VoIP技术讲座

什么是IT？IT(informationtechnology)信息技术IT是推动企业管理进步的动力,提供了必要的工具和手段，使得人们有能力打破传统的管理规则，创造出新的工作方式，从而给企业带来活力。IT推动社会的进步，产生了新的管理理念，或使已有的管理理念的实现成为可能什么是VoIP？VoIP(VoiceoverInternetProtocol)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可以在IP网络上便宜的传送语音、传真、视频、和数据等业务，如统一消息、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转发和各种信息的存储转发等。VoIP全球总动员第一次听到IP电话这个词还是因为几年前的一起官司，当时长途电话费很昂贵，而互联网刚开始进入人们生活，于是居住在某城市的兄弟俩就利用互联网搞起了类似于现在IP电话的东西，并且给附近的居民提供有偿服务，最后他们被拘留了，因为他们没有这种“电话”业务的经营权。过了一两年，IP电话忽如一夜如风来，好象满街的小店都在卖这个IP电话卡了，面值100元的实际上能卖个60块，那便宜的价格当然让学生们趋之若骛了，就连有手机的人也时刻不忘用电视广告上常作的那个铁三角“1-7-9-5-1”，来打IP电话，不过这个IP电话最近又整出事情来了，据说在中国有许多IP电话都是假的，其实是传统的长途电话“粉墨登场”，看来IP电话的世界的确是够热闹的了，不过说起这IP电话就不能不提到实现它的技术手段了——VoIP，即VoiceoverIP（通过IP包发送实现的话音业务），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。目前专家普遍认为VoIP将代表电话技术未来的方向，甚至有这样的一句话：everythingisoverIP（一切都将基于IP）。那么VoIP的提供商们表现水准又怎么样呢？在过去的12个月，全球的电信公司股价普遍下跌，其中跌得最惨的就是VoIP的服务提供商，有些提供商所在公司的股票市值已经跌了90%，美国VoIP设备厂商Clarent公司的股价由去年初最高的180美元跌到目前的8、9美元。尽管如此，许多人还是相信IP电话时代即将到来，近日Frost&Sullivan调研公司在报告中表示，2000年通过批发和零售方式销售的VoIP通话时间已经分别达到了60亿和150亿分钟，该公司还预计，到2007年VoIP的通话量将占全部通话量的75%。VoIP的确可以实现高利润，这主要是因为低成本，尤其是跨国长途电话，并且它能提供诸如统一信息（unifiedmessaging）等增值服务。但是VoIP提供商的表现如此差强人意，似乎并没有完全体现出VoIP技术的优势。美国市内电话交换运营商CLEC和宽带无线运营商在赢利方面都经历了失败，这是不是意味着VoIP提供商也正在走它们都已经走过的老路？就在人们还在怀疑VoIP是否可以成为替代传统话音传输手段的技术时，VoIP提供商却已经划分为两大阵营，一种是利用现有的公共互联网为依托开展IP电话业务，另一种则是重新建设一个专用的IP电话网。前者称利用现有的互联网可以实现更低成本，节省资源，在这个经济低迷的时代尤为重要，但是后者就称互联网经常出现拥塞的情况，哪里能保证话音质量？使用VOIP的主要优点把VOIP集成到集中器或RAS中，企业将进入一个充满机遇的新世界。如果该企业是服务提供商或传输服务提供商，则能够向用户提供附加业务。如果是远程用户，则访问过程将明显简化。增加利润--造就机遇--企业不再单纯依靠从用户的按时计费应用或主机使用中获取利润。服务提供商和传输服务提供商现在可以在传统业务基础上提供话音、传真、多媒体业务。由于这些企业长期通过企业局域网和PSTN建立连接，这一连接关系可以随着业务的增长而继续。例如，有了VOIP，接入业务提供商，包括互联网服务提供商（ISP）和传输服务者可以实现Points-of-Presence(POPs)和上下驿站网关服务。VOIP网关功能支持PC-to-Phone和Phone-to-PC业务，可通过基于IP的网络进行实时通信，造就新的商业机会。企业节支和接入的优点--对于依靠PSTN使用话音和传真业务的企业，节约的开支是十分可观的。VOIP通过绕过PSTN的方式，最终减少计费。用市话的价格，用户可以在任何时间向全球任何地方发送传真或拨打电话。另外，新的HiPer接入的VOIP功能将使用户可以通过在POTS线上建立的连接，接入企业内部网络、检查电子邮件、使用互联网和收听话音邮件。而且，话音邮件或电子邮件经过检查后，远程用户就可以接通从PC机上接入的电话了。这一功能节约的费用和增加的就业机会将使该企业更具竞争力。升级简单和可扩展性--由于TotalControlVOIP是建立在TotalControl服务器上的一种软件解决方案，所以升级和操作十分简单，而且节约时间和费用。3Com充分开发了其产品的DSP软件引擎。因此配备了DSP的3Com硬件，升级和进一步开发要比其他公司的DSP解决方案简单。未来的VOIP产品，则由软件升级替代整套的硬件更换。在系统升级时，这一功能既节省经费又节省时间。VoIP的关键技术在许多场合，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。由于传统PSTN的广泛存在性等历史渊源，在相当长一段时间内，新兴的IP电话系统要充分发挥其优势，就必须考虑与PSTN的互通问题。