浅谈VoIP电话

2014/05/14 Tang

VoIP又称IP电话或IP网络电话,是Voice over Internet Protocol的缩写,这种技术通过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网络上进行传输,从而达到了在IP网络上进行语音通信的目的。IP电话极大地改进了网络带宽的利用率,大大降低了通信的费用,它的广泛应用也促进了宽带多媒体应用的发展。VoIP最大的优势是能广泛地利用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网络上便宜地传送语音、传真等业务。VoIP是利用IP技术,用宽带去传送话音,实现与外地办事处或机构、客户的通话,以节省大量的市话和长途费用。

1 VoIP基本原理
VoIP是一种可以在IP网络上互传模拟信号的技术,其基本原理是通过语音的压缩算法对语音数据编码进行压缩处理,然后将这些语音数据按TCP/IP标准进行打包,经过IP网络将数据包送至目的端,再将这些语音数据包串起来,经过解压处理后,还原成原来的语音信号以供接听者接收,从而达到由互联网传送语音的目的。进一步来说,VoIP大致透过5道程序来互传语音讯号,首先是将发话端的模拟语音讯号进行编码的动作,目前主要是采用ITh -TG.711语音编码标准来转换。第二道程序则是将语音封包加以压缩,同时并添加址及控制信息,如此便可以在第三阶段中,也就是传输IP封包阶段,在浩瀚的IP网络中寻找到传送的目的端。到了目的端,IP封包会进行译码还原的作业,最后转换成喇叭、听筒或耳机能播放的模拟音讯。

2 VoIP关键技术
由于VoIP完全建立在分组交换的基础上,而分组交换固有的时延、丢包等弱点使VoIP的通话质量无法得到保证。因此在VoIP系统中必须采取特殊措施来保证一定的业务质量.VoIP的关键技术如下:

2.1 信令技术
信令技术是电话呼叫的顺利实现和话音质量的保证,目前主要的信令体系包括国际电信联盟远程通信标准化组(ITU -T)的H.323系列和互联网工程任务组(IETF)的SIP。H.323制定了无服务质量保证的分组网络(PBN)上的多媒体通信标准,已经比较成熟并已在VoIP领域广泛应用。通讯设备之间任何实际应用信息的传送总是伴随着一些控制信息的传递,它们按照既定的通讯协议工作,将应用信息安全、可靠、高效地传送到目的地.这些信息在计算机网络中叫做协议控制信息,而在电信网中叫做信令( Signal) 。英文资料还经常使用“Signalling”(信令过程)一词,但大部分中文技术资料只使用“信令”一词,即“信令”既包括“Signal”又包括“Signalling”两重含义。信令实际上就是一种用于控制的信号。信令按其用途分为用户信令和局间信令两类。前者作用于用户终端设备(如电话机)和电话局的交换机之间,后者作用于两个用中继线连接的交换机之间. 局间信令分类主要有随路信令和共路信令,随路信令就是说信令网就附在计算机网络或是电话网络上,不需要重新建一个网络,而共路信令则是需要重新建设一个信令网(主要是在局端之间) ,例如打电话:当我们开始打电话的时候,拿起电话机时就有信号传到当地的电信局端,一系列交换后,本局端就先在网络上发送信令,等对端收到信令后回应一个信令同意通话,此时网络上传输信令功能就算完成了,开始传输语音信号,就可以通话了。等电话结束的时候,同样需要通过信令来控制电路拆除。

2. 2 语音处理技术
话音压缩处理技术是Vo IP技术的核心,目前,主要有国际电信联盟远程通信标准化组( ITU – T)定义的G. 729、G. 723/G. 723. 1等. 由于在分组交换网络中无服务质量保证,因而需要话音的编码具有一定的灵活性,即编码速率、编码尺度适应性。 G. 729可以仅用8kbit / s的带宽传输语音,所用的算法为对生结构代数码激励线性预测编码(CS – ACELP) ,这种算法构成了G. 729标准的基础. G. 723. 1采用5. 3/6. 3kbit / s的双速率话音编码,话音质量好,但是处理时延较大,是目前已标准化的最低速率的话音编码算法。

