技术及其在未来通讯中地位

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1、VOIPVOIP 技术及其在未来通讯中地位技术及其在未来通讯中地位谢祖源 曾福明（福建移动厦门分公司网络部）摘要摘要 本文简单介绍了 VOIP 的基本原理和接口协议，介绍了厦门移动 VOIP 试验网的基本 情况，指出 VOIP 技术是电信新业务的发展方向。 关关键词键词 VOIP 系统 多媒体通信 H.323 协议 试验网1 1 引言引言随着生活水平的提高，人们开始不满足于普通的话音通信，在通话的同时人们还希望 能看到对方的形象和表情变化。多媒体通信将是未来通信的发展方向。 “非典”的流行给中 国的经济和人民的生命财产造成了巨大的损失，但另一方面， “非典”也使人们对通讯有了 更高的需求，可视

2、电话开始得到了人们的青睐。可视电话在传统 PSTN 网络中实现起来困难 较大，但在 VoIP 技术的体系下，可视电话的实现较为简单。现在通过互联网实现网上可视 聊天已经不是什么新鲜的事情。 VoIP 技术的发展很快，相信它是电信新技术的主要发展方向。2 2 VOIPVOIP 的原理与接口协议简介的原理与接口协议简介1.1 什么是 VOIP 技术 VoIP（Voice over Internet Protocol）技术指在以 IP 为网络层协议的计算机网 络中进行语音传送的业务，由于计算机网络也称为 IP 网，因此这项技术称为 VoIP。 计算机网络采用的是分组交换技术，即传输的数据单元都是由标

3、识部分和数据部分封 装而成的独立数据包，因此不适合传输语音信号。为了能够在 IP 网络中传输语音信号，必 须先通过模数转换，并且进行压缩、打包，然后才能在 IP 网络中传输。传统的语音技术采 用的是电路交换技术，即通话双方通过 PSTN 网建立一条固定带宽（64Kbps）的电路，虽然 保证了低时延、低失真的实时通信服务质量（QoS） ，但这种方式网络带宽的利用率低，通 信成本高，而且增值业务的推广比较困难。而 VoIP 最大的好处在于无需独占一条线路，它 可以与其他语音（数据）共享线路，因此，其网络利用率高、通信成本低; 而且因 IP 网络 具有开放性而很容易快速推广新的 VoIP 应用。 1

4、.2 VOIP 的实现形式与关键技术 1.2.1 VOIP 的实现形式 在许多场合，VoIP技术仅指通过IP网络实现类似普通老式电话的功能。但是，在传统 电话网的业务不断发展的情况下，VoIP的含义和设计目标也超越了其字面意义；也就是说 VoIP技术不仅指提供双方会话的传统电话技术，而是包含话音、图像和数据、支持各种智 能业务的双方及多方多媒体通信技术。 VoIP 系统最简单的情况是两台具备 IP 电话功能的 PC 机通过 IP 网络相互通话，但由 于传统 PSTN 的广泛存在，在相当长一段时间内，VoIP 电话系统要被广大用户所接受，就 必须考虑与 PSTN 的互通问题。这就要在 IP 网与

5、 PSTN 交换机之间配置 IP 电话网关，以实 现媒体流与控制信令的互连互通。这样 IP 电话就有了 4 种组网方式： a. PC 到 PC， 即具备 IP 电话功能的 PC 机IP 网络具备 IP 电话功能的 PC 机；b. 电话到电话，即电话终端PSTNIP 电话网关IP 网络IP 电话网关 PSTN电话终端； c. 电话到 PC， 即电话终端PSTNIP 电话网关IP 网络具备 IP 电话功 能的 PC 机； d. PC 到电话，即具备 IP 电话功能的 PC 机IP 网络IP 电话网关 PSTN电话终端； 电话到电话即普通电话经过电话交换机连到IP电话网关，用电话号码穿过IP网进行呼

