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VOIP在南沙港快速路通信系统中的应用

2014/05/08 Tang

传统的高速公路综合通信系统一般由SDH系统和程控交换机组成,远程的语音通过PCM接入程控交换机,所有的数据传输通过sDH系统来完成。南沙港快速路采用星型骨干千兆网络作为综合的通信系统,所有的数据信息采用IP技术方式传输,由于传统的程控交换机采用2M同步传输方式无法接入骨干网千兆网络,南沙港快速路语音交换上,选择基于 IP技术的VOIP电话成为必然的选择。

VOIP技术

VOIP特点
VOIP即网络电话(Voice Over Internet Protoco1),将模拟的声音讯号经过压缩与封包之后,以数据封包的形式在IP网络进行语音讯号的传输,通俗来说也就是互联网电话或IP电话。VOIP电话,中文就是“通过IP数据包发送实现的语音业务”,它使你可以通过互联网免费或是资费很低地传送语音、传真、视频和数据等业务。 VOIP电话是通过互联网协议进行语音传送,采用的是数字传输技术,其原理是先对语音信号进行编码数字化,压缩处理成压缩帧,然后转换为IP数据包在IP网络上传输,从而完成语音通话的通讯业务。VOIP电话在网络上传输的是包含语音信息的数据包,可以进行低失真压缩,这些数据包只要被对方收到并按约定的规则还原为语音信号,失真度一般都比较小,通话质量比较好,此外,VOIP电话还具备了PC到PC、IP到PSTN、PSTN到IP、PSTN到PSTN及IP到IP等多种种通讯模式,可以满足企业的不同通讯需求。

VOIP电话原理
从实现原理的角度来看,VOIP是以IP分组交换网络为传输平台,对模拟的语音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理,使之可以采用无连接的UDP协议进行传输。为了在一个IP网络上传输语音信号,VOIP需要几个元素和功能,其中包括语音到数据转换、原数据到IP转换、IP信号传送、IP包到数据转换、数字语音转换为模拟语音几个过程。语音到数据转换其实就是对模拟语音信号进行8位或6位的量化,然后送入到缓冲存储区中,接下来需要对原数据进行IP转换,此时对语音包以特定的帧长进行压缩编码。编码后将4个压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器,网络处理器为语音添加包头、时标和其它信息后,通过网络传送到另一端点,一站一站地转发VOIP设备。

VOIPI网络电话的传输过程

VOIP设备接收IP数据并开始处理,网络级提供一个可变长度的缓冲器,用来调节网络产生的抖动,该缓冲器可容纳许多语音包,随后解码器将经编码的语音包解压缩后产生新的语音包,在数据包的处理过程中,去掉寻址和控制信息,保留原始的原数据,然后将原数据提供给解码器。最后由播放驱动器将缓冲器中的语音样点取出送入声卡,通过扬声器按预定的频率播出。在这个过程中,语音信号在IP网络上的脚传送要经过从模拟信号到数字信号的转换、数字语音封装成 IP分组、IP分组通过网络的传送、IP分组的解包和数字语音还原到模拟信号等过程。

数字语音转换为模拟语晋

南沙港快速路VOIP系统的选型
可靠性是语音交换传输系统选型的最重要因素,高速公路上使用的VOIP电话系统选型必须以最大限度保证语音系统的稳定可靠、永不停机作为原则。目前,V0IP电话系统有电话到电话、电话到PC、PC到电话和PC到PC四种类型,还可按接入网络类型分为公网VOIP电话和专网VOIP电话。在高速公路上,使用公网VOIP电话存在以下问题:

1、网络地址

对于大规模的一个VOIP电话网络,IP地址资源的匮乏是首先要解决的问题。其实这也是困扰着中国宽带接入发展的一个问题,只是在VOIP网络电话通信方面会更明显。采用私有地址是运营商非常不愿意看到的事情,运营商不可能在每一个地方都采用私有地址,这样在构建全国网络时就很不方便。而整个大网采用私有地址,在网间互联也难以避免相应的问题。采用私有地址自然要涉及到NAT的问题,对于Web浏览和收发电子邮件一般的NAT设备都可以支持,但是很多NAT不能支持VOIP电话双向通信。同样的问题在PC到PC和PC到Phone形式的VOIP电话服务方面也存在着。比如,如果按照现在ISP提供的拨号上网方式,上网的PC机一般只能获得一个动态分配的IP地址,用户只能拨出,对方不能确切地知道主叫方的位置,结果是无法呼入。

