用于Fusion的Clarent ThroughPacket IP中繼
──提高基于Fusion的VoIP網(wǎng)關(guān)的效益／成本和質(zhì)量

一．引言　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　在過(guò)去的幾年里，因特網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成為全世界普及的網(wǎng)絡(luò )。這個(gè)基于包的網(wǎng)絡(luò )以及網(wǎng)絡(luò )上的IP協(xié)議已經(jīng)成為傳遞所有各類(lèi)信息（包括數據、語(yǔ)音、音樂(lè )和圖象）事實(shí)上的傳輸介質(zhì)。

　　為了利用這個(gè)快速發(fā)展的技術(shù)，許多運營(yíng)商和大公司已經(jīng)建起了私有的基于IP的包網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)中繼把這些網(wǎng)絡(luò )和公共交換電話(huà)網(wǎng)（PSTN）連接起來(lái)。近幾年，合并這些完全不同網(wǎng)絡(luò )環(huán)境的想法越來(lái)越多。基于包的IP網(wǎng)和基于電路的PSTN的匯聚，已經(jīng)引領(lǐng)了一個(gè)對VoIP網(wǎng)關(guān)系統（這個(gè)網(wǎng)關(guān)系統能夠通過(guò)基于IP的網(wǎng)絡(luò )傳輸PSTN語(yǔ)音數據）的正在增長(cháng)的需求。
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二．VoIP網(wǎng)關(guān)的報頭開(kāi)銷(xiāo)

　　在IP網(wǎng)和PSTN之間的網(wǎng)關(guān)使用VoIP技術(shù)橋接這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )世界。源于PSTN側一個(gè)發(fā)話(huà)人的語(yǔ)音數據被以一個(gè)連續流的形式帶到VoIP網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)打斷這個(gè)連續的數據流，包裝成包含特定時(shí)間間隔語(yǔ)音數據的離散數據塊。這些數據塊被稱(chēng)為語(yǔ)音載荷。在以叫作RTP的專(zhuān)用包形式把語(yǔ)音載荷發(fā)送到因特網(wǎng)之前，網(wǎng)關(guān)也可能按照在VoIP使用的一個(gè)標準語(yǔ)音編碼器的要求壓縮這些數據。RTP包包含一個(gè)載荷，一個(gè)RTP報頭，以及一個(gè)IP報頭。根據傳送數據所用的鏈路和物理層，也可能會(huì )加入其它的報頭（例如，８０２.２／３以太網(wǎng)報頭）。RTP包的格式根據RFC1890為每種類(lèi)型語(yǔ)音編碼器作了定義。當RTP包到達目的地的時(shí)候（通常是另一個(gè)網(wǎng)關(guān)），會(huì )做相應的逆處理。接收VoIP網(wǎng)關(guān)重新裝配語(yǔ)音載荷，在PSTN側形成一個(gè)連續的語(yǔ)音數據流，并把這個(gè)數據流傳遞給受話(huà)人。

　　在源始網(wǎng)關(guān)生成數據包的時(shí)候，就在整個(gè)數據傳遞過(guò)程中引入了一些延遲。在網(wǎng)關(guān)能夠形成并發(fā)送出每一個(gè)包之前，它必須等待從接收載荷的第一個(gè)字節開(kāi)始 ，到最后一個(gè)載荷字節結束那么長(cháng)的時(shí)間。這就導致至少是載荷間隔周期那么長(cháng)的延遲。這個(gè)延遲會(huì )隨著(zhù)載荷間隔的增減而增減。

　　在一個(gè)減少發(fā)話(huà)方和受話(huà)方間音頻反應時(shí)間的努力中，VoIP網(wǎng)關(guān)通常會(huì )配置成發(fā)送較小的語(yǔ)音數據載荷。雖然這樣做通常可以減少聽(tīng)得見(jiàn)的傳輸延遲，但同時(shí)也增加了一個(gè)給定語(yǔ)音數據流需要傳遞的包的數量。因為不管多小的音頻載荷都需要一個(gè)固定大小的包報頭，網(wǎng)上需要傳遞的數據量越大這個(gè)效果越明顯──跟隨的是網(wǎng)絡(luò )包和數據流量的相應增長(cháng)。圖１說(shuō)明了用于傳輸包報頭的帶寬會(huì )隨著(zhù)包載荷大小的縮小而增大。

圖1 載荷越小開(kāi)消就越大

　　如果帶寬是免費的話(huà)，那報頭的開(kāi)銷(xiāo)無(wú)關(guān)緊要。但事實(shí)并非如此，報頭的開(kāi)銷(xiāo)減少和由此導致的帶寬效率的提升正是網(wǎng)關(guān)設計的一個(gè)關(guān)鍵目標。本文描述了NMS通信Fusion４.２ VoP網(wǎng)關(guān)平臺上使用的語(yǔ)音通道復用技術(shù)。這種技術(shù)減少了包報頭開(kāi)銷(xiāo)，提高了基于Fusion的VoP網(wǎng)關(guān)的效益／成本和質(zhì)量。

