包被分成4帧,然后它们被解码后还原成60ms的语音数据流送入解码缓冲器。在数据报的处理过程中,去掉寻址和控制信息,保留原始的数据,然后把这个数据提供给解码器。

2.5 数字语音转换为模拟语音

播放驱动器将缓冲器中的语音样点(480个)取出送入声卡,通过扬声器按预定的频率(例如8kHz)播出。

3 VoIP采用协议

VoIP通信包含业务和信令协议两大类,IP电话主要遵循H.323、SIP、MGCP和H.248协议在分组网络上实现话音、多媒体等通信业务的传输;信令传送协议采用SIGTRAN。

3.1 H.323协议

基于H.323体系是第一代IP电话协议,是由ITU-T国际电联制定的,原则上,该协议提供了基础网络(Packet Based Networks;PBN)架构上的多媒体通讯系统标准,并为IP网络上的多媒体通讯应用提供了技术基础。H.323结构为集中式对等结构,比较成熟,为设备的稳定性提供了保证,有助于实现不同厂商设备间的互操作。但是,H.323建议标准过于复杂,产品太昂贵,且不能与SS7(NO.7信令)集成,扩展性较弱,不适用于组建大规模网络,并且没有拥塞控制机制,服务质量得不到保证。

3.2 SIP协议

SIP是由IETF制定,属于应用层控制协议,基于客户-服务器概念,终端具有较高的智能型,网络只是为其提供路由、认证等服务,终端完全可以自己发起请求,建立连接SIP协议具备支持用户定位、终端能力检测、组播等能力。SIP协议可支持多媒体会议、远程教学及Internet电话等领域的应用。比起H.323来说,其灵活性与扩展性的表现更好。

3.3 MGCP协议

MGCP协议是简单网关控制协议(SGCP)和IP设备控制(IPDC)协议和并的结果,是H.323网关分解的产物,基于主从工作模式。MGCP协议主要用于软交换与媒体网关或软交换与MGCP终端之间的控制过程。由于MGCP更加适应需要中央控管的通讯服务模式,因此更符合电信运营商的需求。

3.4 H.248协议

H.248协议主要用于软交换和媒体网关或软交换与H.248终端之间,软交换通过此协议控制媒体网关或H.248终端上的媒体或控制流的连接建立和释放。与MGCP协议类似,H.248协议也是网关分解的产物,也基于主从工作模式,具备有MGCP的所有优点,且H.248独立于承载,支持二进制和文本两种编码格式。H.248已于2000年初被IETF和ITU签署认可,很可能取代MGCP。

3.5 SIGTRAN协议

SIGTRAN协议是IETF的信令传送工作组SIGTRAN所建立的一套在IP网络上传送PSTN信令的传输控制协议。SIGTRAN定义了一个比较完善的SIGTRAN协议堆栈,分为IP传输层、信令传输层、信令传输适配层和信令应用层四层,分别采用IP、SCTP、SUA、TCAP等协议。不同的信令应用层需要不同的信令传输适配层,SIGTRAN有效解决了电信网信令在IP网中高可靠性,高实时性传输的问题,保证SCN的信令(主要是七号信令)在IP网络中的可靠传输。

4 基于NGN软交换的VoIP系统

虽然VoIP拥有许多优点,但绝不可能在短期内完全取代已有悠久历史并发展成熟的PSTN电路交换网,VoIP的发展经历三个阶段。

1996年到1999年是VoIP发展的初期阶段。这一阶段VoIP的主要特点为:在企业网、互联网上小规模地提供不保证服务质量的语音通信;信令控制协议主要是H.323、MGCP;单GK(网守)、单MGCP的小业务系统;不与电信网互通,或通过企业小网关作为用户接入电信网;不具有电信运营的OSS(运营支撑系统);不具有商业运营模式。

1999年到现在是VoIP发展的第二阶段。这一阶段的主要特点为:组建大规模商用的VoIP长途业务网,为公众提供有服务质量保证的长途语音通信;业务网技术体系主要为H.323、H.248,个别小运营商用MGCP或SIP;多组GK多管理域组网解决了业务大网组网问题;特别建设的承载网(承载VPN)解决了VoIP长途语音业务网的QoS(服务质量)问题;较完善的OSS提供了对长途语音基本业务和部分增值业务的支持;具有电信运营模式;与传统电信网实现网间互联互通;作为基本电信业务之一受政府主管部门监管。

