IP語(yǔ)音通信技術(shù)

1、IP語(yǔ)音通信技術(shù)石晶林1 IP語(yǔ)音通信發(fā)展隨著互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的急劇擴(kuò)大和使用領(lǐng)域的拓展，基于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的IP Internet Protocol語(yǔ)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)電話業(yè)務(wù)占國(guó)際長(zhǎng)話市場(chǎng)的36，互聯(lián)網(wǎng)電話已經(jīng)對(duì)大型的電話公司構(gòu)成重大威脅。據(jù)行業(yè)分析公司IDC預(yù)測(cè)，截止2007 年，VoIP Voice over IP設(shè)備市場(chǎng)總額將達(dá)到151 億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為44。據(jù)Gartner Dataquest預(yù)測(cè)，截止2007年，服務(wù)供應(yīng)商的VoIP服務(wù)市場(chǎng)總額有望達(dá)到113 億美元，平均年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到27.2%。而據(jù)Frost & Sullivan關(guān)于

2、IP語(yǔ)音的市場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示，2001年通過批發(fā)、零售方式銷售的分組語(yǔ)音通話時(shí)間達(dá)60150億分鐘，預(yù)測(cè)2007年分組語(yǔ)音通話量將達(dá)到全部通話量的75%。另?yè)?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(yǔ)音市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)69億美元。另?yè)?jù)IDC預(yù)測(cè)，美國(guó)互聯(lián)網(wǎng)電話市場(chǎng)將從2003年的2.81億美元增長(zhǎng)到2007年67億美元；著名咨詢公司Analysys也預(yù)測(cè)，2007年西歐的互聯(lián)網(wǎng)電話業(yè)務(wù)收入至少可以達(dá)到25億歐元，占電信市場(chǎng)業(yè)務(wù)收入的15%；該機(jī)構(gòu)還指出，互聯(lián)網(wǎng)電話將取代傳統(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)電話業(yè)務(wù)發(fā)展也非常迅速，Yahoo

3、 BB的業(yè)務(wù)模式受到全球關(guān)注。中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)電話網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和流量在全球來(lái)說(shuō)也名列前茅，且中國(guó)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)電話的重視程度很高。目前我國(guó)各大電信運(yùn)營(yíng)商都已開通互聯(lián)網(wǎng)電話業(yè)務(wù)，提供IP語(yǔ)音服務(wù)并向規(guī)?；姆较虬l(fā)展，這對(duì)于每個(gè)電信運(yùn)營(yíng)商及眾多設(shè)備廠商來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)巨大的市場(chǎng)契機(jī)。為什么IP語(yǔ)音的發(fā)展會(huì)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(gè)基本原因是互聯(lián)網(wǎng)電話通話費(fèi)低廉，同時(shí)可以保證一定的語(yǔ)音質(zhì)量。實(shí)質(zhì)上這說(shuō)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)電話可以：n 以近乎無(wú)限的方式，輕松實(shí)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(yǔ)音網(wǎng)關(guān)添加額外的端口來(lái)實(shí)現(xiàn)。n 通

4、過標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)輕松處理數(shù)據(jù)格式的語(yǔ)音數(shù)據(jù)。分段傳送電話，保存或轉(zhuǎn)發(fā)被叫端的應(yīng)答信息或語(yǔ)音郵件。   n 通過軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)基于IP的PBX private branch exchange，用戶交換機(jī)功能。這意味著無(wú)需很大開支就能實(shí)現(xiàn)其它功能，如電話會(huì)議、轉(zhuǎn)發(fā)和錄音電話。n 用標(biāo)準(zhǔn)PC組件來(lái)設(shè)計(jì)并部署基于PC的PBX，比傳統(tǒng)方式有更大價(jià)格優(yōu)勢(shì)。本文將詳細(xì)介紹IP語(yǔ)音的實(shí)現(xiàn)技術(shù)、通信控制管理、IPv4向IPv6過渡中的實(shí)現(xiàn)方案，最后簡(jiǎn)單地介紹一下中科院計(jì)算所信息網(wǎng)絡(luò)室在IP語(yǔ)音通信方面所做的工作。2 當(dāng)前的IP語(yǔ)音實(shí)現(xiàn)技術(shù)IP語(yǔ)音通信根據(jù)承載方式的不同，其實(shí)現(xiàn)方式也不盡相同

