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VoIP技术及其应用探讨
来源于:  2009-7-8 15:32:31
    一概述
    传统意义的PSTN网络和以INTERNET为代表的数据网络在出现之初,都是彼此孤立、互不存在业务联系的,而随着计算机技术、光纤通信技术、数字技术、交换技术和语音压缩技术的发展,两大网络即语音网络和数据网络出现了融合的趋势,便产生了VoIP网络电话,来满足人们进行实时通话的需求。根据运行平台的不同,网络电话可以利用软件方式和硬件方式实现,其中软件实现方式的相关产品有NetSpeck公司的WebPhone,Quarterdeck公司的WebTalk以及Revolutionary公司为OS/2设计的Intercome等。软件方式根据接续类型的不同可以分为两种不同的实现方法:1、通话双方被指定登录到同一台电话服务器以建立呼叫;2、通话双方交换IP地址,并用他们来进行自发或预先安排的呼叫;硬件实现方式是利用语音网关设备将PSTN网络和INTERNET网络的相关设备连接起来,采用数字信号处理技术(DSP)实现通话双方的连接。本文就是对基于硬件方式实现IP电话的技术描述,在组网时利用了华为C&C08程控交换机与PSTN固话网相连,实现语音网络和国内国际语音网络互联;数据网采用了华为NE80核心路由交换机接入INTERNET,而IP语音网关设备通过2M线路E1接口和基带数据接口分别与程控交换机和核心路由器相连。
    光网络技术的提高和数字传输距离的应用,在数据通信网中被视为“瓶颈”的带宽和服务质量等问题一一得到解决,推动了IP技术的迅速发展,带动各种应用向IP靠拢。一个典型的应用就是VoIP业务(即IP电话),VoIP与传统的基于电路交换的电话网相比,使用TCP/IP作为传输协议,利用现有的网络技术将语音集中到IP网络上来,统一采用IP技术,使得语音和数据在同一线路上采用统计复用技术传输,从而大大提高了线路带宽利用率。目前,大多数企业的各分支机构之间的电话通信都是通过PSTN网络实现的,当企业规模变得越来越大、分支机构越来越多的时候,巨额话费已经成为许多企业沉重的经济负担,因此经济实惠的电话网络解决方案已经成为许多企业的迫切需求,VoIP则是解决这一问题的最佳方案。
    二VoIP基本概念
    VoIP一般称作为IP电话,广义上是指在数据网络上承载数据、语音、传真和视频、图像等多媒体业务,而在狭义上讲则是承载语音业务。基于IP的Internet得到迅猛的发展,使IP协议成为信息网络的工具。
    2.1VoIP业务的基本原理VoIP的英文注解为Voice Over Internet Protocol 顾名思义基于网际协议的语音,目前网际协议(IP)和传输控制协议(TCP)已经成为全世界数据互联网络的公认协议,提起IP必然会和TCP联系在一起,因此简写为TCP/IP协议。传统的模拟语音信号在一定的时间段内是连续的不间断的、在信号的表示上是由脉冲组成的信息,而在数据网络上,信号最终都是由诸如010101的离散信号组成,用离散的信号表示连续的模拟信号,则要经过抽样、量化、编码的过程,通过A/D模数转换电路将人发出的模拟语音信号变成数字信号实现在IP网络上传输,此时流动的信息格式为IP数据报文,由源IP地址、目的IP地址、信息内容、纠错码等相关信息组成,相反由数字到模拟信号需要D/A数模转换电路将IP数据报中的信息内容还原为模拟的语音信号实现在终端上接受。
