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)覆蓋圍的急劇擴(kuò)大和使用領(lǐng)域的拓展，基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的IPInternet Protocol語音通信也呈現(xiàn)出一派生機(jī)蓬勃的景象。2003年，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)占國際長話市場的36%，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)對大型的公司構(gòu)成重大威脅。據(jù)行業(yè)分析公司IDC預(yù)測，截止2007年，VoIPVoice over IP設(shè)備市場總額將達(dá)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(dá)到113億美元，平均年復(fù)合增長率達(dá)到27.2%。而據(jù)Frost & Sullivan關(guān)于IP語音的市場數(shù)據(jù)顯示，

2、2001年通過批發(fā)、零售方式銷售的分組語音通話時間達(dá)60150億分鐘，預(yù)測2007年分組語音通話量將達(dá)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(dá) 69億美元。另據(jù)IDC預(yù)測，美國互聯(lián)網(wǎng)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)業(yè)務(wù)收入至少可以達(dá)到25億歐元，占電信市場業(yè)務(wù)收入的15%;該機(jī)構(gòu)還指出，互聯(lián)網(wǎng)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)業(yè)務(wù)發(fā)展也非常迅速，Yahoo BB的業(yè)務(wù)模式受到全球關(guān)注。中國互聯(lián)網(wǎng)

3、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)的重視程度很高。目前我國各大電信運(yùn)營商都已開通互聯(lián)網(wǎng)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(yùn)營商及眾多設(shè)備廠商來說，無疑是一個巨大的市場契機(jī)。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)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(qiáng)，除此外，互聯(lián)網(wǎng)可以：以近乎無限的方式，輕松實現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)容。除了通過網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)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)。通過標(biāo)準(zhǔn)計算機(jī)輕松處理數(shù)據(jù)格式的語音數(shù)據(jù)。分段傳送，保存或轉(zhuǎn)發(fā)被叫

4、端的應(yīng)答信息或語音。通過軟件來實現(xiàn)基于IP的PBXprivate branch exchange，用戶交換機(jī)功能。這意味著無需很大開支就能實現(xiàn)其它功能，如會議、轉(zhuǎn)發(fā)和錄音。用標(biāo)準(zhǔn)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(xì)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(dāng)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。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

5、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(jìn)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(jìn)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(jìn)行壓縮編碼處 理（采用的語音編碼標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(dá)到由IP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)終端、網(wǎng)關(guān)（Gateway）、網(wǎng)（關(guān)）守（Gatekeep

6、er）等幾部分組成?；ヂ?lián)網(wǎng)終端包括傳統(tǒng)的語音機(jī)、 PC、互聯(lián)網(wǎng)機(jī)，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(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 換，形成統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)包?；ヂ?lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)提供 IP網(wǎng)絡(luò)和網(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(fù)責(zé)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 的IP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，由被叫端的網(wǎng)關(guān)對IP數(shù)據(jù)包進(jìn)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

7、到的互聯(lián)網(wǎng)通信過程。關(guān)守實際上是互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)的智能集線器，是整個系統(tǒng)的服務(wù) 平臺，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、配置和維護(hù)。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有機(jī)到機(jī)、機(jī)到 PC、PC到機(jī)和PC到PC等4種方式。最初 VoIP方式主 要是PC到PC,利用IP地址進(jìn)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(jī)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)卡等硬件資源完成。這種方式和公用通信有很大的差異，且限定在互聯(lián)網(wǎng)，所以有很大的局限性。至惻普通經(jīng)過交換機(jī)連到 IP網(wǎng)關(guān)，用穿過IP網(wǎng)進(jìn)行呼叫，發(fā)送端網(wǎng)

8、關(guān)鑒別主叫用戶，翻譯/網(wǎng)關(guān)IP地址，發(fā)起互聯(lián)網(wǎng)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 到PC或是PC到的情況，是由網(wǎng)關(guān)來完成IP地址和的對應(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。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)中都可以找到與之相對應(yīng)的部分。然而，如果想與TDMTime Division Multiplexing 時分多路復(fù)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行競爭，VoIP必須切實解決兩個主要問題：即QoSQuality of Service和信

9、令。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(jìn)行改造才能滿足這些方面服務(wù)質(zhì)量的要求。信令 當(dāng)前幾乎所有在 VoIP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時除了語音之外所需的交換信息。如摘機(jī)、震鈴等基本 的功能，接通正確的和記帳所需的更高級的功能，來電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、會議等

10、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(xì)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(jìn)行的線路擴(kuò)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(dāng)?shù)膱箢^，用IP包封裝每個T1或E1幀后進(jìn)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(jī)，實現(xiàn)無縫接入，從而提供通信服務(wù)。TDMolP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的傳輸容。這樣，TDMolP就可以用來傳輸

