VoIP與TDMoIP

佘其炯 2002/07/01

　　當今，IP上的話(huà)音業(yè)務(wù)（VoIP）正在大力發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò )正向IP網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)。但是，VoIP仍需要努力解決服務(wù)質(zhì)量（QoS）和信令問(wèn)題。

　　一種新的IP上的時(shí)分復用（TDMoIP）將為IP電話(huà)帶來(lái)電信級的質(zhì)量水平。TDMoIP是把IP網(wǎng)絡(luò )作為插入到傳統TDM網(wǎng)絡(luò )中的一種網(wǎng)絡(luò )可以與已有的設備（如傳統的用戶(hù)電話(huà)交換機和交換機）無(wú)縫地連接，并提供和傳統電話(huà)一樣的多種業(yè)務(wù)，以及像公用電話(huà)交換網(wǎng)（PSTN）那樣的質(zhì)量保證。

1 VoIP

　　VoIP的IP電話(huà)基本原理是：首先把PCM的語(yǔ)音放在IP網(wǎng)關(guān)中的內存緩沖區內，網(wǎng)關(guān)起到協(xié)議轉換的作用，負責把該PCM話(huà)音數據流轉換為壓縮的IP包數據流。網(wǎng)關(guān)中的緩沖區使用標準的壓縮算法從PCM中取樣，取樣后形成離散的二進(jìn)制數據流，并加上報頭。在形成二進(jìn)制數據的過(guò)程中，任何冗余的數據，如語(yǔ)音之間的停頓（靜音）和冗余會(huì )被標記出，并可能被壓縮掉。

　　在IP網(wǎng)關(guān)緩沖區內排隊等待的IP包選擇路由后發(fā)送至目的地。當數據包到達目的地網(wǎng)關(guān)時(shí)，被解壓縮（重新將靜音時(shí)段和冗余話(huà)音插入進(jìn)去），并被解碼，恢復原始發(fā)出的語(yǔ)音信號。IP網(wǎng)關(guān)起控制及關(guān)守作用，如呼叫控制、呼叫管理、網(wǎng)絡(luò )管理、語(yǔ)音智能交換等。

　　每個(gè)IP網(wǎng)關(guān)有一個(gè)網(wǎng)關(guān)號，即一個(gè)唯一的IP地址，網(wǎng)關(guān)號可理解為電話(huà)局號或區號。

　　IP電話(huà)在現有的電話(huà)設備撥號后，通過(guò)本地IP網(wǎng)關(guān)，在收到呼叫請求后，從其電話(huà)目錄數據庫中查到目的地網(wǎng)關(guān)號的IP地址，并向目的地發(fā)出呼叫請求。

　　VoIP中類(lèi)似于信令的呼叫控制采用的主要協(xié)議是原CCITT H.323，以及H.225、H.245等。

　　VoIP要與傳統電話(huà)的TDM網(wǎng)絡(luò )相競爭，需要在QoS保證和信令問(wèn)題作出努力。在話(huà)音業(yè)務(wù)中，低的時(shí)延和正確的信令時(shí)間順序是至關(guān)重要的，這樣能作到即使丟失了幾毫秒的信號，也影響不大。為了解決這一問(wèn)題，可以采用隧道和抖動(dòng)緩存技術(shù)。此外，與話(huà)音質(zhì)量有關(guān)的回音消除和話(huà)音壓縮技術(shù)對于數據網(wǎng)絡(luò )并不重要，而對于VoIP卻有需要。

　　信令的基本性能是摘機、振鈴、正確地把信號送達目的地以及計費等。與信令有關(guān)的還有主叫用戶(hù)識別、呼叫轉移、會(huì )議電話(huà)、智能聯(lián)網(wǎng)等。對于電話(huà)網(wǎng)上如此眾多、復雜的性能，用戶(hù)通常并不知道，往往在失去一些用戶(hù)習慣的性能時(shí)，用戶(hù)才會(huì )明顯地感覺(jué)到。這就要求VoIP還必須處理好IP網(wǎng)絡(luò )與傳統電話(huà)網(wǎng)絡(luò )的接口與協(xié)調。

2 TDMoIP

　　TDMoIP透明地傳送TDM幀，且無(wú)需中斷任何數據傳送，無(wú)需對數據作任何的解釋和翻譯。即使有一部分信道用來(lái)傳載數據或是所有的幀都是非結構化的比特流時(shí)，TDMoIP都可傳送任意的T1或E1業(yè)務(wù)。基本的TDMoIP概念可容易地延伸至部分的T1系統或信道化的E1系統。為了減輕業(yè)務(wù)流量的負荷，只有承載字節的信息才需要含有IP分組包。

