IP語音通信技術(shù)

1、IP語音通信技術(shù)石晶林1 IP語音通信發(fā)展隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的急劇擴大和使用領(lǐng)域的拓展，基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的IP Internet Protocol語音通信也呈現(xiàn)出一派生機蓬勃的景象。2003年，互聯(lián)網(wǎng)電話業(yè)務(wù)占國際長話市場的36，互聯(lián)網(wǎng)電話已經(jīng)對大型的電話公司構(gòu)成重大威脅。據(jù)行業(yè)分析公司IDC預(yù)測，截止2007 年，VoIP Voice over IP設(shè)備市場總額將達到151 億美元，年復(fù)合增長率為44。據(jù)Gartner Dataquest預(yù)測，截止2007年，服務(wù)供應(yīng)商的VoIP服務(wù)市場總額有望達到113 億美元，平均年復(fù)合增長率達到27.2%。而據(jù)Frost & Sullivan關(guān)于

2、IP語音的市場數(shù)據(jù)顯示，2001年通過批發(fā)、零售方式銷售的分組語音通話時間達60150億分鐘，預(yù)測2007年分組語音通話量將達到全部通話量的75%。另據(jù)CCID相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2005年亞太地區(qū)（不包括日本）IP 語音市場規(guī)模將達69億美元。另據(jù)IDC預(yù)測，美國互聯(lián)網(wǎng)電話市場將從2003年的2.81億美元增長到2007年67億美元；著名咨詢公司Analysys也預(yù)測，2007年西歐的互聯(lián)網(wǎng)電話業(yè)務(wù)收入至少可以達到25億歐元，占電信市場業(yè)務(wù)收入的15%；該機構(gòu)還指出，互聯(lián)網(wǎng)電話將取代傳統(tǒng)交換系統(tǒng)，話音質(zhì)量最終也可以與傳統(tǒng)話音質(zhì)量相媲美，甚至更好。在亞洲，日本互聯(lián)網(wǎng)電話業(yè)務(wù)發(fā)展也非常迅速，Yahoo

3、 BB的業(yè)務(wù)模式受到全球關(guān)注。中國互聯(lián)網(wǎng)電話網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和流量在全球來說也名列前茅，且中國對互聯(lián)網(wǎng)電話的重視程度很高。目前我國各大電信運營商都已開通互聯(lián)網(wǎng)電話業(yè)務(wù)，提供IP語音服務(wù)并向規(guī)?；姆较虬l(fā)展，這對于每個電信運營商及眾多設(shè)備廠商來說，無疑是一個巨大的市場契機。為什么IP語音的發(fā)展會有那么迅速呢？這除了歸功于高速帶寬技術(shù)的突破外，另一個基本原因是互聯(lián)網(wǎng)電話通話費低廉，同時可以保證一定的語音質(zhì)量。實質(zhì)上這說明互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)利用率和自愈恢復(fù)能力要比電路交換網(wǎng)強，除此外，互聯(lián)網(wǎng)電話可以：n 以近乎無限的方式，輕松實現(xiàn)系統(tǒng)擴容。除了通過網(wǎng)絡(luò)擴容，還可按需要，通過給IP語音網(wǎng)關(guān)添加額外的端口來實現(xiàn)。n 通

4、過標準計算機輕松處理數(shù)據(jù)格式的語音數(shù)據(jù)。分段傳送電話，保存或轉(zhuǎn)發(fā)被叫端的應(yīng)答信息或語音郵件。   n 通過軟件來實現(xiàn)基于IP的PBX private branch exchange，用戶交換機功能。這意味著無需很大開支就能實現(xiàn)其它功能，如電話會議、轉(zhuǎn)發(fā)和錄音電話。n 用標準PC組件來設(shè)計并部署基于PC的PBX，比傳統(tǒng)方式有更大價格優(yōu)勢。本文將詳細介紹IP語音的實現(xiàn)技術(shù)、通信控制管理、IPv4向IPv6過渡中的實現(xiàn)方案，最后簡單地介紹一下中科院計算所信息網(wǎng)絡(luò)室在IP語音通信方面所做的工作。2 當前的IP語音實現(xiàn)技術(shù)IP語音通信根據(jù)承載方式的不同，其實現(xiàn)方式也不盡相同

5、。目前主要有兩種：VoIP和TDMoIP。其中，VoIP是應(yīng)用最廣的一種IP網(wǎng)上語音通信傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方式。2.1 VoIP傳統(tǒng)的語音通信是以電路交換方式傳輸語音，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，對模擬的語音信號進行壓縮、打包等一系列的特殊處理，然后采用IP數(shù)據(jù)報的逐跳路由方式進行傳輸。主要處理過程是：通過語音壓縮算法對語音數(shù)據(jù)進行壓縮編碼處理(采用的語音編碼標準主要是ITU-T G.711)，然后把這些語音數(shù)據(jù)按IP等相關(guān)協(xié)議進行打包，經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇邮盏?，再把這些語音數(shù)據(jù)包串起來，經(jīng)過解碼解壓處理后，恢復(fù)成原來的語音信號，從而達到由IP

