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1、第16章 IP电话技术,16.1 IP电话概述 16.2 IP电话基本工作原理 16.3 IP电话的相关技术标准 16.4 IP电话的服务质量及发展前景,16.1 IP电话概述,简单地说，所谓IP电话就是利用计算机互联网进行的一种语音传输业务，或者更通俗形象地说，IP电话就是网络电话。其最大的特点就是比我们所熟悉的普通电话收费便宜。,1995年2月，以色列的VocalTec公司推出了客户端Internet电话软件“InternetPhone”，率先成功地将IP电话推向市场，此后，IP电话在全球范围得到迅速发展。 IP电话（IPPhone）是利用IP网（互联网）进行的一种通信服务。最初它是在In
2、ternet上实现的，因此通常有人称之为Internet电话。另外，还有Iphone和VoIP（VoiceoverIP）的称谓，其实都是一个意思。不过，“IP电话”是现在使用最广、也最科学的提法。,最初，IP电话的应用研究实验是在两台多媒体计算机上进行的，通过在计算机上安装相应的软件和硬件，由计算机完成对话音的采集、数/模转换、压缩/解压缩等的处理，通话双方在约定的时间同时上网，建立连接后，通过全双工的声卡，打包后通过Internet传送话音，解决了通过Internet的PC机之间的实时数据传送问题。这一阶段，是IP电话的萌芽期，使用者仅限于业余爱好者，用户必须利用PC机上网，,并使用专用的I
3、nternet电话软件（如Internet Phone软件）才能实现。这时也出现了一大批客户端软件开发商和相应的软件，比较有名的除了Vocal Tec开发的Internet Phone以外，还有微软的NetMeeting、IDT的Net2Phone、Netspeak的Web Phone和英特尔的Internet Video Phone等。但是，这种通信应用和公用电话通信有很大的差异，并且限定在Internet网内，所以有很大的局限性。,人们对它的认识也很肤浅，众多的公司都处于研究、跟踪和观望阶段。这种初级应用存在以下缺点： (1)话音质量较差； (2)不同公司开发的软件不兼容，双方必须使用同一
4、种软件； (3)由于属于联机应用，双方在通话前要预约； (4)用户只限于PC机用户，不利于IP电话作为一项业务开展。,随着人们对IP电话认识的加深，很多电信公司对此有了兴趣，并加入到研究和开发队伍之中，而且将目光投向众多的PSTN电话用户，于是出现了采用在普通电话机端加装IP电话呼叫盒的工作方式。该方式通话时，呼叫方首先利用公用电话网连通到对方的呼叫盒（与打电话类似，属于线路连接），在获得对方的Internet所需的地址等信息后，呼叫盒自动拆线（即拆除连接线路），然后呼叫方根据被呼叫方的IP地址等信息经Internet重新建立双方的网络连接（IP连接），至此，通话双方开始通话。,此种方式虽然完
5、成了电话到电话的通信，但由于没有标准，通话双方需要用同一个厂家的产品，这样，用户既要增加终端的投资，又受到呼叫盒型号不兼容的限制。为了克服这些缺点，出现了IP电话网关，它将PSTN与IP网连接起来，也就是说在普通电话和IP电话之间架起了一座桥梁，这样，普通的电话用户也可以打IP电话，而费用仅为本地电话费加上很少的服务费。IP网关的出现使IP电话进入迅速发展的阶段，,IP电话的软件、硬件新产品不断更新，功能也越来越强，业务提供商争相建立网络提供业务，IP电话业务已经在全球很多地方开展起来。在这一时期出现了一种新的业务提供商，被称作Internet电话业务提供商（ITSP）。这些ITSP主要来自I