从现在开始是VoIP发展的第三阶段,目标是向NGN演进。其主要特征为:把网关向末端延伸,IP到末端提供有服务质量保证的通信业务;向公众提供更丰富的语音增值业务;从单一媒体通信向多媒体通信发展;融合固定通信业务与移动通信业务;融合电信业务和互联网业务;解决组建NGN大网问题,解决网间互联互通互操作问题;解决NGN网内媒体信号处理问题;新的业务网络具有强大的OSS;可监管,可合法监听;具有良好的商业运营模式。

基于软交换的中兴NGN系统架构如图2所示,NGN系统包括业务层、控制层、核心层和接入层。基于软交换技术的NGN网络是业务驱动的网络,通过呼叫控制、媒体交换及承载的分离,实现了开放的分层架构,各层次网络单元通过标准协议互通,可以各自独立演进,以适应未来技术的发展。

基于NGN软交换的VoIP系统由媒体网关(MG)、媒体网关控制器(MGC)、媒体服务器(MS)等部分组成。其中,媒体网关(MG)位于NGN的接入层,包括:AG(接入网关)、TG(中继网关)、SG(信令网关)和IAD(综合接入设备)等,分别完成终端用户接入、媒体流转换、电路交换网信令与包交换网(基于IP)之间的信令的转换功能、小型设备接入等功能;媒体网关控制器(MGC)位于NGN的控制层,主要完成各种媒体网关之间通信业务的呼叫控制和连接管理等功能,媒体服务器(MS)位于NGN的业务层,在呼叫建立的基础上提供额外的增值服务以及运营支撑。

NGN网络架构中的VoIP系统实现了全网用户数据统一管理、全网业务统一提供、实现了所有网络的融合、用户接入手段多样性(包括宽带域和窄带域)、用户可全网移动。

经过数年的发展,VoIP作为一项新型电话业务在国际上的运用已足见规模,国内业务市场更是前景无限。目前VoIP系统产业链上的设备生产商、运营商、服务商已将其作为日后发展的一个重点,VoIP具有广阔的发展前景。

参考文献

[1]左璐.VOIP的发展与现状探析[J].现代商贸工业,2010,(19).

[2]邱祖兴.浅析VoIP的发展[J].有线电视技术,2005,(12).

VoIP的关键技术篇7

通过上述图表对比不难发现, VOIP技术的引入, 对临沂广电语音业务的发展不仅是解了燃眉之急, 更大意义上说, 是多业务综合发展的又一有效途径。

一、方案设计

Vo IP的基本原理:通过语音的压缩算法对语音数据编码进行压缩处理, 然后把这些语音数据按TCP/IP标准进行打包, 经过IP网络把数据包送至接收地, 再把这些语音数据包串起来, 经过解压处理后, 恢复成原来的语音信号, 从而达到由互联网传送语音的目的。IP电话的核心与关键设备是IP网关, 它把各地区电话区号映射为相应的地区网关IP地址。这些信息存放在一个数据库中, 数据接续处理软件将完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。在用户拨打长途电话时, 网关根据电话区号数据库资料, 确定相应网关的IP地址, 并将此IP地址加入IP数据包中, 同时选择最佳路由, 以减少传输时延, IP数据包经Internet到达目的地的网关。在一些Internet尚未延伸到或暂时未设立网关的地区, 可设置路由, 由最近的网关通过长途电话网转接, 实现通信业务。

Vo IP架构的4个元素:媒体网关, 媒体网关控制器, 语音服务器, 信号网关器 (在交换过程中进行相关控制, 以决定通话建立与否, 及相关增值服务, 负责将ss7信号转换为IP封包) 。

VOIP的核心内容就是实现PON设备与软交换语音系统成功对接。临沂广电采购的PON设备主要是ZTE-822、ZTE-420, 以及HUAWEI5620、HUAWEI240。软交换设备选取的是ZTE-SS10。采用的是支持多媒体的H248协议, H248协议简单、功能强大, 且扩展性很好, 允许在呼叫控制层建立多个分区网关。

