下一代網(wǎng)絡(luò)中分組話音接入的實現(xiàn)

2019-11-03 19:04:29

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供稿：網(wǎng)友

黨梅梅　趙蘋

　　一、引言

　　下一代網(wǎng)絡(luò)可以提供各種各樣的業(yè)務(wù)，如話音、互聯(lián)網(wǎng)接入、視頻會議、流媒體等，因此下一代網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)呈現(xiàn)出多樣性。話音業(yè)務(wù)作為一種基礎(chǔ)電信業(yè)務(wù)，將始終構(gòu)成運(yùn)營商業(yè)務(wù)收入的主要來源。近年來，隨著分組交換技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)電路交換形式的話音業(yè)務(wù)比重呈下降趨勢，分組話音業(yè)務(wù)的比重則逐年上升。接入網(wǎng)是現(xiàn)有電信網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)規(guī)模投資最大的部分，因此接入網(wǎng)向下一代網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)過程中，必須適應(yīng)業(yè)務(wù)綜合化和話音分組化的趨勢。在接入網(wǎng)中，可以采用不同的方式實現(xiàn)分組話音接入。不同的實現(xiàn)方式對接入技術(shù)提出了不同的要求，本文將分析和比較不同的分組話音接入實現(xiàn)方案。

　　二、分組話音業(yè)務(wù)的特征

　　分組話音業(yè)務(wù)是在分組交換網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)的話音業(yè)務(wù)，目前最常用的是Voip，即IP電話業(yè)務(wù)。在分組交換網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行話音數(shù)據(jù)流的傳送，可以充分利用網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計復(fù)用的特征，提高系統(tǒng)的容量。采用數(shù)字信號處理技術(shù)進(jìn)行語音壓縮、話音靜默檢測/消除、回聲消除技術(shù)等，比固定傳送速率、固定電路分配的PSTN網(wǎng)絡(luò)更具優(yōu)勢。因此，分組話音業(yè)務(wù)的成本，尤其是在長途業(yè)務(wù)上，將遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)PSTN話音業(yè)務(wù)的成本。分組話音業(yè)務(wù)具有以下基本特征：

　　(1)采用話音壓縮編碼技術(shù)，如G.711， G.723，G.728，G.729等。不同的話音編碼算法占用的帶寬不一樣，話音質(zhì)量也不一樣，引入的時延也不同。

　　(2)話音業(yè)務(wù)是實時業(yè)務(wù)，對時序性有嚴(yán)格要求，要求采用能支持實時傳輸?shù)膮f(xié)議。

　　(3)對端到端時延、時延抖動、包丟失率比較敏感。端到端時延包括編解碼時延、包封裝與解包時延、網(wǎng)絡(luò)傳送時延等。時延抖動則主要由網(wǎng)絡(luò)引起，在網(wǎng)絡(luò)中徹底消除分組話音包的時延抖動是不可能的，但應(yīng)盡量降低網(wǎng)絡(luò)的時延抖動對話音業(yè)務(wù)的不利影響。

　　三、分組話音接入的實現(xiàn)方案

　　1.基于DSL接入

　　國內(nèi)的寬帶接入技術(shù)發(fā)展很快，xDSL技術(shù)就是其中之一。基于xDSL接入的分組話音的實現(xiàn)方案可以分為VoATMoverDSL和VoIPoverDSL兩種。

