VoIP技術的發展及應用

2019-11-03 09:01:15

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供稿：網友

魯剛（天津港通信導航公司）

一、引言

　　近年來，Internet得到了飛速發展與普及應用，而作為其核心技術的ip協議體系在數據網絡架構中的統治地位已得到了廣泛認同。同時，隨著IP技術框架中匯聚網絡研究的發展和VoIP技術的提出，數據網絡通信已經融入傳統的話音業務領域。

　　從現實情況來看，在電信數據業務中，IP業務已占95%以上，可以說數據承載網業務已基本IP化。近來視訊業務有很好的發展趨勢，絕大部分也是IP業務。可以看出，目前電信網中的業務除了傳統電話業務外都是IP業務，而電話業務中的長途電話70%已是IP電話。網絡的寬帶化、IP化成為整個電信網發展的必然趨勢。在可見的未來，IP電話將逐步取代傳統電話并最終完全IP化。發展和完善VoIP技術以全面取代PSTN則成為當前的一個研究熱點。

二、VoIP的基本原理及語音傳輸

　　傳統的電話網是以電路交換方式傳輸語音，所要求的傳輸寬帶為64kbit/s。而VoIP是以IP分組交換網絡為傳輸平臺，對模擬的語音信號進行壓縮、打包等一系列的特殊處理，使之可以采用無連接的UDP協議進行傳輸。

　　VoIP模型的基本結構圖可以發現VoIP設備是如何把語音信號轉換為IP數據流，并把這些數據流轉發到IP目的地，IP目的地又把它們轉換回到語音信號。兩者之間的網絡必須支持IP傳輸，且可以是IP路由器和網絡鏈路的任意組合。

　　我們可以簡單地將VoIP的傳輸過程分為下列幾個階段。

　　1. 語音-數據轉換

　　語音信號是模擬波形，通過IP方式來傳輸語音，不管是實時應用業務還是非實時應用業務，首先要對語音信號進行模擬數據轉換。數字化可以使用各種語音編碼方案來實現，目前采用的語音編碼標準主要有ITU-T G.711。

　　2. 原數據到IP轉換

　　IP網絡不像電路交換網絡，它不形成連接，它要求把數據放在可變長的數據包或分組中，然后給每個數據包附帶尋址和控制信息，并通過網絡發送，一站一站地轉發到目的地。

　　3. 傳送

　　在這個通道中，全部網絡被看成一個從輸入端接收語音包，然后在一定時間（t）內將其傳送到網絡輸出端。網絡中的同間節點檢查每個IP數據附帶的尋址信息，并使用這個信息把該數據報轉發到目的地路徑上的下一站。網絡鏈路可以是支持IP數據流的任何拓撲結構或訪問方法。

　　4. IP包-數據的轉換

　　目的地VoIP設備接收這個IP數據并開始處理。在數據報的處理過程中，去掉尋址和控制信息，保留原始的原數據，然后把這個原數據提供給解碼器。

　　5. 數字語音轉換為模擬語音

　　語音信號在IP網絡上的傳送要經過從模擬信號到數字信號的轉換、數字語音封裝成IP分組、IP分組通過網絡的傳送、IP分組的解包和數字語音還原到模擬信號等過程。

三、VoIP發展的技術基礎

　　由于相關的硬件、軟件、協議和標準中的許多發展和技術突破，使得VoIP的廣泛使用很快就會變成現實。這些領域中的技術進步和發展為創建一個更有效、功能和互操作性更強的VoIP網絡起著推波助瀾的作用。

　　推動VoIP飛速發展乃至廣泛應用的技術因素可以歸納為如下幾個方面。

　　1. 數字信號處理器

　　先進的數字信號處理器（Digital Signal PRocessor，DSP）執行語音和數據集成所要求的計算密集的任各。DSP處理數字信號主要用于執行復雜的計算，否則這些計算可能必須由通用CPU執行。它們的專門化的處理能力與低成本的結合使DSP很好地適合于執行VoIP系統中的信號處理功能。

　　2. 高級專用集成電路

　　專用集成電路（application-Specific Integrated Circait, ASIC）發展產生了更快、更復雜、功能更強的ASIC。ASIC是執行單一應用或很小的一組功能專門的應用芯片。ASIC的使用使設備的性能更高，而成本更低。它們為網絡提供增加的寬帶和更好的QoS支持。

　　3. IP傳輸技術

　　寬帶IP網絡通信對QoS和延遲特性提出了茍刻的要求。目前，除已問世的新一代IP協議--IPV6外，世界因特網工程任務組（IETF）提出了多協議標記交換技術（MPLS），這是一種基于網絡層選路的各種標記/標簽的交換，能提高選路的靈活性，擴展網絡層選路能力，簡化路由器和基于信元交換的集成，提高網絡性能。MPLS既可以作為獨立的選路協議工作，又能與現有的網絡選路協議兼容，支持IP網絡的各種操作、管理和維護功能，使IP網絡通信的QoS、路由、信令等性能大大提高，達到或接近統計復用定長分組交換（ATM）的水平，而又比ATM簡單、高效、便宜、適用。