　　TDMoIP解決IP網(wǎng)絡(luò )及電話(huà)網(wǎng)絡(luò )中的信令方法是：TDMoIP采用帶內信令，信令和話(huà)音在同一音頻段內傳送，由TDMoIP自動(dòng)傳送在TDM時(shí)隙里編碼的可聽(tīng)的呼叫過(guò)程中，并且需要用聲音中繼協(xié)議以保證帶內信令功能的正確實(shí)施。

　　在傳統的TDM網(wǎng)絡(luò )中，另一項重要的功能是同步，時(shí)間同步的分層實(shí)施對于全網(wǎng)通信質(zhì)量極為重要。在IP網(wǎng)絡(luò )中，分組到達目的地的時(shí)延是隨機的，即熟知的抖動(dòng)。當在IP網(wǎng)絡(luò )上仿真TDM時(shí)，通過(guò)采用緩存器及合適的時(shí)間參考，可以平滑所有進(jìn)入的數據，克服這類(lèi)隨機性。

　　把TDMoIP集成到電話(huà)網(wǎng)絡(luò )通常有以下兩種方式：

（1）長(cháng)途電話(huà)“繞道”方式

　　運營(yíng)商在兩個(gè)中央交換局間引入基于TDMoIP的備用鏈路。由于成本較低的優(yōu)勢，長(cháng)途電話(huà)“繞道”業(yè)務(wù)可為客戶(hù)提供比現今運營(yíng)商便宜的費率。在這種方式中，TDMoIP設備應接收來(lái)自其所有連接的中央交換局的時(shí)鐘參考信息。

（2）全網(wǎng)方式

　　主要基礎設施的大部分用TDMoIP網(wǎng)絡(luò )替代，并需要時(shí)間同步。IP網(wǎng)絡(luò )通過(guò)網(wǎng)絡(luò )定時(shí)協(xié)議（NTP）傳播時(shí)鐘信號。除非IP網(wǎng)絡(luò )是專(zhuān)用的TDMoIP鏈路，通常在NTP時(shí)鐘和所需的TDM間不建立連接。一種提供時(shí)間標準的解決方案是為所有TDMoIP設備提供原子鐘或全球定位系統（GPS）接收器，這樣可以減輕IP網(wǎng)絡(luò )需要發(fā)送同步信息的負擔。在不能提供精確的本地時(shí)間參考或費用太貴時(shí)，可采用在目的地再生同步時(shí)鐘的方法。

3 TDMoIP和VoIP的比較

　　由于對話(huà)音、數據信令及協(xié)議的透明，TDMoIP比VoIP簡(jiǎn)單。而VoIP卻需要在信令格式間采用新的協(xié)議和翻譯。

　　VoIP尚需開(kāi)發(fā)許多應用，TDMoIP可以自動(dòng)地獲得已有PBX和計算機通信集成（CTI）的一些優(yōu)點(diǎn)。兩者另一項重要的差別在于TDMoIP可以提供話(huà)音數據的混合業(yè)務(wù)。從業(yè)務(wù)提供者的觀(guān)點(diǎn)看，TDMoIP和VoIP可互相補充。

　　從用戶(hù)側到運營(yíng)商的業(yè)務(wù)提供點(diǎn)，把TDM中繼線(xiàn)透明地延伸到IP網(wǎng)絡(luò )上，可簡(jiǎn)化VoIP在業(yè)務(wù)提供點(diǎn)上部署較大型的、可伸縮的VoIP網(wǎng)關(guān)和軟交換的工作，并可為用戶(hù)在住宅側提供簡(jiǎn)單的TDMoIP網(wǎng)絡(luò )的終端單元。這些TDMoIP的終端電路可用來(lái)提供除VoIP業(yè)務(wù)外的一些業(yè)務(wù)，如通常的PSTN接入、集中式用戶(hù)交換、幀中繼和ISDN等業(yè)務(wù)。

　　參與競爭的本地電話(huà)公司可以用TDMoIP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)擴展其市場(chǎng)范圍，可簡(jiǎn)單和經(jīng)濟有效地建立更多的業(yè)務(wù)提供點(diǎn)，提供更多的業(yè)務(wù)。傳統的本地電話(huà)公司可批發(fā)傳輸電路給新的運營(yíng)商，使其能用TDMoIP經(jīng)濟有效地在光纖或無(wú)線(xiàn)鏈路上延伸T1或E1電路。

　　在吸取無(wú)線(xiàn)和光纖數據網(wǎng)絡(luò )的優(yōu)點(diǎn)，以及在各設施間用TDMoIP延伸T1或E1電路時(shí)，新的運營(yíng)商可獲得更多的收入。業(yè)務(wù)提供者還可把除寬帶數據外的一些專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)捆綁在一起。

