1、VoIP的關(guān)鍵技術(shù)一、VoIP的基本原理與實(shí)現(xiàn)形式VoIP是建立在IP技術(shù)上的分組化、數(shù)字化傳輸技術(shù)，其基本原理是：通過(guò)語(yǔ)音壓 縮算法對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼處理，然后把這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)按IP等相關(guān)協(xié)議進(jìn)行打包，經(jīng) 過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇邮盏兀侔堰@些語(yǔ)音數(shù)據(jù)包串起來(lái)，經(jīng)過(guò)解碼解壓處理后，恢 復(fù)成原來(lái)的語(yǔ)音信號(hào)，從而達(dá)到由IP網(wǎng)絡(luò)傳送語(yǔ)音的目的。IP電話系統(tǒng)把普通電話的模 擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可聯(lián)入因特網(wǎng)傳送的IP數(shù)據(jù)包，同時(shí)也將收到的IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成聲 音的模擬電信號(hào)。經(jīng)過(guò)IP電話系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換及壓縮處理，每個(gè)普通電話傳輸速率約占用8 llkbit/s帶寬，因此在與普通電信網(wǎng)同樣使用傳輸速率為64k

2、bit/s的帶寬 時(shí)，IP電話數(shù)是原來(lái)的58倍。VoIP的核心與關(guān)鍵設(shè)備是IP電話網(wǎng)關(guān)。IP電話網(wǎng)關(guān)具有路由管理功能，它把各 地區(qū)電話區(qū)號(hào)映射為相應(yīng)的地區(qū)網(wǎng)關(guān)IP地址。這些信息存放在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，有關(guān)處理軟 件完成呼叫處理、數(shù)字語(yǔ)音打包、路由管理等功能。在用戶撥打IP電話時(shí)，IP電話網(wǎng)關(guān) 根據(jù)電話區(qū)號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)資料，確定相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的IP地址，并將此IP地址加入【？數(shù)據(jù)包中， 同時(shí)選擇最佳路由，以減少傳輸時(shí)延，IP數(shù)據(jù)包經(jīng)因特網(wǎng)到達(dá)目的地IP電話網(wǎng)關(guān)。對(duì)于 因特網(wǎng)未延伸到或暫時(shí)未設(shè)立網(wǎng)關(guān)的地區(qū)，可設(shè)置路由，由最近的網(wǎng)關(guān)通過(guò)長(zhǎng)途電話網(wǎng)轉(zhuǎn)接， 實(shí)現(xiàn)通信業(yè)務(wù)。目前VoIP系統(tǒng)一般由IP電話終端、網(wǎng)關(guān)（Gat

3、eway）、網(wǎng)（關(guān)）守（Ga tekeeper）、網(wǎng)管系統(tǒng)、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)等幾部分組成。IP電話終端包括傳統(tǒng)的語(yǔ)音電 話機(jī)、PC、IP電話機(jī)，也可以是集語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖象于一體的多媒體業(yè)務(wù)終端。由于不 同種類的終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源結(jié)構(gòu)是不同的，要在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上傳輸，這就要由網(wǎng)關(guān)或者是通過(guò)一個(gè)適配器進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，形成統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)包。IP電話網(wǎng)關(guān)提供IP網(wǎng)絡(luò)和電話網(wǎng) 之間的接口，用戶通過(guò)PSTN本地環(huán)路連接到IP網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號(hào)并壓縮打包，成為可以在因特網(wǎng)上傳輸?shù)腎P分組語(yǔ)音信號(hào)，然后通過(guò)因特網(wǎng)傳 送到被叫用戶的網(wǎng)關(guān)端，由被叫端的網(wǎng)關(guān)對(duì)IP數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包、解壓和解碼，還原為可被