　　4. 寬帶接入技術

　　IP網絡的用戶接入已成為制約全網發展的瓶頸。從長期發展看，用戶接入的終極目標是光纖到戶（FTTH）。光接入網從廣義上講包括光數字環路載波系統和無源光網絡兩類。前者主要在美國，結合開放口V5.1/V5.2，在光纖上傳送其綜合系統，顯示了很大的生命力。后者主要在日本和德國。日本堅持不懈攻關十多年，采取一系列措施，將無源光網絡成本降低至與銅纜和金屬雙絞線相近的水平，并大量使用。特別是近年ITU提出以ATM為基礎的無源光網絡（APON），將ATM與無源光網絡優勢互補，接入速率可達622M bit/s，對寬帶IP多媒體業務發展十分有利，且能減少故障率和節點數目，擴大覆蓋范圍。目前ITU已完成了標準化工作，各廠家正在積極研制，不久會有商品上市，將成為面向21世紀的寬帶接入技術的主要發展方向。

　　5. 中央處理單元技術

　　中央處理單元（CPU）在功能、功率和速度方面繼續發展。這使多媒體PC能夠廣泛應用，并提高了受CPU功率限制的系統功能的性能。PC處理流式音頻和視頻數據的能力在用戶中期待已久，所以在數據網絡上傳送語音呼叫理所當然成為下一步的目標。這個計算功能使先進的多媒體桌面應用和網絡組件中的先進功能都支持語音應用。

四、VoIP典型組網方案及應用優勢

　　VoIP技術優勢顯而易見。目前，在越來越多的跨國公司、大中型企業、政府機關、金融、證券行業、軍隊、電力行業、遠程教育機構得到廣泛應用。

　　VoIP技術的應用優勢還體現在以下幾個主要方面：

　　1. 通話費用大大降低。將企事業單位內部的局域網和電話網合一，實現0話費。

　　2. 建設成本大大降低。無需另外布線。

　　3. 功能強大。只需加入相應的軟件，可以靈活地提供各種服務功能。

　　4. 獨特的網內漫游功能。網絡電話機可以插入網內的任何位置的網口（RJ45），其電話號碼保持不變。

　　5. 具有加密和防竊聽功能。這對保障政府機關，銀行和大型企業等重要集團用戶的網絡語音通信安全有著十分重要的意義。

　　6. 使用方便。網絡電話機適用廣泛的網絡環境，與普通電話的使用習慣一致。

　　7. VoIP產品支持內建代理服務功能；配合代理服務，可以實現局域網之間和局域網內部IP電話的互通；IP電話可以分配保留的私網IP地址，不占用公網IP資源，使應用和組網更加靈活。

五、VoIP應用產品及最新發展方向

　　1. 賦予普通電話IP功能　　例如，Aplio公司最近推出的Aplio/Phone2.0能將普通電話連接至Internet，并能與兼容H.323標準的IP電話和會議軟件結合使用。

　　2. 賦予呼叫中心網絡能力

　　有一些廠商開始推出IP電話產品，這些產品能讓用戶使用同一條電話線打電話和接入網站，并在呼叫中心向代理商傳送為用戶服務的在線請求，因此，用戶無需斷開與Internet的連接就能獲得對代理商的實時話音接入。由于呼叫中心在眾多企業中起著為用戶提供服務的重要作用，所以網絡化的呼叫中心將會得到普遍應用。這種一體化的消息接入服務現在盡管還不普遍，但是經營IP電話網絡的業內人士認為，在今后幾年內它將會成為重要的服務方式。一些IP電話廠商目前正在開發能提供一體化消息服務的產品。

　　3. IP可視電話

　　IP電話另一種可能的新應用是改善IP電話呼叫的視頻連接。例如，Netspeak公司的WebPhone4.0和VocalTec通信公司的InternetPhone5等產品，都能用作實時可視電話。IP傳輸視頻（Video over IP）與IP電話一樣也需要相當的帶寬，這一特點有助于這一技術與IP電話的結合，從而有利于那些經常面對帶寬限制的家庭和小企業用戶。

六、結束語

　　綜合前面的論述可以看出，IP技術為話音與數據信息流提供了一流的傳輸平臺。建立于這一基礎上的VoIP解決方案為企業及運營商在降低運營成本，提供靈活的新業務創新以及提高投資回報率等方面顯示了良好的應用前景。盡管VoIP在許多技術細節問題上還需要進一步的改進，性能還有待進一步提高，我們有理由相信，隨著VoIP技術標準的不斷發展和完善，其必將在新一代電信網絡中得到成功應用。

----《中國數據通信》