最流行的語音技術IP電話的原理結構

2019-11-04 20:44:49

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　　隨著光網絡的飛速發展和數字傳輸技術的應用，原來在數據通信網中被視為應用“瓶頸”的帶寬和服務質量等問題一一得到解決，推動了ip技術的飛速發展，帶動各種應用向IP靠攏， IP電話（又稱IP PHONE或VoIP）業務就是其中一個典型的應用。
　　
　　一、IP電話的概念
　　IP電話是一種利用Internet技術或網絡進行語音通信的新業務。從網絡組織來看，目前比較流行的方式有兩種：一種是利用Internet網絡進行的語音通信，我們稱之為網絡電話；另一種是利用IP技術，電信運行商之間通過專線點對點聯結進行的語音通信，有人稱之為經濟電話或廉價電話。兩者比較，前者具有投資省，價格低等優勢，但存在著無服務等級和全程通話質量不能保證等重要缺陷。該方式多為計算機公司和數據網絡服務公司所采納。后者相對于前者來講投資較大，價格較高，但因其是專門用于電話通信的，所以有一定的服務等級，全程通話質量也有一定保證。該方式多為電信運行商所采納。
　　
　　IP電話與傳統電話具有明顯區別。首先，傳統電話使用公眾電話網作為語音傳輸的媒介；而IP電話則是將語音信號在公眾電話網和Internet之間進行轉換，對語音信號進行壓縮封裝，轉換成IP包，同時，IP技術答應多個用戶共用同一帶寬資源，改變了傳統電話由單個用戶獨占一個信道的方式，節省了用戶使用單獨信道的費用。其次，由于技術和市場的推動，將語音轉化成IP包的技術已變得更為實用、便宜，同時，IP電話的核心元件之一數字信號處理器的價格在下降，從而使電話費用大大降低，這一點在國際電話通信費用上尤為明顯，這也是IP電話迅速發展的重要原因。
　　
　　二、IP電話的基本原理
　　IP電話（又稱IP PHONE或VoIP）是建立在IP技術上的分組化、數字化傳輸技術,其基本原理是：通過語音壓縮算法對語音數據進行壓縮編碼處理,然后把這些語音數據按IP等相關協議進行打包,經過IP網絡把數據包傳輸到接收地,再把這些語音數據包串起來,經過解碼解壓處理后,恢復成原來的語音信號,從而達到由IP網絡傳送語音的目的。IP電話系統把普通電話的模擬信號轉換成計算機可聯入因特網傳送的IP數據包,同時也將收到的IP數據包轉換成聲音的模擬電信號。經過IP電話系統的轉換及壓縮處理,每個普通電話傳輸速率約占用８～11kbit/s帶寬,因此在與普通電信網同樣使用傳輸速率為64kbit/s的帶寬時,IP電話數是原來的5～8倍。
　　
　　IP電話的核心與要害設備是IP電話網關。IP電話網關具有路由治理功能,它把各地區電話區號映射為相應的地區網關IP地址。這些信息存放在一個數據庫中,有關處理軟件完成呼叫處理、數字語音打包、路由治理等功能。在用戶撥打IP電話時,IP電話網關根據電話區號數據庫資料,確定相應網關的IP地址,并將此IP地址加入IP數據包中,同時選擇最佳路由,以減少傳輸時延,IP數據包經因特網到達目的地IP電話網關。對于因特網未延伸到或暫時未設立網關的地區,可設置路由,由最近的網關通過長途電話網轉接,實現通信業務。
　　
　　三、IP電話的基本結構
　　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、帶寬治理、路由治理、安全治理和區域治理。一個典型的呼叫過程是：呼叫由PSTN語音交換機發起，通過中繼接口接入到網關，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定是否應該建立連接。假如可以建立連接，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，確定通話使用的編解碼，在能力交換完成后，主被叫方即可開始通話。
　　
　　四、IP電話的優點
　　IP電話是語音數據集成與語音/分組技術進展結合的經濟優勢，從而迎來一個新的網絡環境，這個新環境提供了低成本、高靈活性、高生產率及效率的增強應用等優點。IP電話的這些優點使企業、服務供給商和電信運營商們看到了許多美好的前景，把語音和數據集成在一個分組交換網絡中的契機是由以下因素推動的：
　　
　　(1)通過統計上的多路復用而提高的效率。
　　
　　(2)通過語音壓縮和語音活動檢測（安靜抑制）等增強功能而提高的效率。
　　
　　(3)通過在私有數據網絡上傳送電話呼叫而節省長途費用。
　　
　　(4)通過聯合基礎設施組件降低治理成本。
　　
　　(5)利用計算機電話集成的新應用的可能性。
　　
　　(6)數據應用上的語音連接。
　　
　　(7)有效使用新的寬帶WAN技術。
　　
　　分組網絡提高的效率和在統計學上隨數據分組多路復用語音數據流的能力，答應公司最大限度地得到在數據網絡基礎設施上投資的回報。而把語音數據流放到數據網絡上也減少了語音專用線路的數目，這些專用線路的價格往往很高。LAN，MAN和WAN環境中吉位以太網、密集波分多路復用和Packet over SDH等新技術的實現，以更低的價位為數據網絡提高更多的帶寬。同樣，與標準的TDM連接相比，這些技術提供了更好的性價比。