    2.2VoIP业务实现的硬件组成IP电话的基本结构由网关(GW)和网守(GK)两部分构成。网关的主要功能是信令处理、H.323协议处理、语音编解码和路由协议处理等,对外分别提供与PSTN网连接的中继接口以及与IP网络连接的接口。网守的主要功能是用户认证、地址解析、带宽管理、路由管理、安全管理和区域管理。一个典型的呼叫过程是:当呼叫由PSTN语音交换机发起时,通过中继接口接入到IP语音网关,网关获得用户希望呼叫的被叫号码后,向网守发出查询信息,网守查找被叫网守的IP地址,并根据网络资源情况来判断是否应该建立连接。如果可以建立连接,则将被叫网守的IP地址通知给主叫网关,主叫网关在得到被叫网关的IP地址后,通过IP网络与对方网关建立起呼叫连接,被叫侧网关向PSTN网络发起呼叫并由交换机向被叫用户振铃,被叫摘机后,被叫侧网关和交换机之间的话音通道被连通,网关之间则开始利用H.245协议进行能力交换,在能力交换完成后,主被叫方即可开始通话。
    三VoIP业务的试验平台
    3.1VoIP试验的硬件连接本次试验是将华为程控交换机和西安信澳科技发展有限公司的IPBX2600-I/II型IP语音网关设备利用E1线路实现对接,在程控交换机侧,近端交换模块号1新增加中继板DTM一块,数据配置为DT,和IPBX2600-I型语音网关的E1接口相连,接口协议为中国一号信令。IPBX2600-I设备通过LAN接口与核心路由器相连,通过FXS接口接IP话机或者模拟话机,这样两大网络PSTN语音网和INTERNET数据网利用VoIP语音网关连接在一起。
    3.2试验阶段VoIP相关设备组网图
在网络拓扑图中,华为C&C08数字程控交换机通过N0.7信令与电信运营商互连而进入PSTN语音网络,同时通过华为NE80核心路由器利用边界网关路由协议(BGP)进到INTERNET数据网络,IP电话语音网关IPBX2600-Ⅰ型和IPBX2600-Ⅱ型分别位于近端和远端。从组网图可以看出,IP网络电话的信息流通路有如下三种:a、从IP虚通道进入到PSTN物理通路,即IP数字电话拨打PSTN固定电话;b、从IP虚通道到IP虚通道,即IP数字电话拨打IP数字电话;c、从PSTN物理通路进入到IP虚通道,即PSTN固定电话拨打IP数字电话。
    3.3程控交换机侧数据设定在程控交换机和语音网关对接时采用了中国一号信令,由于一号信令的特点,需要在程控交换机中将中继电路分为出中继和入中继,与在VoIP语音网关侧设定的入中继、出中继电路分别相对应,两个中继群号对应一个路由、子路由、路由分析,因为在试用阶段,暂且分配四个具有公网特性(便于接续)的号码87991095~87991098作为IP语音电话号码,在华为C&C08程控交换机网管台中,详细数据设定如下:
1、增加至语音网关的局向:
ADDOFC:O=9,DOT=CMPX, DOL=LOW, NI=NAT, DPC="000000", ON="语音数据业务";
2、增加子路由:
ADDSRT:SR=17,DOM=9, SRT=OFC, SRN="语语音程控业务", TSM=CYC, MN1=1;
3、增加一号出中继群:
ADDN1TG:MN=1,TG=17, G=out, SRC=17,SIGT=NO1,SA6=TRUE, A6P=3;
4、增加一号入中继群:
ADDN1TG:MN=1,TG=18, G=IN, SRC=17,SIGT=NO1,SA6=TRUE, A6P=3;
5、增加一号中继的出中继电路:
ADDN1TKC:TG=17,SC=448, EC=463, CS=USE;
6、增加一号中继的入中继电路:
ADDN1TKC:TG=18,SC=464, EC=479, CS=USE;
7、增加至语音网关的路由:
ADDRT:R=17,RT=NRM, SRST=SEQ, SR1=17;
8、增加至语音网关的路由分析:
ADDRTANA:RSC=17,RSSC=0, RUT=ALL, ADI=ALL, CLRIN=ALL, TRAP=ALL, TMX=0, R=17;
9、增加至语音网关的业务字冠:
ADDCNACLD:PFX=K'87991095,CSTP=BASE, CSA=LC, RSC=17, MIDL=8, MADL=8;