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三．Clarent ThroughPacket技術(shù)

　　Clarent ThroughPacket是Clarent公司擁有專(zhuān)利權的IP多路復用算法，提供了一個(gè)讓數據和包的速率失效的解決方案。Clarent ThroughPacket通過(guò)把來(lái)自多個(gè)Fusion語(yǔ)音通道的語(yǔ)音載荷組合進(jìn)一個(gè)大包來(lái)實(shí)現這一功能。需要說(shuō)明的是：Clarent ThroughPacket是Clarent公司和NMS公司合作開(kāi)發(fā)的，NMS公司完全有權把這一技術(shù)應用于Fusion平臺以及其它的NMS產(chǎn)品之中。

　　在Fusion網(wǎng)關(guān)的發(fā)送側，Clarent ThroughPacket系統取出從多個(gè)Fusion語(yǔ)音通道送來(lái)并要發(fā)往同一個(gè)目的地的載荷，把它們組合成一個(gè)大的復合包。這些復合包被以Clarent ThroughPacket格式數據報流的形式，通過(guò)包網(wǎng)絡(luò )傳送到接收網(wǎng)關(guān)。
　　在接收一邊，另一個(gè)Fusion網(wǎng)關(guān)把每一個(gè)復合包解復用成分離的組成載荷。然后，這些載荷被導向到對應的Fusion接收通道。Clarent ThroughPacket包報頭包含有Fusion網(wǎng)關(guān)把復合包解復用成不同Fusion通道上載荷所需的所有信息。
　　由于每個(gè)包承載著(zhù)好幾個(gè)獨立會(huì )話(huà)的復合載荷，應用不但要發(fā)送數量較少的總包，還要貢獻出相對于總體包大小較小比例的空間來(lái)傳送報頭信息。圖２顯示出一個(gè)Fusion網(wǎng)關(guān)利用Clarent ThroughPacket多路復用方法在一個(gè)共同的包里發(fā)送來(lái)自多個(gè)會(huì )話(huà)的載荷。

圖2 Clarent ThroughPacket包和普通RTP／UDP包的比較

　　Clarent ThroughPacket在傳送數據時(shí)的增強效率減少了系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )傳送包化語(yǔ)音數據所需的總的帶寬。通過(guò)復用許多RTP數據流，一個(gè)Fusion VoIP網(wǎng)關(guān)使用Clarent ThroughPacket技術(shù)能夠提供兩個(gè)主要好處：
　　· 降低數據速率
　　· 降低包速率

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　　3.1 降低數據速率

　　在一個(gè)VoIP系統中用Clarent ThroughPacket代替RTP充分地減少了和數據包有關(guān)的大量報頭信息，從而降低廣域網(wǎng)上的數據速率，數據速率的降低通常會(huì )帶來(lái)WAN成本的減少，這通常既是合計的數據速率，又是長(cháng)途的數據速率。利用Clarent ThroughPacket設計的網(wǎng)關(guān)系統通常都通過(guò)長(cháng)途IP部分實(shí)現了真正的成本節省。
　　表１說(shuō)明了使用Clarent ThroughPacket技術(shù)能降低的數據速率。

　　表１：使用Clarent ThroughPacket降低的數據速率

　　表中TPKT數據速率效率因子列提供了Clarent ThroughPacket通過(guò)使用各種標準VoIP語(yǔ)音編碼器高效利用可用帶寬的能力測度。最節省帶寬的是使用低比特率語(yǔ)音編碼器的時(shí)候，比如Ｇ.７２３.和Ｇ.７２９Ａ。
　　例如，在一個(gè)使用了１２０個(gè)Ｇ.７２９Ａ語(yǔ)音編碼端口的網(wǎng)關(guān)中，RTP數據速率是承載類(lèi)似語(yǔ)音通道的一個(gè)Clarent ThroughPacket流數據速率的兩倍多（也就是要乘一個(gè)２.３８的因子）。這些數是對１２０個(gè)單純的Ｇ.７２９通道計算得來(lái)的，沒(méi)有使用語(yǔ)音活動(dòng)性檢測（VAD）。當在兩種情況（RTP和Clarent ThroughPacket）中都使用了VAD時(shí)，得出的TPKT數據速率因子會(huì )更大。

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　　3.2 降低包速率

　　Clarent ThroughPacket本質(zhì)上是一種中繼技術(shù)，它把來(lái)自多個(gè)通道的數據連接成一個(gè)單獨的包。這明顯地減少了網(wǎng)關(guān)每時(shí)每刻都要傳送的包數量。由于發(fā)送更少的包穿過(guò)網(wǎng)絡(luò )，Clarent ThroughPacket減少了加在網(wǎng)絡(luò )路由上的負荷。因為路由性能（例如抖動(dòng)和丟包）會(huì )隨著(zhù)包速率的增加而下降，所以Clarent ThroughPacket能夠減少路由損耗和提升語(yǔ)音質(zhì)量。由于IP網(wǎng)絡(luò )的包流量具有突發(fā)性，所以任何方向上包速率的降低都能夠減少由于路由器峰值瞬間擁塞造成的包丟失可能。
　　表２比較了１２０個(gè)單純RTP流的包速率和單個(gè)復用了１２０個(gè)語(yǔ)音流的Clarent ThroughPacket流的包速率。TPKT包速率效率因子列顯示出使用不同標準語(yǔ)音編碼器的結果。又一次，最好的情況出現在使用低比特率語(yǔ)音編碼器的時(shí)候。

