如何優(yōu)化VoIP通話系統(tǒng)

2019-11-03 09:04:08

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供稿：網(wǎng)友

北京郵電大學(xué)寬帶通信網(wǎng)絡(luò)實驗室程勝

　　趨勢

　　經(jīng)過數(shù)十年的快速發(fā)展，Internet已經(jīng)發(fā)展成足以和電信網(wǎng)抗衡的全球性大網(wǎng)。隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的成功及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的迅速擴大和成熟，電信業(yè)務(wù)很快成為Internet力求發(fā)展的業(yè)務(wù)，電信業(yè)務(wù)中的最大贏利點———電話業(yè)務(wù)，更成為Internet力求發(fā)展的重中之重的業(yè)務(wù)。自1995年以色列的VocalTec公司推出的客戶端軟件ip電話“Internet Phone”以來，計算機網(wǎng)絡(luò)中開始出現(xiàn)以IP為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議進行語音傳送的業(yè)務(wù)。由于計算機網(wǎng)絡(luò)也稱為IP網(wǎng)，因此這項技術(shù)被稱為VoIP技術(shù)。用戶只要在多媒體PC機上安裝該軟件，就可以通過Internet網(wǎng)和任何地方安裝同樣軟件的聯(lián)機用戶進行通話，人們把這種在Internet上實現(xiàn)電話業(yè)務(wù)稱為IP電話。這項技術(shù)上的突破引起全世界的矚目，其背后的無限商機也使許多公司進行此項技術(shù)的研究，各式各樣的VoIP設(shè)備被迅速制造出來，并立刻進入了商用。

　　隨著VoIP技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，網(wǎng)絡(luò)電話在各種電話話務(wù)量中占據(jù)著越來越大的比重。VoIP電話占全球國際電話話務(wù)量的比例關(guān)系，從中可以看出從1998年到2004年VoIP話務(wù)量快速增長的趨勢：

　　VoIP電話系統(tǒng)

　　VoIP電話技術(shù)實現(xiàn)了語音在IP網(wǎng)絡(luò)上的實時傳送。其基本原理是：通過IP電話網(wǎng)關(guān)或IP電話終端對語音數(shù)據(jù)編碼進行壓縮處理，然后將壓縮后的語音數(shù)據(jù)按TCP/IP標準進行打包，經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包送至接收端，再通過IP電話網(wǎng)關(guān)將這些語音數(shù)據(jù)包進行解壓，恢復(fù)成原來的語音信號，從而達到由Internet傳送語音的目的。一個完整的VoIP電話系統(tǒng)可以由4個基本單元組成：IP電話終端、網(wǎng)關(guān)、多點控制單元和網(wǎng)守。

　　終端設(shè)備是一個IP電話客戶終端，可以是軟件，比如VocalTec公司的IP Phone，Microsoft公司的Netmeeting，或者是專用的硬件IP電話機，IP電話終端可以直接連接在IP網(wǎng)絡(luò)上進行實時語音或多媒體通信；網(wǎng)關(guān)是通過IP網(wǎng)絡(luò)提供PC-to-Phone、Phone-to-PC、Phone-to-Phone和PC-to-PC語音或多媒體通信的關(guān)鍵設(shè)備，目前的IP網(wǎng)關(guān)是IP網(wǎng)絡(luò)和PSTN/ISDN/PBX網(wǎng)絡(luò)之間的接口和轉(zhuǎn)換設(shè)備，未來有可能轉(zhuǎn)變?yōu)橹粠P網(wǎng)絡(luò)接口的接入和交換設(shè)備；多點控制單元的功能在于利用IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多點通信，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電話會議或多媒體會議這樣的應(yīng)用；網(wǎng)守可以對網(wǎng)關(guān)進行管理，并負責用戶的注冊和管理，主要完成地址映射、呼叫認證、日志和網(wǎng)關(guān)管理等功能。