5、。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(yǔ)音通信傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方式。2.1 VoIP傳統(tǒng)的語(yǔ)音通信是以電路交換方式傳輸語(yǔ)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(tái)，對(duì)模擬的語(yǔ)音信號(hào)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(bào)的逐跳路由方式進(jìn)行傳輸。主要處理過程是：通過語(yǔ)音壓縮算法對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼處理(采用的語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn)主要是ITU-T G.711)，然后把這些語(yǔ)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(yǔ)音數(shù)據(jù)包串起來(lái)，經(jīng)過解碼解壓處理后，恢復(fù)成原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)，從而達(dá)到由IP

6、網(wǎng)絡(luò)傳送語(yǔ)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)電話終端、網(wǎng)關(guān)（Gateway）、網(wǎng)（關(guān)）守（Gatekeeper）等幾部分組成?；ヂ?lián)網(wǎng)電話終端包括傳統(tǒng)的語(yǔ)音電話機(jī)、PC、互聯(lián)網(wǎng)電話機(jī)，也可以是集語(yǔ)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(gè)網(wǎng)絡(luò)上傳輸，這就要由網(wǎng)關(guān)或者是通過一個(gè)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)電話網(wǎng)關(guān)提供IP網(wǎng)絡(luò)和電話網(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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并壓縮打包，成為可以在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸?shù)腎P分組語(yǔ)音信號(hào)，然后通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到被叫用戶的網(wǎng)關(guān)端，由

7、被叫端的網(wǎng)關(guān)對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包、解壓和解碼，還原為可被識(shí)別的模擬語(yǔ)音信號(hào)，再通過PSTN傳到被叫方的終端。這樣，就完成了一個(gè)完整的電話到電話的互聯(lián)網(wǎng)電話通信過程。關(guān)守實(shí)際上是互聯(lián)網(wǎng)電話網(wǎng)的智能集線器，是整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)平臺(tái)，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(hào)方案管理、安全性管理、集中帳務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和備份、網(wǎng)絡(luò)管理等等。在實(shí)現(xiàn)方式上，VoIP有電話機(jī)到電話機(jī)、電話機(jī)到PC、PC到電話機(jī)和PC到PC等種方式。最初VoIP方式主要是PC到PC，利用IP地址進(jìn)行呼叫，通過語(yǔ)音壓縮、打包傳送方式，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上PC機(jī)間的實(shí)時(shí)語(yǔ)音傳送，語(yǔ)音壓縮、編解碼和打包均通過PC上的處理器、聲卡、網(wǎng)

8、卡等硬件資源完成。這種方式和公用電話通信有很大的差異，且限定在互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)，所以有很大的局限性。電話到電話即普通電話經(jīng)過電話交換機(jī)連到IP電話網(wǎng)關(guān)，用電話號(hào)碼穿過IP網(wǎng)進(jìn)行呼叫，發(fā)送端網(wǎng)關(guān)鑒別主叫用戶，翻譯電話號(hào)碼網(wǎng)關(guān)IP地址，發(fā)起互聯(lián)網(wǎng)電話呼叫，連接到最靠近被叫的網(wǎng)關(guān)，并完成語(yǔ)音編碼和打包。接收端網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)拆包、解碼和連接被叫。對(duì)于電話到PC或是PC到電話的情況，是由網(wǎng)關(guān)來(lái)完成IP地址和電話號(hào)碼的對(duì)應(yīng)和翻譯，以及語(yǔ)音編解碼和打包。從理論上講，在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸語(yǔ)音看起來(lái)并不難：數(shù)字化后的語(yǔ)音信號(hào)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。電話網(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

9、可以找到與之相對(duì)應(yīng)的部分。然而，如果想與TDM Time Division Multiplexing時(shí)分多路復(fù)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，VoIP必須切實(shí)解決兩個(gè)主要問題：即QoS Quality of Service和信令。n 服務(wù)質(zhì)量（QoS） 服務(wù)質(zhì)量對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和語(yǔ)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(duì)時(shí)延要求不高；但語(yǔ)音則對(duì)時(shí)延十分敏感，丟失幾毫秒的信息對(duì)語(yǔ)音應(yīng)用產(chǎn)生的影響倒不易察覺。語(yǔ)音的這個(gè)要求與IP網(wǎng)絡(luò)的原意完全相左。除此以外，有關(guān)語(yǔ)音質(zhì)量的其它技術(shù)，如回聲抑制、語(yǔ)音壓縮，并不是數(shù)據(jù)網(wǎng)的固有功能，需要對(duì)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。n 信令 當(dāng)前幾乎所有在VoIP

