基于VoIP技術(shù)的新一代話(huà)音業(yè)務(wù)

常新杰 2003/10/30

圖1 VoIP 網(wǎng)絡(luò )結構

　　應用服務(wù)器（Application Server） 呼叫代理相當于一個(gè)增值業(yè)務(wù)緩存器，自身所能支持的增值業(yè)務(wù)有限，其它的增值業(yè)務(wù)如語(yǔ)音信箱，電話(huà)會(huì )議等則由應用服務(wù)器來(lái)提供。應用服務(wù)器為每一增值業(yè)務(wù)提供業(yè)務(wù)邏輯與應用支持，增值業(yè)務(wù)將不能支持的業(yè)務(wù)轉向應用服務(wù)器。

　　媒介服務(wù)器（Media Server） 媒介服務(wù)器主要是在呼叫代理與應用服務(wù)器的控制下完成增值業(yè)務(wù)的附加功能，如話(huà)音編碼的轉換，話(huà)音信號的探測，交互式語(yǔ)音服務(wù)的支持以及傳真業(yè)務(wù)的支持等。媒介服務(wù)器上運行的控制協(xié)議包括如H。248或媒介網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（MGCP）。

　　帶寬管理器（Bandwidth Manager） 帶寬管理器負責運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )內的QoS策略控制。它根據網(wǎng)絡(luò )的帶寬資源決定每一呼叫的接入控制，并為接受的呼叫進(jìn)行帶寬的分配與釋放。同時(shí)，它還負責控制策略的生成以及向邊界路由器的加載。

　　邊界路由器（Edge Router） 邊界路由器負責在各個(gè)IP網(wǎng)絡(luò )之間，包括用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )與供應商網(wǎng)絡(luò )之間，不同的供應商網(wǎng)絡(luò )之間，以及供應商的不同子網(wǎng)之間的路由與基于策略的連接控制。

　　信令網(wǎng)關(guān)（Signaling Gateway） 信令網(wǎng)關(guān)是VoIP網(wǎng)絡(luò )與PSTN連接的接口設備之一，負責在呼叫代理的信令協(xié)議與PSTN的SS7信令協(xié)議之間進(jìn)行轉換，以保證VoIP網(wǎng)與PSTN網(wǎng)的兼容。另外，信令網(wǎng)關(guān)還可以完成不同包交換網(wǎng)絡(luò )之間必要的信令轉換。

　　連接匯聚網(wǎng)關(guān)（Trunking Gateway） 連接匯聚網(wǎng)關(guān)也是VoIP網(wǎng)絡(luò )與PSTN連接的接口設備之一，負責將IP網(wǎng)絡(luò )的語(yǔ)音數據流匯聚到基于TDM的PSTN網(wǎng)絡(luò )，并完成相應的數據格式轉換。 它是由呼叫代理與媒介服務(wù)器的H。248或媒介網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（MGCP）控制的。

　　接入網(wǎng)關(guān)（Access Gateway） 負責提供VoIP網(wǎng)絡(luò )對傳統的POTS電話(huà)機的支持。

　　接入匯集器（Access Concentrator） 是業(yè)務(wù)供應商的VoIP網(wǎng)絡(luò )邊界設備，負責對用戶(hù)端的網(wǎng)關(guān)或路由器設備提供接入。

　　在用戶(hù)端的設備則主要包括邊界路由器以及負責進(jìn)行用戶(hù)匯集和連接轉換的用戶(hù)網(wǎng)關(guān)（Subscriber Gateway）等。

VoIP網(wǎng)絡(luò )中主要的協(xié)議包括：

　　用于設備控制的協(xié)議如MGCP，H.248

　　用于服務(wù)接入的信令協(xié)議如SIP，H.323

　　用于網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的信令協(xié)議如SIP，SIP-T，BICC等。

VoIP的技術(shù)問(wèn)題

　　前面介紹了VoIP網(wǎng)絡(luò )中話(huà)音業(yè)務(wù)鐵提供的基本構架，這些只是解決了話(huà)音在IP網(wǎng)絡(luò )中傳輸的基礎性問(wèn)題。PSTN已經(jīng)經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，不僅能提供話(huà)音傳輸，在諸如網(wǎng)絡(luò )的安全性，可靠性，服務(wù)質(zhì)量（Qos），計費系統，運營(yíng)支持系統等方面也有豐富的功能。為了能夠全面取代PSTN，VoIP方案在這些技術(shù)細節性也需要有類(lèi)似的表現。

