【文章內(nèi)容簡介】 – 以 PSTN為代表的傳統(tǒng)電信網(wǎng)， ? 具有良好的 QOS保證和安全性，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大，各種管理和服務(wù)體制完善； ? 業(yè)務(wù)靈活性差，智能網(wǎng)技術(shù)的引入后，有所改善，但還是一個封閉的體系，新業(yè)務(wù)的推出依賴于點(diǎn)電信提供商； ? 對多媒體的業(yè)務(wù)支持有限； – 以 IP技術(shù)為基礎(chǔ)的 Inter ? 開放性和分布性； ? 支持多媒體業(yè)務(wù)； ? 需改進(jìn) QOS保證和安全性； 發(fā)展背景 –如何將這兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，推出新型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和信息服務(wù)？ ? 語音業(yè)務(wù)是突破口，因?yàn)橛脩羧壕薮? –兩個研究方向： ? 將 PSTN作為信息媒體的傳送網(wǎng)絡(luò)，而呼叫和控制權(quán)交給 Inter用戶； ? 直接將 Inter作為信息媒體的傳送網(wǎng)絡(luò)，在其上實(shí)現(xiàn)電話業(yè)務(wù)，這就是 IP電話； IP電話技術(shù)的發(fā)展 – 在以 IP為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行話音通信的系統(tǒng)，它采用的技術(shù)統(tǒng)稱為 VoIP（ Voice over IP） 。 – 分組通信技術(shù)的發(fā)展 – 綜合業(yè)務(wù)通信技術(shù)的發(fā)展； – IP通信技術(shù)的發(fā)展； – 早期的在計(jì)算機(jī)網(wǎng)上的語音通信 ? ARPNET網(wǎng)上的實(shí)驗(yàn)； ? 80年代的 LAN上的語音通信； – 90年代在 Inter網(wǎng)上的語音通信技術(shù)取得了突破性進(jìn)展和實(shí)際應(yīng)用； ? 96年， ； ? 以色列 VocalTec公司最早推出了電信級的 IP電話網(wǎng)關(guān)； IP網(wǎng)絡(luò)電話的應(yīng)用特點(diǎn) – 價格低廉 ? 語音壓縮節(jié)約帶寬； ? 分組交換方式，線路利用率更高； – 可以靈活地提供各種新業(yè)務(wù)； ? 終端的智能性和 IP網(wǎng)的開放性； – 有利于企業(yè)建立高效綜合服務(wù)內(nèi)部網(wǎng)； – 有利于運(yùn)營商開拓市場； – 有助于與新技術(shù)的融合，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展； Inter制約 IP電話質(zhì)量因素 （ 1） Inter是一個不可管理的網(wǎng)絡(luò) ? Inter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(diǎn)就是不可管理和不可控制。 ? 人們很難對 Inter的性能進(jìn)行控制，也無法確認(rèn) Inter 的時延、抖動和丟包率是否能滿足話音業(yè)務(wù)的需求 （ 2） Inter是一個面向無連接的網(wǎng)絡(luò) ? Inter采用面向無連接網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，每一個話音包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時會經(jīng)過很多路由器，在每一個路由器中，所有的話音包都需要排隊(duì)等待處理，路由器查看每一個話音包的包頭確定將該包送往目的地方向的下一個節(jié)點(diǎn)。這樣話音包的傳送就可能會經(jīng)歷很長的時間，話音時延也可能達(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，即話音抖動很大。 ? 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，話音業(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。 (3)Inter的 UDP協(xié)議不能保證話音的正確傳送 在 Inter中，話音業(yè)務(wù)以包的形式傳送，包在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，雖然話音業(yè)務(wù)對于丟包率具有較高的容忍度，但是 Inter在網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況下會大量丟包，同時又由于話音業(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)重影響話音通信的質(zhì)量。 (4) Inter路由機(jī)制對話音業(yè)務(wù)的影響 – Inter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，都會對話音通信的時延和抖動具有較大的影響。 – 負(fù)載均衡是指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 Inter的一個優(yōu)勢，但是對話音業(yè)務(wù)來說，從源到目的地的話音包經(jīng)過不同的路徑傳遞，不同路徑的時延有長有短，這樣話音的抖動就無法控制。 – 另外，由于 Inter面向無連接的特性決定通話的 A、 B雙方，從 A到 B話音經(jīng)過的路徑與從 B到 A話音經(jīng)過的路徑不相同 。 IP電話的關(guān)鍵技術(shù) ? （ 1）語音處理技術(shù) – 低比特率話音編碼 ? 音頻編碼技術(shù) – 靜音檢測（靜噪抑制技術(shù)） ? 所謂靜噪抑制技術(shù)，是指檢測到通話過程或傳真過程中的安靜時段，并在這些安靜時候停止發(fā)送語音包。大量的研究表明，在一路全雙工電話交談中，只有 36%～ 40%的信號是活動的或有效的。當(dāng)一方在講話時，另一方在聽，而且講話過程中有大量顯著的停頓。通過靜噪抑制技術(shù)，大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬節(jié)省下來用于其他話音或數(shù)據(jù)通信。 ? 回波抑制 – 在 PBX或局用交換機(jī)側(cè)，有少量電能未被充分轉(zhuǎn)換而且沿原路返回，形成回聲。如果打電話者離 PBX或交換機(jī)不遠(yuǎn)，回聲返回很快，人耳聽不出來，這種情況下無關(guān)緊要。但是當(dāng)回聲返回時間超過 10ms時，人耳就可聽到明顯的回聲了。為了防止回聲，一般需要回聲消除技術(shù)，在處理器中有特殊的軟件代碼監(jiān)聽回聲信號，并將它從聽話人的語音信號中消除。對于 IP電話設(shè)備，回聲消除技術(shù)是十分重要的，因?yàn)橐话?IP網(wǎng)絡(luò)的時延很容易就達(dá)到 40 ～ 50ms； IP電話的關(guān)鍵技術(shù) – 話音抖動處理技術(shù) ? 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，這可能導(dǎo)致 IP電話音質(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， 187。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的話音延時（加上聲音采樣、數(shù)字化、壓縮、延時）超過 200ms時，通話雙方一般就愿意傾向采用半雙工的通話方式，一方說完后另一方再說。 – 網(wǎng)絡(luò)抖動是指 IP包傳輸時間的長短變化。 187。 如果網(wǎng)絡(luò)抖動較嚴(yán)重，那么有的話音包因遲到被丟棄，會產(chǎn)生話音的斷續(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，話音包到達(dá)時首先進(jìn)入緩沖池暫存，系統(tǒng)以穩(wěn)定平滑的速率將話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)有效處理話音抖動，并提高音質(zhì)。 IP電話的關(guān)鍵技術(shù) – 話音優(yōu)先技術(shù) ? 話音通信實(shí)時性要求較高。為了保證提供高音質(zhì)的 IP電話通信，在廣域網(wǎng)帶寬不足（ 擁擠）的 IP網(wǎng)絡(luò)上，一般需要話音優(yōu)先技術(shù)。 – 當(dāng) WAN帶寬低于 512Kbps時，一般在 IP網(wǎng)絡(luò)路由器中設(shè)定話音包的優(yōu)先級為最高，這樣，路由器一旦發(fā)現(xiàn)話音包，就會將它們插入到 IP包隊(duì)列的最前面優(yōu)先發(fā)送。這樣，網(wǎng)絡(luò)的延時與抖動情況對話音通信的影響均將得到改善。 – 另一種技術(shù)是采用資源預(yù)留協(xié)議（ RSVP）為話音通信預(yù)留帶寬。