11、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，TDMolP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 TDMolP自動使用了現(xiàn)存 PBX和CTIComputer telephony integration功能所具備的優(yōu)勢。至 于帶寬優(yōu)化，VoIP使用DSPDigital Signal Processing進(jìn)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

12、還是互補(bǔ)的。 從用戶端到運(yùn)營商 POPPoints of Presenee之間通過IP網(wǎng)絡(luò)透明 擴(kuò)展TDM主干，使運(yùn)營商在有資源的POP開發(fā)更大的、可擴(kuò)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 NTUNetwork Terminal Un it。這些TDMoIP電路可比VoIP提供更多的服務(wù)，如通常的PSTNPublic Switched Telephone Network接入、中央交換機(jī)、幀中繼和ISDNIntegrated 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

13、信令問題除了要解決連續(xù)性信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 Cont 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）SIPSession 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。H.323協(xié)議集ITU

14、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(biāo)準(zhǔn)是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、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(jìn)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)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(biāo)準(zhǔn)留下很大的釋義余地，所以不能確保不同系統(tǒng)間互操作能力。為了改進(jìn)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年公布了面向大圍網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的H.323第三版本，包括帶寬管理和

15、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 的H.321和用于G.STN終端的H.324等建議。其編碼機(jī)制，協(xié)議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)的電路交換的方法。相關(guān)的協(xié)議包括用于控制的H.245，10111213141516寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)用于建立連接的 ，用于大型會議的 H.332，用于補(bǔ)充業(yè)務(wù)的 、和， 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)

16、已很成熟，但由于 H.323當(dāng)初并非專門針對業(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編號轉(zhuǎn)換到IP地址的尋址過程）建立 呼叫和入網(wǎng)登記（RASRegistration, 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。MGCP協(xié)議Aran go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)（Sig nalGateway, SG），媒體網(wǎng)關(guān)（Media Gateway, MG ）和媒體

17、網(wǎng)關(guān)控制（ Media Gateway Control, MGC ）。 這個體系結(jié)構(gòu)的先進(jìn)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IETFInternet Engineering Task Force MeGaCoMedia Gateway Control工作組和ITU-T16研究組在 MGCP的基礎(chǔ)上提出了 H.248協(xié)議，對MGCP進(jìn)行了擴(kuò)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(jìn)信令控制效率， IETF又提

18、出了 MeGaCo信令協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，MeGaCo是MGCP 的進(jìn)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（COConnection 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（CLConnectionless）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

19、更大隨意性。MeGaCo協(xié)議尚在試驗階段。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(jìn)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(jìn)行通 信。SIP是立足于 WEB的客戶機(jī)/服務(wù)器環(huán)境中主機(jī)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（URLUniform Resource Locators）識別用戶進(jìn)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(jī)或 服務(wù)器，后者取代了 H.323網(wǎng)守的功能。

20、SIP不是段管理協(xié)議，只是段的起動和拆除，不涉及段部 的通信細(xì)節(jié)。SIP協(xié)議一方面借鑒了其他互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的設(shè)計思想，在風(fēng)格上遵循互聯(lián)網(wǎng)一貫堅持的 簡練、開放、兼容和可擴(kuò)展等原則，另一方面，它也考慮了對傳統(tǒng)公眾網(wǎng)的各種業(yè)務(wù)，包括INIntelligent 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RSVPReSerVation Protocol、用于多媒體數(shù)據(jù)傳輸并提供語音反饋的RTPReal Time Protocol/RTCPReal Time Transp

21、ort Control Protocol、用于多媒體流數(shù)據(jù)分發(fā)控制171819202122232425262728的RTSPReal Time Streaming Protocol、用于描述會話屬性的 SDPStreaming Download Project以及用于通告會話的 SAPService 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，加入該協(xié)議體系。但是SIP協(xié)議所規(guī)的操作以及相應(yīng)的功能獨立于其它協(xié)議。3.2 TDMolPTDMolP中解決IP網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)互連時隨之產(chǎn)生的信令是通過三種不同的方式：帶信令、CAS* Chann

22、el Associated Signaling和CCSCommon Channel Signaling來實現(xiàn)的。帶信令與語音在相同的聲音頻帶傳送。它的形式有呼叫進(jìn)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(rèn)的 FSKFrequency Shift Keying，北美的MFR1或歐洲的MFCR2等。因為這些都是能聽見的音調(diào)，它們被 編碼到TDM時隙中，自動被TDMolP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)議來確保帶信令正確工作。最常見的CAS，即隨路

23、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。T1通過保留位實現(xiàn)該信令，E1通過保留一個時隙為其余3 0個通道每個通道承載4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(jìn)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(yuǎn)端重新生成并組合成相應(yīng)的信令。SS7Signaling System 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