　　TDMoIP使所有T1或E1電路上運行的話(huà)音和數據業(yè)務(wù)均可自動(dòng)地被IP支持。它不僅包括簡(jiǎn)單的PSTN接入，還有一次群業(yè)務(wù)、集中式用戶(hù)交換、VoIP的話(huà)音業(yè)務(wù)，以及ATM幀中繼、點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（PPP）、ISDN、同步網(wǎng)絡(luò )體系結構（SNA）和X.25業(yè)務(wù)。

4 TDMoIP用于移動(dòng)通信

　　蜂窩移動(dòng)運營(yíng)商可利用TDMoIP技術(shù)在TDM微波鏈路、T1或E1租用線(xiàn)路上作各基站間、基站控制器和移動(dòng)交換中心間的連接。

　　迄今為止，ATM仍是最好的一種技術(shù)，而微波和租用線(xiàn)路都比較貴。在千兆以太網(wǎng)上引入QoS保證，以及采用TDMoIP將是一種可優(yōu)先選擇的方案。

　　第三代移動(dòng)通信運營(yíng)商在發(fā)展過(guò)程中，對于蜂窩骨干網(wǎng)絡(luò )上的IP網(wǎng)絡(luò )也可采用TDMoIP解決方案。展望未來(lái)，不論是現有的設備，還是第三代蜂窩網(wǎng)絡(luò )設備都將能共存地接入到基于IP的骨干網(wǎng)絡(luò )。

5 TDMoIP的應用

　　由于TDMoIP的一些特點(diǎn)，在全球大力發(fā)展VoIP的同時(shí)，也有運營(yíng)商采用TDMoIP布署其網(wǎng)絡(luò )。例如瑞典UTFOR公司就是一個(gè)例子。

　　UTFOR公司于2000年建設了4500km長(cháng)的寬帶光纖數據和電話(huà)網(wǎng)絡(luò )，采用TDMoIP技術(shù)為客戶(hù)提供先進(jìn)的服務(wù)。該公司采用RAD數據通信公司的IPmuｘ產(chǎn)品，基于其IP、以太網(wǎng)和DWDM網(wǎng)絡(luò )、旁路幀中繼、ATM和SDH，提供一種純粹的IP業(yè)務(wù)。

　　該公司的光纖網(wǎng)絡(luò )將瑞典南部和中部的50個(gè)城鎮與挪威的奧斯陸、丹麥的哥本哈根及芬蘭的赫爾辛基連接。該網(wǎng)絡(luò )的初期傳輸容量為1.2Tbit/s，初期的路由交換能力大于2Tbit/s。

　　IPmuｘ把數據或話(huà)音的同步數據流插入到分組包中，并加上IP報頭。該分組包通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò )傳送到目的地，在目的地去掉IP報頭，還原成原來(lái)的數據流再發(fā)出。

　　不論是運營(yíng)商還是用戶(hù)，都期望把已有的電路交換資源與新的IP網(wǎng)絡(luò )緊密地結合起來(lái)。

　　雖然目前全球正在采用VoIP，但是其標準化程度尚不成熟。把ATM和VoIP相比較，TDMoIP不失為一種較好且不太復雜的系統，由于保持了成幀或未成幀E1／T1電路的整合，因而沒(méi)有削弱其質(zhì)量。UTFOR公司決定采用TDMoIP的另一個(gè)因素是，從運營(yíng)商的角度來(lái)看，VoIP尚不夠規模化。

　　UTFOR公司通過(guò)TDMoIP為其用戶(hù)提供Internet連接、透明的局域網(wǎng)業(yè)務(wù)、在IP上實(shí)現了傳統的高質(zhì)量的電話(huà)。

　　IP mux可以把企業(yè)用戶(hù)的PBX連接到IP網(wǎng)絡(luò )，在用來(lái)傳送數據的基礎設施上提供傳統的話(huà)音通信。該產(chǎn)品還使UTFOR公司可提供公司內部的免費電話(huà)，以及用作Internet接入的100Mbit/s的IP端口虛擬專(zhuān)用網(wǎng)（VPN）業(yè)務(wù)。

　　UTFOR公司可以在一個(gè)接入口上替代租用線(xiàn)、幀中繼和SDH結構。也就是說(shuō)可以用一個(gè)IP端口為其客戶(hù)提供Internet接入、話(huà)音交換、VPN和IP-VPN等所有業(yè)務(wù)。該公司將在下一步的TDMoIP業(yè)務(wù)中，逐步以成本較低的容量推出視頻和多播業(yè)務(wù)。

　　佘其炯 1953年畢業(yè)于上海交通大學(xué)，中國電信教授級主任高級工程師。曾在前蘇聯(lián)學(xué)習電信專(zhuān)業(yè)及擔任碩士生導師、在越南參加援越電信建設工作。多年來(lái)從事科研、技術(shù)管理及培養研究生工作。擔任過(guò)部軟件中心副主任及網(wǎng)管中心主任等一些技術(shù)管理工作。

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