　　(1)VoATMoverDSL解決方案。VoATMeverDSL是在ATMoverDSL技術(shù)基礎(chǔ)上提供話音業(yè)務(wù)的一種解決方案。整個網(wǎng)絡(luò)是由綜合接入設(shè)備(IAD)、網(wǎng)關(guān)和ATM DSLAM構(gòu)成(見圖1)。IAD向用戶提供多路POTS或者ISDN接口、以太網(wǎng)接口，上行可以是ADSL或者G.shdsl接口，直接接入DSLAM。話音業(yè)務(wù)采用AAL2封裝，由網(wǎng)關(guān)進(jìn)行PVC終結(jié)。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用AAL5封裝，通過ATMPVC連到寬帶接入服務(wù)器(BAS)。話音業(yè)務(wù)的信令通過BLES(Broad-band Loop Emulation Service)協(xié)議完成，網(wǎng)關(guān)通過V5.2或者V5.1接入到PSTN網(wǎng)。IAD的主要作用是在用戶端對媒介進(jìn)行適配和信令適配。所謂媒介適配就是將話音數(shù)字化，并且進(jìn)行壓縮；信令適配就是將傳統(tǒng)的用戶信令采用BLES協(xié)議進(jìn)行傳送。網(wǎng)關(guān)的主要作用是把分組話音轉(zhuǎn)換成64kbit/s的PCM數(shù)字信號接入到PSTN網(wǎng)絡(luò)；終結(jié)BLES協(xié)議，將信令轉(zhuǎn)換成傳統(tǒng)的PSTN網(wǎng)絡(luò)的信令。ATM DSLAM的主要作用就是將封裝在AAL2的話音業(yè)務(wù)和AAL5的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分別送到網(wǎng)關(guān)和BAS。這里ATMDSLAM的網(wǎng)關(guān)都需要支持AAL2信元的識別。

圖1　VoATM over DSL解決方案

　　(2)VoIP over DSL解決方案。與VoATMover DSL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一樣，VoIPover DSL的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是由IAD、網(wǎng)關(guān)和DSLAM組成(見圖2)。VoIPover DSL的IAD與VoATMover DSL的類似，可以提供多路POTS或者ISDN接口、以太網(wǎng)接口，上行可以是ADSL或者G.shdsl接口、VDSL接口，直接接入DSLAM。不同的是，IAD與網(wǎng)關(guān)之間傳輸分組語音數(shù)據(jù)，IAD需要配置相應(yīng)的IP地址。網(wǎng)關(guān)提供E1接口通過V5.2或者V5.1協(xié)議接入到PSTN網(wǎng)。與第一種方案不同的是，DSLAM不需要支持AAL2信元的識別，這里的DSLAM可以是ATMDSLAM或者是IP DSLAM。

圖2　VoIP over DSL解決方案

　　丟包率和時延會直接影響話音業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。在上述兩種基于DSL接入的分組話音的實現(xiàn)方案中，只要DSL接入速率不超過線路上可以承受的最大速率，物理層的誤碼率一般可以控制在10-7之中。在DSL接入中，物理層的傳輸時延一般在ms級，因此采用DSL低層承載技術(shù)可以保證接入段的話音業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。

　　2.基于Ethernet接入

　　基于以太網(wǎng)(Ethernet)的接入技術(shù)包括以太網(wǎng)接入技術(shù)和無線局域網(wǎng)(WLAN)接入技術(shù)，物理層之上的媒質(zhì)接入控制層(MAC)分別符合802.3MAC或802.11MAC協(xié)議。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)接入技術(shù)和WLAN主要提供以因特網(wǎng)接入為主的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，在向NGN演進(jìn)過程中，利用以太網(wǎng)接入和WLAN技術(shù)可以方便地提供分組話音業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)解決方案如圖3所示。

圖3　基于Ethernet接入的解決方案

　　如圖3左側(cè)所示，實現(xiàn)分組話音接入，可以保持目前以太網(wǎng)接入的用戶端設(shè)備(NT)功能不變，而局端設(shè)備具備接入媒體網(wǎng)關(guān)(AG)的功能，實現(xiàn)話音和數(shù)據(jù)綜合接入。AG提供POTS接口和Ethernet接口，對話音進(jìn)行分組化處理，通過H.248或SIP協(xié)議與軟交換進(jìn)行交互，完成呼叫處理功能。

　　如圖3所示，通過IAD接入設(shè)備，同樣可以實現(xiàn)基于Ethernet的分組話音接入。IAD支持H.248，SIP或MGCP協(xié)議，支持呼叫處理、語音處理、媒質(zhì)控制處理等功能。IAD放置在用戶家中，同時提供POTS和Ethernet接口，實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和寬帶多媒體的接入。IAD若為具備樓道交換機(jī)功能的設(shè)備，則物理上可以僅提供RJ45接口，通過在用戶家中安裝分線盒，將一個RJ45接口分線為一個RJ45接口和一個RJ11接口，分別提供與PC機(jī)和電話機(jī)的連接。