6、SP、电信公司甚至有线电视公司。1997年7月，提供Internet上长途电话业务的美国Global Exchange Carrier公司和11个ISP宣布要建立一个全球的网络，提供IP电话业务。,这个网络覆盖很多个国家，包括美国、英国、瑞士、德国、澳大利亚、新西兰、日本、韩国和以色列等。同时，在1997年7月，为ITSP提供服务的Internet电话交换运营公司（ITXC）在美国成立，ITXC将建立自己的Internet，允许IP电话网关通过专用线与它连接。来自网关的话音信号经分组并通过ITXC的IP网络发送到距离被叫方最近的一个网关。由于话音在ITXC专门传送IP话音业务的专用IP网络上传
7、输，而不是在公共Internet上传输，因此话音信号的质量相对要好一些。,这一阶段IP电话发展的主要特点是：(1)网关出现；(2)IP电话产品市场和业务市场迅速发展；(3)话音质量不断改善；(4)大多数传统电话运营公司尚未涉足IP电话业务；(5)没有统一的标准，大部分厂商之间的产品不能兼容。,随着市场需求的不断增长和技术的飞速发展，今天的IP电话已经发展到：采用IP电话网关实现PSTN和Internet的互通，进而实现电话到电话、PC机到电话的实时通信。由于IP电话网络以PSTN作为用户端的连接，用IP网络代替传统的长途传输网络，大大降低了通信费用。大的ISP以及电信公司都纷纷加入提供IP语音
8、业务的行列，如AT&T、VocalTec、Global Exchange Carrier等。,IP电话是用高速数据网来支持包交换电话替代专用的HFC（混合光纤同轴）电话设备，使用它可以在低成本构架下建立一个综合的、多功能数字语音传输平台，以代替使用PSTN网传输模拟话音信号，使得利用这一技术进行数字语音通信的IP电话服务方式成为了现实。IP电话正逐渐进入成熟期，IP电话将具有以下特点： (1)产品采用统一的标准，全球网络实现互通；,(2)话音质量近似于现有电话的质量； (3)大部分传统的电话运营公司提供IP电话业务，IP电话与PSTN电话成犄角之势，甚至有人估计可能在适当的时候取代PSTN电话
9、。,16.2 IP电话基本工作原理,IP电话是利用Internet作为传输媒体实现计算机与计算机、普通电话与普通电话、计算机与普通电话之间进行语音通信的技术。IP电话的实现原理是先将公共电话网（PSTN，Public Switched Telephone Network）传来的电话语音转换为数字信号，,经过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按TCPIP标准进行打包，通过TCP/IP协议网络（包括Internet、Intranet、ATM、帧中继等）和其它种类的数据包（数据、Email、视像、图片等）一同传送，在接收端经过重组把这些语音数据包串起来、解压、解码，转换为正常
10、的实时语音，通过PSTN送到最终接收方。,16.2.1 IP电话的系统组成 IP电话系统由终端设备（TE）、网关（Gateway）、多点控制单元（MCU）和网闸（Gatekeeper）四个基本组件组成（图161）。,图161 IP电话组成示意图,图161 IP电话组成示意图,(1)终端设备是指IP电话的客户终端，可以是软件（如Microsoft的Net meeting）或硬件（如电话机），它们直接连接在IP网上进行实时语音和多媒体通信。 (2)网关是一台专门的机器运行编码软件用于控制语音呼叫的打包、压缩和解压缩。它具备与PSTN或者PBX相连的电路接口，以及配有与LAN相连的网络接口卡。此外还
11、有专门的软件负责进程管理，网关与网关、网关与网闸（守）之间的通信。,网关通过模拟一个典型的电话网来欺骗PBX。当用户拨完号码开始呼叫时，信号被送到PBX，然后PBX将开始信息送到本地网关。之后，本地网关查表得到远端网关的IP地址，两个网关建立一个连接，而接收端的网关请求当地的PBX来完成这个呼叫，然后电话振铃，受话方摘机。随着电话接通，开始发话的网关将来话流量送入编码系统编码之后将这些包通过Intranet或者Internet发送到接收的网关，,接收的网关执行逆向的过程，重新排列并解压、封包，再将它们传送到接收者那里。它完成实时语音压缩，将64kb/s的语音信号压缩成低码率语音信号；网关具有路