ADDCNACLD:PFX=K'87991096,CSTP=BASE, CSA=LC, RSC=17, MIDL=8, MADL=8;
ADDCNACLD:PFX=K'87991097,CSTP=BASE, CSA=LC, RSC=17, MIDL=8, MADL=8;
ADDCNACLD:PFX=K'87991098,CSTP=BASE, CSA=LC, RSC=17, MIDL=8, MADL=8;
在程控交换机和VoIP语音网关数据设定后,经过了一番调测,将入中继的“是否要主叫号码”调为“是”,“无主叫是否接通”调为“是”,“是否发A6”为“是”,“发A6位置”调为“3”,“收主叫”为“是”。经过电话拨打,模拟的语音信号能够通过IP数据包传输。
    3.4呼叫流程描叙与PSTN的呼叫程控交换机侧分配给近端语音网关具有公网特性的号码为87991095~87991098,远端设备IPBX2600-II型语音网关分配的号码为6005~6008,在中心端设备上通过数据配置(选择直连方式)可固定或动态映射PSTN号码到远端设备的6005~6008电路上。这样从PSTN侧来的呼叫通过Internet网络延伸到了远端,6005~6008成为PSTN侧87991005~87991008电话号码的映射。
    内部虚拟PBX的呼叫在关守(Gatekeeper)的支持下,企业内联网的异地设备可以通过网络,以内部号码如6000或8000的方式实现零话费呼叫,也可以与以PC为软件终端的IP Phone、Netmeeting等实现双向呼叫。即6000和8000、9000可实现双向呼叫,而不需要PSTN的参与。
    接续流程在该组网方式下,当用户摘机拨号,如果号码为本网内的电话号码时,就转为内部IP电话连接或本设备的内部交换连接。否则,直接与中心站网关设备相对应的E1接口电路连接。当有PSTN用户接入时,中心站IPBX2600-I型语音网关设备给远端的语音网关发送控制信令、远端设备相对应的用户振铃;如为二次拨号方式,则向接入用户送辅导音,提示拨分机号。
    3.5VoIP语音业务拨打测试由于IP电话网采用了语音压缩编码算法,将话音用数据包的形式在分组交换网上传输,不可避免的会产生普通电话网中不存在的特殊问题,像电话延时、通道回音等。由于SXBCTV系统内部的固定电话用户需通过拨“2”+电话号码进入PSTN网络,因此IP电话也沿袭这一拨号特性,在拨打本地电信、网通、铁通以及移动、联通手机电话时均能接通,而且延时较小、通道回音现象几乎无法觉察,语音质量几乎接近模拟网效果。在拨打外地电话时,通过拨“0”+区号+电话号码可以进入外地的电信、网通、铁通的PSTN语音网络以及手机的GSM/GPRS、CDMA移动网。同时利用PSTN公网电话以及手机拨入时也可正常接通,拨测结果表明VoIP语音数据集成业务已经实现。
    四VoIP语音业务前景看好
    在市场经济条件下,VoIP语音业务的众多优势极大的吸引着网络运营商:其一为价格低的优势,IP电话采用语音压缩编码和分组统计复用,带宽利用率高,其二便于建立高效综合的内部网络,使IP网络引入企业内的数据网和电话网,能够使数据信息和语音信号共享传输通道,为企业节省更多的财力和物力。其三能够提供多种增值业务,IP网络为开放式网络,具有无限的发展潜力,是未来语音、数据、图象三网合一的载体。与普通电话相比,IP电话的优势是非常明显的,因为IP电话是将传统的电信电话网络整合到数据网络中,省去了庞大的PSTN长途话费开支,可以显著降低企业网络的运营成本。对于建设了宽带数据网络的公司而言,VoIP优势不言而喻:
    4.1构建企业或专网的语音通信系统该模式的的最大应用在于企业和专网系统已组建了宽带网,目前宽带网络建设已经风靡世界,各个企业、单位在争相建设自己的宽带数据通信网,按照传统的模式,他们还需要建设一套基于电路交换的语音通信网。这样不但组网复杂,管理和维护费用高。而基于IP的语音系统,将语音和数据通信系统合而为一,实现了企业内部语音系统的零话费运用。另外通过Internet等广域网的连接,还可以构建企业或专网系统的远程异地内部通信系统。