　　從IP電話系統(tǒng)的基本組成中可以看出，普通電話機通過PSTN網(wǎng)絡(luò)連接到IP網(wǎng)關(guān)上，PSTN網(wǎng)絡(luò)保證話音的傳輸質(zhì)量，IP電話終端通過專用的DSP芯片來實現(xiàn)語音壓縮，也可以保證話音的壓縮質(zhì)量。那么，影響VoIP話音質(zhì)量的主要原因是什么呢？其一是網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)守硬件設(shè)備的性能和設(shè)備上運行的VoIP協(xié)議和管理軟件的效率，分析表明，這種原因?qū)oIP話音質(zhì)量的影響是固定和可預(yù)見的，并且可以通過升級硬件和優(yōu)化軟件來保證所需的話音質(zhì)量；其二是Internet網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，而這種原因?qū)oIP話音質(zhì)量的影響是隨機的，幾乎無法預(yù)見，實際測試結(jié)果表明，只要IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)計合理，IP電話的質(zhì)量完全可以達到傳統(tǒng)電話的質(zhì)量，然而，根據(jù)電信業(yè)務(wù)的要求，當前IP網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)質(zhì)量(QoS)及網(wǎng)絡(luò)安全性能方面存在的問題是影響VoIP電話完全取代基于電路交換的傳統(tǒng)數(shù)字電話最關(guān)鍵的原因。

　　從電信運營的角度來看，目前的電信網(wǎng)是一種過渡型電信網(wǎng)，采用的是TDM電路交換與分組交換相混合的數(shù)字通信技術(shù)，是多業(yè)務(wù)網(wǎng)、多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)。隨著VoIP網(wǎng)絡(luò)在未來與PSTN網(wǎng)絡(luò)互通話務(wù)量的增多，話務(wù)模型會向傳統(tǒng)話務(wù)模型靠近。與傳統(tǒng)電信網(wǎng)承載電話相比，通過IP網(wǎng)絡(luò)承載語音時如何保證可靠的語音質(zhì)量是VoIP技術(shù)的關(guān)鍵。所謂語音質(zhì)量，是指復(fù)制語音的保真度和可理解性，即從對話中提取話音信息的能力。在VoIP網(wǎng)絡(luò)中，衡量語音質(zhì)量的參數(shù)主要有以下幾個：1)清晰度：指從會話過程中可提取出的信息量，清晰度可通過感知語音質(zhì)量測量(PSQM)或平均判分(MOS)等方法來測量；2)端到端延遲：指可能影響人們感受的會話延遲；3)DTMF音調(diào)分析：如果使用低比特率語音編解碼器，DTMF音調(diào)就不能正確再現(xiàn)，DTMF重要的失真參數(shù)包括放大和頻移。

　　目前的VoIP電話系統(tǒng)主要采用兩類方法來保證話音質(zhì)量，第一類是在VoIP電話終端上采用相關(guān)技術(shù)：因為IP電話是在IP網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)傳輸和交換，對數(shù)據(jù)的帶寬和時延有嚴格的要求。傳統(tǒng)電話網(wǎng)上采用64kb/s的PCM技術(shù)和32kb/s的ADPCM技術(shù)，而IP電話的語音帶寬一般要小于上述數(shù)值，為了不影響通話的質(zhì)量，VoIP系統(tǒng)中采用了語音壓縮、靜噪抑制、回聲消除和抖動處理技術(shù)；第二類是在IP網(wǎng)絡(luò)上采用適用于VoIP的QoS技術(shù)，這個問題是影響VoIP話音質(zhì)量的最根本的原因，也是數(shù)十年來互聯(lián)網(wǎng)研究和應(yīng)用領(lǐng)域的重點。

　　服務(wù)質(zhì)量要求

　　傳統(tǒng)的Internet是一種盡力而為的服務(wù)方式，很難適應(yīng)IP電話等實時多媒體業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求。人們?yōu)榱私鉀QIP網(wǎng)絡(luò)的QoS問題進行了十多年的研究，很多解決方案都基于IETF提出的兩種Internet QoS業(yè)務(wù)模型：一種是綜合服務(wù)模型(IntServ)，采用RSVP協(xié)議實現(xiàn)；另一種是區(qū)分服務(wù)模型(DiffServ)。

　　綜合服務(wù)模型以RSVP協(xié)議為基礎(chǔ)，RSVP協(xié)議是為改善網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)流的控制能力而設(shè)計的資源預(yù)留協(xié)議，這種協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點之間交換信息，數(shù)據(jù)發(fā)送端將其服務(wù)請求通過RSVP協(xié)議發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)請求通過網(wǎng)絡(luò)中的路由協(xié)議傳遞到目的節(jié)點，傳遞過程中RSVP協(xié)議收集各個節(jié)點的可用資源情況，目的節(jié)點根據(jù)這些信息以及接受到的QoS請求在返回的信息中在各個節(jié)點上申請預(yù)留資源，并在無法提供足夠的資源預(yù)留時發(fā)出錯誤信息。