6、網(wǎng)絡(luò)傳送語音的目的。在VoIP業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，主要有互聯(lián)網(wǎng)電話終端、網(wǎng)關(guān)（Gateway）、網(wǎng)（關(guān)）守（Gatekeeper）等幾部分組成?；ヂ?lián)網(wǎng)電話終端包括傳統(tǒng)的語音電話機、PC、互聯(lián)網(wǎng)電話機，也可以是集語音、數(shù)據(jù)和圖像于一體的多媒體業(yè)務(wù)終端。由于不同種類的終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)是不同的，要在同一個網(wǎng)絡(luò)上傳輸，這就要由網(wǎng)關(guān)或者是通過一個適配器進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，形成統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)包?；ヂ?lián)網(wǎng)電話網(wǎng)關(guān)提供IP網(wǎng)絡(luò)和電話網(wǎng)之間的接口，用戶通過PSTN本地環(huán)路連接到IP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)負責把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并壓縮打包，成為可以在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)腎P分組語音信號，然后通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到被叫用戶的網(wǎng)關(guān)端，由

7、被叫端的網(wǎng)關(guān)對IP數(shù)據(jù)包進行解包、解壓和解碼，還原為可被識別的模擬語音信號，再通過PSTN傳到被叫方的終端。這樣，就完成了一個完整的電話到電話的互聯(lián)網(wǎng)電話通信過程。關(guān)守實際上是互聯(lián)網(wǎng)電話網(wǎng)的智能集線器，是整個系統(tǒng)的服務(wù)平臺，負責系統(tǒng)的管理、配置和維護。關(guān)守提供的功能有撥號方案管理、安全性管理、集中帳務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫管理和備份、網(wǎng)絡(luò)管理等等。在實現(xiàn)方式上，VoIP有電話機到電話機、電話機到PC、PC到電話機和PC到PC等種方式。最初VoIP方式主要是PC到PC，利用IP地址進行呼叫，通過語音壓縮、打包傳送方式，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上PC機間的實時語音傳送，語音壓縮、編解碼和打包均通過PC上的處理器、聲卡、網(wǎng)

8、卡等硬件資源完成。這種方式和公用電話通信有很大的差異，且限定在互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)，所以有很大的局限性。電話到電話即普通電話經(jīng)過電話交換機連到IP電話網(wǎng)關(guān)，用電話號碼穿過IP網(wǎng)進行呼叫，發(fā)送端網(wǎng)關(guān)鑒別主叫用戶，翻譯電話號碼網(wǎng)關(guān)IP地址，發(fā)起互聯(lián)網(wǎng)電話呼叫，連接到最靠近被叫的網(wǎng)關(guān)，并完成語音編碼和打包。接收端網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)拆包、解碼和連接被叫。對于電話到PC或是PC到電話的情況，是由網(wǎng)關(guān)來完成IP地址和電話號碼的對應(yīng)和翻譯，以及語音編解碼和打包。從理論上講，在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸語音看起來并不難：數(shù)字化后的語音信號只是一種數(shù)據(jù)，可以和其它數(shù)據(jù)一樣由分組網(wǎng)絡(luò)傳輸。電話網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)成就，如最低成本路由方法，在IP網(wǎng)絡(luò)中都

9、可以找到與之相對應(yīng)的部分。然而，如果想與TDM Time Division Multiplexing時分多路復(fù)用網(wǎng)絡(luò)進行競爭，VoIP必須切實解決兩個主要問題：即QoS Quality of Service和信令。n 服務(wù)質(zhì)量（QoS） 服務(wù)質(zhì)量對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)有著完全不同的含義。數(shù)據(jù)要求正確傳輸，對時延要求不高；但語音則對時延十分敏感，丟失幾毫秒的信息對語音應(yīng)用產(chǎn)生的影響倒不易察覺。語音的這個要求與IP網(wǎng)絡(luò)的原意完全相左。除此以外，有關(guān)語音質(zhì)量的其它技術(shù)，如回聲抑制、語音壓縮，并不是數(shù)據(jù)網(wǎng)的固有功能，需要對IP網(wǎng)絡(luò)進行改造才能滿足這些方面服務(wù)質(zhì)量的要求。n 信令 當前幾乎所有在VoIP

