VoIP技術(shù)的發(fā)展及應用
魯剛
2004/09/01
一、引言
近年來(lái)，Internet得到了飛速發(fā)展與普及應用，而作為其核心技術(shù)的IP協(xié)議體系在數據網(wǎng)絡(luò )架構中的統治地位已得到了廣泛認同。同時(shí)，隨著(zhù)IP技術(shù)框架中匯聚網(wǎng)絡(luò )研究的發(fā)展和VoIP技術(shù)的提出，數據網(wǎng)絡(luò )通信已經(jīng)融入傳統的話(huà)音業(yè)務(wù)領(lǐng)域。
從現實(shí)情況來(lái)看，在電信數據業(yè)務(wù)中，IP業(yè)務(wù)已占95%以上，可以說(shuō)數據承載網(wǎng)業(yè)務(wù)已基本IP化。近來(lái)視訊業(yè)務(wù)有很好的發(fā)展趨勢，絕大部分也是IP業(yè)務(wù)。可以看出，目前電信網(wǎng)中的業(yè)務(wù)除了傳統電話(huà)業(yè)務(wù)外都是IP業(yè)務(wù)，而電話(huà)業(yè)務(wù)中的長(cháng)途電話(huà)70%已是IP電話(huà)。網(wǎng)絡(luò )的寬帶化、IP化成為整個(gè)電信網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。在可見(jiàn)的未來(lái)，IP電話(huà)將逐步取代傳統電話(huà)并最終完全IP化。發(fā)展和完善VoIP技術(shù)以全面取代PSTN則成為當前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
二、VoIP的基本原理及語(yǔ)音傳輸
傳統的電話(huà)網(wǎng)是以電路交換方式傳輸語(yǔ)音，所要求的傳輸寬帶為64kbit/s。而VoIP是以IP分組交換網(wǎng)絡(luò )為傳輸平臺，對模擬的語(yǔ)音信號進(jìn)行壓縮、打包等一系列的特殊處理，使之可以采用無(wú)連接的UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸。
VoIP模型的基本結構圖可以發(fā)現VoIP設備是如何把語(yǔ)音信號轉換為IP數據流，并把這些數據流轉發(fā)到IP目的地，IP目的地又把它們轉換回到語(yǔ)音信號。兩者之間的網(wǎng)絡(luò )必須支持IP傳輸，且可以是IP路由器和網(wǎng)絡(luò )鏈路的任意組合。
我們可以簡(jiǎn)單地將VoIP的傳輸過(guò)程分為下列幾個(gè)階段。
1. 語(yǔ)音-數據轉換
語(yǔ)音信號是模擬波形，通過(guò)IP方式來(lái)傳輸語(yǔ)音，不管是實(shí)時(shí)應用業(yè)務(wù)還是非實(shí)時(shí)應用業(yè)務(wù)，首先要對語(yǔ)音信號進(jìn)行模擬數據轉換。數字化可以使用各種語(yǔ)音編碼方案來(lái)實(shí)現，目前采用的語(yǔ)音編碼標準主要有ITU-T G.711。
2. 原數據到IP轉換
IP網(wǎng)絡(luò )不像電路交換網(wǎng)絡(luò )，它不形成連接，它要求把數據放在可變長(cháng)的數據包或分組中，然后給每個(gè)數據包附帶尋址和控制信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送，一站一站地轉發(fā)到目的地。
3. 傳送
在這個(gè)通道中，全部網(wǎng)絡(luò )被看成一個(gè)從輸入端接收語(yǔ)音包，然后在一定時(shí)間(t)內將其傳送到網(wǎng)絡(luò )輸出端。網(wǎng)絡(luò )中的同間節點(diǎn)檢查每個(gè)IP數據附帶的尋址信息，并使用這個(gè)信息把該數據報轉發(fā)到目的地路徑上的下一站。網(wǎng)絡(luò )鏈路可以是支持IP數據流的任何拓撲結構或訪(fǎng)問(wèn)方法。
4. IP包-數據的轉換
目的地VoIP設備接收這個(gè)IP數據并開(kāi)始處理。在數據報的處理過(guò)程中，去掉尋址和控制信息，保留原始的原數據，然后把這個(gè)原數據提供給解碼器。
5. 數字語(yǔ)音轉換為模擬語(yǔ)音
語(yǔ)音信號在IP網(wǎng)絡(luò )上的傳送要經(jīng)過(guò)從模擬信號到數字信號的轉換、數字語(yǔ)音封裝成IP分組、IP分組通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的傳送、IP分組的解包和數字語(yǔ)音還原到模擬信號等過(guò)程。