2. 3 计算机电信集成(CTI)技术

CTI是英文“Computer Telecommunication Integration”的简写形式,翻译为“计算机电信集成”,是呼叫中心(Call Center)系统的核心技术. 随着计算机技术对电信领域越来越多的影响,部分专家将CTI视为“Com2puter Teleommunication Integration”,即“计算机电信集成”。CTI技术是从传统的计算机电话集成(Computer Telephony Integration)技术发展而来的,最初是想将计算机技术应用到电话系统中,能够自动地对电话中的信令信息进行识别处理,并通过建立有关的话路连接,而向用户传送预定的录音文件、转接来话等。而到现在, CTI技术已经发展成“计算机电信集成”技术( Computer Telecommunication Integration) ,即其中的“T”已经发展成“Telecommunication”,这意味着目前的CTI技术不仅要处理传统的电话语音,而且要处理包括传真、电子邮件等其它形式的信息媒体。 CTI技术跨越计算机技术和电信技术两大领域,目前提供的一些典型业务主要有基于用户设备(CPE)的消息系统、交互语音应答、呼叫中心系统、增值业务、IP电话等.CTI技术的特点: 1、充分利用计算机的信息处理能力; 2、组网方便,操作灵活; 3、提高通信线路的利用率; 4、系统接口丰富,成本低; 5、与电信网和计算机网络的无缝连接; 6、节省人力资源,提高指挥效能.

2. 4 QoS保障技术
QoS (Quality of Service) ,中文名为“服务质量”. 它是指网络提供更高优先服务的一种能力,包括专用带宽、抖动控制和延迟(用于实时和交互式流量情形)、丢包率的改进以及不同WAN、LAN和MAN技术下的指定网络流量等,同时确保为每种流量提供的优先权不会阻碍其它流量的进程. QoS是网络的一种安全机制,是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术. 在正常情况下,如果网络只用于特定的无时间限制的应用系统,并不需要QoS,比如Web应用,或E – mail设置等. 但是对关键应用和多媒体应用就十分必要. 当网络过载或拥塞时,QoS能确保重要业务量不受延迟或丢弃,同时保证网络的高效运行。VoIP网络中QoS保障的途径有:过度建设、优先级、队列、避免拥塞和传输整形等。VoIP 中主要采用资源预留协议(RSVP)来保证IP优先级,并采用随机早起检测技术和加权技术来避免网络拥塞,保障通话质量。

2. 5 网络管理技术
网络管理技术是IP电话走向运营的保障. IP电话网络管理系统主要包括呼叫管理系统(CMS) 、流量分析系统( TAS) 、网络管理系统(NMS) 、网络监视系统. 对一个实时性要求很高的通信系统来说,其网络质量直接影响通信质量. 通过网络管理技术,可以迅速处理网络故障,保证网络及各个节点稳定、高效运行。

3 网络电话若要走向符合企业级营运标准,必须达到以下几个基本要求:

服务品质(Q S)之保证这是由STN过渡到VI 、IBX取代BX的最基本要求所谓Q S就是要保证达到语音传输的最低延迟率(400毫秒)及封包遗失率( 528% ) ,如此通话品质才能达到现今PSTN的基本要求及水准,否则VoIP的推行将成问题。99. 9999%的高可用性(High Available;简写为HA) :虽然网络电话已成今后的必然趋势,但与发展已久的PSTN相比较,其成熟度、稳定度、可用性、可管理性,乃至可扩充性等方面,仍有待加强. 尤其在电信级的高可用性上,Vo IP必须像现今PSTN一样,达到6个9 (99. 9999%)的基本标准。目前Vo IP是以负载平衡、路由备份等技术来解决这方面的要求及问题,总而言之, HA是VoIP必须达到的目标之一。开放性及兼容性:传统PSTN是属封闭式架构,但IP网络则属开放式架构,如今Vo IP的最大课题之一就是如何在开放架构下,而能达到各家厂商VoIP产品或建设的互通与兼容,同时地造成各家产品在整合测试及验证上的困难度。目前的解决方法是透过国际电信组织不断拟定及修改的标准协议,来达到不同产品间的兼容性问题,以及IP电话与传统电话的互通性。可管理性与安全性问题:电信服务包罗万象,包括用户管理、异地漫游、可靠计费系统、认证授权等等,所以管理上非常复杂,VoIP营运商必须要有良好的管理工具及设备才能因应。 同时IP网络架构技术完全不同于过去的PSTN电路网,而且长久以来具开放性的IP网络一直有着极其严重的安全性问题,所以这也形成网络电话今后发展上的重大障碍与首要解决的目标。多媒体应用:与传统PSTN相比,网络电话今后发展上的最大特色及区别,恐怕就在多媒体的应用上。在可预见的未来,VoIP将可提供交互式电子商务、呼叫中心、企业传真、多媒体视讯会议、智能代理等应用及服务。过去,VoIP因为价格低廉而受到欢迎及注目,但多媒体应用才是VoIP今后蓬勃发展的最大促因,也是各家积极参与的最大动力。

4 结束语
在不久的将来, IP电话将逐步取代传统电话并最终完全IP化。我们有理由相信,随VoIP技术标准的不断发展和完善,VoIP系统必将在新一代电信网络中得到成功应用。

QoS, VoIP

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