24、，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)中存在的另一功能一一時間同步。在公用交換網(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)常至少存在一個非常 準(zhǔn)確的基準(zhǔn)參考時鐘，精確到1011的量級。該節(jié)點一一其精確性被稱為第一層 一一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)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(jī)的延遲到達(dá)目的地，該延遲稱作抖動。當(dāng)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

25、數(shù)據(jù)，克服這種隨機(jī)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(yùn)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步的方法。IP網(wǎng)絡(luò)通過NTPNetwork 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

26、 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(biāo)準(zhǔn)，來減輕 IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送同步信息的負(fù)擔(dān)。3.3 IP語音通信質(zhì)量保障我們知道互聯(lián)網(wǎng)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網(wǎng)的互連，互聯(lián)網(wǎng)通信質(zhì)量的好30313233343536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：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)最大的特點就是不可管理和不可控制，因此很難對其性能進(jìn)行控制，也無法確認(rèn)其時延、抖動和 丟包率是否能滿足語音業(yè)務(wù)的需求。互聯(lián)網(wǎng)面向無連接的特性

27、：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(dá)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)、鏈路類型、速率以及業(yè)務(wù)量的多少等因素。互聯(lián)網(wǎng)采用的UDPUser Datagram Protocol協(xié)議：在互聯(lián)網(wǎng)中，語音業(yè)務(wù)以包的形

28、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(jìn)行糾錯和重發(fā)，大量丟包會嚴(yán)重影響語音通信的質(zhì)量?；ヂ?lián)網(wǎng)路由機(jī)制： 互聯(lián)網(wǎng)路由過程中的負(fù)載均衡機(jī)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(fù)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

29、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(dǎo)致語音時延相當(dāng)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(jìn)行了深入研究，并取得了長足的進(jìn)步！信號處理在信號處理方面，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)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(zhǔn)了

30、 G.729語音壓縮標(biāo)準(zhǔn)。G.729標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)在1996年又得到了進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)。現(xiàn)在G.729是最重要的語音壓縮標(biāo)準(zhǔn)。其他的語音壓縮技術(shù)還有幾種，除 G.729外還有。 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(yán)重，這 可能導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)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包傳輸時間的長短變化。當(dāng)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

31、網(wǎng)絡(luò)抖 動較嚴(yán)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(yán)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(dá)時首先進(jìn)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 以在一定限度有效處理語音抖動，并提高音質(zhì)。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。因此需要對語音包設(shè)定優(yōu)先級。通常當(dāng)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

32、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(jìn)一步保證話音的質(zhì)量。不過人們認(rèn)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、FR8 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MPLSMultipr

33、otocol 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(jìn)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(dāng)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IPv4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)業(yè)務(wù)之間及其與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)

34、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(jìn)的要求。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.248、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(biāo)準(zhǔn)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

35、離，并納入開放的標(biāo)準(zhǔn)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(fù)責(zé)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SIP- TSIP 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。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

36、個域的信令信 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(yuǎn)的生 命力。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)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(jī)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

37、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(biāo)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(biāo)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

38、以依據(jù)網(wǎng)關(guān)所支持的協(xié)議（如SIP或H.323）或者用戶空間。并能根據(jù)這些FECFunctional 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(biāo)簽是基于路由協(xié)議獲得的網(wǎng)絡(luò)知識來建立的。這里為實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)路由而設(shè)計的協(xié)議是TRIPTelephone Routing over Internet Protocol。TRIP提供的功能主要有建立和維護(hù)提供商之間的對等關(guān)系、在提供商之間交換和同步網(wǎng)關(guān)路由信息、向 其它提供商傳播

39、網(wǎng)關(guān)路由信息、定義描述網(wǎng)關(guān)路由的語法和語義等。目標(biāo)的可達(dá)性和達(dá)到這些目標(biāo) 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BGPBorder Gateway Protocol,邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議那樣進(jìn)行多協(xié)議擴(kuò)展。當(dāng)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(dāng)?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(kuò)展在IPv4向IPv6過渡中的應(yīng)用，TRIP可以用于多個域間的路由信息交換，并為呼叫選擇恰當(dāng)?shù)闹虚g或目標(biāo)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(kuò)展性?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使得互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)迅速增長。在IPv4向IPv6的過渡過程中，重要的是在不影響現(xiàn)有業(yè)務(wù)的前提下，最終將所有業(yè)務(wù)都置于IPv6平臺上。網(wǎng)絡(luò)過渡過程中的語音業(yè)務(wù)方案將會是多種方案的綜合并會因應(yīng)用環(huán)境的不同而有所區(qū)別。5我們的工作中科院計算所信息網(wǎng)絡(luò)室在院和國家有關(guān)部門支持下開展了下一代