VoIP技術及其應用探討

2019-11-03 09:02:11

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供稿：網友

陜西省廣播電視信息網絡股份有限公司應繼軍

　　[摘要]本文是基于SXBCTV的一次Voip語音業務具體試驗機會描述了VoIP技術的基本概念、原理、增值業務、前景探討，以及實現時需要的硬件設備和網絡互聯等內容，從VoIP技術優勢論述了其具有廣闊的發展前景。

　　[關鍵字]：VoIP IP電話 PSTN 三網合一

　　一概述

　　傳統意義的PSTN網絡和以INTERNET為代表的數據網絡在出現之初，都是彼此孤立、互不存在業務聯系的，而隨著計算機技術、光纖通信技術、數字技術、交換技術和語音壓縮技術的發展，兩大網絡即語音網絡和數據網絡出現了融合的趨勢，便產生了VoIP網絡電話，來滿足人們進行實時通話的需求。根據運行平臺的不同，網絡電話可以利用軟件方式和硬件方式實現，其中軟件實現方式的相關產品有NetSpeck公司的WebPhone，Quarterdeck公司的WebTalk以及Revolutionary公司為OS/2設計的Intercome等。軟件方式根據接續類型的不同可以分為兩種不同的實現方法：1、通話雙方被指定登錄到同一臺電話服務器以建立呼叫；2、通話雙方交換IP地址，并用他們來進行自發或預先安排的呼叫；硬件實現方式是利用語音網關設備將PSTN網絡和INTERNET網絡的相關設備連接起來，采用數字信號處理技術（DSP）實現通話雙方的連接。本文就是對基于硬件方式實現IP電話的技術描述，在組網時利用了華為C&C08程控交換機與PSTN固話網相連，實現語音網絡和國內國際語音網絡互聯；數據網采用了華為NE80核心路由交換機接入INTERNET，而IP語音網關設備通過2M線路E1接口和基帶數據接口分別與程控交換機和核心路由器相連。

　　光網絡技術的提高和數字傳輸距離的應用，在數據通信網中被視為“瓶頸”的帶寬和服務質量等問題一一得到解決，推動了IP技術的迅速發展，帶動各種應用向IP靠攏。一個典型的應用就是VoIP業務（即IP電話），VoIP與傳統的基于電路交換的電話網相比，使用TCP/IP作為傳輸協議，利用現有的網絡技術將語音集中到IP網絡上來，統一采用IP技術，使得語音和數據在同一線路上采用統計復用技術傳輸，從而大大提高了線路帶寬利用率。目前，大多數企業的各分支機構之間的電話通信都是通過PSTN網絡實現的，當企業規模變得越來越大、分支機構越來越多的時候，巨額話費已經成為許多企業沉重的經濟負擔，因此經濟實惠的電話網絡解決方案已經成為許多企業的迫切需求,VoIP則是解決這一問題的最佳方案。

　　二VoIP基本概念

　　VoIP一般稱作為IP電話，廣義上是指在數據網絡上承載數據、語音、傳真和視頻、圖像等多媒體業務，而在狹義上講則是承載語音業務。基于IP的Internet得到迅猛的發展，使IP協議成為信息網絡的工具。

　　2.1VoIP業務的基本原理VoIP的英文注解為Voice Over Internet PRotocol 顧名思義基于網際協議的語音，目前網際協議（IP）和傳輸控制協議（TCP）已經成為全世界數據互聯網絡的公認協議，提起IP必然會和TCP聯系在一起，因此簡寫為TCP/IP協議。傳統的模擬語音信號在一定的時間段內是連續的不間斷的、在信號的表示上是由脈沖組成的信息，而在數據網絡上，信號最終都是由諸如010101的離散信號組成，用離散的信號表示連續的模擬信號，則要經過抽樣、量化、編碼的過程，通過A/D模數轉換電路將人發出的模擬語音信號變成數字信號實現在IP網絡上傳輸，此時流動的信息格式為IP數據報文，由源IP地址、目的IP地址、信息內容、糾錯碼等相關信息組成，相反由數字到模擬信號需要D/A數模轉換電路將IP數據報中的信息內容還原為模擬的語音信號實現在終端上接受。

　　2.2VoIP業務實現的硬件組成IP電話的基本結構由網關（GW）和網守（GK）兩部分構成。網關的主要功能是信令處理、H.323協議處理、語音編解碼和路由協議處理等，對外分別提供與PSTN網連接的中繼接口以及與IP網絡連接的接口。網守的主要功能是用戶認證、地址解析、帶寬管理、路由管理、安全管理和區域管理。一個典型的呼叫過程是：當呼叫由PSTN語音交換機發起時，通過中繼接口接入到IP語音網關，網關獲得用戶希望呼叫的被叫號碼后，向網守發出查詢信息，網守查找被叫網守的IP地址，并根據網絡資源情況來判斷是否應該建立連接。如果可以建立連接，則將被叫網守的IP地址通知給主叫網關，主叫網關在得到被叫網關的IP地址后，通過IP網絡與對方網關建立起呼叫連接，被叫側網關向PSTN網絡發起呼叫并由交換機向被叫用戶振鈴，被叫摘機后，被叫側網關和交換機之間的話音通道被連通，網關之間則開始利用H.245協議進行能力交換，在能力交換完成后，主被叫方即可開始通話。