表2：使用Clarent ThroughPacket降低的包速率

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四．Clarent ThroughPacket應用

　　雖然Clarent ThroughPacket對大多數基于Fusion的VoP應用都是有用的，但仍有它不適宜的情形。應用開(kāi)發(fā)商和系統集成商弄清楚那里最適合使用Clarent ThroughPacket很重要。不適宜的使用或配置錯誤，Clarent ThroughPacket都可能實(shí)際上增加了網(wǎng)絡(luò )流量。

能夠從使用Clarent ThroughPacket受益頗多的Fusion系統包括：

• 在受限的網(wǎng)絡(luò )條件下部署的Fusion網(wǎng)關(guān)，在這捉情形下帶寬和路由器擁塞都是潛在的問(wèn)題。
  
• 由于Fusion網(wǎng)關(guān)連續處理多個(gè)同時(shí)發(fā)生的呼叫而需要RTP中繼的情形。
  
• 接續越洋呼叫的Fusion網(wǎng)關(guān)，在這種情況下，Clarent ThroughPacket和低比特率語(yǔ)音編碼器的結合能夠明顯減少帶寬需求和降低成本。
  
• 無(wú)線(xiàn)本地環(huán)路接入應用，在這種應用中，一個(gè)基于Fusion網(wǎng)關(guān)通過(guò)一條IP鏈路提供語(yǔ)音中繼，而這條IP鏈路可能還要承載數據。
  
  Clarent ThroughPacket在以下情況不適用：
  
• 帶寬和路由器擁塞不是主要因素的地方（由于過(guò)分的供給）。
  
• 需要在不同供應商網(wǎng)關(guān)之間配合的情況（Clarent ThroughPacket是一個(gè)專(zhuān)有協(xié)議）。
  
• 連續到多個(gè)其它基于Fusion網(wǎng)關(guān)或端點(diǎn)系統的系統，由于系統連接的方向很多，同時(shí)接往一個(gè)方向的通道就很少，因此利用Clarent ThroughPacket得到的好處就很有限，反而會(huì )引入額外的端到端延遲。

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五. RTP多路復用標準

　　Clarent ThroughPacket是一個(gè)私有的VoIP包復用方案。到目前為止，還沒(méi)有標準定義這種形式的復用，以確保和其它VoIP端點(diǎn)系統協(xié)同工作。在過(guò)去的三年里，IETF的音頻視頻傳輸工作組（AVT）已經(jīng)致力于找到一個(gè)復用RTP流的一致方法來(lái)減少包和數據占用的帶寬。由于IETF的六個(gè)月就過(guò)期的規定，這些草案已經(jīng)再也找不到，即使是在IETF網(wǎng)站。AVT在兩個(gè)方面特別難決斷：
　　1．商定復用方案要達到的目的和量度標準，以及
　　2．決定在ＩＳＯ協(xié)議棧的哪一層上實(shí)現復用。
　　在舍棄了許多技術(shù)之后，AVT最終得出了一個(gè)叫作TCRTP的草案。因為這個(gè)草案設想成集合現有RFC的所有方法來(lái)實(shí)現帶寬節省，目的是要把它設計成一個(gè)IETF的最好公共實(shí)驗, 而不是一個(gè)標準跟蹤ＲFC。
　　TCRTP按照RFC2508使用報頭壓縮。它也使用PPP的復用格式，然后，得出的復用PPP載荷能夠使用第二層隧道協(xié)議（或叫L2TP）在兩個(gè)RTP端點(diǎn)系統間傳遞。由于大部分網(wǎng)關(guān)都不使用PPP或L2TP，所以TCRTP的使用也是不適宜的。

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六．目前的解決方案

　　這個(gè)時(shí)候，似乎沒(méi)有復用方案能夠讓VoIP和其它類(lèi)型的媒體網(wǎng)關(guān)之間協(xié)同工作。NMS一直在跟蹤并參與AVT工作組的工作，并會(huì )繼續下去。Clarent ThroughPacket代表著(zhù)在明確定義的VoIP網(wǎng)絡(luò )場(chǎng)合中的一種可行的技術(shù)。若IETF集中到一個(gè)適宜的復用技術(shù)上，由于NMS在內部消化、測試和特征化Clarent ThroughPacket技術(shù)的過(guò)程中獲得了豐富的經(jīng)驗，利用這些經(jīng)驗NMS能很快推出和新的復用技術(shù)相兼容的產(chǎn)品。

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