4、 識(shí)別的模擬語(yǔ)音信號(hào)，再通過(guò)PSTN傳到被叫方的終端。這樣，就完成了一個(gè)完整的電話 到電話的IP電話的通信過(guò)程。關(guān)守實(shí)際上是IP電話網(wǎng)的智能集線器，是整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù) 平臺(tái)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的管理、配置和維護(hù)。關(guān)守提供的功能有撥號(hào)方案管理、安全性管理、集中 帳務(wù)管理、數(shù)據(jù)庫(kù)管理和備份、網(wǎng)絡(luò)管理等等。網(wǎng)管系統(tǒng)的功能是管理整個(gè)IP電話系統(tǒng)， 包括設(shè)備的控制及配置，數(shù)據(jù)配給，撥號(hào)方案管理及負(fù)載均衡、遠(yuǎn)程監(jiān)控等。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的功 能是對(duì)用戶的呼叫進(jìn)行費(fèi)用計(jì)算，并提供相應(yīng)的單據(jù)和統(tǒng)計(jì)報(bào)表。計(jì)費(fèi)系統(tǒng)可以由IP電話 系統(tǒng)制造商提供，也可以由第三方制作，但此時(shí)需IP電話系統(tǒng)制造商提供其軟件數(shù)據(jù)接口。在實(shí)現(xiàn)方式上，VoIP有

5、電話機(jī)到電話機(jī)、電話機(jī)到PC、PC到電話機(jī)和PC到P C等4種方式。最初VoIP方式主要是PC到PC，利用IP地址進(jìn)行呼叫，通過(guò)語(yǔ)音壓 縮、打包傳送方式，實(shí)現(xiàn)因特網(wǎng)上PC機(jī)間的實(shí)時(shí)話音傳送，話音壓縮、編解碼和打包均通 過(guò)PC上的處理器、聲卡、網(wǎng)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(wǎng)內(nèi)，所以有很大的局限性。電話到電話即普通電話經(jīng)過(guò)電話交換機(jī)連到IP 電話網(wǎng)關(guān)，用電話號(hào)碼穿過(guò)IP網(wǎng)進(jìn)行呼叫，發(fā)送端網(wǎng)關(guān)鑒別主叫用戶，翻譯電話號(hào)碼/網(wǎng) 關(guān)IP地址，發(fā)起IP電話呼叫，連接到最靠近被叫的網(wǎng)關(guān)，并完成話音編碼和打包，接收 端網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)拆包、解碼和連接被叫。對(duì)于電話到PC或是PC

6、到電話的情況，是由網(wǎng)關(guān)來(lái)完 成IP地址和電話號(hào)碼的對(duì)應(yīng)和翻譯，以及話音編解碼和打包。二、VoIP的關(guān)鍵技術(shù)傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)主要是用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，采用的是盡力而為的、無(wú)連接的技術(shù)，因此 沒(méi)有服務(wù)質(zhì)量保證，存在分組丟失、失序到達(dá)和時(shí)延抖動(dòng)等情況。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對(duì)此要求不高， 但話音屬于實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，對(duì)時(shí)序、時(shí)延等有嚴(yán)格的要求。因此必須采取特殊措施來(lái)保障一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量VoIP的關(guān)鍵技術(shù)包括信令技術(shù)、編碼技術(shù)、實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量（Q。S）保證技術(shù)、以及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等。.信令技術(shù)信令技術(shù)保證電話呼叫的順利實(shí)現(xiàn)和話音質(zhì)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(huì)話初始化協(xié)

7、議SIP。ITU的H. 3 2 3系列建議定義了在無(wú)業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的因特網(wǎng)或其它分組網(wǎng)絡(luò)上多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)程。H.3 2 3標(biāo)準(zhǔn)是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、Intranet和Internet上的多媒體提供技術(shù)基礎(chǔ)保障H.323是ITUT有關(guān)多媒體通信的一個(gè)協(xié)議集，包括用于ISDN的H.3 2 0，用于BISDN的H.31和用于PSTN終端的H. 3 2 4等建議。其編碼機(jī)制，協(xié)議范圍和基本操作類似于I SDN的Q. 9 3 1信令協(xié)議的簡(jiǎn)化版本，并采用了比較傳統(tǒng)的電路交換的方法。相關(guān)的協(xié) 議包括用于控制的H.2 4 5，用于建立連接的H.2 2 5.0，用于大型會(huì)議的H.33 2,用于補(bǔ)充業(yè)務(wù)的H.