10、領(lǐng)域的研發(fā)努力都集中在解決QoS問題上，而對信令問題的研發(fā)幾乎是空白。這里所說的信令問題是指打電話時除了語音之外所需的交換信息。如摘機、震鈴等基本的功能，接通正確的號碼和記帳所需的更高級的功能，來電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、電話會議等復(fù)雜的功能，以及目前智能網(wǎng)絡(luò)新增的功能。這樣的功能包括幾千種，再加上幾十個國家和地區(qū)的細微差別，更增加了復(fù)雜程度。2.2 TDMoIPTDMoIP Time Division Multiplexing over Internet Protocol技術(shù)是在IP網(wǎng)絡(luò)上進行的線路擴展，它將IP網(wǎng)絡(luò)作為原有TDM網(wǎng)絡(luò)的一種插入式替換，通過附加適當?shù)膱箢^，用IP包封裝每個T1或E1幀

11、后進行傳輸。它可以與所有的現(xiàn)有設(shè)備，如傳統(tǒng)PBX和交換機，實現(xiàn)無縫接入，從而提供電話通信服務(wù)。TDMoIP技術(shù)不做任何數(shù)據(jù)解釋,透明地傳輸TDM幀，從而在接收端可以方便地提取TDM內(nèi)的傳輸內(nèi)容。這樣，TDMoIP就可以用來傳輸任意的T1/E1服務(wù)，即使有些通道本來是用來傳送數(shù)據(jù)的，或整個幀都是非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)流。與VoIP相比，TDMoIP更簡單，因為它對語音、數(shù)據(jù)信令和協(xié)議是透明的，即使這些協(xié)議都是專用的。而VoIP則面臨新協(xié)議帶來的麻煩并且要實現(xiàn)信令格式的轉(zhuǎn)換。VoIP的確承諾支持新的協(xié)議，但TDMoIP自動使用了現(xiàn)存PBX和CTI Computer telephony integratio

12、n功能所具備的優(yōu)勢。至于帶寬優(yōu)化，VoIP使用DSP Digital Signal Processing進行語音壓縮和靜音抑制從而滿足帶寬要求。但這是以降低通信質(zhì)量和增加延遲為代價的。盡管如此，TDMoIP和VoIP實質(zhì)上還是互補的。從用戶端到運營商POP Points of Presence之間通過IP網(wǎng)絡(luò)透明擴展TDM主干，使運營商在有資源的POP開發(fā)更大的、可擴展的VoIP網(wǎng)關(guān)和軟交換變得簡單容易，并為用戶在用戶端提供簡單的TDMoIP網(wǎng)絡(luò)終端單元NTU Network Terminal Unit。這些TDMoIP電路可比VoIP提供更多的服務(wù)，如通常的PSTN Public Switc

13、hed Telephone Network接入、中央交換機、幀中繼和ISDN Integrated Services Digital Network。3 IP語音通信的控制管理3.1 VoIPIP語音通信的服務(wù)質(zhì)量保障和信令問題除了要解決連續(xù)性信號碼流分組和還原以及編碼壓縮/還原的媒體網(wǎng)關(guān)外，關(guān)鍵是碼流的信令控制和服務(wù)質(zhì)量。信令控制方面迄今存在著多種很難互操作的制式?？偟恼f來，VoIP信令協(xié)議大體上可分為三種，即（1）H.323網(wǎng)守，沿襲LAN Local Area Network上多媒體會議通信協(xié)議，提供呼叫控制、呼叫管理和會議功能等；（2）MGCP Media Gateway Contro

14、l Protocol媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議，控制媒體網(wǎng)關(guān)狀態(tài)并指示它們傳送媒體到指定地址；（3）SIP Session Initiation Protocol會話發(fā)起協(xié)議，用客戶/服務(wù)器分布式呼叫控制和能力協(xié)商。 n H.323協(xié)議集ITU的H.323系列建議定義了在無業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的互聯(lián)網(wǎng)或其它分組網(wǎng)絡(luò)上多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)程。H.323標準是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)（intranet）和互聯(lián)網(wǎng)上的多媒體提供技術(shù)基礎(chǔ)保障。它是支持局域網(wǎng)上進行視頻（多媒體）通信的一組協(xié)議。1996年公布的第一版中，協(xié)議集規(guī)范了終端、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守和多點控制單元4個組成部分的功能。由于H.323標準留下很大的釋義余地，所以

15、不能確保不同系統(tǒng)間互操作能力。 為了改進操作效率，1998年初公布了H.323第二版本，把尋址能力推廣到非H.323的域名查號和域名訪問協(xié)議以及驗證授權(quán)功能；此后于1999年公布了面向大范圍網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的H.323第三版本，包括帶寬管理和QoS功能。H.323很大程度上是基于ITU以前的有關(guān)多媒體的協(xié)議，包括用于ISDN的H.320，用于B-ISDN Broadband Integrated Service Digital Network寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的H.321和用于G.STN終端的H.324等建議。其編碼機制，協(xié)議范圍和基本操作類似于ISDN的Q.931信令協(xié)議的簡化版本，并采用了比較傳統(tǒng)