6、 叫。发端网关鉴别主叫用户，翻译电话号码/网关IP地址，发起IP电话呼叫，连接到最靠近 被叫的网关，并完成话音编码和打包。收端的网关实现拆包、解码和连接被叫。对于电话到PC或是PC到电话的情况，是由网关来完成IP地址和电话号码的对应和翻译， 以及话音编解码和打包。PC到PC方式下，多媒体PC经过电话线或局域网连接到Internet上，利用IP地址进行呼 叫。话音压缩、编解码和打包均通过PC上的处理器、声卡、网卡等硬件资源完成。 对于Internet或企业内部互联网（Intranet）这样的无连接数据网络是没有业务质量 保障的，必然会存在分组丢失、失序到达和时延抖动的情况。这样，就必须采取特殊的

7、步 骤来保障一定的业务质量。例如，高层协议TCP提供了流控和差错恢复，但会产生显著的时 延和时延抖动，因而在此环境中，TCP就不可用作第三层协议。多媒体数据与一般计算机数 据不同，它能容忍一定程度的差错，而不会明显地影响通话或图像质量。因此，多媒体数 据传输都采用UDP传输协议。由于UDP只是提供了一个基本的传输手段，而多媒体传输应用 需要多媒体编码类型、同步时标、分组序列号等参数，以及一定程度的业务质量保障，因 而提出了实时传输协议RTP、实时传输控制协议TRCP。 1.2.2 VoIP的关键技术 (1)信令技术，包括ITU-T H.323和IETF会话初始化协议SIP（Session In

8、itation Protocol）两套标准体系，还涉及到进行实时同步连续媒体流传输控制的实时流协议 TRSP。 媒体的传输技术保证了话音的传输，而控制信令技术保证电话呼叫的顺利实现和话音 质量，并且可以实现各种高级的电话业务，如类似PSTN上的智能网（IN）业务，综合业务 数字网（ISDN）上的补充业务。目前被广泛接受的VoIP控制信令体系包括ITU的H.323系列 和IETF的会话初始化协议SIP。 H.323 H.323很大程度上是建筑在ITU以前有关多媒体协议的基础上，包括用于ISDN的H.320， 用于B-ISDN的H.321和用于GSTN终端的H.324等建议。其编码机制，协议范围和

9、基本操作类 似于ISDN的Q.931信令协议的简化版本，并采用了比较传统的电路交换方法。相关的协议包 括用于控制的H.245，用于建立连接的H.225.0，用于大型会议的H.332，用于补充业务的 H.450.1、H.450.2和H.450.3，有关安全的H.235，与电路交换业务互操作的H.246。 H.323提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性。它不依赖于网络结构， 独立于操作系统和硬件平台，支持多点功能、组播和带宽管理。H.323具备相当的灵活性， 支持包含不同功能的节点之间的会议和不同网络之间的会议。H.323建议的多媒体会议系统 中的信息流包括音频、视频、数据和控制信息。

10、信息流采用H.225.0建议方式来打包和传送。 H.323为基于网络的通信协议定义了4个主要的组件：终端（Terminal）、网关（Gateway）、 网守（Gatekeeper）和多点控制单元（MCU）。 H.323呼叫建立过程涉及到三种信令：RAS（注册：Registration、许可：Admission 和状态：Status）信令，H.225.0呼叫信令和H.245控制信令。其中RAS信令用来完成终端与 网守之间的登记注册、授权许可、带宽改变、状态和脱离解除等过程；H.225.0呼叫信令用来建立两个终端之间的连接，这个信令使用Q.931消息来控制呼叫的建立和拆除，当系统中 没有网守时，呼