12、由管理功能，完成寻址和呼叫控制。它把各地区电话区号映射为相应的地区网关IP地址，这些信息存放在一个数据库中，数据接续处理软件将完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。,在用户拨打长途电话时，网关根据电话区号数据库资料，确定相应网关的IP地址，并将此IP地址加入IP数据包中，同时选择最佳路由，减少传输时延，IP数据包经Internet到达目的地的网关。在一些Internet尚未延伸到或暂时未设立网关的地区，可设置路由，由最近的网关通过长途电话网转接，实现通信业务。 因此，网关是通过IP网络提供电话到电话、PC到电话的话音通信核心与关键设备，是IP网络与PSTN/ISDN/PBX网络之间的接口
13、设备。,决定IP电话质量的主要因素是时延和语音质量。时延指传输延时，它影响电话交谈的节奏，并且较长的时延会产生很强的回波，使网关回波消除电路的功能复杂化。目前，IP长途电话时延为235ms。但随着Internet数据信道的改善，IP电话数据包的传送延时和缓存延时将逐渐减少，将来总时延会减小到100ms左右。一般情况下，用户可接受的时延为250ms。语音质量指接收端合成语音的可懂度、自然度和清晰度，它反映了语音数据包所包括的内容，,以及语音受干扰的程度。语音质量受两个因素的影响：采用低比特率语音编码器和语音分组丢失，造成的语音质量失真；长时延产生的会话动态损伤。随语音压缩编码处理技术的发展和光纤
14、数字通信技术的大量应用，话音质量将得到极大改善。此外，由于Internet传输信道不能保证传输质量，通常在语音质量和时延之间有一个折中。为提高语音质量，可适当增加时延来等待网络中慢的数据包，但较大的时延又会给用户造成不便。,需要说明的是，IP电话采用的是分组交换方式，因此，它不可能提供像线路交换（PSTN）那样真正意义上的实时通信，它的实时性是相对的。也就是说，IP电话在本质上不是实时通信。IP网关提供了一种可伸展的、灵活且可靠的方法来解决电话网与IP网之间的互联。IP网关以8kb/s的带宽将话音转换成数字信号，但是IP网络的开销通常会将带宽占用增加到17.5kb/s。现在已有一种静音抑制技术
15、保障了只在通话双方讲话时才占用带宽。在安静的时候，,话音的带宽自动释放出来供其它数据传输使用，这种技术在典型情况下可将带宽的占用降低到7kb/s。一个性能优良的网关还应具备前向纠错功能，以最高限度地减少数据包的损失，同时它还使用高速缓存技术来减少IP网络的延迟。 (3)MCU使IP电话在IP网络中可实现多点通信，支持如网络会议的多点应用。,(4)网闸又称网络管理者或关守，负责用户的注册和管理。完成的功能：地址映射，将电话网的E.164地址映射成相应网关的IP地址；呼叫验证和管理，对接入用户的身份进行认证，防止非法用户接入；呼叫记录，使运营商有详细的数据进行收费；区域管理，多个网关可 由一个网闸
16、来管理。,16.2.2 IP电话的实现方式 1. PC到PC 这是PC电话最早、也是目前最容易实现的一种方式，它相当于一种联机应用，用户使用专用客户端IP电话软件，再配备麦克风、音箱、声卡等设备就可通过IP网实现这种应用。,2. 电话到电话 这是IP电话最主要的应用方式，IP电话市场收入的主要来源。这种应用需要通过网关将PSTN与IP网连接，网关的功能和质量至关重要。 3. PC机到电话 它属于IP电话的附加应用，主要是为满足不同用户的需求，吸引更多用户而开展的。它需要客户端软件和网关双方的支持。,4.电话到PC 它也属于IP电话附加的应用。但这种应用自身存在一些缺陷，开展较困难。主要是通话前要进行预约。而且预约非常不方便；本地网关与PC机上的应用软件之间互通不易实现。 5. 通过Web网页连接呼叫中心 实现方式是在Web网页上建立一个与电话中心连接的图标，用户只需点击这个图标就可以通过Internet连接到呼叫中心并实现通话。这种方式对那些有服务中心、技术支持和产品介绍的公司和企业来说非常有用，它加强了用户与企业之间的联系。,