16、的電路交換的方法。相關(guān)的協(xié)議包括用于控制的H.245，用于建立連接的H.225.0，用于大型會議的H.332，用于補充業(yè)務(wù)的H.450.1、H.450.2和H.450.3，有關(guān)安全的H.325，與電路交換業(yè)務(wù)互操作的H.246?？偟恼f，H.323協(xié)議規(guī)范已很成熟，但由于H.323當初并非專門針對電話業(yè)務(wù)特性設(shè)計的，協(xié)議的媒體管理采用了ISDN的Q.931信令（DSS1），在尋址（E.164電話號碼編號轉(zhuǎn)換到IP地址的尋址過程）建立呼叫和入網(wǎng)登記（RAS Registration, Admission and status）過程中，終端和網(wǎng)關(guān)/網(wǎng)守間協(xié)商操作需要數(shù)十次往返交換消息，操作耗時。而且

17、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模愈大，尋址過程愈復(fù)雜，難于滿足語音實時通信的要求。 n MGCP協(xié)議Arango和Huitema提出了VoIP的新的體系結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)中涉及三部分：信令網(wǎng)關(guān)（Signal Gateway, SG），媒體網(wǎng)關(guān)（Media Gateway, MG）和媒體網(wǎng)關(guān)控制（Media Gateway Control, MGC）。這個體系結(jié)構(gòu)的先進之處在于實現(xiàn)了呼叫控制和承載控制分離，而在這兩個分離的單元之間需要定義新的協(xié)議，MGCP就是這個接口上的一個較通用的協(xié)議，后來IETF Internet Engineering Task Force MeGaCo Media Gateway Control工

18、作組和ITU-T16研究組在MGCP的基礎(chǔ)上提出了H.248協(xié)議，對MGCP進行了擴展。MGCP屬于應(yīng)用層控制協(xié)議，主要完成MGC對MG的控制，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中MG之間的連接，并且處理MG與MGC的交互。為了簡化操作和改進信令控制效率，IETF又提出了MeGaCo信令協(xié)議標準，MeGaCo是MGCP的進一步開發(fā)，它與MGCP在結(jié)構(gòu)上和MG/MGC間交互動用關(guān)系上相似。但是在MeGaCo場合，信令網(wǎng)關(guān)直接管理著MG碼流的出/入和起/止以及各種碼流間的組合關(guān)系，從而簡化了MG和MGC之間交互操作，提高了效率。 MeGaCo的設(shè)計思想是把智能集中在服務(wù)器上，既能容納面向連接（CO Connection

19、Oriented）的媒體如TDM和ATM Asynchronous Transmission Mode 異步傳輸模式，又能容納IP那樣的無連接（CL Connectionless）媒體，因此選用的媒體網(wǎng)關(guān)類型更廣，而且網(wǎng)關(guān)規(guī)模有更大隨意性。MeGaCo協(xié)議尚在試驗階段。 n SIP協(xié)議 SIP是由IETF提出來的一個應(yīng)用控制（信令）協(xié)議。它可用來創(chuàng)建、修改以及終結(jié)多個參與者參加的多媒體會話進程。參與會話的成員可以通過組播方式、單播連網(wǎng)或者兩者結(jié)合的形式進行通信。SIP是立足于WEB的客戶機/服務(wù)器環(huán)境中主機間的會晤啟動協(xié)議，用服務(wù)器或代理方式提供各種服務(wù)。SIP通過有層次的定位符（URL Un

20、iform Resource Locators）識別用戶進行尋址，并用服務(wù)描述協(xié)議指明所要求的服務(wù)特性。SIP使用登記報文對SIP服務(wù)器登記，用請求命令起動呼叫，報文直接送至客戶機或服務(wù)器，后者取代了H.323網(wǎng)守的功能。SIP不是段管理協(xié)議，只是段的起動和拆除，不涉及段內(nèi)部的通信細節(jié)。 SIP協(xié)議一方面借鑒了其他互聯(lián)網(wǎng)的標準和協(xié)議的設(shè)計思想，在風格上遵循互聯(lián)網(wǎng)一貫堅持的簡練、開放、兼容和可擴展等原則，另一方面，它也考慮了對傳統(tǒng)公眾電話網(wǎng)的各種業(yè)務(wù)，包括IN Intelligent Network智能網(wǎng)業(yè)務(wù)和ISDN綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)業(yè)務(wù)的支持，它也支持“個人移動”。SIP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)多媒體通信和

21、控制協(xié)議體系的一個部分，其他協(xié)議包括用于預(yù)留網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的RSVP ReSerVation Protocol、用于多媒體數(shù)據(jù)傳輸并提供語音反饋的RTP Real Time Protocol/RTCP Real Time Transport Control Protocol、用于多媒體流數(shù)據(jù)分發(fā)控制的RTSP Real Time Streaming Protocol、用于描述會話屬性的SDP Streaming Download Project以及用于通告會話的SAP Service Advertising Protocol，而且將來隨著該體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展和完善，還會有其他新的協(xié)議產(chǎn)生，加入該