10、領(lǐng)域的研發(fā)努力都集中在解決QoS問題上，而對(duì)信令問題的研發(fā)幾乎是空白。這里所說(shuō)的信令問題是指打電話時(shí)除了語(yǔ)音之外所需的交換信息。如摘機(jī)、震鈴等基本的功能，接通正確的號(hào)碼和記帳所需的更高級(jí)的功能，來(lái)電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、電話會(huì)議等復(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(gè)國(guó)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?bào)頭，用IP包封裝每個(gè)T1或E1幀

11、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(shí)現(xiàn)無(wú)縫接入，從而提供電話通信服務(wù)。TDMoIP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內(nèi)的傳輸內(nèi)容。這樣，TDMoIP就可以用來(lái)傳輸任意的T1/E1服務(wù)，即使有些通道本來(lái)是用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的，或整個(gè)幀都是非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)流。與VoIP相比，TDMoIP更簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼘?duì)語(yǔ)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(lái)的麻煩并且要實(shí)現(xiàn)信令格式的轉(zhuǎn)換。VoIP的確承諾支持新的協(xié)議，但TDMoIP自動(dòng)使用了現(xiàn)存PBX和CTI Computer telephony integratio

12、n功能所具備的優(yōu)勢(shì)。至于帶寬優(yōu)化，VoIP使用DSP Digital Signal Processing進(jìn)行語(yǔ)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(jià)的。盡管如此，TDMoIP和VoIP實(shí)質(zhì)上還是互補(bǔ)的。從用戶端到運(yùn)營(yíng)商POP Points of Presence之間通過IP網(wǎng)絡(luò)透明擴(kuò)展TDM主干，使運(yùn)營(yíng)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(jiǎn)單容易，并為用戶在用戶端提供簡(jiǎn)單的TDMoIP網(wǎng)絡(luò)終端單元NTU Network Terminal Unit。這些TDMoIP電路可比VoIP提供更多的服務(wù)，如通常的PSTN Public Switc

13、hed Telephone Network接入、中央交換機(jī)、幀中繼和ISDN Integrated Services Digital Network。3 IP語(yǔ)音通信的控制管理3.1 VoIPIP語(yǔ)音通信的服務(wù)質(zhì)量保障和信令問題除了要解決連續(xù)性信號(hào)碼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(shuō)來(lái)，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(huì)議通信協(xié)議，提供呼叫控制、呼叫管理和會(huì)議功能等；（2）MGCP Media Gateway Contro

14、l 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）SIP Session Initiation Protocol會(huì)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。 n H.323協(xié)議集ITU的H.323系列建議定義了在無(wú)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)、內(nèi)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)范了終端、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守和多點(diǎn)控制單元4個(gè)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

15、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(hào)和域名訪問協(xié)議以及驗(yàn)證授權(quán)功能；此后于1999年公布了面向大范圍網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的H.323第三版本，包括帶寬管理和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寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的H.321和用于G.STN終端的H.324等建議。其編碼機(jī)制，協(xié)議范圍和基本操作類似于ISDN的Q.931信令協(xié)議的簡(jiǎn)化版本，并采用了比較傳統(tǒng)

16、的電路交換的方法。相關(guān)的協(xié)議包括用于控制的H.245，用于建立連接的H.225.0，用于大型會(huì)議的H.332，用于補(bǔ)充業(yè)務(wù)的H.450.1、H.450.2和H.450.3，有關(guān)安全的H.325，與電路交換業(yè)務(wù)互操作的H.246。總的說(shuō)，H.323協(xié)議規(guī)范已很成熟，但由于H.323當(dāng)初并非專門針對(duì)電話業(yè)務(wù)特性設(shè)計(jì)的，協(xié)議的媒體管理采用了ISDN的Q.931信令（DSS1），在尋址（E.164電話號(hào)碼編號(hào)轉(zhuǎn)換到IP地址的尋址過程）建立呼叫和入網(wǎng)登記（RAS Registration, 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(shí)。而且