8、 4 5 0. 1、H. 4 5 0. 2和H. 4 5 0. 3,有關(guān)安全的H. 25，與電路交換業(yè)務(wù)互操作的H.2 4 6等。H.3 2 3提供設(shè)備之間、高層應(yīng)用之間和 提供商之間的互操作性。它不依賴于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，獨(dú)立于操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)，支持多點(diǎn)功能、 組播和帶寬管理。H. 3 2 3具備相當(dāng)?shù)撵`活性，支持包含不同功能的節(jié)點(diǎn)之間的會(huì)議和不 同網(wǎng)絡(luò)之間的會(huì)議。H. 3 2 3建議的多媒體會(huì)議系統(tǒng)中的信息流包括音頻、視頻、數(shù)據(jù)和 控制信息。信息流采用H.2 2 5.0建議方式來(lái)打包和傳送。H.3 2 3呼叫建立過(guò)程 涉及到三種信令：RAS（注冊(cè)：Registration、許可：Admissio

9、n 和狀態(tài)：Status ）信令，H.2 2 5. 0呼叫信令和H.2 4 5控制信令。其中RA S信令用來(lái)完成終端與網(wǎng)守之間的登記注冊(cè)、授權(quán)許可、帶寬改變、狀態(tài)和脫離解除等過(guò)程； H.2 2 5.0呼叫信令用來(lái)建立兩個(gè)終端之間的連接，這個(gè)信令使用Q. 931消息來(lái)控 制呼叫的建立和拆除，當(dāng)系統(tǒng)中沒(méi)有網(wǎng)守時(shí)，呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個(gè)終端之間打開(kāi)； 當(dāng)系統(tǒng)中包括一個(gè)網(wǎng)守時(shí)，由網(wǎng)守決定在終端與網(wǎng)守之間或是在兩個(gè)終端之間開(kāi)辟呼叫信令 信道；H.2 4 5控制信令用來(lái)傳送終端到終端的控制消息，包括主從判別、能力交換、打 開(kāi)和關(guān)閉邏輯信道、模式參數(shù)請(qǐng)求、流控消息和通用命令與指令等H.245控制信令信

10、 道建立于兩個(gè)終端之間，或是一個(gè)終端與一個(gè)網(wǎng)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(xié)議，但H.3 2 3的控制協(xié)議非常復(fù)雜。此外，H.3 2 3不支持 多點(diǎn)發(fā)送（Multicast ）協(xié)議，只能采用多點(diǎn)控制單元（MCU）構(gòu)成多點(diǎn)會(huì)議， 因而同時(shí)只能支持有限的多點(diǎn)用戶。H.3 2 3也不支持呼叫轉(zhuǎn)移，且建立呼叫的時(shí)間比較 長(zhǎng)。與H.3 2 3相反，SIP是一種比較簡(jiǎn)單的會(huì)話初始化協(xié)議。它不像H.3 2 3那 樣提供所有的通信協(xié)議，而是只提供會(huì)話或呼叫的建立與控制功能。SIP可以應(yīng)用于多媒 體會(huì)議、遠(yuǎn)程教學(xué)及Internet電話等領(lǐng)域。SIP既支持單點(diǎn)發(fā)送（Unicas t)也