22、協(xié)議體系。但是SIP協(xié)議所規(guī)范的操作以及相應(yīng)的功能獨立于其它協(xié)議。3.2 TDMoIPTDMoIP中解決IP網(wǎng)絡(luò)與電話網(wǎng)絡(luò)互連時隨之產(chǎn)生的信令是通過三種不同的方式：帶內(nèi)信令、CAS Channel Associated Signaling和CCS Common Channel Signaling來實現(xiàn)的。帶內(nèi)信令與語音在相同的聲音頻帶內(nèi)傳送。它的形式有呼叫進程音，如撥號音或回鈴，DTMF Dual-tone-multi-frequency即touch tone,多音撥號音、用于呼入確認的FSK Frequency Shift Keying，北美的MFR1或歐洲的MFCR2等。因為這些都是能聽見

23、的音調(diào)，它們被編碼到TDM時隙中，自動被TDMoIP傳輸。VoIP系統(tǒng)使用的語音壓縮算法通常不能很好傳輸這些信令。因此VoIP系統(tǒng)需要音頻轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議來確保帶內(nèi)信令正確工作。最常見的CAS，即隨路信令，與語音信號在相同的T1或E1幀中傳送，但不在語音頻帶內(nèi)。T1通過保留位實現(xiàn)該信令，E1通過保留一個時隙為其余個通道每個通道承載比特實現(xiàn)該信令。因為CAS比特通過同樣的T1或E1數(shù)據(jù)流傳輸，它們?nèi)钥勺詣拥乇籘DMoIP傳遞。VoIP系統(tǒng)需要發(fā)現(xiàn)CAS比特，根據(jù)相關(guān)的協(xié)議對其進行解釋，使用某種信息協(xié)議在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸這些信令，并在遠端重新生成并組合成相應(yīng)的信令。SS7 Signaling System

24、7，7號信令是一種CCS（即公共信道信令）方法。SS7鏈路是56或64kbps的數(shù)據(jù)鏈路，通常占據(jù)一個TDM時隙。在這種情況下，該信令自動被TDMoIP傳送。如果不是這種情況，可以從SS7信令網(wǎng)關(guān)得到所需的IP格式的信息，直接把它作為附加信息，不經(jīng)過任何處理，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸。目前為止，我們忽略了通常TDM網(wǎng)絡(luò)中存在的另一功能時間同步。在公用交換電話網(wǎng)及SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)，主時鐘的節(jié)點為從時鐘的節(jié)點提供時間參考信號。在網(wǎng)絡(luò)中通常至少存在一個非常準確的基準參考時鐘，精確到1011的量級。該節(jié)點其精確性被稱為第一層為第二精確層提供參考時鐘，第二層為第三層節(jié)點提供參考時鐘。這種分層的時間同步對整個網(wǎng)

25、絡(luò)正常工作至關(guān)重要。IP網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包以一個隨機的延遲到達目的地，該延遲稱作抖動。當在IP網(wǎng)絡(luò)上模擬TDM時，假設(shè)存在合適的時間參考，可通過使用緩沖區(qū)來平滑所接收的數(shù)據(jù)，克服這種隨機性。但大多數(shù)情況下，原始的時間參考信息就得不到了。理論上在電話網(wǎng)絡(luò)中集成TDMoIP有兩種不同的層次。在長途情形下，具有競爭力的運營商在中央交換局之間引入一個基于TDMoIP的替換鏈路。因為上述討論的價格優(yōu)勢，可以用比現(xiàn)有規(guī)定費用低的價格為用戶提供“收費旁路”服務(wù)。在這樣的應(yīng)用中，兩端的TDMoIP設(shè)備可以從它們連接的中央局得到時間參考信號。在整個網(wǎng)絡(luò)的情形下，大部分的基礎(chǔ)設(shè)施被TDMoIP替換，這就需要一個時間同

26、步的方法。IP網(wǎng)絡(luò)通過NTP Network Time Protocol協(xié)議發(fā)布時鐘信息；但除非IP網(wǎng)絡(luò)全部是專有的并且全部供TDMoIP連接使用，否則在NTP時鐘和所需的TDM時鐘之間就不會有連接。這個問題的一種解決方法是使用如原子鐘或GPS接收器等為所有的TDMoIP設(shè)備提供時間標準，來減輕IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送同步信息的負擔。3.3 IP語音通信質(zhì)量保障我們知道互聯(lián)網(wǎng)電話本質(zhì)就是通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)和PSTN電話網(wǎng)的互連，互聯(lián)網(wǎng)電話通信質(zhì)量的好壞與互聯(lián)網(wǎng)有很大的關(guān)系。制約IP語音質(zhì)量的因素主要有： n 互聯(lián)網(wǎng)的不可管理性：互聯(lián)網(wǎng)是一個全球性和開放性的基于TCP/IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。這個網(wǎng)絡(luò)最大的特