2、安全问题
VOIP网络电话的安全问题也是亟待解决的问题。安全的问题分为两方面,一是对于IP网和承载它的以太网在信息安全方面有先天的缺陷,而作为一种通信服务必须能保证用户的个人隐私和商业安全。另一方面,是对于运营商的,如何保证自己业务的安全性,不受欺诈。在没有安全保证的情况下,如果有人将其VOIP电话/VOIP网络电话网关接入某运营商的网络,通过运营商的网守获得该运营商网关的IP地址信息,便能神不知鬼不觉地实现VOIP网络电话的“落地”。

3、服务质量

现在的IP网在对实时业务的服务质量支持方面有先天的缺陷,要解决V0IP网络电话的服务质量,一定要解决IP网的质量问题。人们把很大的希望寄托在IP DifffServe、MPLS等技术上,独立资源的V0IP电话VPN方案也被认为是一种很好的解决方案。光通信,特别是DWDM技术,使通信网带宽的增长速率远远超过摩尔定律,有人认为利用无限的带宽可以解决IP网的服务质量。但流量工程仅仅可以改善服务质量,不能彻底解决服务质量的问题。由于以上的几个问题,现阶段的高速公路VOIP电话系统只能使用专网形式。另外,PC机需要另加电源,作为电话终端可靠性较差,不适合用在高速公路的中心系统中。综合考虑各种原因,南沙港快速路使用专网型、终端为普通电话机的电话到电话模式VOIP电话,电话拨打公网通过中继线接入。.

南沙港快速路VOIP系统组网

VOIP电话基本结构由网关(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。南沙港快速路VOIP电话也由网关和网守组成基本系统,并配置了计费软件对通话进行记录。南沙港快速路VOIP系统组成南沙港快速路VOIP电话系统由媒体网关、网守以及辅助的计费和网管软件组成,采用广州高科MG6000系列VOIP电话组建系统,系统图如下。

南部快线VOIP电话系统图

中心配置一台DELL服务器,安装广州高科GK-6000 网守、GK—Billing电话计费系统和VIOP网管软件各一套,操作系统采用Windows 2003。它是整个VOIP电话系统的中心部分,负责整个VOIP系统的户认证、地址解析、设备管理和通话计费等功能,所有的网关间通话必须通过它的解析认证才能完成。媒体网关安装在三活中心和各收费站,根据业务量的需求,采用广州高科的MG6024或MG6016媒体网关,负责提供用户线路和对外中继线路。服务器及媒体网关通过R J45网络接口接入骨干以太网,骨干网络为VOIP电话配一个专用的VLAN,以提高整个VOIP电话系统运行的可靠性。

南沙港快速路媒体网关分布
南沙港快速路媒体网关采用G K M G6024和G KMG6016媒体接入网关,GK MG6024媒体接入网关有24路FXS或FXO POTS接口,可以连接业务电话和传真使用。GK MG6016媒体接入网关有16路FXS或FXOPOTS接口,可以连接业务电话和传真使用。设备的配置及功能如下:

1、三浯管理中心
配置5台GK MG6024媒体接入网关。其中3台媒体网关为FXS接口,可以连接业务电话和传真使用;2台媒体为FXO接口,采用模拟中继相连接;1台和东南西环管理中心的Opt61交换机(PABX)连接实现管理中心间电话互通;1台和公共PSTN相连,实现和市话的互通。

2、新龙和鱼窝头站
各配置1台GK MG6024媒体接入网关,提供24路FXS或 FXOPOTS接口,可以连接业务电话和传真使用。

3、其他站

各配置GK MG6016媒体接入网关,有16路FXS或FXO POTS接口,可以连接业务电话和传真使用。所有的电话号码在各自的媒体网关中设置,在网守中登记注册后实现语音交换功能。服务器及网守、媒体网关和骨干网络为南沙港快速路提供了一个完整的内部语音通信系平台,通过中继线路与电话公网连接。

结束语
南沙港快速路VOIP电话采用模块式设计,终端设备为普通电话机,所有软件为图形界面操作,系统的扩展性好,用户操作界面友好,系统从开通到现在运行稳定可靠,整个系统完全达到了设计的要求。当然,作为一个全新的语言交换系统,南沙港快速路VOIP系统在使用过程中也发现了以下不足:电话号码的分散管理,造成号码分配或更换号码时容易出现重号现象,影响用户的使用;网守运行在服务器上面,服务器软件容易受到病毒的攻击造成系统瘫痪情况。以上的不足可以采用安装杀毒软件和分配专用的VLAN来增系统的可靠性。对于新建的系统,选型上可优先考虑模块式、网守内陷的VOIP和电话号码资源集中管理的VOIP系统。

IP电话, VOIP网络电话

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