整个工作内容大致可以分成两部分, 一部分主要是在PON设备上进行的, 内容如下:

1.在核心9306交换机上给目的OLT对应接口起一个语音网关, 比如182.100.0.1/24, 定义一个语音vlan, 比如2001。

2.在OLT上透传对应的语音vlan 2001,

3.在onu上分配一个相应的语音地址, 比如182.100.0.2。添加音路由, 比如ip route 10.253.217.224/28对应的语音网关182.100.0.1。

4.onu上还要配置ag数据, 删除原有电路格式, 创建新的电路格式。

另一部分工作主要是在SS上进行, 主要内容包括:

1.创建一个网元, 这个网元包含的内容包括与配置的onu对应的语音地址、H248协议、端口号 (2944) 等。

2.TID缺省属性配置, 包括用户类型和RTP类型。

3.放号, 这个环节要正确配置媒体网关。

通过以上两个环节的工作, 就可以实现pon设备与SS的成功对接, 号码开通工作也就顺利完成了。

二、结束语

VoIP技术研究与应用部署篇8

1 VoIP基本原理

VoIP是建立在IP技术上的数字化传输技术, 是以分组的形式传送语音数据。其基本原理是:首先对语音信号进行模拟数据转换, 也就是对模拟语音信号进行8位或6位的量化和数字化。语音信号进行数字编码以后, 通过压缩算法对语音数据以特定的帧长进行压缩编码, 然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包, 给每个数据包附带寻址和控制信息, 经过IP网络把数据包一站一站地转发到目的地。目的地VoIP设备接收这个IP数据包并开始处理, 将经编码的语音包解码解压缩后, 去掉寻址和控制等信息, 取得原始的语音信号。

简而言之, 语音信号在IP网络上的传送要经过从模拟信号到数字信号的转换、数字语音封装成IP分组、IP分组通过网络传输、IP分组解包和数字语音还原到模拟信号等过程[1]。

2 VoIP关键技术

VoIP涉及的关键技术包括信令技术、语音编码技术和媒体实时传输技术等。

2.1 信令技术

信令指的是终端设备和网络设备之间、网络设备和网络设备之间传递的控制信号。VoIP信令技术包括ITU-T (国际电信联盟远程通信标准化组) 的H.323和IETF (Internet Engineering Task Force, 互联网工程任务组) 的SIP (Session Initiation Protocol, 会议初始化协议) 两套标准体系。从本质上看, H.323和SIP协议都是多媒体通信领域的应用层协议, 二者都基于IP网络, 采用RTP (Real-time Transport Protocol, 实时传送协议) 来传输实时的音频和视频。H.323推出较早, 在与传统电信的互联互通方面有优势, 应用也比较广泛, 技术比较成熟;SIP协议的发展要晚一些, 其与IP网络的互通性更好, 信令相对更简单, 扩充性也比较强。下面对应用较广泛的H.323协议作一下具体介绍。

基于H.323协议构造的IP电话网络结构主要包括终端、网关、多点控制单元和网守四个部分。其中, 终端、网关和多点控制单元统称为端点, 既可以发起呼叫, 也可以响应呼叫, 以及实现媒体流承载和传输功能。

网关位于电路交换网与IP网之间, 用于实现媒体流格式的转换和信令转换, 其中媒体流格式的转换就是将传统电话的TDM (Time-division multiplexing, 时分复用) 信号转换成适合在IP网上传送的RTP流, 实现呼叫连接建立和释放等功能, 为用户提供IP电话业务。多点控制单元则是支持点到多点会议通信的功能实体, 它包括多点处理器和多点控制器两部分。多点控制器提供多点会议的控制功能, 多点处理器则接收来自各参会端点的音频、视频和数据信号流, 经处理后回送各端点。网守是H.323网络中的管理设备, 为H.323端点提供地址解析、接入认证、带宽管理和资源管理等功能。

H.323的信令控制协议主要包括:RAS (Registration, Admission, Status) 协议、H.225.0呼叫信令和H.245协议。通过这几种协议就能实现IP电话连接的建立和释放流程。其中:*RAS协议主要应用于H.323端点与网守之间, 完成注册、接入请求、带宽改变、资源报告和状态报告等。

