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IP电话技术及展望

2014/05/20 Tang

1 引言
在当今信息时代,信息交流是现代社会的基本需要。科学技术的日益更新和人们需求的增加促进了社会的进步,信息交流的方式也越来越多样化,从最初的电报到固定电话,再到移动通信;从模拟通信到数字通信;从语音通信到图像通信。同时计算机网络技术也在高速度发展,从IPV4~U现在的IPV6。IP电话就是计算机网络技术和通信技术的大融合。科技是为人类服务的,IP电话更贴近人们的生活,IP电话的发展将会给人们带来新的奇迹。同时,IP电话的多种增值业务和低资费的话费业务,给企业用户和家庭个人用户带来极大的方便。从2O世纪9O年代初期开始,IP电话经历了一个不断发展和完善的过程,目前在长途语音通信业务中已占有相当的市场份额。IP电话不但支持语音传输,而且能够提供图像、数据以及传真等多种服务,是NGN(下一代网络)中最具发展前途的应用一。因其价格低廉和对网络的高效利用等优点对传统的PSTN电话提出了强大的挑战,成为未来通信领域的一种重要技术。

2 IP电话基本原理
IP电话,也称网络电话或者VoIP,是一种利用Internet或者其它基于IP的网络(如Intranet、帧中继或ATM)作为传输载体实现普通电话与普通电话、PC与PC、PC与普通电话之间语音通信的技术,是一种通过数据网络、采用分组交换技术来实现语音传输业务的技术。IP电话是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术,其基本原理是:把普通电话的模拟信号转变为数字语音信号,通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理,然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包,通过IP网络把数据包传输到目的接收端,再把这些语音数据包重新装配,经过解码解压处理后,恢复成原来的模拟语音信号,从而达到用IP网络进行语音通信的目的。整个过程可以通过图1表示出来。经过IP电话系统的转换及压缩处理,每路普通电话传输速率约占用8—11kbps带宽,传统电信网每路电话所使用的64kbps传输带宽可承载5—8路IP电话。因此,能够最大限度地利用网络资源,避免资源的浪费。同时,又使整个网络的运营成本大幅度降低,从而使得用户承受的通信费用大大减少。

IP电话数据处理流程图

3 IP电话系统结构
IP电话系统由IP电话终端(Termina1)、IP电话网关(Gateway)、网守(Gatekeeper)、网管服务器和计费服务器组成。IP电话网的基本模型如图2 。

IP电话网基本模型

基本模型中各部分的主要功能如下:①IP网络:用于传送IP电话的承载网,可以是公网,也可以是专网。②IP电话网关:完成对来自PSTN的语音业务流的编解码功能,并将压缩编码后的语音业务流打成包,通过IP承载网传给目的网关。它跨接在电路交换网和IP网之间,负责电路交换到分组交换以及分组交换到电路交换的转换,相当于协议转换器和数据格式转换器。③ 传统电路交换网的接人部分:包括电话网、ISDN和数字移动通信网,它们构成了IP电话的主要接人部分。④IP电话网络的管理层面:主要由网守和用户数据库、结算系统组成,负责用户的接人认证、地址解析、计费和结算等工作。网守相当于网络中的智能集线器,它把各个终端及网关智能地结合在一起,进行统一的管理、维护、配置和开发。在IP电话系统中,网守处于高层,用来管理IP电话网关,其功能包括RAS功能f实现用户认证、地址解析、带宽管理、安全性管理、区域管理)、呼叫处理功能、用户界面和参数设置完成路由表、网关数据表、网关组数据表、本网守数据设定等数据的输入、修改、保存和调试信息、日志信息、告警信息的管理和用户权限管理、网管功能×通过运行SNMP代理,与网管中心建立联系)。⑤IP电话终端:不但具有模拟语音信号的处理的能力,同时具有IP网络语音数据包的收/发转换和处理能力。其最基本的功能是实现语音通信,如专用IP电话机、ISDN终端、多媒体PC、IP电话语音卡、IP语音会议终端等。同时,IP电话也可以具有可视功能,IP可视电话、视频多媒体会议终端等。