只要有話音呼叫請求，網(wǎng)絡(luò)就根據(jù)規(guī)則為話音通信預(yù)留出設(shè)定帶寬，直到通話結(jié)束，帶寬才釋放。 IP電話的關(guān)鍵技術(shù) –分組丟失補(bǔ)償（糾錯能力） ? 先進(jìn) VoIP網(wǎng)關(guān)采用另一項(xiàng)保證音質(zhì)的技術(shù)，這就是前向糾錯技術(shù)（ Forward Error Correction）。 – IP包在傳送過程中有可能損壞或被丟失 /丟棄，如果話音包丟失 /損壞率較低， IP電話的音質(zhì)不會受到明顯損害。 ? 分級 FEC技術(shù)有。第一級是 IntraPacket，第二級是 ExtraPacket。 – 第一級是在同一包內(nèi)加冗余數(shù)據(jù)，以便接收方糾錯、恢復(fù)、還原話音數(shù)據(jù)，保證音質(zhì)。 – 第二級是在每一個話音包中存放后續(xù)包的冗余數(shù)據(jù)，以便接收方從已經(jīng)接收到的包中恢復(fù)出錯或丟失的話音包。 ? FEC可以吸收 10%～ 20%的丟包率，保持高音質(zhì)。但是 FEC要多消耗多達(dá) 30%的網(wǎng)絡(luò)帶寬 。 IP電話的關(guān)鍵技術(shù) ? （ 2） IP話音通信協(xié)議 – 話音通信控制協(xié)議； ? 電信網(wǎng)中的呼叫控制信令，包括：地址信息、用戶狀態(tài)信息、音信號、 DMTF信號等； ? 可靠性、一般采用 TCP； – 話音信息傳送協(xié)議； ? 規(guī)定話音分組應(yīng)如何封裝、復(fù)用和傳送； ? 實(shí)時性、一般采用 UDP； – 會議電話控制協(xié)議； – 實(shí)時控制協(xié)議； IP電話的關(guān)鍵技術(shù) 影響 VOIP質(zhì)量的因素 ? VOIP網(wǎng)關(guān)對語音的處理：編解碼處理、回音消除、平滑噪聲、靜音檢測、 Jitter Buffer等 ? IP承載網(wǎng)的 QOS：對 VOIP報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)指標(biāo)需滿足一定的要求，如時延、時延抖動、丟包率等 公司 \編解碼類型 華為 CISCO VoIP的語音質(zhì)量 語音質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)：PESQ值（表示對原聲的還原程度，越高越好，PSTN為 4） VG系列的語音 QoS技術(shù) ? 舒適噪音生成技術(shù)（ Comfortable Noise Generation） –舒適噪音中 有聲和無聲平滑切換 ；生成的舒適噪音自然； ? 靜音檢測技術(shù)（ Active Voice Detection） –可以節(jié)省 40%左右的帶寬；可探測到非常低的信噪比的語音； ? 承載網(wǎng) QoS技術(shù)： –支持 ToS,CAR等； –支持 PQ、 FQ、 WFQ、 LLQ等隊(duì)列技術(shù)； –支持 IPHC等； –支持 DiffServ 國標(biāo) /業(yè)界標(biāo)準(zhǔn) 華為 3Com 動態(tài)緩存技術(shù)（ DeJitter Buffer） 20160ms 20200ms 丟包補(bǔ)償（ Loss Package Compensation） (5%) MOS≥ MOS≥ 回波抵消（ Echo Canceling） 48ms 128ms 編解碼時延（ Voice CODEC） 200ms。 180ms。 180ms。 150ms。 IP網(wǎng) VOIP話音質(zhì)量－ QOS 語音網(wǎng)關(guān) 語音網(wǎng)關(guān) 對 VOIP報(bào)文進(jìn)行標(biāo)記（ TOS/DSCP/ VLAN) 采用 CAR技術(shù)對 VOIP報(bào)文進(jìn)行流量監(jiān)控，必要時限制其總帶寬 通過隊(duì)列技術(shù)確保 VOIP報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)時性 ? 采用 Diffserv QOS模型，在 VOIP接入層對 VOIP報(bào)文進(jìn)行標(biāo)記及流量監(jiān)控，在網(wǎng)絡(luò)核心層通過PQ/CQ/WFQ/LLQ等隊(duì)列技術(shù)確保 VOIP報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)時性。 