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VoIP基本原理與常見設(shè)備

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1995年以色列VocalTec公司所推出的Internet Phone,不但是VoIP網(wǎng)絡(luò)電話的開端,也揭開了電信IP化的序幕。人們從此不但可以享受到更便宜、甚至完全免費的通話及多媒體增值服務(wù),電信業(yè)的服務(wù)內(nèi)容及面貌也為之劇變。

一開始的網(wǎng)絡(luò)電話是以軟件的形式呈現(xiàn),同時僅限于PC to PC間的通話,換句話說,人們只要分別在兩端不同的PC上,安裝網(wǎng)絡(luò)電話軟件,即可經(jīng)由IP網(wǎng)絡(luò)進行對話。隨著寬頻普及與相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進,網(wǎng)絡(luò)電話也由單純PC to PC的通話形式,發(fā)展出IP to PSTN(公共開關(guān)電話網(wǎng)絡(luò))、PSTN to IP、PSTN to PSTN及IP to IP等各種形式,當(dāng)然他們的共通點,就是以IP網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介,如此一來,電信業(yè)長久以PSTN電路交換網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介的慣例及獨占性也逐漸被打破。

VoIP的原理、架構(gòu)及要求

由Voice over IP的字面意義,可以直譯為透過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼Z音訊號或影像訊號,所以VoIP就是一種可以在IP網(wǎng)絡(luò)上互傳模擬音訊或視訊的一種技術(shù)。簡單地說,它是藉由一連串的轉(zhuǎn)碼、編碼、壓縮、打包等程序,好讓該語音數(shù)據(jù)可以在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)侥康亩?,然后再?jīng)由相反的程序,還原成原來的語音訊號以供接聽者接收。

進一步來說,VoIP大致透過5道程序來互傳語音訊號,首先是將發(fā)話端的模擬語音訊號進行編碼的動作,目前主要是采用ITU-T G.711語音編碼標(biāo)準(zhǔn)來轉(zhuǎn)換。第二道程序則是將語音封包加以壓縮,同時并添加址及控制信息,如此便可以在第三階段中,也就是傳輸IP封包階段,在浩瀚的IP網(wǎng)絡(luò)中尋找到傳送的目的端。到了目的端,IP封包會進行譯碼還原的作業(yè),最后并轉(zhuǎn)換成喇叭、聽筒或耳機能播放的模擬音訊。

在一個基本的VoIP架構(gòu)之中,大致包含4個基本元素:

(1)媒體網(wǎng)關(guān)器(Media Gateway):主要扮演將語音訊號轉(zhuǎn)換成為IP封包的角色。

(2)媒體網(wǎng)關(guān)控制器(Media Gateway Controller):又稱為Gate Keeper或Call Server。主要負(fù)責(zé)管理訊號傳輸與轉(zhuǎn)換的工作。

(3)語音對講服務(wù)器:主要提供電話不通、占線或忙線時的語音響應(yīng)服務(wù)。

(4)信號網(wǎng)關(guān)器(Signaling Gateway):主要工作是在交換過程中進行相關(guān)控制,以決定通話建立與否,以及提供相關(guān)應(yīng)用的增值服務(wù)。

雖然VoIP擁有許多優(yōu)點,但絕不可能在短期內(nèi)完全取代已有悠久歷史并發(fā)展成熟的PSTN電路交換網(wǎng),所以現(xiàn)階段兩者勢必會共存一段時間。為了要讓兩者間能相互溝通,勢必要建立一個互通的接口及管道,而媒體網(wǎng)關(guān)器與網(wǎng)關(guān)管理器即扮演了中介的色角,因為他們具備將媒體數(shù)據(jù)流及IP封包轉(zhuǎn)譯成不同網(wǎng)絡(luò)所支持的各類協(xié)議。

其運作原理是,媒體網(wǎng)關(guān)器先將語音轉(zhuǎn)換為IP封包,然后交由媒體網(wǎng)關(guān)控制器加以控制管理,并決定IP封包在網(wǎng)絡(luò)中的傳送路徑。至于信號網(wǎng)關(guān)器則負(fù)責(zé)將SS7信號格式轉(zhuǎn)換為IP封包。

網(wǎng)絡(luò)電話若要走向符合企業(yè)級營運標(biāo)準(zhǔn),必須達到以下幾個基本要求:

1.服務(wù)品質(zhì)(QoS)之保證:這是由PSTN過渡到VoIP、IP PBX取代PBX的最基本要求。所謂QoS就是要保證達到語音傳輸?shù)淖畹脱舆t率(400毫秒)及封包遺失率(5-8%),如此通話品質(zhì)才能達到現(xiàn)今PSTN的基本要求及水準(zhǔn),否則VoIP的推行將成問題。