17、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模愈大，尋址過程愈復(fù)雜，難于滿足語(yǔ)音實(shí)時(shí)通信的要求。 n MGCP協(xié)議Arango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)（Signal Gateway, SG），媒體網(wǎng)關(guān)（Media Gateway, MG）和媒體網(wǎng)關(guān)控制（Media Gateway Control, MGC）。這個(gè)體系結(jié)構(gòu)的先進(jìn)之處在于實(shí)現(xiàn)了呼叫控制和承載控制分離，而在這兩個(gè)分離的單元之間需要定義新的協(xié)議，MGCP就是這個(gè)接口上的一個(gè)較通用的協(xié)議，后來(lái)IETF Internet Engineering Task Force MeGaCo Media Gateway Control工

18、作組和ITU-T16研究組在MGCP的基礎(chǔ)上提出了H.248協(xié)議，對(duì)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(duì)MG的控制，以實(shí)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(jiǎn)化操作和改進(jìn)信令控制效率，IETF又提出了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(dòng)用關(guān)系上相似。但是在MeGaCo場(chǎng)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(jiǎn)化了MG和MGC之間交互操作，提高了效率。 MeGaCo的設(shè)計(jì)思想是把智能集中在服務(wù)器上，既能容納面向連接（CO Connection

19、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(wú)連接（CL Connectionless）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)模有更大隨意性。MeGaCo協(xié)議尚在試驗(yàn)階段。 n SIP協(xié)議 SIP是由IETF提出來(lái)的一個(gè)應(yīng)用控制（信令）協(xié)議。它可用來(lái)創(chuàng)建、修改以及終結(jié)多個(gè)參與者參加的多媒體會(huì)話進(jìn)程。參與會(huì)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(huì)晤啟動(dòng)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（URL Un

20、iform Resource Locators）識(shí)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(bào)文對(duì)SIP服務(wù)器登記，用請(qǐng)求命令起動(dòng)呼叫，報(bào)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。SIP不是段管理協(xié)議，只是段的起動(dòng)和拆除，不涉及段內(nèi)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(jì)思想，在風(fēng)格上遵循互聯(lián)網(wǎng)一貫堅(jiān)持的簡(jiǎn)練、開放、兼容和可擴(kuò)展等原則，另一方面，它也考慮了對(duì)傳統(tǒng)公眾電話網(wǎng)的各種業(yè)務(wù)，包括IN Intelligent 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(gè)人移動(dòng)”。SIP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)多媒體通信和

21、控制協(xié)議體系的一個(gè)部分，其他協(xié)議包括用于預(yù)留網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的RSVP ReSerVation Protocol、用于多媒體數(shù)據(jù)傳輸并提供語(yǔ)音反饋的RTP Real Time Protocol/RTCP Real Time Transport Control Protocol、用于多媒體流數(shù)據(jù)分發(fā)控制的RTSP Real Time Streaming Protocol、用于描述會(huì)話屬性的SDP Streaming Download Project以及用于通告會(huì)話的SAP Service Advertising Protocol，而且將來(lái)隨著該體系結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展和完善，還會(huì)有其他新的協(xié)議產(chǎn)生，加入該

22、協(xié)議體系。但是SIP協(xié)議所規(guī)范的操作以及相應(yīng)的功能獨(dú)立于其它協(xié)議。3.2 TDMoIPTDMoIP中解決IP網(wǎng)絡(luò)與電話網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)隨之產(chǎn)生的信令是通過三種不同的方式：帶內(nèi)信令、CAS Channel Associated Signaling和CCS Common Channel Signaling來(lái)實(shí)現(xiàn)的。帶內(nèi)信令與語(yǔ)音在相同的聲音頻帶內(nèi)傳送。它的形式有呼叫進(jìn)程音，如撥號(hào)音或回鈴，DTMF Dual-tone-multi-frequency即touch tone,多音撥號(hào)音、用于呼入確認(rèn)的FSK Frequency Shift Keying，北美的MFR1或歐洲的MFCR2等。因?yàn)檫@些都是能聽見

23、的音調(diào)，它們被編碼到TDM時(shí)隙中，自動(dòng)被TDMoIP傳輸。VoIP系統(tǒng)使用的語(yǔ)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(lái)確保帶內(nèi)信令正確工作。最常見的CAS，即隨路信令，與語(yǔ)音信號(hào)在相同的T1或E1幀中傳送，但不在語(yǔ)音頻帶內(nèi)。T1通過保留位實(shí)現(xiàn)該信令，E1通過保留一個(gè)時(shí)隙為其余個(gè)通道每個(gè)通道承載比特實(shí)現(xiàn)該信令。因?yàn)镃AS比特通過同樣的T1或E1數(shù)據(jù)流傳輸，它們?nèi)钥勺詣?dòng)地被TDMoIP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(duì)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。SS7 Signaling System