　　四VoIP業務的試驗平臺

　　4.1VoIP試驗的硬件連接本次試驗是將華為程控交換機和西安信澳科技發展有限公司的IPBX2600-I/II型IP語音網關設備利用E1線路實現對接，在程控交換機側，近端交換模塊號1新增加中繼板DTM一塊，數據配置為DT，和IPBX2600-I型語音網關的E1接口相連，接口協議為中國一號信令。IPBX2600-I設備通過LAN接口與核心路由器相連，通過FXS接口接IP話機或者模擬話機，這樣兩大網絡PSTN語音網和INTERNET數據網利用VoIP語音網關連接在一起。

　　4.2試驗階段VoIP相關設備組網圖

　　在網絡拓撲圖中，華為C&C08數字程控交換機通過N0.7信令與電信運營商互連而進入PSTN語音網絡，同時通過華為NE80核心路由器利用邊界網關路由協議（BGP）進到INTERNET數據網絡，IP電話語音網關IPBX2600-Ⅰ型和IPBX2600-Ⅱ型分別位于近端和遠端。從組網圖可以看出，IP網絡電話的信息流通路有如下三種：a、從IP虛通道進入到PSTN物理通路，即IP數字電話撥打PSTN固定電話；b、從IP虛通道到IP虛通道，即IP數字電話撥打IP數字電話；c、從PSTN物理通路進入到IP虛通道，即PSTN固定電話撥打IP數字電話。組網圖如下：

　　4.3程控交換機側數據設定在程控交換機和語音網關對接時采用了中國一號信令，由于一號信令的特點，需要在程控交換機中將中繼電路分為出中繼和入中繼，與在VoIP語音網關側設定的入中繼、出中繼電路分別相對應，兩個中繼群號對應一個路由、子路由、路由分析，因為在試用階段，暫且分配四個具有公網特性（便于接續）的號碼87991095～87991098作為IP語音電話號碼，在華為C&C08程控交換機網管臺中，詳細數據設定如下：

　　1、增加至語音網關的局向：

　　ADDOFC:O=9,DOT=CMPX, DOL=LOW, NI=NAT, DPC="000000", ON="語音數據業務";

　　2、增加子路由：

　　ADDSRT:SR=17,DOM=9, SRT=OFC, SRN="語語音程控業務", TSM=CYC, MN1=1;

　　3、增加一號出中繼群：

　　ADDN1TG:MN=1,TG=17, G=out, SRC=17,SIGT=NO1,SA6=TRUE, A6P=3;

　　4、增加一號入中繼群：

　　ADDN1TG:MN=1,TG=18, G=IN, SRC=17,SIGT=NO1,SA6=TRUE, A6P=3;

　　5、增加一號中繼的出中繼電路：

　　ADDN1TKC:TG=17,SC=448, EC=463, CS=USE;

　　6、增加一號中繼的入中繼電路：

　　ADDN1TKC:TG=18,SC=464, EC=479, CS=USE;

　　7、增加至語音網關的路由：

　　ADDRT:R=17,RT=NRM, SRST=SEQ, SR1=17;

　　8、增加至語音網關的路由分析：

　　ADDRTANA:RSC=17,rssC=0, RUT=ALL, ADI=ALL, CLRIN=ALL, TRAP=ALL, TMX=0, R=17;

　　9、增加至語音網關的業務字冠：

　　ADDCNACLD:PFX=K'87991095,CSTP=BASE, CSA=LC, RSC=17, MIDL=8, MADL=8;

　　ADDCNACLD:PFX=K'87991096,CSTP=BASE, CSA=LC, RSC=17, MIDL=8, MADL=8;

　　ADDCNACLD:PFX=K'87991097,CSTP=BASE, CSA=LC, RSC=17, MIDL=8, MADL=8;

　　ADDCNACLD:PFX=K'87991098,CSTP=BASE, CSA=LC, RSC=17, MIDL=8, MADL=8;

　　在程控交換機和VoIP語音網關數據設定后，經過了一番調測，將入中繼的“是否要主叫號碼”調為“是”，“無主叫是否接通”調為“是”，“是否發A6”為“是”，“發A6位置”調為“3”，“收主叫”為“是”。經過電話撥打，模擬的語音信號能夠通過IP數據包傳輸。