2.99.9999%的高可用性(High AvAIlable;HA):雖然網(wǎng)絡(luò)電話已成今后的必然趨勢,但與發(fā)展已久的PSTN相較,其成熟度、穩(wěn)定度、可用性、可管理性,乃至可擴充性等方面,仍有待加強。尤其在電信級的高可用性上,VoIP必須像現(xiàn)今PSTN一樣,達到6個9(99.9999%)的基本標(biāo)準(zhǔn)。目前VoIP是以負(fù)載平衡、路由備份等技術(shù)來解決這方面的要求及問題,總而言之,HA是VoIP必須達到的目標(biāo)之一。

3.開放性及兼容性:傳統(tǒng)PSTN是屬封閉式架構(gòu),但IP網(wǎng)絡(luò)則屬開放式架構(gòu),如今VoIP的最大課題之一就是如何在開放架構(gòu)下,而能達到各家廠商VoIP產(chǎn)品或建設(shè)的互通與兼容,同時地造成各家產(chǎn)品在整合測試及驗證上的困難度。目前的解決方法是透過國際電信組織不斷擬定及修改的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,來達到不同產(chǎn)品間的兼容性問題,以及IP電話與傳統(tǒng)電話的互通性。

4.可管理性與安全性問題:電信服務(wù)包羅萬象,包括用戶管理、異地漫游、可靠計費系統(tǒng)、認(rèn)證授權(quán)等等,所以管理上非常復(fù)雜,VoIP營運商必須要有良好的管理工具及設(shè)備才能因應(yīng)。同時IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)完全不同于過去的PSTN電路網(wǎng),而且長久以來具開放性的IP網(wǎng)絡(luò)一直有著極其嚴(yán)重的安全性問題,所以這也形成網(wǎng)絡(luò)電話今后發(fā)展上的重大障礙與首要解決的目標(biāo)。

5.多媒體應(yīng)用:與傳統(tǒng)PSTN相比,網(wǎng)絡(luò)電話今后發(fā)展上的最大特色及區(qū)別,恐怕就在多媒體的應(yīng)用上。在可預(yù)見的未來,VoIP將可提供交互式電子商務(wù)、聯(lián)絡(luò)中心、企業(yè)傳真、多媒體視訊會議、智能代理等應(yīng)用及服務(wù)。過去,VoIP因為價格低廉而受到歡迎及注目,但多媒體應(yīng)用才是VoIP今后蓬勃發(fā)展的最大促因,也是各家積極參與的最大動力。

主宰VoIP走向的三大主流協(xié)定

在浩瀚的IP網(wǎng)絡(luò)中要如何正確的尋找到要通話的對方并建立對答,同時也能依照彼此資料的處理能力來傳送語音數(shù)據(jù),這中間必須藉由國際電信組織所擬定的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議才能達到。如今,市面上的網(wǎng)絡(luò)電話大致都會遵循H.323、MGCP及SIP等3種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。雖然目前產(chǎn)品仍以支持H.323為多,但SIP的支持將會成為今后主流。

1.H.323

ITU-T 國際電聯(lián)第16研究組首先在1996年通過H.323第一版的制定工作,同時并在1998年完成第二版協(xié)議的擬定。原則上,該協(xié)議提供了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)(Packet Based Networks;PBN)架構(gòu)上的多媒體通訊系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),并為IP網(wǎng)絡(luò)上的多媒體通訊應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

H.323并不依賴于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而是獨立于操作系統(tǒng)和硬件平臺之上,支持多點功能、組播和頻寬管理。H.323具備相當(dāng)?shù)撵`活性,可支持包含不同功能節(jié)點之間的視訊會議和不同網(wǎng)絡(luò)之間的視訊會議。

H.323并不支持群播(Multicast)協(xié)議,只能采用多點控制單元(MCU)構(gòu)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(zhuǎn)移,且建立呼叫的時間也比較長。

早期的視訊會議多半支持H.323協(xié)議,例如微軟NetMeeting、Intel Internet Video Phone等都是支持H.323協(xié)議的視訊會議軟件,亦為現(xiàn)今VoIP的前輩。

不過H.323協(xié)議本身具有一些問題,例如采用H.323協(xié)議的IP電話網(wǎng)絡(luò)在接入端仍要經(jīng)過當(dāng)?shù)氐腜STN電路交換網(wǎng)。而之后制定出的MGCP等協(xié)議,目的即在于將H.323網(wǎng)關(guān)進行功能上的分解,也就是劃分成負(fù)責(zé)媒體流處理的媒體網(wǎng)關(guān)(MG),以及掌控呼叫建立與控制的媒體網(wǎng)關(guān)控制器(MGC)兩個部分。