　　VoWLAN接入同樣可以有不同的實現(xiàn)方案，但是真正意義上的VoWLAN實現(xiàn)如圖3右側(cè)所示。在WLAN空中接口，采用Voiceover Ipover WLAN的協(xié)議棧，終端可以采用具備SIP功能的便攜WLAN雙模終端(同時支持話音和數(shù)據(jù))，或者在PC機(jī)上插入WLAN網(wǎng)卡，運(yùn)行軟電話(Soft Phone)軟件實現(xiàn)SIP協(xié)議，實現(xiàn)話音的接入。

　　無論是有線以太網(wǎng)接入還是WLAN，由于在一個局域網(wǎng)內(nèi)所有用戶都是共享網(wǎng)絡(luò)的，必然存在安全隱患。對于無線接入方式，由于沒有線纜的束縛，信號很容易被截取，無線鏈路級的安全問題更加突出。因此，與ADSL接入方式相比，在利用以太網(wǎng)接入提供分組話音業(yè)務(wù)時，需要采用定的接入控制策略或數(shù)據(jù)加密策略來保證用戶通信的安全。

　　在基于Ethernet接入的實現(xiàn)中，可以通過采用/EEE802.1p實現(xiàn)二層QoS保證。在WLAN上支持分組話音，還必須解決無線鏈路級的QoS問題。在802.11 WLAN中，采用了載波偵聽多路訪問/碰撞避免(CSMA/CA)協(xié)議，主要規(guī)定了利用分布式協(xié)調(diào)功能(DCF)實現(xiàn)共享媒質(zhì)接入。當(dāng)終端(STA)偵聽到信道空閑后，要隨機(jī)回退(Backoff)一段時間后再發(fā)送數(shù)據(jù)，通過這種方式盡量降低碰撞發(fā)生的概率。在DCF功能中，并不區(qū)分業(yè)務(wù)，不能保證話音業(yè)務(wù)的QoS。目前，正在制定的802.11e QoS標(biāo)準(zhǔn)是對MAC層的增強(qiáng)，采用增強(qiáng)的分布信道接入(EDCA)功能，將業(yè)務(wù)分成8個優(yōu)先級，對盡力而為業(yè)務(wù)、話音業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)等采用了不同的MAC層處理機(jī)制．可以充分保證VoWLAN業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。802.11e標(biāo)準(zhǔn)將在今年正式發(fā)布，Wi-Fi聯(lián)盟已經(jīng)將802.11e規(guī)定的功能列入互操作性認(rèn)證計劃，這將極大地促進(jìn)VoWLAN業(yè)務(wù)的發(fā)展。

　　3.分組話音接入的協(xié)議棧模型

　　圖4給出了上述幾種分組話音接入解決方案的協(xié)議棧。

圖4　實現(xiàn)分組話音接入的協(xié)議棧模型

　　四、不同實現(xiàn)方案的特點

　　1.VoDSL解決方案特點

　　VoATM over DSL是基于ATM技術(shù)提供話音業(yè)務(wù)，話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分別通過AAL2和AAL5進(jìn)行封裝。AAL2技術(shù)是專為在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳輸語音而設(shè)計的，在分組語音數(shù)據(jù)的封裝處理、多個分組語音數(shù)據(jù)如何在一條VC上傳送等有著嚴(yán)格的定義，它不需要為IAD配置IP地址。因此，VoATM是一種在ATM數(shù)據(jù)網(wǎng)上提供語音的解決方案，語音業(yè)務(wù)必須在AAL2信元中傳輸，只能應(yīng)用于ATM網(wǎng)絡(luò)，不能應(yīng)用于以IP網(wǎng)絡(luò)為主的數(shù)據(jù)網(wǎng)。