　　
　　五、IP電話的種類
　　IP電話就有4種：電話到電話、電話到PC、PC到電話和PC到PC。具體如下：
　　
　　（1）PC到PC：最初IP電話方式主要是PC到PC,利用IP地址進行呼叫,通過語音壓縮、打包傳送方式,實現因特網上PC機間的實時話音傳送,話音壓縮、編解碼和打包均通過PC上的處理器、聲卡、網卡等硬件資源完成,這種方式和公用電話通信有很大的差異,且限定在因特網內,所以有很大的局限性。
　　
　　（2）電話到電話：　電話到電話即普通電話經過電話交換機連到IP電話網關,用電話號碼穿過IP網進行呼叫,發送端網關鑒別主叫用戶,翻譯電話號碼/網關IP地址,發起IP電話呼叫,連接到最靠近被叫的網關,并完成話音編碼和打包,接收端網關實現拆包、解碼和連接被叫。
　　
　　（3）電話到PC ：電話到PC是由網關來完成IP地址和電話號碼的對應和翻譯,以及話音編解碼和打包。
　　
　　（4）PC到電話：PC到電話也是由網關來完成IP地址和電話號碼的對應和翻譯,以及話音編解碼和打包。
　　
　　六、IP電話的要害技術
　　傳統的IP網絡主要是用來傳輸數據業務,采用的是盡力而為的、無連接的技術,因此沒有服務質量保證,存在分組丟失、失序到達和時延抖動等情況。數據業務對此要求不高,但話音屬于實時業務,對時序、時延等有嚴格的要求。因此必須采取非凡措施來保障一定的業務質量。IP電話的要害技術包括：信令技術、編碼技術、實時傳輸技術、服務質量（QoS）保證技術、以及網絡傳輸技術等。
　　
　　1．信令技術
　　
　　信令技術保證電話呼叫的順利實現和話音質量,目前被廣泛接受的VoIP控制信令體系包括ITU－T的H.323系列和IETF的會話初始化協議SIP。
　　
　　ITU的H.323系列建議定義了在無業務質量保證的因特網或其它分組網絡上多媒體通信的協議及其規程。H.323標準是局域網、廣域網、INTRANET和Internet上的多媒體提供技術基礎保障。H.323是ITU－T有關多媒體通信的一個協議集,包括用于ISDN的H.320,用于Ｂ－ISDN的H.321和用于PSTN終端的H.324等建議。其編碼機制,協議范圍和基本操作類似于ISDN的Q.931信令協議的簡化版本,并采用了比較傳統的電路交換的方法。相關的協議包括用于控制的H.245,用于建立連接的H.225.0,用于大型會議的H.332,用于補充業務的H.450.1、H.450.2和H.450.3,有關安全的H.235,與電路交換業務互操作的H.246等。H.323提供設備之間、高層應用之間和提供商之間的互操作性。它不依靠于網絡結構,獨立于操作系統和硬件平臺,支持多點功能、組播和帶寬治理。H.323具備相當的靈活性,支持包含不同功能的節點之間的會議和不同網絡之間的會議。H.323建議的多媒體會議系統中的信息流包括音頻、視頻、數據和控制信息。信息流采用H.225.0建議方式來打包和傳送。
　　
　　H.323呼叫建立過程涉及到三種信令：ＲＡS信令（R=注冊：Registration、A=許可：Admission和S=狀態：Status）,H.225.0呼叫信令和H.245控制信令。其中ＲＡS信令用來完成終端與網守之間的登記注冊、授權許可、帶寬改變、狀態和脫離解除等過程；H.225.0呼叫信令用來建立兩個終端之間的連接,這個信令使用Q.931消息來控制呼叫的建立和拆除,當系統中沒有網守時,呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個終端之間打開；當系統中包括一個網守時,由網守決定在終端與網守之間或是在兩個終端之間開辟呼叫信令信道；H.245控制信令用來傳送終端到終端的控制消息,包括主從判別、能力交換、打開和關閉邏輯信道、模式參數請求、流控消息和通用命令與指令等。H.245控制信令信道建立于兩個終端之間,或是一個終端與一個網守之間。
　　
　　雖然H.323提供了窄帶多媒體通信所需要的所有子協議,但H.323的控制協議非常復雜。此外,H.323不支持多點發送（Multicast）協議,只能采用多點控制單元（ＭＣＵ）構成多點會議,因而同時只能支持有限的多點用戶。H.323也不支持呼叫轉移,且建立呼叫的時間比較長。與H.323相反,SIP是一種比較簡單的會話初始化協議。它不像H.323那樣提供所有的通信協議,而是只提供會話或呼叫的建立與控制功能。SIP可以應用于多媒體會議、遠程教學及Internet電話等領域。SIP既支持單點發送（Unicast）也支持多點發送,會話參加者和媒體種類可以隨時加入一個已存在的會議。SIP可以用來呼叫人或機器設備,如呼叫一個媒體存儲設備記錄一個會議,或呼叫一個點播電視服務器向會議播放視頻信號。
　　
　　SIP是一種應用層協議,可以用UDP或TCP作為其傳輸協議。與H.323不同的是：SIP

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