安全性

　　由于采用了基于SS7的帶外信令（out-of-band signaling）機制，PSTN網(wǎng)絡(luò )具備很高的安全性。相對來(lái)說(shuō)，基于IP技術(shù)的VoIP網(wǎng)絡(luò )的安全則容易受到如DoS攻擊，服務(wù)盜用以及隱私入侵等的影響。DoS攻擊是指惡意用戶(hù)通過(guò)向網(wǎng)絡(luò )設備發(fā)送大量的偽造控制或信令信息流，從而使得設備忙于處理這些信息而無(wú)法處理正常用戶(hù)的信息，在嚴重的情況下這甚至可能造成網(wǎng)絡(luò )整體的癱瘓。服務(wù)盜用指的是在避免付費的條件下使用網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)。比如，惡意用戶(hù)可以盜用合法用戶(hù)的IP地址從而冒充合法用戶(hù)而使用網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)；或者惡意用戶(hù)可以通過(guò)繞過(guò)呼叫代理而直接建立連接，從而避開(kāi)計費系統。因為網(wǎng)絡(luò )中的帶寬資源是有限而寶貴的，惡意用戶(hù)所占用的帶寬資源將會(huì )影響到合法用戶(hù)的業(yè)務(wù)質(zhì)量，同時(shí)也影響了業(yè)務(wù)供應商的投資回報。從通話(huà)隱私的保護來(lái)看，PSTN因為為每一通話(huà)都建立獨占的電路連接，具有較高的私密性。而IP公眾網(wǎng)絡(luò )中數據流往往是共享網(wǎng)絡(luò )連接的，其私密性則還需要諸如加密，用戶(hù)認證等輔助手段。

QoS

　　由于PSTN為每一通話(huà)都建立獨占的電路連接并分配所需的帶寬資源，對話(huà)音業(yè)務(wù)的QoS保證也非常有利。而IP網(wǎng)絡(luò )是采用了無(wú)連接的“盡力而為”的傳輸方式，難以保證音頻數據流對傳輸時(shí)延，時(shí)延變化以及包丟失率。雖然有基于IP報頭的ToS位而定義不同優(yōu)先級別的服務(wù)等級（CoS）質(zhì)量保證，通過(guò)為話(huà)音數據定義高于數據業(yè)務(wù)的優(yōu)先級來(lái)保證其優(yōu)先傳輸，因為這一方案僅作用于網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設備上，而各設備廠(chǎng)商在具體實(shí)施上的差異使得其難以真正提供端到端的全局質(zhì)量保證。目前，有關(guān)VoIP中的QoS解決方案有基于集成業(yè)務(wù)模型的IntServ，基于差分業(yè)務(wù)模型的DiffServ以及基于MPLS流量工程的MPLS-TE等幾種。

可靠性

　　可靠的網(wǎng)絡(luò )是指網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)或連接的故障不會(huì )影響到業(yè)務(wù)的性能。PSTN具有高達99。999%的可靠性，即一年中只有不超過(guò)5分鐘的總故障時(shí)間。相對來(lái)說(shuō)，IP網(wǎng)絡(luò )自身的可靠性則相差很多，為了提供與PSTN類(lèi)似的高可靠性，則需要如設備冗余以及負載均衡等技術(shù)。網(wǎng)絡(luò )中的重要設備如呼叫代理，網(wǎng)關(guān)，應用服務(wù)器，媒介服務(wù)器等要有硬件冗余保護，并支持熱拔插（Hot-Swap）及無(wú)業(yè)務(wù)中斷的軟件升級，網(wǎng)絡(luò )連接要有備份連接保護并具備連接中斷的自修復能力（如重路由及快速的連接切換）。另外，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )流量的全局規劃，合理地將數據流分布到網(wǎng)絡(luò )內所有的連接上，從而避免任一單點(diǎn)故障引起的數據重傳而導致的網(wǎng)絡(luò )崩潰。

服務(wù)計費

　　PSTN已有幾十年的應用歷史，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已建立了相當完善的計費系統，可以為用戶(hù)提供詳細的通話(huà)記錄與收費清單，同時(shí)也可以完成業(yè)務(wù)供應商之間的收費結算。另外，業(yè)務(wù)供應商不僅可以按通話(huà)對鏈路的占用時(shí)間收費，還可以根據用戶(hù)通話(huà)的時(shí)段，地理位置等進(jìn)行多種收費方式，如包月制，低流量時(shí)段的優(yōu)惠收費，大業(yè)務(wù)量用戶(hù)的折扣等。而長(cháng)期以來(lái)，基于IP技術(shù)的數據網(wǎng)絡(luò )多是采用了按接入速度與距離而與業(yè)務(wù)量無(wú)關(guān)的固定收費體制，不適用于話(huà)音業(yè)務(wù)的收費。盡管呼叫代理可以記錄每一話(huà)音連接的狀態(tài)參數，由于IP網(wǎng)絡(luò )的資源復用特性，這些原始數據還需要進(jìn)一步被轉化為適用于IP網(wǎng)絡(luò )的相應流量參數。另外，有關(guān)IP話(huà)音業(yè)務(wù)的計費體制也需要從基于網(wǎng)絡(luò )接入的收費向基于業(yè)務(wù)量的收費轉移。