27、點就是不可管理和不可控制，因此很難對其性能進行控制，也無法確認其時延、抖動和丟包率是否能滿足語音業(yè)務(wù)的需求。 n 互聯(lián)網(wǎng)面向無連接的特性：由于采用面向無連接網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，每一個語音包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時會經(jīng)過很多路由器。在每一個路由器中，所有的語音包都需要排隊等待處理。路由器查看每一個語音包的包頭確定將該包送往目的地方向的下一個節(jié)點。這樣語音包的傳送就可能會經(jīng)歷很長的時間，語音時延也可能達到無法容忍的地步。同時，每一個包經(jīng)歷的路徑不同，就會造成時延變化很大，即語音抖動很大。 另外，在網(wǎng)絡(luò)擁塞的時候，一些包還會被丟棄或等待很長的時間才被處理。由此可見，語音業(yè)務(wù)的傳遞密切依賴于網(wǎng)絡(luò)情況，也即取決于路徑跳數(shù)、

28、鏈路類型、速率以及業(yè)務(wù)量的多少等因素。 n 互聯(lián)網(wǎng)采用的UDP User Datagram Protocol協(xié)議：在互聯(lián)網(wǎng)中，語音業(yè)務(wù)以包的形式傳送。傳送過程中會因物理線路、超時和網(wǎng)絡(luò)擁塞等情況而引起丟包。雖然語音業(yè)務(wù)對于丟包率具有較高的容忍度，但是互聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況下會大量丟包，同時又由于語音業(yè)務(wù)采用UDP協(xié)議，不能進行糾錯和重發(fā)，大量丟包會嚴重影響語音通信的質(zhì)量。 n 互聯(lián)網(wǎng)路由機制：互聯(lián)網(wǎng)路由過程中的負載均衡機制和由于面向無連接引起的通話雙方路徑的不對稱性，都會對語音通信的時延和抖動具有較大的影響。負載均衡使去往同一目的地的業(yè)務(wù)可以分散在不同的路徑上傳輸，這固然是互聯(lián)網(wǎng)的一個優(yōu)勢，但

29、是對語音業(yè)務(wù)來說，從源到目的地的語音包經(jīng)過不同的路徑傳遞，不同路徑的時延有長有短，這樣語音的抖動就無法控制。 另外，由于互聯(lián)網(wǎng)面向無連接的特性決定通話的A、B雙方，從A到B語音經(jīng)過的路徑與從B到A語音經(jīng)過的路徑不相同。這樣就有可能在一個方向上，語音包經(jīng)過的路由器很少，物理電路非常好，語音時延非常小，語音質(zhì)量也就非常好。然而，在另外一個方向上，語音包有可能要經(jīng)過許多路由器，而且網(wǎng)絡(luò)非常擁塞，導致語音時延相當大而且大量丟包，語音質(zhì)量到了不可接受的地步。這樣，正常的語音通信也無法實現(xiàn)。 針對上面這些問題，人們從信號處理和分組交換的調(diào)度控制管理方面進行了深入研究，并取得了長足的進步！ n 信號處理在信

30、號處理方面，主要解決了語音壓縮、靜音抑制、回聲消除與語音抖動等?；ヂ?lián)網(wǎng)電話技術(shù)的基礎(chǔ)是語音壓縮技術(shù)。1995年11月， ITU（國際電聯(lián)）批準了G.729語音壓縮標準。G.729標準采用的算法使得語音經(jīng)過壓縮后，僅用8Kbps傳輸其質(zhì)量與32Kbps ADPCM(G.724)相同。G.729標準在1996年又得到了進一步的優(yōu)化改進?，F(xiàn)在G.729是最重要的語音壓縮標準。其他的語音壓縮技術(shù)還有幾種，除G.729外還有G.723/G.723.1。 IP網(wǎng)絡(luò)的一個特征就是網(wǎng)絡(luò)延時與網(wǎng)絡(luò)抖動較嚴重，這可能導致互聯(lián)網(wǎng)電話音質(zhì)下降。網(wǎng)絡(luò)延時是指一個IP包在網(wǎng)絡(luò)上傳輸平均所需的時間，網(wǎng)絡(luò)抖動是指IP包傳輸時