4 IP电话的协议标准
虽然IP电话技术已经在运用中,但到目前为止,其标准并不统一,主要有ITU—T制定的H.32协议集和IETF定的信令协议会话初始协议SIP和MGCP 。目前个人用户主要使用基于SIP协议和H.323协议的IP电话系统。除了这几个主要协议外,还要一些网络协议作为支撑。
4.1 网络协议
(1)IPv4、IPv6、IP组播和各种选路协议一一数据传送和选路的Internet网络层标准。
(2)RTP(实时传送协议)——IETFRFc1889,数据传送层的实时端到端协议。
(3)RTCP(实时传送控制协议)一一IETFRFC1890,在会话过程中监视QoS和传送信息的协议,它可以对整个会话过程中的性能和质量进行反馈以便进行修改。
(4)RSVP(资源预留协议)——IETFRFC 2205—2209,允许对无连接的数据流进行网络资源预留的信令协议。
(5)SNMP(简单网络管理协议)一一管理者和被管理实体问通信的Internet标准

4.2 SIP及相关协议
SIP:是MGCP及其它信令系统的主要支持工具。它与用户代理和用户代理器一起提供名字到地址的解析和用户的位置,允许多个服务器与用户进行交互,并将这些交叉信息送到多台服务器上。它的优点在于可同时在无状态和有状态下进行操作,可使用任何语法,兼容HTTP(超文本传输协议),用户可以在Web链路上发起呼叫。SIP协议族包括SAP和SDP协议。SIP(会话起始协议)—— 用于单个用户加入点到点或单播会话的协议;SAP(会话通知协议)—— 组播会话管理者采用该协议向一大组接收者分配组播会话描;SDP(会话描述协议)—— 描述SAP、SIP和RTSP会话的协议。

4.3 H.323及相关协议
H.323:提供了基于分组网络的传送音频、视频和数据的标准。较SIP协议来说,H.323是一个复杂的协议。在IP电话系统中主要采用H.323协议族。从TCP/IP的分层观点来看,H.323是一个应用层协议族,它负责IP电话中寻找被叫放,建立应答,并且按照彼此的数据处理能力发送数据,在网络中进行实时语音传输。H.323协议栈如图3N示,集成了视频、音频、控制等多媒体通信信息 。TCP协议用于H.245控制信道、T.120数据信道和呼叫接续信令信道,而将Qos不太好的UDP协议用于IP语音和RAS信道。尽管UDP协议提供的QoS较一般,但时延比TCP/IP要小。

4.4 媒体网关控制协议MGCP(Media Gateway Control Protocol)

H.323协议栈

MGCP通过呼叫代理或媒体网关控制器(MGC)的呼叫控制单元来控制电话网关,支持点对点或多方的操作。它采用智能模块用于电话呼叫控制操作并驻留在呼叫代理单元。

5 IP电话面临的主要问题
5.1 服务质量(QoS)问题
IP电话是基于IP网络发展起来的语音传输应用,而IP网络是一种面向无连接的应用,其数据传输遵循一种“尽力而为” 的原则。网络时延和时延抖动随着网络状况的好坏而变化,具有不可预测性和不确定性。而且,网络传输受到带宽的限制,如果网络丢包数量达到某一极限,也将引起语音质量的下降,无法保证稳定可靠的语音服务质量。服务质量是IP电话技术中存在的主要问题,直接制约了IP电话使用的用户数量。

5.2 互通性问囊
互通性包括业务互通和产品互通两个方面。传统的PSTN电话经过上百年的发展,在电信服务质量、通用业务、全球互通、6个9的(99.9999%)可靠性、内容丰富的服务及收费质量等方面已相当完善,各种产品之间有着良好的互通性。但在以分组交换为基础的IP电话网络中实现互通性却不容易。目前,IP电话还处于成长期,相关的技术和标准还在不断的变化和发展,要完善需要一个较长的过程。各厂商的产品和服务上的互通性也较差。IP电话业务的扩展,需要各厂商产品良好的互通性支持,产品良好的互通性又会促进业务的扩展。

5.3 承载网络问囊
IP电话是由互联网发展而来,语音传输主要采用UDP协议。UDP协议是面向无连接的协议,丢失数据包将严重影响语音传输。可承载IP电话的网络一般选择电信公网的剩余带宽或专用的IP网。IP电话的承载网络应是下一代网络(NGN)。只有NGN实现后,IP电话所具有的优势才能得到充分体现。

5.4 安全问囊
IP电话运行在开放的网络环境下,同时本身也要求不同厂商的产品、不同运营商的业务实现互通,这必然存在诸如系统的管理权限、用户数据信息、计费信息的保密、非法入侵的记录和追查等安全问题。