三、VoIP發(fā)展的技術(shù)基礎
由于相關(guān)的硬件、軟件、協(xié)議和標準中的許多發(fā)展和技術(shù)突破，使得VoIP的廣泛使用很快就會(huì )變成現實(shí)。這些領(lǐng)域中的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展為創(chuàng )建一個(gè)更有效、功能和互操作性更強的VoIP網(wǎng)絡(luò )起著(zhù)推波助瀾的作用。
推動(dòng)VoIP飛速發(fā)展乃至廣泛應用的技術(shù)因素可以歸納為如下幾個(gè)方面。
1. 數字信號處理器
先進(jìn)的數字信號處理器(Digital Signal Processor，DSP)執行語(yǔ)音和數據集成所要求的計算密集的任各。DSP處理數字信號主要用于執行復雜的計算，否則這些計算可能必須由通用CPU執行。它們的專(zhuān)門(mén)化的處理能力與低成本的結合使DSP很好地適合于執行VoIP系統中的信號處理功能。
2. 高級專(zhuān)用集成電路
專(zhuān)用集成電路(Application-Specific Integrated Circait, ASIC)發(fā)展產(chǎn)生了更快、更復雜、功能更強的ASIC。ASIC是執行單一應用或很小的一組功能專(zhuān)門(mén)的應用芯片。ASIC的使用使設備的性能更高，而成本更低。它們?yōu)榫W(wǎng)絡(luò )提供增加的寬帶和更好的QoS支持。
3. IP傳輸技術(shù)
寬帶IP網(wǎng)絡(luò )通信對QoS和延遲特性提出了茍刻的要求。目前，除已問(wèn)世的新一代IP協(xié)議--IPV6外，世界因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)提出了多協(xié)議標記交換技術(shù)(MPLS)，這是一種基于網(wǎng)絡(luò )層選路的各種標記/標簽的交換，能提高選路的靈活性，擴展網(wǎng)絡(luò )層選路能力，簡(jiǎn)化路由器和基于信元交換的集成，提高網(wǎng)絡(luò )性能。MPLS既可以作為獨立的選路協(xié)議工作，又能與現有的網(wǎng)絡(luò )選路協(xié)議兼容，支持IP網(wǎng)絡(luò )的各種操作、管理和維護功能，使IP網(wǎng)絡(luò )通信的QoS、路由、信令等性能大大提高，達到或接近統計復用定長(cháng)分組交換(ATM)的水平，而又比ATM簡(jiǎn)單、高效、便宜、適用。
4. 寬帶接入技術(shù)
IP網(wǎng)絡(luò )的用戶(hù)接入已成為制約全網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。從長(cháng)期發(fā)展看，用戶(hù)接入的終極目標是光纖到戶(hù)(FTTH)。光接入網(wǎng)從廣義上講包括光數字環(huán)路載波系統和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )兩類(lèi)。前者主要在美國，結合開(kāi)放口V5.1/V5.2，在光纖上傳送其綜合系統，顯示了很大的生命力。后者主要在日本和德國。日本堅持不懈攻關(guān)十多年，采取一系列措施，將無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )成本降低至與銅纜和金屬雙絞線(xiàn)相近的水平，并大量使用。特別是近年ITU提出以ATM為基礎的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )(APON)，將ATM與無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢互補，接入速率可達622M bit/s，對寬帶IP多媒體業(yè)務(wù)發(fā)展十分有利，且能減少故障率和節點(diǎn)數目，擴大覆蓋范圍。目前ITU已完成了標準化工作，各廠(chǎng)家正在積極研制，不久會(huì )有商品上市，將成為面向21世紀的寬帶接入技術(shù)的主要發(fā)展方向。
5. 中央處理單元技術(shù)