31、間的長短變化。當網(wǎng)絡(luò)上的語音延時（加上聲音采樣、數(shù)字化、壓縮、延時）超過200ms時，通話雙方一般就傾向采用半雙工的通話方式，一方說完后另一方再說。另一方面，如果網(wǎng)絡(luò)抖動較嚴重，那么有的語音包因遲到被丟棄，會產(chǎn)生語音的斷續(xù)及部份失真，嚴重影響音質(zhì)。為了防止這種抖動，人們采用了抖動緩沖技術(shù)，即在接收方設(shè)定一個緩沖池，語音包到達時首先進入緩沖池暫存，系統(tǒng)以穩(wěn)定平滑的速率將語音包從緩沖池中取出、解壓、播放給受話者。這種緩沖技術(shù)可以在一定限度內(nèi)有效處理語音抖動，并提高音質(zhì)。 n 分組路由與交換管理 IP網(wǎng)絡(luò)中分組傳輸原則上是采用“盡力而為”（Best Effort）方式，這種方式對于語音通信并不合適。

32、因此需要對語音包設(shè)定優(yōu)先級。通常當廣域網(wǎng)帶寬低于512Kbps時，一般在IP網(wǎng)絡(luò)路由器中設(shè)定語音包的優(yōu)先級為最高，這樣，路由器一旦發(fā)現(xiàn)語音包，就會將它們插入到IP包隊列的最前面優(yōu)先發(fā)送。從而使網(wǎng)絡(luò)的延時與抖動情況對語音通信的影響得到改善。這種優(yōu)先級的設(shè)定是靠一種稱之為資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）的技術(shù)來實現(xiàn) 。另外，還采用前向糾錯與IP包分割的技術(shù)進一步保證話音的質(zhì)量。不過人們認為RSVP雖然技術(shù)上比較成熟，但難于適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大小不同的要求，再則考慮到與ATM、FR Frame Relay幀中繼網(wǎng)的兼容以及全光網(wǎng)絡(luò)日益普及，最好是采用與動態(tài)選路相結(jié)合的信令，這樣便于建立、保持、修改、中斷連接，特別

33、是IP路由協(xié)議可用于實時收集網(wǎng)絡(luò)資源使用情況的信息，計算出節(jié)點間最佳通道。正是為了滿足這些要求，又產(chǎn)生了能充分利用IP靈活的動態(tài)路由功能的MPLS Multiprotocol Label Switching技術(shù)，其中主要采用了MPLS的CR-LDP Constraint-based Label Distribution Protocol來實現(xiàn)高清晰IP語音通信。4 向IPv6過渡過程中的IP語音解決方案在向新一代網(wǎng)絡(luò)演進的過程中，不僅網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)要從IPv4向IPv6過渡，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和應(yīng)用也有融合的發(fā)展趨勢。雖然IP語音通信已經(jīng)成為當前IPv4網(wǎng)絡(luò)中的一個重要應(yīng)用業(yè)務(wù)，但正如上面分析的，它在IPv

34、4網(wǎng)絡(luò)還有大量的問題需要解決。在IPv4向IPv6過渡的過程中，這些問題會變得更加復(fù)雜。如何實現(xiàn)分別連接在IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)之上的傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)之間及其與互聯(lián)網(wǎng)電話業(yè)務(wù)的互通與綜合對未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是非常重要的。 就目前的技術(shù)來看，軟交換比較適合于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)從今天分離的體系結(jié)構(gòu)向未來完全集成開放體系結(jié)構(gòu)演進的要求。電話網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)節(jié)點可以獨立發(fā)展，其間通過軟交換等協(xié)調(diào)設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)互通。這類協(xié)調(diào)設(shè)備不僅交換語音、數(shù)據(jù)和其他業(yè)務(wù)，而且完成七號信令與IP的轉(zhuǎn)換，解決兩個網(wǎng)語音業(yè)務(wù)的融合和轉(zhuǎn)移問題。軟交換可以提供實時業(yè)務(wù)的呼叫和連接控制、帶寬管理、信令互操作等。它支持H.323、H.24

35、8、SIP和媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（MGCP）等協(xié)議。由于具有開放的體系結(jié)構(gòu)、標準結(jié)構(gòu)和開放的應(yīng)用編程接口，軟交換不同于傳統(tǒng)的交換，特別是其上面的應(yīng)用層和媒體控制層已經(jīng)與媒體層硬件分離，并納入開放的標準的計算環(huán)境，大大加速了業(yè)務(wù)和新應(yīng)用的開發(fā)、生成和部署。軟交換不但負責所在管理域中網(wǎng)關(guān)的選擇與控制，而且與相鄰域中的軟交換通過BICC Bearer Independent Call Control protocol或SIPT SIP for Telephony交換網(wǎng)關(guān)信息，實現(xiàn)不同域間的業(yè)務(wù)互通。 在IPv4與IPv6混合的網(wǎng)絡(luò)中，主要有兩種基于軟交換的業(yè)務(wù)綜合方法，即集成模式和疊加模式。&