这就要在IP网与PSTN交换机之间配置IP电话网关，以实现媒体流与控制信令的互连互通。这样IP电话就有了4种方式：电话到电话、电话到PC、PC到电话和PC到PC，如图2所示。电话到电话即普通电话经过电话交换机连到IP电话网关，用电话号码穿过IP网进行呼叫。发端网关鉴别主叫用户，翻译电话号码/网关IP地址，发起IP电话呼叫，连接到最靠近被叫的网关，并完成话音编码和打包。收端的网关实现拆包、解码和连接被叫。对于电话到PC或是PC到电话的情况，是由网关来完成IP地址和电话号码的对应和翻译，以及话音编解码和打包。PC到PC方式下，多媒体PC经过电话线或局域网连接到Internet上，利用IP地址进行呼叫。话音压缩、编解码和打包均通过PC上的处理器、声卡、网卡等硬件资源完成。对于Internet或企业内部互联网（Intranet）这样的无连接数据网络是没有业务质量保障的，必然会存在分组丢失、失序到达和时延抖动的情况。这样，就必须采取特殊的步骤来保障一定的业务质量。例如，高层协议TCP提供了流控和差错恢复，但会产生显著的时延和时延抖动，因而在此环境中，TCP就不可用作第三层协议。基于多媒体数据与一般计算机数据不同，它能容忍一定程度的差错，而不会明显地影响通话或图像质量。因此，多媒体数据传输都采用UDP传输协议。由于UDP只是提供了一个基本的传输手段，而多媒体传输应用需要多媒体编码类型、同步时标、分组序列号等参数，以及一定程度的业务质量保障，因而提出了实时传输协议RTP/实时传输控制协议TRCP[3]。VoIP的关键技术包括：（1）信令技术，包括ITU-TH.323和IETF会话初始化协议SIP[4]（SessionInitationProtocol）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。（2）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。（3）媒体实时传输技术，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）以及安全认证和计费技术等等。本文着重介绍编解码技术、Internet话音分组传输技术、控制信令技术。VoIP的关键技术1.媒体编码技术目前，话音和图像压缩技术发展十分迅速，已经研究开发出很多高效率的压缩编码技术。如先进的以码本激励线性预测（CELP）原理为基础的G.729、G.723（G.723.1）话音压缩编码技术。以G.729为例，它可将经过采样的64kb/s话音以几乎不失真的质量压缩至8kb/s。话音压缩编码技术是IP电话技术的一个重要组成部分。图像编码方面有IP网络会议系统采用的H.261（活动图像编码）和H.263（低速率活动图像编码）。由于在分组交换网络中，业务质量不能得到很好保证，因而需要话音和图像的编码具有一定的灵活性，也就是说编码速率、编码尺度的可变可适应性。在图像编码方面，H.263采取了多种方式使得图像编码的尺度可变（分层编码、多精度编码），即根据不同的信道质量可以对码流进行调整，以保证所需的业务质量。在话音编码方面，近年来的研究得出G.729中一种很好的算法。G.729原来是8kb/s的话音编码标准，现在经进一步的研究和实践将其工作范围扩展至6.4～11.8kb/s，话音质量也在此范围内有一定的变化，但即使是6.4kb/s，话音质量也还不错，因而很适合在VoIP系统中使用。G723.1采用5.3/6.3kb/s双速率话音编码，其话音质量好，但是处理时延较大，它是目前已标准化的最低速率的话音编码算法。在目前接入网速度普遍较低的情况下，G.723.1话音编码也大量运用于H.323会议系统中。编码方法G.723.1G.729G.729A表1几种话音编解码方法的性能对比编码方法G.723.1G.729G.729A比特率5.3/6.3kb/s8kb/s8kb/s帧长度30ms10ms10ms处理时延30ms10ms10ms观看时延7.5ms5ms5ms帧字节数20/241010DSPMIP162010.5RAM220030002000相关的话音技术还包括静音检测技术和回声消除技术。有研究结果表明，人们在打电话时约有50％为聆听对方讲话的静默时间，10％为讲话时短暂停顿的静默时间。静音检测技术可以有效剔除静默信号，从而使话音信号占用的带宽要求进一步降低到3.5kb/s左右；回声消除技术利用数字滤波器技术来消除对通话质量影响很大回声干扰，保证通话质量。这点在时延相对较大的分组网络环境中尤为重要。VoIP的关键技术2Internet话音分组传输技术在IP网中传输层有两个并列的协议：TCP和UDP。TCP是面向连接的，它提供高可靠性服务；UCP是无连接的，它提供高效率的服务。高可靠性的TCP用于一次传输要交换大量报文的情况，高效率的UDP用于一次交换少量的报文或实时性要求较高的信息。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，可以用来传送声音和活动图像数据，在这项数据传输业务中包含了装载数据的标识符、序列号、时戳以及传送监视。通常RTP的协议数据单元是用UDP分组来承载的。而且为了尽量减少时延，话音净荷通常都很短。图3表示一个IP话音分组的结构，图中IP，UDP和RTP的控制头都按最小长度计算。由图3以可看出，这种IP话音分组的开销很大，约为66％～80％。于是有人提出了组合RTP分组的概念，如图4所示。采用这种组合复用方法的确可以大大提高传输效率，但是目前尚无标准。如果支持RTP的网络能提供组播功能，则它也可用组播方式将数据送给多