　　4.4呼叫流程描敘

　　與PSTN的呼叫程控交換機側分配給近端語音網關具有公網特性的號碼為87991095～87991098，遠端設備IPBX2600-II型語音網關分配的號碼為6005～6008，在中心端設備上通過數據配置（選擇直連方式）可固定或動態映射PSTN號碼到遠端設備的6005～6008電路上。這樣從PSTN側來的呼叫通過Internet網絡延伸到了遠端，6005～6008成為PSTN側87991005~87991008電話號碼的映射。

　　內部虛擬PBX的呼叫在關守（Gatekeeper）的支持下，企業內聯網的異地設備可以通過網絡，以內部號碼如6000或8000的方式實現零話費呼叫，也可以與以PC為軟件終端的IP Phone、Netmeeting等實現雙向呼叫。即6000和8000、9000可實現雙向呼叫，而不需要PSTN的參與。

　　接續流程在該組網方式下，當用戶摘機撥號，如果號碼為本網內的電話號碼時，就轉為內部IP電話連接或本設備的內部交換連接。否則，直接與中心站網關設備相對應的E1接口電路連接。當有PSTN用戶接入時，中心站IPBX2600-I型語音網關設備給遠端的語音網關發送控制信令、遠端設備相對應的用戶振鈴；如為二次撥號方式，則向接入用戶送輔導音，提示撥分機號。

　　4.5VoIP語音業務撥打測試由于IP電話網采用了語音壓縮編碼算法，將話音用數據包的形式在分組交換網上傳輸，不可避免的會產生普通電話網中不存在的特殊問題，像電話延時、通道回音等。由于SXBCTV系統內部的固定電話用戶需通過撥“2”＋電話號碼進入PSTN網絡，因此IP電話也沿襲這一撥號特性，在撥打本地電信、網通、鐵通以及移動、聯通手機電話時均能接通，而且延時較小、通道回音現象幾乎無法覺察，語音質量幾乎接近模擬網效果。在撥打外地電話時，通過撥“0”+區號＋電話號碼可以進入外地的電信、網通、鐵通的PSTN語音網絡以及手機的GSM/GPRS、CDMA移動網。同時利用PSTN公網電話以及手機撥入時也可正常接通，撥測結果表明VoIP語音數據集成業務已經實現。

　　五VoIP語音業務前景看好

　　在市場經濟條件下,VoIP語音業務的眾多優勢極大的吸引著網絡運營商：其一為價格低的優勢，IP電話采用語音壓縮編碼和分組統計復用，帶寬利用率高，其二便于建立高效綜合的內部網絡，使IP網絡引入企業內的數據網和電話網，能夠使數據信息和語音信號共享傳輸通道，為企業節省更多的財力和物力。其三能夠提供多種增值業務，IP網絡為開放式網絡，具有無限的發展潛力，是未來語音、數據、圖象三網合一的載體。與普通電話相比，IP電話的優勢是非常明顯的，因為IP電話是將傳統的電信電話網絡整合到數據網絡中，省去了龐大的PSTN長途話費開支，可以顯著降低企業網絡的運營成本。對于建設了寬帶數據網絡的公司而言，VoIP優勢不言而喻：

　　5.1構建企業或專網的語音通信系統該模式的的最大應用在于企業和專網系統已組建了寬帶網，目前寬帶網絡建設已經風靡世界，各個企業、單位在爭相建設自己的寬帶數據通信網，按照傳統的模式，他們還需要建設一套基于電路交換的語音通信網。這樣不但組網復雜，管理和維護費用高。而基于IP的語音系統，將語音和數據通信系統合而為一，實現了企業內部語音系統的零話費運用。另外通過Internet等廣域網的連接，還可以構建企業或專網系統的遠程異地內部通信系統。

　　5.2延伸傳統語音通信網絡隨著寬帶網建設的不斷推進，數據網絡的覆蓋逐步加強，人類在現

　　代數據通信網絡下實現了社會網絡化虛擬活動，諸如網上購物、網上銀行、網絡論壇、網上醫療、網絡聊天等等，人們對事物的認識已經跨越了時間和空間的限制，足不出戶即可了解天下大事，知曉地球內外的風土人情，學習各行各業的專業知識，“地球村”的概念已經形成，相對于傳統的語音PSTN網絡，局間互連或接入延伸只能通過光纖或微波等傳輸設備，網絡應用主要限于語音通話。而現在可以通過數據寬帶網絡，利用VoIP技術，即可實現PSTN語音系統的透明傳輸。這樣可以充分利用網絡資源，減少不必要的線路投資，在實際應用方面，語音通話幾乎接近或者是達到了傳統語音通話的效能。