業(yè)務(wù)運營(yíng)支持系統

　　除了服務(wù)計費，PSTN擁有完善的業(yè)務(wù)運營(yíng)支持系統還可以為運營(yíng)賞提供諸如自動(dòng)的業(yè)務(wù)創(chuàng )建，故障檢測及報警，鏈路測試，網(wǎng)絡(luò )性能監控等能力。由于IP技術(shù)的開(kāi)放性，網(wǎng)絡(luò )中運行的協(xié)議及設備具有多樣化的特點(diǎn)，這就為集成的業(yè)務(wù)運營(yíng)支持增加了難度。目前，多數的VoIP運營(yíng)商往往需要購買(mǎi)及維護多個(gè)具有不同功能模塊的子系統。 由于缺乏一個(gè)通用的體系框架，這些子系統往往不能直接相互兼容，因此VoIP運營(yíng)商還需要投入大量的人力物力來(lái)實(shí)現各個(gè)子系統之間的互連互通。隨著(zhù)SNMP，CORBA等技術(shù)標準的推廣應用，這一局面有望得到改善。

VoIP的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

　　VoIP技術(shù)目前還沒(méi)有完全成熟，VoIP在IP話(huà)音業(yè)務(wù)提供中的應用也還處在初始階段，其所能提供的話(huà)音業(yè)務(wù)在諸多方面還遠無(wú)法與PSTN相比較。然而，憑借其靈活開(kāi)放性及良好的發(fā)展勢頭，VoIP技術(shù)也展示了PSTN所無(wú)法比擬的鮮明特點(diǎn)。

　　首先，通過(guò)VoIP技術(shù)的應用可以大大降低運營(yíng)商在網(wǎng)絡(luò )管理與維護上的投入，也降低了業(yè)務(wù)成本，用戶(hù)從而可以享受更為低廉的服務(wù)價(jià)格。這是因為，一方面，IP設備的價(jià)格低于程控交換機，而傳輸速度則超出程控交換機，這降低了設備的投入。另一方面，IP網(wǎng)絡(luò )中可以有效的實(shí)現話(huà)音與數據的共同傳輸，從而使得業(yè)務(wù)運營(yíng)商不必同時(shí)維護兩個(gè)獨立的網(wǎng)絡(luò )。這不僅直接降低了管理成本，也間接地降低了運營(yíng)商的人力資源成本。

　　其次，基于VoIP技術(shù)的IP網(wǎng)絡(luò )可以支持更多的新型增值業(yè)務(wù)，為運營(yíng)商創(chuàng )造新的業(yè)務(wù)來(lái)源。例如，話(huà)音與EMAIL的結合，話(huà)音與演示板結合的網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)演示，綜合話(huà)音，數據以及視頻的遠程視頻會(huì )議等。另外，由于IP設備的靈活結構，其在網(wǎng)絡(luò )中投入使用的周期大為縮短，使得業(yè)務(wù)供應商可以在新業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)出來(lái)后迅速地推向市場(chǎng)并吸引用戶(hù)。

　　第三，與程控交換機設備不同，IP設備具有較高的可擴展性。這樣，運營(yíng)商可以在初始階段投入少量資金而建立一個(gè)適于小業(yè)務(wù)量的網(wǎng)絡(luò )，并隨著(zhù)業(yè)務(wù)量的增長(cháng)而逐步擴展網(wǎng)絡(luò )設備的處理能力。例如，多個(gè)IP路由器可以以堆疊或菊花鏈的方式連接起來(lái)模擬成一個(gè)大型路由器而工作。這樣就降低了初始投資風(fēng)險，保護了運營(yíng)商的利益。

　　最后，在PSTN網(wǎng)絡(luò )中用戶(hù)的呼叫獨占一個(gè)連接，這樣即使在一段時(shí)間內這一連接上并無(wú)話(huà)音信息通過(guò)（如對話(huà)中的沉默），資源仍不能為其它用戶(hù)所用，而呼叫用戶(hù)也仍需為其總連接時(shí)間付費。在VoIP網(wǎng)絡(luò )中，一方面可以通過(guò)話(huà)音信息的壓縮而有效地降低資源占用量；另一方面，不同用戶(hù)通過(guò)復用的方式共享資源，沉默的連接所占用的資源可以為其它連接利用，這就大大提高了資源利用率。同時(shí)，壓縮后的話(huà)音信息以IP 數據包的形式在網(wǎng)絡(luò )中傳遞，業(yè)務(wù)供應商可以按照實(shí)際的數據流量收費而不是按照連接時(shí)間的長(cháng)短收費，有利于降低用戶(hù)的通話(huà)費用。

結束語(yǔ)

　　綜合前面的論述可以看出，IP技術(shù)為話(huà)音與數據信息流提供了一直的傳輸平臺。建立于這一基礎上的VoIP解決方案為業(yè)務(wù)供應商在降低運營(yíng)成本，提供靈活的新業(yè)務(wù)創(chuàng )新以及提高投資回報率等方面顯示了良好的應用前景。盡管VoIP在許多技術(shù)細節問(wèn)題上還需要進(jìn)一步的改進(jìn)，性能還有待進(jìn)一步提高，我們有理由相信，隨著(zhù)VoIP技術(shù)標準的不斷發(fā)展和完善，其必將在新一代電信網(wǎng)絡(luò )中得到成功應用。

參考文獻

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中國通信網(wǎng)(www.c114.net)
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