　　對于VoIP網(wǎng)絡(luò)而言，目前大部分的商業(yè)網(wǎng)是建立在H.323體系結(jié)構(gòu)下的，要想在H.323體系結(jié)構(gòu)下應(yīng)用RSVP協(xié)議，首先要對通信雙方的QoS能力進行評估，也就是說，通過H.323協(xié)議建立QoS機制，實現(xiàn)方法是通過H.245協(xié)議的交互操作來實現(xiàn)QoS參數(shù)的交換；其次是通過H.323的呼叫建立過程建立滿足QoS請求的連接，可以通過H.225協(xié)議實現(xiàn)，當H.323終端與網(wǎng)守進行呼叫請求時，必須在H.225協(xié)議消息中提供資源預(yù)留信息，由網(wǎng)守和H.323終端進行協(xié)商來確認預(yù)留的資源。

　　區(qū)分服務(wù)模型是為了解決綜合服務(wù)模型的擴展性差和管理困難等問題而提出的，是一種更簡單的QoS解決方案。在區(qū)分服務(wù)模型中，作為邊緣路由器的網(wǎng)關(guān)和路由器設(shè)備與Internet上的核心交換設(shè)備被區(qū)別對待，邊緣路由器將根據(jù)各種狀態(tài)信息確定業(yè)務(wù)的服務(wù)級別，并在IP數(shù)據(jù)包的TOS字段進行標記，而Internet上的核心交換設(shè)備則根據(jù)這些信息判斷業(yè)務(wù)的服務(wù)級別，并進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)處理。對VoIP話音而言，也就是為VoIP實時處理數(shù)據(jù)包劃分比較高的等級，這樣可以保證數(shù)據(jù)包的傳輸特性。

　　我們在IP網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用QoS策略的目的是為了提供高品質(zhì)的VoIP通話質(zhì)量，其關(guān)鍵特征在于網(wǎng)絡(luò)所能提供的帶寬、延時和抖動特性。

　　從通信網(wǎng)的綜合成本來考慮，VoIP以降低傳輸資源的使用效率達到降低網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備復(fù)雜度的方法，也達到了降低通信網(wǎng)的綜合成本的目的，是一種十分合理的選擇。但是，對電信商業(yè)網(wǎng)來說，決不能只顧網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的價格便宜，而不顧作為商業(yè)網(wǎng)必須考慮的問題，VoIP話音的服務(wù)質(zhì)量(QoS)問題、網(wǎng)絡(luò)的安全性和可信任性問題等是必須考慮并予以解決的。

　　多年來，IT界一直在努力改進IP網(wǎng)絡(luò)的性能，相應(yīng)標準與設(shè)備產(chǎn)品也不斷制造出來，一切努力都沒有使問題發(fā)生本質(zhì)上的改變，反復(fù)研究表明，IP技術(shù)在電信業(yè)務(wù)中遇到的問題不是出在IP技術(shù)本身，而是出在Internet的設(shè)計理念與電信網(wǎng)設(shè)計理念之間的差距。Internet是以用戶為核心，以用戶自律為基礎(chǔ)的非贏利性網(wǎng)絡(luò)，沒有中心，無需管理，網(wǎng)絡(luò)的運營者不負責網(wǎng)絡(luò)的安全，也不負責業(yè)務(wù)的贏利。而電信網(wǎng)則一開始就是以商業(yè)經(jīng)營為目的的網(wǎng)絡(luò)，它必須具有商業(yè)經(jīng)營所必備的全部屬性。這二者的差異決定了從Internet到用于電信目的的IP網(wǎng)絡(luò)，不會是一個簡單的借用過程，在設(shè)計上必需發(fā)生質(zhì)的改變，建立優(yōu)質(zhì)量的IP網(wǎng)絡(luò)是VoIP電話得以商用、推廣并徹底取代傳統(tǒng)電話的一個重要前提。

----《通信產(chǎn)業(yè)報》