中央處理單元(CPU)在功能、功率和速度方面繼續發(fā)展。這使多媒體PC能夠廣泛應用，并提高了受CPU功率限制的系統功能的性能。PC處理流式音頻和視頻數據的能力在用戶(hù)中期待已久，所以在數據網(wǎng)絡(luò )上傳送語(yǔ)音呼叫理所當然成為下一步的目標。這個(gè)計算功能使先進(jìn)的多媒體桌面應用和網(wǎng)絡(luò )組件中的先進(jìn)功能都支持語(yǔ)音應用。
四、VoIP典型組網(wǎng)方案及應用優(yōu)勢
VoIP技術(shù)優(yōu)勢顯而易見(jiàn)。目前，在越來(lái)越多的跨國公司、大中型企業(yè)、政府機關(guān)、金融、證券行業(yè)、軍隊、電力行業(yè)、遠程教育機構得到廣泛應用。
VoIP技術(shù)的應用優(yōu)勢還體現在以下幾個(gè)主要方面：
1. 通話(huà)費用大大降低。將企事業(yè)單位內部的局域網(wǎng)和電話(huà)網(wǎng)合一，實(shí)現0話(huà)費。
2. 建設成本大大降低。無(wú)需另外布線(xiàn)。
3. 功能強大。只需加入相應的軟件，可以靈活地提供各種服務(wù)功能。
4. 獨特的網(wǎng)內漫游功能。網(wǎng)絡(luò )電話(huà)機可以插入網(wǎng)內的任何位置的網(wǎng)口(RJ45)，其電話(huà)號碼保持不變。
5. 具有加密和防竊聽(tīng)功能。這對保障政府機關(guān)，銀行和大型企業(yè)等重要集團用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )語(yǔ)音通信安全有著(zhù)十分重要的意義。
6. 使用方便。網(wǎng)絡(luò )電話(huà)機適用廣泛的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，與普通電話(huà)的使用習慣一致。
7. VoIP產(chǎn)品支持內建代理服務(wù)功能；配合代理服務(wù)，可以實(shí)現局域網(wǎng)之間和局域網(wǎng)內部IP電話(huà)的互通；IP電話(huà)可以分配保留的私網(wǎng)IP地址，不占用公網(wǎng)IP資源，使應用和組網(wǎng)更加靈活。
五、VoIP應用產(chǎn)品及最新發(fā)展方向
1. 賦予普通電話(huà)IP功能 例如，Aplio公司最近推出的Aplio/Phone2.0能將普通電話(huà)連接至Internet，并能與兼容H.323標準的IP電話(huà)和會(huì )議軟件結合使用。
2. 賦予呼叫中心網(wǎng)絡(luò )能力
有一些廠(chǎng)商開(kāi)始推出IP電話(huà)產(chǎn)品，這些產(chǎn)品能讓用戶(hù)使用同一條電話(huà)線(xiàn)打電話(huà)和接入網(wǎng)站，并在呼叫中心向代理商傳送為用戶(hù)服務(wù)的在線(xiàn)請求，因此，用戶(hù)無(wú)需斷開(kāi)與Internet的連接就能獲得對代理商的實(shí)時(shí)話(huà)音接入。由于呼叫中心在眾多企業(yè)中起著(zhù)為用戶(hù)提供服務(wù)的重要作用，所以網(wǎng)絡(luò )化的呼叫中心將會(huì )得到普遍應用。這種一體化的消息接入服務(wù)現在盡管還不普遍，但是經(jīng)營(yíng)IP電話(huà)網(wǎng)絡(luò )的業(yè)內人士認為，在今后幾年內它將會(huì )成為重要的服務(wù)方式。一些IP電話(huà)廠(chǎng)商目前正在開(kāi)發(fā)能提供一體化消息服務(wù)的產(chǎn)品。
3. IP可視電話(huà)
IP電話(huà)另一種可能的新應用是改善IP電話(huà)呼叫的視頻連接。例如，Netspeak公司的WebPhone4.0和VocalTec通信公司的InternetPhone5等產(chǎn)品，都能用作實(shí)時(shí)可視電話(huà)。IP傳輸視頻(Video over IP)與IP電話(huà)一樣也需要相當的帶寬，這一特點(diǎn)有助于這一技術(shù)與IP電話(huà)的結合，從而有利于那些經(jīng)常面對帶寬限制的家庭和小企業(yè)用戶(hù)。
六、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流的傳輸平臺。建立于這一基礎上的VoIP解決方案為企業(yè)及運營(yíng)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。
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