　　由于VoIP本身是基于IP的，因此對承載網(wǎng)沒有限制，可以是ATM的，也可以是其他鏈路的。VoIP over DSL的解決方案中，除了可以承載在ADSL，G.shdsl外，還可以是VDSL等，而且DSLAM也更靈活，除了ATMDSLAM，也可以是IPDSLAM等。因此，VoIPover DSL解決方案非常方便接入下一代網(wǎng)絡(luò)，有著很強(qiáng)的適應(yīng)性和發(fā)展前景。另外，與VoATMover DSL相比，VoIPover DSL這種解決方案不需要DSLAM和IAD支持AAL2識別，封裝和解封裝，這對于DSLAM來說是非常重要的，因為目前大多數(shù)ATMDSLAM都不支持AAL2，利用這種方案不需要改動已有的DSLAM，可以直接提供話音業(yè)務(wù)。

　　VoATM over DSL的解決方案是基于BLES協(xié)議，建立在ATM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上只解決話音業(yè)務(wù)的方案，不論從網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還是業(yè)務(wù)發(fā)展都不具備進(jìn)一步發(fā)展空間，特別是在國內(nèi)缺乏網(wǎng)絡(luò)支撐的情況下。由于VoIP的IAD支持MGCP，H.248或者SIP，天然具備向NGN演進(jìn)的能力。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)到NGN時，可以修改IAD配置接入到NGN網(wǎng)絡(luò)，直接與軟交換進(jìn)行通信。

　　2.基于Ethernet接入的解決方案特點

　　基于Ethernet接入提供分組話音歸根到底仍然是VoIP的解決方案，利用IAD支持H.248或SIP協(xié)議，可以順利地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)。VoIP over DSL和VoIP over Ethernet都適應(yīng)了整個網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和業(yè)務(wù)發(fā)展的趨勢，最終可以過渡到以軟交換為核心的NGN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上。

　　由于低層承載技術(shù)的不同，會對VoIP的應(yīng)用產(chǎn)生一定影響。對于VoWLAN技術(shù)，由于WLAN工作在免許可頻段，會受到同頻段其他設(shè)備的干擾。WLAN無線信道數(shù)量有限，同一熱點內(nèi)如果AP過多，會存在系統(tǒng)自干擾的問題，會影響話音的質(zhì)量。WLAN MAC層本身由于存在頭開銷、控制幀開銷、回退機(jī)制以及可能的碰撞，有效負(fù)荷基本上為標(biāo)稱速率的50%左右，即802.11a在標(biāo)稱11Mbit/s情況下，有效負(fù)荷約為5Mbit/s：802.11a在標(biāo)稱54Mbit/s情況下，有效負(fù)荷約為30Mbit/s。對于VoIP，在話音封裝過程中引入了RTP/UDP/IP的開銷(RTP包頭12字節(jié)，UDP包頭8字節(jié)，IP包頭20字節(jié))，又降低了有效的帶寬利用率。因此，在WLAN上支持話音，還會面臨帶寬的問題。傳統(tǒng)WLAN終端是為Internet接入設(shè)計的，新的業(yè)務(wù)對WLAN終端也提出了新的要求，要求采用雙模終端，且體積小、省電、符合用戶的使用習(xí)慣等。

　　五、結(jié)束語

　　從當(dāng)前IP電話業(yè)務(wù)市場的迅猛發(fā)展可以看到，利用分組技術(shù)傳送電話業(yè)務(wù)越來越成為一項較成功的技術(shù)。對于傳統(tǒng)的運(yùn)營商來說，利用DSL提供分組話音，可以充分利用已有的銅線資源，利用一個網(wǎng)絡(luò)同時提供話音和數(shù)據(jù)綜合接入，同時降低對網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)費用。以太網(wǎng)接入技術(shù)，尤其是WLAN接入技術(shù)發(fā)展迅速，無論對于傳統(tǒng)運(yùn)營商還是新興運(yùn)營商，如果在個網(wǎng)絡(luò)上可以提供綜合的業(yè)務(wù)，則能夠最大限度地挖掘網(wǎng)絡(luò)的潛力，快速爭取用戶，提供自己的競爭力。從本文的技術(shù)分析可以看到，目前最具發(fā)展?jié)摿Φ腄SL接入技術(shù)和以太網(wǎng)接人技術(shù)都可以通過設(shè)備的改造升級逐步演進(jìn)到下一代網(wǎng)絡(luò)，提供分組話音業(yè)務(wù)。

　　
摘自　泰爾網(wǎng)

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