5.5 与传统业务竞争的问囊
IP电话目前在我国的应用普遍以免费或低资费作为吸引用户的卖点,但是,由于VOIP市场没有得到较大扩张.终端价格贵、品种少,导致部分提供商面临破产倒闭。2007年7月美国老牌VOIP提供商SunRocket突然宣布倒闭。因此廉价或免费的业务虽然在一定程度上吸引了大批用户,但是微薄的收益难以维持整个产业链有效的运转,最终会损害终端用户的利益,如业务质量、售后服务等无法保证。IP电话业务与传统电话业务的竞争目前还只限于长途业务范围,对传统市话业务几乎没有什么影响。对于传统运营商来说,他们也会凭借自身的优势,降低资费标准,增加与IP电话的竞争力。

6 IP电话的未来及影响
尽管IP电话存在以上问题,但是其良好的发展前景是必然的。在2006中国IP通信大会上,赛迪顾问股份有限公司通信与网络咨询事业部总经理张涛说:“VoIP让中国市场兴奋的自然不仅仅是处于产业链下游的设备市场,未来五年,中国VoIP市场多种主要业务将逐渐由成长期步人成熟期,行业发展热点和趋势逐步清晰” 。他指出, 目前中国VoIP业务中,IP电话卡业务已经转入成熟期,业务使用量达到高峰;固定IP主叫业务、移动IP电话、企业级VoIP、IP PBX处于成长期,具有较大的利润增长潜力,市场优势明显。IP电话服务一直是由中小同通信商在不断推动市场的发展,而近来业界巨头的加入更加速了IP电话市场的发展,IP电话在大企业中的应用将显著增长。这预示着IP电话将很快成为主流。2006年12月据In—Stat统计,2006年全球用于企业的IP电话销量达990万部,而2010年预计可达4580万部。虽然仍有40%的被访企业表示没有部署VoIP的计划,但是其余60%都表示已经或者计划部署VoIP。据美国数据调研机构报告,大约有8%的家庭在使用VoIP)]~务, 目前,Vonage和TimeWarner的服务用户数量分别为170万和160万,但仍低于skype的2107Y。在美国,经过对数千家庭用户的调查显示, 目前已经使用skype的VoIP)]~务的家庭超过7.9%,而使用完全基于VoIP的软件客户端的则有约12%, 比如说skype,yahoo massenger等,另外因为VoIP服务而停止使用传统的电话业务的已经达到了49%。IP电话最显著的优势是低资费,能很快的占领市场,其发展对运营商有深远的影响。不管是电信,还是移动联通,IP电话的发展都会给他们带来影响。这些影响有IP电话资费方面,也有通信融合方面,还有业务办理方面等等,在这些很多方面中,有有利的,也有不利的。而在电话话费方面IP电话给他们带来的始终是不利的影响。IP电话的发展促使各大运营商对资费标准做了进一步改革。电信一开始就对IP电话进行封杀,后来低档不了网络电话和网络电话公司的强大力量,也只能用降低话费这个方法。近年来,移动通信资费问题也一直是中国通信行业的热点问题,而双向收费向单向收费方式的变革更是热点中的焦点。虽说3G时代即将到来,而移动单向收费在3G时代是必然会实现的,但IP电话的逐步成熟,也会大大影响到移动单向收费。根据市场调研公司ReportLinker发布的一份报告显示,中国国内的网络电话公司发展速度已赶超固话(PSTN)的发展速度。到2006年9月为止,中国的IP电话拨打量约为1100亿分钟,每年的增长速度为11-8%。长途电话中IP电话占了43%。报告认为,在两到三年内,IP电话在长话市场中的份额将超过固话(PSTN)和移动电话的拨打总量。

7 结语
IP电话与传统电话相比,采用了分组交换技术,提高了传输系统资源的利用率,降低了对交换设备 的要求;基于开放的计算机平台,能够更加高效地利用网络资源,有利于新型业务的推出;可以提供更为廉价的服务,为用户节省长途电话费用;为企业减少设备投资,降低运营成本。因此,IP电话较传统电话有广阔的市场前景。同时,IP电话技术降低人们信息交流的费用,有利于全面提高我国信息化水平,促进社会的发展。

IP电话, VoIP

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