11、支持多點(diǎn)發(fā)送，會(huì)話參加者和媒體種類可以隨時(shí)加入一個(gè)已存在的會(huì)議。SIP可以 用來(lái)呼叫人或機(jī)器設(shè)備，如呼叫一個(gè)媒體存儲(chǔ)設(shè)備記錄一個(gè)會(huì)議，或呼叫一個(gè)點(diǎn)播電視服務(wù) 器向會(huì)議播放視頻信號(hào)。SIP是一種應(yīng)用層協(xié)議，可以用UDP或TCP作為其傳輸協(xié) 議。與H. 3 2 3不同的是：SIP是一種基于文本的協(xié)議，用SIP規(guī)則資源定位語(yǔ)言描 述(SIP Uniform Resource Locators)，這樣易于實(shí)現(xiàn)和調(diào)試， 更重要的是靈活性和擴(kuò)展性好。由于SIP僅作于初始化呼叫，而不是傳輸媒體數(shù)據(jù)，因而 造成的附加傳輸代價(jià)也不大SIP的URL甚至可以嵌入到web頁(yè)或其它超文本鏈路 中，用戶只需用鼠標(biāo)一點(diǎn)即可

12、發(fā)出一個(gè)呼叫。與H.3 2 3相比，SIP還有建立呼叫快， 支持傳送電話號(hào)碼的特點(diǎn)。2.編碼技術(shù)話音壓縮編碼技術(shù)是IP電話技術(shù)的一個(gè)重要組 成部分。目前，主要的編碼技術(shù)有ITU T定義的G.729、G.723 (G.72 3.1 )等。其中G. 7 2 9可將經(jīng)過(guò)采樣的6 4kbit/s話音以幾乎不失真的質(zhì)量壓 縮至8kbit/s0由于在分組交換網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)質(zhì)量不能得到很好保證，因而需要話音 的編碼具有一定的靈活性，即編碼速率、編碼尺度的可變可適應(yīng)性G.7 2 9原來(lái)是8 k bit/s的話音編碼標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在的工作范圍擴(kuò)展至6.411.8kbit/s，話音 質(zhì)量也在此范圍內(nèi)有一定的變化，但即使是

13、6.4kbit/s，話音質(zhì)量也還不錯(cuò)，因而 很適合在VoIP系統(tǒng)中使用。G 7 2 3. 1采用5.3/6.3kbit/s雙速率話音 編碼，其話音質(zhì)量好，但是處理時(shí)延較大，它是目前已標(biāo)準(zhǔn)化的最低速率的話音編碼算法。 表1為G.7 2 3.1、G.7 2 9和G.7 2 9 A的部分性能比較。此外，靜音檢測(cè)技 術(shù)和回聲消除技術(shù)也是VoIP中十分關(guān)鍵的技術(shù)。靜音檢測(cè)技術(shù)可有效剔除靜默信號(hào)，從 而使話音信號(hào)的占用帶寬進(jìn)一步降低到3. 5kbit/s左右；回聲消除技術(shù)主要利用數(shù) 字濾波器技術(shù)來(lái)消除對(duì)通話質(zhì)量影響很大回聲干擾，保證通話質(zhì)量。這點(diǎn)在時(shí)延相對(duì)較大的 IP分組網(wǎng)絡(luò)中尤為重要。3.實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)主要是采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RT P。RTP是提供端到端的包括音頻在內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送的協(xié)議。RTP包括數(shù)據(jù)和控制兩 部分，后者叫RTCP。RTP提供了時(shí)間標(biāo)簽和控制不同數(shù)據(jù)流同步特性的機(jī)制，可以讓 接收端重組發(fā)送端的數(shù)據(jù)包，可以提供接收端到多點(diǎn)發(fā)送組的服務(wù)質(zhì)量包饋。4.QoS保障技術(shù)VoIP中主要采用資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)以及進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量監(jiān) 控的實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP來(lái)避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，保障通話質(zhì)量。5.網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)Vo IP中網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)主要是TCP和UDP，此外還包括網(wǎng)關(guān)互聯(lián)技術(shù)、路由選擇技術(shù)、網(wǎng) 絡(luò)管理技術(shù)以及安全認(rèn)證