　　5.3提供靈活多樣的增值業務國內的幾大通信運營商中國電信、網通、鐵通以及移動、聯通等都已經投入并使用了自己經營的IP長話業務，IP電話無疑在中國已經取得了成功，由于它低廉的價格和逐漸提高的通話質量，人們已經熟悉并習慣使用IP電話撥打外地長話，IP電話正以驚人的速度擠占國內國際長途通話市場。據統計，2001年，國內長途VoIP業務量超過了國際業務量，中國的用戶大約進行了1.2億個VoIP呼叫。目前IP電話基本上還停留在最初的語音通信服務上，然而單單靠基本的通話服務業務很難有新的發展。在電信改組，國內電信運營商日益增多，同時隨著中國已經加入WTO，電信市場的開放，國外通信運營商將很快進入國內電信領域，競爭必將造成電信基本通話業務價格的下降，僅靠基本通話業務的盈利將很難維持整個網絡的維護和運營，未來IP電話的角逐將會是其各種增值業務的開發。根據其類型的不同，IP電話可開展的增值業務分為：數據類增值業務、Web類增值業務和話音類增值業務，其中數據類增值業務主要有短消息業務；Web類增值業務包括：點擊撥號（CTD）、點擊發送傳真（CTF）、網絡互動游戲、可收聽網頁；話音類增值業務有：IP800號業務、通用個人通信、虛擬專用網、呼叫轉接、呼叫前轉、呼叫保持、呼叫等待、號碼顯示/限制、呼叫完成、呼叫意圖、呼叫插入和IP電話會議等共計十七種增值業務。由于IP電話基本上還停留在通話服務上，要真正體現它的優勢還必須在傳統電信業務基礎上提供更多的增值業務，只有這樣才能有更大的市場吸引力。

　　六構造未來的數據語音網絡

　　PSTN語音網絡和INTERNET網絡以及以圖象為特征的廣播電視網絡三網融合將是必然的趨勢，這其中的兩大網絡PSTN和INTERNET網已經在某種程度上出現融合，諸如網上語音聊天、IP電話等，共同點即是通過IP數據包承載著模擬語音信號，實現模擬語音的數據通道傳輸，由于模擬語音信號在傳統的PSTN網絡中占用64kbps帶寬，經過數字壓縮技術處理后的語音信號帶寬已經大大減少，因此大大節省了呼叫發起者的通話費用。自從INTERNET進入商業領域并不斷的發展，尤其是計算機的廣泛應用和普及以及WEB技術的使用，數據業務呈現爆炸似的增長，上網幾乎成為一種“虛擬生活方式”；從技術上看，傳統的電信網已經不能夠滿足通信業務進一步發展需求，語音業務由PSTN網絡來承載，ATM業務由ATM網絡來承載，對于運營商而言，無論是基礎網絡建設還是設備的維護運行成本都是十分巨大的，而IP技術使多網融合成為可能，另外IP技術的開放性，各種應用都可以架構在IP技術之上。IP技術+電信級運營要求構成的IP電信網將是下一個發展方向。下面以SXBCTV硬件平臺（包括PSTN網絡和INTERNET網絡）為基礎說明IP語音系統的前景應用以及遠景規劃。組網圖大致如下：

　　七結束語

　　如前所敘，廣義的VoIP是指在數據網絡上承載數據、語音、傳真、視頻和圖像等多媒體業務，多媒體技術通信不是完全嶄新的技術領域，也不是十分明確的技術概念，該項技術也必然會有其缺陷與不足的地方，經過對近年來各個運營商IP網絡建設和運營情況分析，現有IP網絡在運營和業務承載方面有其缺陷和不足：其一為低廉的IP電話資費吸引了大量的用戶，然而隨著用戶數量的急劇增加，IP電話在接續時間、通話延時、通話質量都會受到影響；其二為IP網絡是開放網絡，在網絡業務的安全性和管理能力上明顯不足，黑客無時不在、業務時常受到攻擊等，這些都會導致IP電話服務質量明顯下降，在網絡管理問題上，傳統IP網絡沒有定義和設計針對公眾環境的管理維護體系，當網絡發生故障時，無法定位或者定位不夠迅速，也影響網絡業務的服務質量。

　　盡管IP電話都或多或少的存在其局限性與不足，但是它畢竟是在現代通信技術、計算機技術、光傳輸技術、電視技術等基礎上建立并根據當代人與人之間溝通需求發展起來的技術，它必然具備計算機的交互性、電視技術的真實性（圖像、語言的實時傳播）以及通信系統的分布性（多點之間信息交流）等特點，它方便、快捷的服務于人類的作用與特性不容忽視，相信隨著技術和網絡體制的完善，IP電話的局限性和其不足會被漸漸的淡化，電信網絡逐漸向著IP網的方向演進和融合將是歷史的必然！

----《通信世界》