通過 RTP隊(duì)列確保 VOIP報(bào)文的高效有序傳送 IP電話的實(shí)現(xiàn)方法 應(yīng)用結(jié)構(gòu) ? IP電話的應(yīng)用結(jié)構(gòu) – （ 1） PCPC通信：經(jīng)由 Inter或 Intra ? PC泛指安裝了 IP電話軟件的計(jì)算機(jī)或 IP電話終端； ? 涉及的主要技術(shù)是 IP電話的基礎(chǔ)包括： – 網(wǎng)絡(luò)部件結(jié)構(gòu) – 媒體信息封裝、 – 呼叫控制以及網(wǎng)絡(luò)用戶管理； IP網(wǎng) pc pc ? （ 2）電話 電話：經(jīng)由 IP網(wǎng) – 電話為普通的 PSTN電話， SCN為電路交換網(wǎng)； – 與前一種情況比，由于涉及不同的網(wǎng)絡(luò)，需要增加互通設(shè)備，即網(wǎng)關(guān)設(shè)備； – 主要的技術(shù)問題包括： ? 網(wǎng)關(guān)的功能結(jié)構(gòu)； ? PSTN和 IP電話系統(tǒng)的信令互通， 7號信令互通； ? 撥號方式（一次，兩次）； ? 最小成本選擇 IP網(wǎng) SCN SCN 互通功能 互通功能 ? （ 3） PC電話 –也包含互通功能； –新的功能： ? PC（ IP電話終端）的號碼分配問題； ? 號碼與 IP地址的轉(zhuǎn)換； ? 漫游 IP用戶的處理； ? 經(jīng)不同網(wǎng)絡(luò)后的 QOS保證； IP網(wǎng) SCN 互通功能 IP電話終端 ? （ 4） IP用戶控制電話 電話的通信 – B和 C之間的通信都是 PSTN用戶，話路也是由 PSTN提供； – Inter用戶 A控制發(fā)起呼叫； – 該結(jié)構(gòu)的互通僅在控制平面上互通； – 主要技術(shù)問題（需智能網(wǎng)支持）： ? IP網(wǎng)中的控制協(xié)議； ? IP到 SCN的控制信令轉(zhuǎn)換； ? 控制網(wǎng)關(guān)發(fā)起至雙方的呼叫建立機(jī)制； 計(jì)算機(jī) IP網(wǎng) 互通功能 PSTN A B C PSTN/IP網(wǎng)絡(luò)電話業(yè)務(wù)的互通 ? IP電話的應(yīng)用要求 PSTN和 IP網(wǎng)絡(luò)以下四個層面上實(shí)現(xiàn)互通； – 網(wǎng)絡(luò)傳輸層面：提供 IP語音傳送的底層協(xié)議，解決網(wǎng)關(guān)和 IP終端的尋址和選路； – 控制平面：就是指 PSTN呼叫控制信令和 議的互通； – 用戶平面：指語音編碼方式的轉(zhuǎn)換，包括必要的回波抑制和丟包處理，及 DTMF信號的互通傳輸； – 管理平面：提供網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商必需的帶寬管理、呼叫接納控制、計(jì)費(fèi)管理和統(tǒng)一的網(wǎng)管，以保證 QOS； IP電話的實(shí)現(xiàn)方法 網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn) ? 網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn) – 根據(jù)其提供的處理能力的大小分為： ? 企業(yè)級 – 信令處理、 、語音編解碼和路由協(xié)議處理； ? 電信級：性能要求更高； – 功能與企業(yè)級的網(wǎng)關(guān)功能基本相同； – 容量大、 – 可靠性高 – 支持 7號信令； – 網(wǎng)絡(luò)管理（ SNMP） – 安全性、擴(kuò)充性、互通性； ? （ 1）其主要的組成： – PSTN接口： ? 普通電話接口， ISDN接口； ? 中繼接口（ E1/T1）， PRI接口等； – 語音信號處理模塊； ? 一般采用 DSP進(jìn)行多路語音信號的處理； ? 包括：普通語音信號和 DTMF信號的處理； – 數(shù)據(jù)接口（以太網(wǎng)接口）；網(wǎng)絡(luò)接口及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持； – 主處理單元 CPU； 網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn) ? （ 2）網(wǎng)關(guān)的軟件系統(tǒng)； –一般的網(wǎng)關(guān)都是基于某種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)； ? 比如：冠遠(yuǎn)和 Lucent。 –它的操作系統(tǒng)一般是