    4.2延伸传统语音通信网络随着宽带网建设的不断推进,数据网络的覆盖逐步加强,人类在现代数据通信网络下实现了社会网络化虚拟活动,诸如网上购物、网上银行、网络论坛、网上医疗、网络聊天等等,人们对事物的认识已经跨越了时间和空间的限制,足不出户即可了解天下大事,知晓地球内外的风土人情,学习各行各业的专业知识,“地球村”的概念已经形成,相对于传统的语音PSTN网络,局间互连或接入延伸只能通过光纤或微波等传输设备,网络应用主要限于语音通话。而现在可以通过数据宽带网络,利用VoIP技术,即可实现PSTN语音系统的透明传输。这样可以充分利用网络资源,减少不必要的线路投资,在实际应用方面,语音通话几乎接近或者是达到了传统语音通话的效能。
    4.3提供灵活多样的增值业务国内的几大通信运营商中国电信、网通、铁通以及移动、联通等都已经投入并使用了自己经营的IP长话业务,IP电话无疑在中国已经取得了成功,由于它低廉的价格和逐渐提高的通话质量,人们已经熟悉并习惯使用IP电话拨打外地长话,IP电话正以惊人的速度挤占国内国际长途通话市场。据统计,2001年,国内长途VoIP业务量超过了国际业务量,中国的用户大约进行了1.2亿个VoIP呼叫。目前IP电话基本上还停留在最初的语音通信服务上,然而单单靠基本的通话服务业务很难有新的发展。在电信改组,国内电信运营商日益增多,同时随着中国已经加入WTO,电信市场的开放,国外通信运营商将很快进入国内电信领域,竞争必将造成电信基本通话业务价格的下降,仅靠基本通话业务的盈利将很难维持整个网络的维护和运营,未来IP电话的角逐将会是其各种增值业务的开发。根据其类型的不同,IP电话可开展的增值业务分为:数据类增值业务、Web类增值业务和话音类增值业务,其中数据类增值业务主要有短消息业务;Web类增值业务包括:点击拨号(CTD)、点击发送传真(CTF)、网络互动游戏、可收听网页;话音类增值业务有:IP800号业务、通用个人通信、虚拟专用网、呼叫转接、呼叫前转、呼叫保持、呼叫等待、号码显示/限制、呼叫完成、呼叫意图、呼叫插入和IP电话会议等共计十七种增值业务。由于IP电话基本上还停留在通话服务上,要真正体现它的优势还必须在传统电信业务基础上提供更多的增值业务,只有这样才能有更大的市场吸引力。
    五构造未来的数据语音网络
    PSTN语音网络和INTERNET网络以及以图象为特征的广播电视网络三网融合将是必然的趋势,这其中的两大网络PSTN和INTERNET网已经在某种程度上出现融合,诸如网上语音聊天、IP电话等,共同点即是通过IP数据包承载着模拟语音信号,实现模拟语音的数据通道传输,由于模拟语音信号在传统的PSTN网络中占用64kbps带宽,经过数字压缩技术处理后的语音信号带宽已经大大减少,因此大大节省了呼叫发起者的通话费用。自从INTERNET进入商业领域并不断的发展,尤其是计算机的广泛应用和普及以及WEB技术的使用,数据业务呈现爆炸似的增长,上网几乎成为一种“虚拟生活方式”;从技术上看,传统的电信网已经不能够满足通信业务进一步发展需求,语音业务由PSTN网络来承载,ATM业务由ATM网络来承载,对于运营商而言,无论是基础网络建设还是设备的维护运行成本都是十分巨大的,而IP技术使多网融合成为可能,另外IP技术的开放性,各种应用都可以架构在IP技术之上。IP技术+电信级运营要求构成的IP电信网将是下一个发展方向。下面以SXBCTV硬件平台(包括PSTN网络和INTERNET网络)为基础说明IP语音系统的前景应用以及远景规划。
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