11、叫信令信道在呼叫涉及的两个终端之间打开；当系统中包括一个网守时， 由网守决定在终端与网守之间或是在两个终端之间开辟呼叫信令信道；H.245控制信令用来 传送终端到终端的控制消息，包括主从判别、能力交换、打开和关闭逻辑信道、模式参数 请求、流控消息和通用命令与指令等。H.245控制信令信道建立于两个终端之间，或是一个 终端与一个网守之间。H.323的基本信令协议结构如图1所示:图 1 H.323 信令协议结构呼叫建立过程根据网守的参与程度可分为网守路由的呼叫和端点直接的呼叫。在图 2 中，以网守路由的呼叫为例说明了 H.323 中呼叫的建立过程。 1 2 3 8 9 4 5 6 7 101. A

12、RQ (许可注册请求) 2. ACF/ARJ（许可确认/许可拒绝） 3. Set_up (建立连接请求) 4. Set_up (建立连接请求) 5. ARQ (许可注册请求) 6. ACF/ARJ（许可确认/许可拒绝） 7. Connect (建立连接) 8. Connect (建立连接) 9.H.245 信道 10. H.245 信道图 2 网守路由的呼叫建立过程H.245 H.225.0 RTPTCP UDPIP底层传输技术呼叫控制信道呼叫信令信道RAS 信道音频/视频端点 1端点 2网守群 GateKeeper CloudSIP会话初始化协议SIP是由IETF提出并主持研究的一个应用层控

13、制信令协议。它被用来创 建、修改以及终止一个或多个参与者参加的会话进程，可在会话中邀请其它参与者加入。 这些会话包括所有Internet上交互式两方或多方多媒体通信活动。参与会话的成员可以通 过组播方式、单播连网方式或两者结合来进行通信。SIP协议是一个正在发展和研究中的协议。它借鉴了其它Internet的标准和协议的设计 思想，坚持简练、开放、兼容和可扩展等原则，并且充分注意到Internet开放而复杂的网 络环境下的安全问题。同时，它也考虑了传统PSTN的各种业务，包括智能网业务和ISDN业 务的支持。 用来创建会话的SIP邀请消息带有会话描述，使得参与者能够通过SIP交互协商。它通 过代

14、理转发（proxy）和重定向（redirect）用户在当前位置的“请求”（request）来支 持用户移动性。用户可以登记他们的当前位置。SIP协议独立于其他会议控制协议。它在设 计上独立于下层传输层协议，可以灵活方便地扩展其它附加功能。 (2) 媒体编码技术，包括流行的G.723.1、G.729，G.729A话音压缩编码算法和MPEG-多 媒体压缩技术。 目前，话音和图像压缩技术发展十分迅速，已经研究开发出很多高效率的压缩编码技 术。如先进的以码本激励线性预测（CELP）原理为基础的G.729、G.723（G.723.1）话音压 缩编码技术。以G.729为例，它可将经过采样的64kb/s话音

15、以几乎不失真的质量压缩至 8kb/s。话音压缩编码技术是IP电话技术的一个重要组成部分。图像编码方面有IP网络会议 系统采用的H.261（活动图像编码）和H.263（低速率活动图像编码）。 表1 几种话音编解码方法的性能对比 编码方法 G.723.1 G.729 G.729A 比特率 5.3/6.3kb/s 8kb/s 8kb/s 帧长度 30ms 10ms 10ms 处理时延 30ms 10ms 10ms 观看时延 7.5ms 5ms 5ms 帧字节数 20/24 10 10 DSP MIP 16 20 10.5 RAM 2200 3000 2000 相关的话音技术还包括静音检测技术和回声消除技术。有研究结果表明，人们在打电 话时约有50为聆听对方讲话的静默时间，10为讲话时短暂停顿的静默时间。静音检测 技术可以有效剔除静默信号，从而使话音信号占用的带宽要求进一步降低到3.5kb/s左右； 回声消除技术利用数字滤波器技术来消除对通话质量影响很大的回声干扰，保证通话质量。 这点在时延相对较大的分组网络环境中尤为重要。 (3)媒体实时传输技术，主要采用实时传输协议RTP。 实时传输协议 RTP 提供具