36、#160;n 集成模式 在集成模式中，IPv4域和IPv6域間的軟交換設(shè)備需要同時支持IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。軟交換設(shè)備位于IPv4與IPv6網(wǎng)絡(luò)的相鄰邊界，對于兩種網(wǎng)絡(luò)是公共的。它要同時管理兩個域的電話信令信息。這種模式優(yōu)勢在于管理方便，具有統(tǒng)一的業(yè)務(wù)開發(fā)和控制平臺。但從IPv6與IPv4融合的角度考慮，其體系結(jié)構(gòu)相對封閉，業(yè)務(wù)提供不靈活，用戶化的新業(yè)務(wù)開發(fā)困難，在網(wǎng)絡(luò)層互通方面受制于軟交換設(shè)備制造商。IPv4和IPv6軟交換節(jié)點集成在一起，使網(wǎng)絡(luò)發(fā)展受制。因此缺乏長遠的生命力。 n 疊加模式 疊加模式中每個網(wǎng)絡(luò)具有其各自的軟交換業(yè)務(wù)與應(yīng)用平臺。IPv4網(wǎng)

37、絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)可以獨自開發(fā)其增值業(yè)務(wù)和應(yīng)用。軟交換設(shè)備只需要支持一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。不過，軟交換機須互通以交換各自所管理網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)分布和狀態(tài)信息，這可以通過IPv6與IPv4網(wǎng)絡(luò)結(jié)合處的常規(guī)雙棧路由器或地址翻譯器來實現(xiàn)。利用網(wǎng)絡(luò)層的IPv6與IPv4互通技術(shù)，為應(yīng)用層的信令協(xié)議建立通道。這種模型比集成模型更靈活，但比集成模型略微復(fù)雜一些。 為了讓IP網(wǎng)絡(luò)更好地為用戶提供不同質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)，人們又設(shè)計出了多協(xié)議標簽交換技術(shù)MPLS。該技術(shù)對上層應(yīng)用是透明的，也就是它不關(guān)心上層是IPv4還是IPv6。因此，我們也可以采用MPLS技術(shù)來實現(xiàn)IPv4向IPv6過渡過程中的混合網(wǎng)絡(luò)語音通信，稱

38、之為VoMPLS技術(shù)。在這種技術(shù)中，由于語音業(yè)務(wù)是直接在MPLSLSP標記交換路徑上發(fā)送的，轉(zhuǎn)發(fā)過程中不需要IP的參與，因此VoMPLS能夠很好地適應(yīng)IPv4與IPv6的混合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在MPLS轉(zhuǎn)發(fā)等價類的劃分不僅僅根據(jù)IP地址，還可以依據(jù)網(wǎng)關(guān)所支持的協(xié)議（如SIP或H.323）或者用戶號碼空間。并能根據(jù)這些FEC Functional Equivalence Class分類來實現(xiàn)語音流量工程，將語音在特定的快速通道上傳送，而不必是最短路徑。這對于改善語音業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量是非常有幫助的。不過，要在MPLS網(wǎng)絡(luò)中完全實現(xiàn)語音業(yè)務(wù)，也不能完全離開IP，這是因為標簽是基于路由協(xié)議獲得的網(wǎng)絡(luò)知識來建立的

39、。這里為實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)電話路由而設(shè)計的協(xié)議是TRIP Telephone Routing over Internet Protocol。TRIP提供的功能主要有建立和維護提供商之間的對等關(guān)系、在提供商之間交換和同步電話網(wǎng)關(guān)路由信息、向其它提供商傳播網(wǎng)關(guān)路由信息、定義描述電話網(wǎng)關(guān)路由的語法和語義等。電話目標的可達性和達到這些目標的路由與網(wǎng)關(guān)等信息是通過位置服務(wù)器來交換的。TRIP是一種域間網(wǎng)關(guān)定位和路由協(xié)議，并根據(jù)路徑或網(wǎng)關(guān)特征來選擇路由。 在IPv4與IPv6混合的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，不同域中的網(wǎng)關(guān)位置信息可以通過TRIP來交換。TRIP支持IPv4和IPv6協(xié)議，不必再向BGP Border Gateway Protocol, 邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議那樣進行多協(xié)議擴展。當IPv4網(wǎng)絡(luò)中的語音終端要呼叫到IPv6網(wǎng)絡(luò)中的語音業(yè)務(wù)終端時，需要利用TRIP選擇恰當?shù)木W(wǎng)關(guān)和中間信令服務(wù)器。類似于BGP的多協(xié)議擴展在IPv4向IPv6過渡中的應(yīng)用，TRIP可以用于多個域間的電話路由信息交換，并為呼叫選擇恰當?shù)闹虚g或目標網(wǎng)關(guān)。TRIP也可以用于軟交換，增加軟交換自動交換網(wǎng)關(guān)信息和選擇網(wǎng)關(guān)的能力，提高軟交換網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴展性。 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展