24、7，7號(hào)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(gè)TDM時(shí)隙。在這種情況下，該信令自動(dòng)被TDMoIP傳送。如果不是這種情況，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)中存在的另一功能時(shí)間同步。在公用交換電話網(wǎng)及SONET/SDH網(wǎng)絡(luò)，主時(shí)鐘的節(jié)點(diǎn)為從時(shí)鐘的節(jié)點(diǎn)提供時(shí)間參考信號(hào)。在網(wǎng)絡(luò)中通常至少存在一個(gè)非常準(zhǔn)確的基準(zhǔn)參考時(shí)鐘，精確到1011的量級(jí)。該節(jié)點(diǎn)其精確性被稱為第一層為第二精確層提供參考時(shí)鐘，第二層為第三層節(jié)點(diǎn)提供參考時(shí)鐘。這種分層的時(shí)間同步對(duì)整個(gè)網(wǎng)

25、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(gè)隨機(jī)的延遲到達(dá)目的地，該延遲稱作抖動(dòng)。當(dāng)在IP網(wǎng)絡(luò)上模擬TDM時(shí)，假設(shè)存在合適的時(shí)間參考，可通過使用緩沖區(qū)來(lái)平滑所接收的數(shù)據(jù)，克服這種隨機(jī)性。但大多數(shù)情況下，原始的時(shí)間參考信息就得不到了。理論上在電話網(wǎng)絡(luò)中集成TDMoIP有兩種不同的層次。在長(zhǎng)途情形下，具有競(jìng)爭(zhēng)力的運(yùn)營(yíng)商在中央交換局之間引入一個(gè)基于TDMoIP的替換鏈路。因?yàn)樯鲜鲇懻摰膬r(jià)格優(yōu)勢(shì)，可以用比現(xiàn)有規(guī)定費(fèi)用低的價(jià)格為用戶提供“收費(fèi)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(shí)間參考信號(hào)。在整個(gè)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(gè)時(shí)間同

26、步的方法。IP網(wǎng)絡(luò)通過NTP Network Time Protocol協(xié)議發(fā)布時(shí)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，否則在NTP時(shí)鐘和所需的TDM時(shí)鐘之間就不會(huì)有連接。這個(gè)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(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)減輕IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)送同步信息的負(fù)擔(dān)。3.3 IP語(yǔ)音通信質(zhì)量保障我們知道互聯(lián)網(wǎng)電話本質(zhì)就是通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)和PSTN電話網(wǎng)的互連，互聯(lián)網(wǎng)電話通信質(zhì)量的好壞與互聯(lián)網(wǎng)有很大的關(guān)系。制約IP語(yǔ)音質(zhì)量的因素主要有： n 互聯(lián)網(wǎng)的不可管理性：互聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)全球性和開放性的基于TCP/IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)最大的特

27、點(diǎn)就是不可管理和不可控制，因此很難對(duì)其性能進(jìn)行控制，也無(wú)法確認(rèn)其時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率是否能滿足語(yǔ)音業(yè)務(wù)的需求。 n 互聯(lián)網(wǎng)面向無(wú)連接的特性：由于采用面向無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，每一個(gè)語(yǔ)音包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)會(huì)經(jīng)過很多路由器。在每一個(gè)路由器中，所有的語(yǔ)音包都需要排隊(duì)等待處理。路由器查看每一個(gè)語(yǔ)音包的包頭確定將該包送往目的地方向的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這樣語(yǔ)音包的傳送就可能會(huì)經(jīng)歷很長(zhǎng)的時(shí)間，語(yǔ)音時(shí)延也可能達(dá)到無(wú)法容忍的地步。同時(shí)，每一個(gè)包經(jīng)歷的路徑不同，就會(huì)造成時(shí)延變化很大，即語(yǔ)音抖動(dòng)很大。 另外，在網(wǎng)絡(luò)擁塞的時(shí)候，一些包還會(huì)被丟棄或等待很長(zhǎng)的時(shí)間才被處理。由此可見，語(yǔ)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)、