H.225.0呼叫信令也指Q.931协议, 它主要实现呼叫控制功能, 如呼叫连接建立和释放, 它既支持快速呼叫也支持非快速呼叫的建立。

H.245协议主要用于呼叫双方的媒体能力交换以及在非快速呼叫流程中用于打开和关闭逻辑通道[2]。

2.2 语音编码技术

传统电话使用的PCM (Pulse Code Modulation, 脉冲编码调制) 编码是固定比特率编码, 比特率为64kbit/s。目前我国IP电话广泛采用的语音编码技术主要有ITU-T定义的G.729和G.723压缩编码技术, 其中G.729可将经过采样的64kbit/s话音以几乎不失真的质量压缩至8kbit/s, 而G.723则可压缩至最小5.3kbit/s。

2.3 媒体实时传输技术

媒体实时传输技术主要指实时传输协议RTP。RTP包含RTP数据传输协议 (RTP Data Transfer Protocol, RTP) 和RTP控制协议 (RTP Control Protocol, RTCP) 两个部分。前者负责多媒体数据传输, 后者则提供服务质量监控和拥塞控制等。

鉴于RTP在安全性上存在一定缺陷, IETF对RTP协议进行了扩展, 提出了一种安全的实时传输协议SRTP (Secure Real-time Transport Protocol) , 该协议增强了保密性, 并定义了消息认证、完整性保护和重放攻击机保护等安全机制, 弥补了RTP在安全性方面的不足。

3 Vo IP系统的应用部署

国家气象信息中心部署的VoIP系统采用了北电CS1000E产品, 通过集成相关组件产品, 实现了基本的语音通话、语音留言、电子传真和电话会议等功能。部署完毕后, 该VoIP系统即在日常业务工作中展开应用, 不仅节省了办公成本, 更重要的是增强了业务办公手段, 提高了工作效率。

3.1 系统架构[3]

基于CS1000E的VoIP系统主要由核心通信部件、终端设备和应用三部分组成。

CS1000E核心通信部件主要包括呼叫服务器、信令服务器和媒体网关。核心通信部件执行重要的电话服务和呼叫处理过程, 包括IP电话注册、地址转换 (将电话号码转换为IP地址) 、呼叫控制、带宽管理、终端设备和网关的呼叫授权等。具体说明如下:

呼叫服务器:主要任务是提供IP网络的呼叫和连接的管理服务, 支持基本的电话功能, 包括电话会议、呼叫转移、再振铃、呼叫详细记录管理、联网、路由及应用等功能;呼叫服务器使用北电私有协议来控制其媒体网关, 没有采用行业标准的媒体网关控制协议MGCP (Media Gateway Control Protocol) 。

信令服务器:通过其安装的软件组件提供到IP网络的信令接口, 提供H.323/SIP网关服务、H.323网守服务、IP电话终端代理服务器、网络路由服务、网元管理器和用于个人目录、IP电话重拨列表和主叫方名单的应用服务器等服务。

媒体网关:充当着IP和PSTN (Public Switched Telephone Network, 公共交换电话网络) 网络间的桥梁, 在多种标准接口上将IP语音包转换为其它标准格式, 以使基于IP网络的电话能与传统的电话进行通信。

终端设备包括传统的模拟电话、数字电话、以太网电话和在PC上运行的软电话以及基于以太网的移动电话等;应用则主要指语音邮箱。

3.2 应用部署与网络连接

本次VoIP系统应用部署采用了主备冗余的呼叫服务器部署模式。当“主”呼叫服务器发生故障时, “热备”呼叫服务器即接替系统控制功能, 系统配置和用户数据在“主”和“热备”呼叫服务器间形成同步。除呼叫服务器、信令服务器和媒体网关三个核心通信部件外, 本次部署中还应用了CS1000E内置的会议桥组件, 以实现大规模电话会议功能。

终端设备选用了北电1120和1140两种型号的以太网电话, 同时采用了在PC上运行的2050软电话。1120/1140以太网电话既支持DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol, 动态主机分配协议) 也支持静态IP地址分配, 我们选择了DHCP的地址分配方式。2050软电话使用了V2.0和V3.0两种软件版本, 其中V3.0能够支持语音数据加密, 安全性更高, 但需要部署额外的认证服务器, 即安装V3.0版本的软电话在连接到Vo IP系统服务器前, 必须先通过认证服务器的认证。