雖然如今微軟的Windows Mesenger則已改采SIP標(biāo)準(zhǔn),且SIP標(biāo)準(zhǔn)隱隱具有取代H.323的勢頭。但目前仍有許多網(wǎng)絡(luò)電話產(chǎn)品依舊支持H.323協(xié)定。

2.SIP(Session Initiation Protocol)

SIP是由IETF所制定,其特性幾乎與H.323相反,原則上它是一種比較簡單的會話初始化協(xié)議,也就是只提供會話或呼叫的建立與控制功能。SIP協(xié)議可支持多媒體會議、遠(yuǎn)程教學(xué)及Internet電話等領(lǐng)域的應(yīng)用。

SIP同時支持單點播送(Unicast)及群播功能,換句話說,使用者可以隨時加入一個已存在的視訊會議之中。在網(wǎng)絡(luò)OSI屬性上,SIP屬于應(yīng)用層協(xié)議,所以可透過UDP或TCP協(xié)議進行傳輸。

SIP另一個重要特點就是它屬于一種基于文本的協(xié)議,采用SIP規(guī)則資源定位語言描述(SIP Uniform Resource Locators),因此可方便地進行撰改或測試作業(yè),所以比起H.323來說,其靈活性與擴展性的表現(xiàn)較好。

SIP的URL甚至可以嵌入到Web頁面或其它超文本連結(jié)之中,用戶只需用鼠標(biāo)一點即可發(fā)出呼叫。所以與H.323相比,SIP具備了快速建立呼叫快與支持電話號碼之傳送等特點。

3.MGCP

原則上,MGCP協(xié)定與前兩者皆不同,H.323和SIP協(xié)議是專門針對網(wǎng)絡(luò)電話及IP網(wǎng)絡(luò)所提出的兩套各自獨立的標(biāo)準(zhǔn),兩者間并不兼容及互通。反觀MGCP協(xié)議,則與IP電話網(wǎng)絡(luò)無關(guān),而只牽涉到網(wǎng)關(guān)分解上的問題,也因為如此,該協(xié)議可同時適用于支持H.323或SIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)。

MGCP協(xié)議制定的主要目的即在于將網(wǎng)關(guān)功能分解成負(fù)責(zé)媒體流處理的媒體網(wǎng)關(guān)(MG),以及掌控呼叫建立與控制的媒體網(wǎng)關(guān)控制器(MGC)兩大部分。同時MG在MGC的控制下,實現(xiàn)跨網(wǎng)域的多媒體電信業(yè)務(wù)。

由于MGCP更加適應(yīng)需要中央控管的通訊服務(wù)模式,因此更符合電信營運商的需求。在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)電話網(wǎng)中,集中控管是件非常重要的事情,透過MGCP則可利用MGC統(tǒng)一處理分發(fā)不同的服務(wù)給MG。

4.其它重要協(xié)議及技術(shù)

除了上述3大協(xié)議之外,還有許多左右VoIP通話品質(zhì)及傳輸效率的重要協(xié)議與技術(shù)。在語音壓縮編碼技術(shù)方面,主要有ITU-T定義的G.729、G.723等技術(shù),其中G.729提供了將原有64Kbit/s PSTN模擬語音,壓縮到只有8Kbit/s,而同時符合不失真需求的能力。

在實時傳輸技術(shù)方面,目前網(wǎng)絡(luò)電話主要支持RTP傳輸協(xié)議。RTP協(xié)議是一種能提供端點間語音數(shù)據(jù)實時傳送的一種標(biāo)準(zhǔn)。該協(xié)議的主要工作在于提供時間標(biāo)簽和不同數(shù)據(jù)流同步化控制作業(yè),收話端可以藉由RTP重組發(fā)話端的語音數(shù)據(jù)。除此之外,在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面,尚包括了TCP、UDP、網(wǎng)關(guān)互聯(lián)、路由選擇、網(wǎng)絡(luò)管理、安全認(rèn)證及計費等相關(guān)技術(shù)。

VoIP各項產(chǎn)品及設(shè)備的類型

和許多早期網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一樣,VoIP最早是以軟件的形態(tài)問世的,也就是純粹PC to PC功能的產(chǎn)品。為了能貼近過去傳統(tǒng)模擬電話的使用習(xí)慣及經(jīng)驗,之后才漸漸有電話形態(tài)的產(chǎn)品出現(xiàn)。對于企業(yè)而言,為了追求成本、語音及網(wǎng)絡(luò)的整合、多媒體增值功能、更方便的集中式管理,而陸續(xù)出現(xiàn)了VoIP網(wǎng)關(guān)、IP PBX或其它整合型的VoIP設(shè)備等解決方案。以下就這幾種類型的VoIP產(chǎn)品做一簡單介紹。

標(biāo)簽:青島 百色 重慶 潛江 河南 淮北 漢中 遼陽

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