28、鏈路類型、速率以及業(yè)務(wù)量的多少等因素。 n 互聯(lián)網(wǎng)采用的UDP User Datagram Protocol協(xié)議：在互聯(lián)網(wǎng)中，語(yǔ)音業(yè)務(wù)以包的形式傳送。傳送過程中會(huì)因物理線路、超時(shí)和網(wǎng)絡(luò)擁塞等情況而引起丟包。雖然語(yǔ)音業(yè)務(wù)對(duì)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(huì)大量丟包，同時(shí)又由于語(yǔ)音業(yè)務(wù)采用UDP協(xié)議，不能進(jìn)行糾錯(cuò)和重發(fā)，大量丟包會(huì)嚴(yán)重影響語(yǔ)音通信的質(zhì)量。 n 互聯(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(wú)連接引起的通話雙方路徑的不對(duì)稱性，都會(huì)對(duì)語(yǔ)音通信的時(shí)延和抖動(dòng)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(gè)優(yōu)勢(shì)，但

29、是對(duì)語(yǔ)音業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，從源到目的地的語(yǔ)音包經(jīng)過不同的路徑傳遞，不同路徑的時(shí)延有長(zhǎng)有短，這樣語(yǔ)音的抖動(dòng)就無(wú)法控制。 另外，由于互聯(lián)網(wǎng)面向無(wú)連接的特性決定通話的A、B雙方，從A到B語(yǔ)音經(jīng)過的路徑與從B到A語(yǔ)音經(jīng)過的路徑不相同。這樣就有可能在一個(gè)方向上，語(yǔ)音包經(jīng)過的路由器很少，物理電路非常好，語(yǔ)音時(shí)延非常小，語(yǔ)音質(zhì)量也就非常好。然而，在另外一個(gè)方向上，語(yǔ)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(yǔ)音時(shí)延相當(dāng)大而且大量丟包，語(yǔ)音質(zhì)量到了不可接受的地步。這樣，正常的語(yǔ)音通信也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 針對(duì)上面這些問題，人們從信號(hào)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(zhǎng)足的進(jìn)步！ n 信號(hào)處理在信

30、號(hào)處理方面，主要解決了語(yǔ)音壓縮、靜音抑制、回聲消除與語(yǔ)音抖動(dòng)等?；ヂ?lián)網(wǎng)電話技術(shù)的基礎(chǔ)是語(yǔ)音壓縮技術(shù)。1995年11月， ITU（國(guó)際電聯(lián)）批準(zhǔn)了G.729語(yǔ)音壓縮標(biāo)準(zhǔn)。G.729標(biāo)準(zhǔn)采用的算法使得語(yǔ)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)?，F(xiàn)在G.729是最重要的語(yǔ)音壓縮標(biāo)準(zhǔn)。其他的語(yǔ)音壓縮技術(shù)還有幾種，除G.729外還有G.723/G.723.1。 IP網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)特征就是網(wǎng)絡(luò)延時(shí)與網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)較嚴(yán)重，這可能導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)電話音質(zhì)下降。網(wǎng)絡(luò)延時(shí)是指一個(gè)IP包在網(wǎng)絡(luò)上傳輸平均所需的時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)是指IP包傳輸時(shí)

31、間的長(zhǎng)短變化。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的語(yǔ)音延時(shí)（加上聲音采樣、數(shù)字化、壓縮、延時(shí)）超過200ms時(shí)，通話雙方一般就傾向采用半雙工的通話方式，一方說(shuō)完后另一方再說(shuō)。另一方面，如果網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)較嚴(yán)重，那么有的語(yǔ)音包因遲到被丟棄，會(huì)產(chǎn)生語(yǔ)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(dòng)，人們采用了抖動(dòng)緩沖技術(shù)，即在接收方設(shè)定一個(gè)緩沖池，語(yǔ)音包到達(dá)時(shí)首先進(jìn)入緩沖池暫存，系統(tǒng)以穩(wěn)定平滑的速率將語(yǔ)音包從緩沖池中取出、解壓、播放給受話者。這種緩沖技術(shù)可以在一定限度內(nèi)有效處理語(yǔ)音抖動(dòng)，并提高音質(zhì)。 n 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(duì)于語(yǔ)音通信并不合適。

32、因此需要對(duì)語(yǔ)音包設(shè)定優(yōu)先級(jí)。通常當(dāng)廣域網(wǎng)帶寬低于512Kbps時(shí)，一般在IP網(wǎng)絡(luò)路由器中設(shè)定語(yǔ)音包的優(yōu)先級(jí)為最高，這樣，路由器一旦發(fā)現(xiàn)語(yǔ)音包，就會(huì)將它們插入到IP包隊(duì)列的最前面優(yōu)先發(fā)送。從而使網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)與抖動(dòng)情況對(duì)語(yǔ)音通信的影響得到改善。這種優(yōu)先級(jí)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(lái)實(shí)現(xiàn) 。另外，還采用前向糾錯(cuò)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、FR 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(dòng)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