集成的应用是语音信箱服务器—北电的CallPilot, 实现了将语音留言、电子邮件和电子传真等信息综合到一个平台上。

Vo IP系统的网络连接如图1所示, 其中有两个子网, ELAN (Embedded LAN, 嵌入式局域网) 子网和TLAN (Telephone LAN, 电话局域网) 子网, 其作用为:

ELAN子网:用于管理呼叫服务器、信令服务器和媒体网关之间的信令流量, 起到隔离呼叫服务器和其它组件间关键电话信令的作用。

TLAN子网:用于管理语音和其它信令 (如IP电话与核心部件间的信令) 流量, 起到隔离IP电话节点接口和广播流量的作用。

本次部署中两个子网连接在同一个网络交换机上, 进行了VLAN的隔离。其中ELAN子网相当于是VoIP系统的内部网络, 子网内通信不需要在局域网上进行路由, 其IP地址是内部私有地址;TLAN子网需要在局域网上进行通信, 为其分配了可以在网络上路由的IP地址。

3.3 IP电话间通信过程

当IP电话加电启动后, 即通过DHCP服务获得其IP地址和Vo IP系统服务器IP地址和通信端口, 然后该IP电话就到VoIP系统信令服务器进行注册。IP电话在与信令服务器完成注册后, 即与信令服务器上的网守服务建立了RAS通道;当其发起呼叫时, 即可通过网守服务得到被叫端的地址, 并与被叫建立H.225呼叫连接通道;通过H.225呼叫信令建立H.245媒体信道控制连接通道, 并进行端点的能力协商;能力协商完成后就建立H.245媒体通道, 进行语音传输。

IP电话与Vo IP系统服务器间使用的信令协议是UNIStim (Unified Network IP Stimulus protocol) , 传输层协议是RUDP (Reliable User Datagram Protocol) , 这两个协议都是北电的私有协议。

3.4 应用效果

本次VoIP系统部署在局域网中, 网络资源带宽丰富, 因此在没有采用任何QoS保障机制下, 日常语音通话质量良好。员工在外出差期间, 借助基于Internet网络的VPN使用VoIP系统, 话音质量可能会由于Internet带宽无法保证而有所影响, 主要是出现语音延迟和通话中断的现象。

该VoIP系统方便的电话会议功能给日常工作带来了极大便利, 日常3-5人的小型讨论会只需直接拨叫讨论者的电话号码即可实现。

此外, 系统提供的语音邮箱和电子传真功能也丰富了办公手段。用户可以通过Web方式直接访问语音邮箱服务器上为其创建的个人邮箱, 其中保存着个人的电话语音留言和接收到的电子传真。如果用户在PC上再安装一个插件, 就可以将语音邮箱服务器上的个人邮箱功能嵌入到自己的Notes和Outlook客户端中, 无需每次再单独登陆语音邮箱服务器, 可以直接通过Notes和Outlook客户端听取语音留言, 接收或发送电子传真等。

3.5 VoIP系统的安全性考虑

Vo IP系统在台室内部的应用起到了很好的示范效果, 主要功能架构已经部署完成。今后如果大范围推广应用, 特别需要在Vo IP系统安全性上进行重点考虑, 可在以下几方面进行加强。

网络隔离:将Vo IP业务从日常的数据网段中分离出来, 以降低对Vo IP系统攻击的可能性。除进行ELAN和TLAN的子网隔离外, IP电话、Vo IP系统相关服务器也应该构建独立的子网。

严格的准入控制:通过启用IP电话的802.1x认证功能, 实现对IP电话接入网络的准入控制。

加强Vo IP系统边界防护:在VoIP系统边界部署防火墙和IDS等安全设备, 进行必要的访问控制限制和入侵检测, 防止外部系统对Vo IP系统的非法访问和网络攻击。

加强Vo IP核心部件间通信的安全性:通过启用CS1000E支持的sRTP加密语音通信数据, 如果采用分布式部署方式, 则VoIP核心部件间通信可通过IPSec进行加密传输。

按照上述原则, 现有VoIP系统可以改进到更为安全的部署方式, 如图2所示:

4 结语

VoIP的发展空间是巨大的, 我们必须紧跟发展趋势, 不断学习先进理念和技术, 以此推动VoIP技术的应用, 从而推进数字化办公单位的建设, 尽快构建起高效、低成本的实时沟通平台。

参考文献

[1]曾虹, 戴国骏, 刘海峰等.VoIP的关键技术及语音终端的研制[J].计算机工程与设计, 2005 (7) .