33、是IP路由協(xié)議可用于實(shí)時(shí)收集網(wǎng)絡(luò)資源使用情況的信息，計(jì)算出節(jié)點(diǎn)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(dòng)態(tài)路由功能的MPLS Multiprotocol Label Switching技術(shù)，其中主要采用了MPLS的CR-LDP Constraint-based Label Distribution Protocol來(lái)實(shí)現(xiàn)高清晰IP語(yǔ)音通信。4 向IPv6過渡過程中的IP語(yǔ)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(shì)。雖然IP語(yǔ)音通信已經(jīng)成為當(dāng)前IPv4網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要應(yīng)用業(yè)務(wù)，但正如上面分析的，它在IPv

34、4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(huì)變得更加復(fù)雜。如何實(shí)現(xiàn)分別連接在IPv4和IPv6網(wǎng)絡(luò)之上的傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)之間及其與互聯(lián)網(wǎng)電話業(yè)務(wù)的互通與綜合對(duì)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是非常重要的。 就目前的技術(shù)來(lái)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(lái)完全集成開放體系結(jié)構(gòu)演進(jìn)的要求。電話網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)可以獨(dú)立發(fā)展，其間通過軟交換等協(xié)調(diào)設(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。這類協(xié)調(diào)設(shè)備不僅交換語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和其他業(yè)務(wù)，而且完成七號(hào)信令與IP的轉(zhuǎn)換，解決兩個(gè)網(wǎng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的融合和轉(zhuǎn)移問題。軟交換可以提供實(shí)時(shí)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.24

35、8、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)與媒體層硬件分離，并納入開放的標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)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SIPT SIP for Telephony交換網(wǎng)關(guān)信息，實(shí)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。&

36、#160;n 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(shí)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(duì)于兩種網(wǎng)絡(luò)是公共的。它要同時(shí)管理兩個(gè)域的電話信令信息。這種模式優(yōu)勢(shì)在于管理方便，具有統(tǒng)一的業(yè)務(wù)開發(fā)和控制平臺(tái)。但從IPv6與IPv4融合的角度考慮，其體系結(jié)構(gòu)相對(duì)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(diǎn)集成在一起，使網(wǎng)絡(luò)發(fā)展受制。因此缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)的生命力。 n 疊加模式 疊加模式中每個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有其各自的軟交換業(yè)務(wù)與應(yīng)用平臺(tái)。IPv4網(wǎng)

37、絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)可以獨(dú)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(lái)實(shí)現(xiàn)。利用網(wǎng)絡(luò)層的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(jì)出了多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù)MPLS。該技術(shù)對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)IPv4向IPv6過渡過程中的混合網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音通信，稱

38、之為VoMPLS技術(shù)。在這種技術(shù)中，由于語(yǔ)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(jià)類的劃分不僅僅根據(jù)IP地址，還可以依據(jù)網(wǎng)關(guān)所支持的協(xié)議（如SIP或H.323）或者用戶號(hào)碼空間。并能根據(jù)這些FEC Functional Equivalence Class分類來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音流量工程，將語(yǔ)音在特定的快速通道上傳送，而不必是最短路徑。這對(duì)于改善語(yǔ)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(shí)現(xiàn)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，也不能完全離開IP，這是因?yàn)闃?biāo)簽是基于路由協(xié)議獲得的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)來(lái)建立的

39、。這里為實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)電話路由而設(shè)計(jì)的協(xié)議是TRIP Telephone 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(duì)等關(guān)系、在提供商之間交換和同步電話網(wǎng)關(guān)路由信息、向其它提供商傳播網(wǎng)關(guān)路由信息、定義描述電話網(wǎng)關(guān)路由的語(yǔ)法和語(yǔ)義等。電話目標(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(lái)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(lái)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(lái)交換。TRIP支持IPv4和IPv6協(xié)議，不必再向BGP Border 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(yǔ)音終端要呼叫到IPv6網(wǎng)絡(luò)中的語(yǔ)音業(yè)務(wù)終端時(shí)，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(gè)域間的電話路由信息交換，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(dòng)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。 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展