[2]张秋余, 余建明, 华竹平等.VoIP网络中SIP和H.323协议互通的研究与实现[M].计算机工程与设计, 2007, 8.

Voip技术解决方案与实现篇9

在许多场合，VoIP技术仅指通过IP网络实现类似普通老式电话的功能。但是，在传统电话网的业务不断发展的情况下，VoIP的含义和设计目标也超越了其字面意义;也就是说VoIP技术不仅指提供双方会话的传统电话技术，而且是包含话音、图像和数据、支持各种智能业务的双方及多方多媒体通信技术。

VoIP的关键技术包括：

1)媒体编码技术：包括流行的G.723.1、G.729、G.729A话音压缩编码算法和MPEG-II多媒体压缩技术。

2)控制信令技术：包括ITU-T H.323和IETF会话初始化协议SIP[4](Session Initation Protocol)两套标准体系，还涉及到进行实时同步连续媒体流传输控制的实时流协议TRSP。

3)分组传输技术：主要采用实时传输协议RTP。

4)业务质量保障技术：采用资源预留协议RSVP、服务质量Qos和用于业务质量监控的实时传输控制协议RTCP来避免网络拥塞，保障通话质量。

5)网络传输技术：主要是TCP和UDP。

此外还涉及到分组重建技术和时延抖动平滑技术、动态路由平衡传输技术、网关互联技术(包括媒体互通和控制信令互通)、网络管理技术(SNMP)、安全认证和计费技术、IVR交互式语音响应技术等等。

2 VOIP技术的优点

VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。VoIP技术最初就是为了实现利用IP打电话，下面是IP电话的特点：

1)支持灵活多样的业务方式

支持用户采用卡付费。普通帐户和固定主叫用户等方式进行国际、国内长途业务，计费系统完整支持电话-电话、电话-PC等多种业务及智能卡号业务，以及如来电指示及遇忙转移等新型增值业务。并充分利用Internet技术优势保证通话质量。

2)优异的性能价格比

IP电话最大的优点是价格上的优势，这是IP电话崛起的根本原因。系统传输成本包括本地市话费、IP网络使用费以及远端市话费，与传统电信网中昂贵的长途通信费相比，可极大地降低用户通信费用。

3)兼容原有的电话网络

IP电话网关支持下的“电话到电话”方式，与传统电话相连接的是普通电话线路，完全能够实现传统的电话功能，使用方便，并具有自动识别和(PSTN与Internet用户的)网间转换、分帐、计费、语音信箱等一系列专业化服务功能。

4)提高传输效率

电话网关采用国际标准算法(G.723.1、G.729a)压缩语音信号进行低速率语音编码，如G.723.1可将常规64 kb/s语音信号压缩到5.3kb/s，而仍可以保持良好的声音效果。人们打电话时约有60%的静默时间，采用静音压缩技术只传输通话过程中的实际交谈时段的数据，而将双人静默时段的带宽释放给其他话音业务，从而提高带宽利用率，节省通信资源。

5)充分利用网络资源采用IP的通信网络Internet由分组交换与无连接的分组交换相整合，因此，IP协议对通信资源的利用远远高于传统的通信网络。

3 Voip企业语音解决方案

1)传统的解决方案

现在很多公司和企业就采用这种传统的解决方案，比如学校就是这种解决方案。

2)voip长途旁路

现在有很多大型企业(主要指有很多分支机构在外地的)，跨国企业和网络服务运营商就采用这种解决方案。

3)端到端的voip电话方案

4 解决方案实现

1)拓扑图如下：

2)要求如下：

(1)ip地址的配置如图所示

(2)将路由器r1和r2配置成语音网关