通过在教委和各学校之间建立VoIP网络,可以大量节省通信费用,支持多种呼叫方式和几乎不改变用户呼叫习惯的VoIP网络为用户提供了完整的解决方案。
<P><b> 一、教育城域网VOIP应用分析 </b></P>
<P> 教育系统所有的电话联系都是使用中国电信的电话网络,在其各级机构之间没有建立其它电话支撑系统。企业的通讯费用太高是困扰许多企业经营者的问题,然而这好像又是无法压缩的费用,内部高额的话务费用迫切希望能够通过现有的技术解决。而VoIP技术的日趋成熟可以解决这一困扰了行业多年的问题。通过在教委和各学校之间建立VoIP网络,可以大量节省通信费用,支持多种呼叫方式和几乎不改变用户呼叫习惯的VoIP网络为用户提供了完整的解决方案。 </P>
<P> 那么,教育系统如何才能降低这些费用,提高竞争力呢?除了在管理上想办法节约成本外,VoIP技术的出现为企业从技术层面降低通讯成本提供了可行性。 </P>
<P> 所谓VoIP(Voice over Internet Protocol)就是一种以IP电话为主,并推出相应的增值业务的技术。它通过IP包发送实现的话音业务,是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术,其基本原理是:通过语音压缩算法对话音进行压缩编码处理,然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包,经过IP网络把数据包传输到目的地,再把这些语音数据包串起来,经过解码解压缩处理后,恢复成原来的语音信号,从而达到由IP网络传送话音的目的。 </P>
<P> 驱使Internet话音业务飞速发展的因素是什么呢?主要因素是价格。相同通话时间,通过Internet话音服务花费的费用仅仅为通过传统话音服务花费的费用的几分之一,甚至几十分之一,其价格差异如此的悬殊,Internet 电话的发展速度也就可想而知了。另一个因素是技术的发展。以往,Internet电话留给人的印象是话音质量低劣、延迟长、经常断。但随着技术的发展,这些现象将不复存在。一方面,随着ITU H.323一系列协议的推出,使得Internet电话的规范逐步完善,各厂商的设备可以互通;另一方面,Internet网络的大力兴建及硬件设备性能的提高为Internet电话的顺畅提供了保障;最后,话音压缩技术的发展也为Internet电话的发展铺平了道路。 </P>
<P> 目前专家普遍认为VoIP将代表电话技术未来的方向,甚至有这样的一句话:everything is over IP(一切都将基于IP)。许多人相信IP电话时代即将到来,据伦敦菲利普斯公司分析,IP电话将在2003年占全球总体电话业务的43.12%,而Frost & Sullivan调研公司在报告中预计,到2007年VoIP的通话量将占全部通话量的75%。 </P>
<P><b> 二、VoIP语音系统的优缺点 </b></P>
<P> VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境,提供比传统业务更多、更好的服务,下面是IP电话的特点: </P>
<P><EM> 支持灵活多样的业务方式 </EM></P>
<P> 支持用户采用卡付费。普通帐户和固定主叫用户等方式进行国际、国内长途业务,计费系统完整支持电话-电话、电话-PC等多种业务及智能卡号业务,以及如来电指示及遇忙转移等新型增值业务。并充分利用Internet技术优势保证通话质量。 </P>
<P><EM> 优异的性能价格比 </EM></P>
<P> IP电话最大的优点是价格上的优势,这是IP电话崛起的根本原因。系统传输成本包括本地市话费、IP网络使用费以及远端市话费,与传统电信网中昂贵的长途通信费相比,可极大地降低用户通信费用。 </P>
<P><EM> 兼容原有的电话网络 </EM></P>
<P> IP电话网关支持下的“电话到电话”方式,与传统电话相连接的是普通电话线路,完全能够实现传统的电话功能,使用方便,并具有自动识别和(PSTN与Internet用户的)网间转换、分帐、计费、语音信箱等一系列专业化服务功能。 </P>
<P><EM> 提高传输效率 </EM></P>
<P> 电话网关采用国际标准算法(G.723.1、G.729a)压缩语音信号进行低速率语音编码,如G.723.1可将常规64 kb/s语音信号压缩到5.3kb/s,而仍可以保持良好的声音效果。人们打电话时约有60%的静默时间,采用静音压缩技术只传输通话过程中的实际交谈时段的数据,而将双人静默时段的带宽释放给其他话音业务,从而提高带宽利用率,节省通信资源。 </P>
<P><EM> 充分利用网络资源 </EM></P>
<P> 采用IP的通信网络Internet由分组交换与无连接的分组交换相整合,因此,IP协议对通信资源的利用远远高于传统的通信网络。 </P>
<P><b> 三、VOIP技术简介 </b></P>
<P> VoIP的普遍运用也是与VoIP网络技术的发展密不可分。VoIP采用了基于统计时分复用的IP网络为基础进行话音业务传送,采用先进的数据信号处理技术进行语音编码、语音压缩、静音监测、舒适噪音生成等等技术可以提供与电路交换方式的传统PSTN网络语音品质媲美的语音服务。技术发展到今天,目前主要有两种VoIP实施标准:ITU-T标准和IETF标准。 </P>
<P><EM> ITU-T标准:H.323协议 </EM></P>
<P> H.323是最早被采纳的VoIP标准。H.323协议体系规定了基于分组网进行两点/多点实 </P>
<P> 时媒体通信的系统逻辑组件、消息定义和通信过程。H.323协议采用了ISDN的设计思想,使用Q.931协议完成呼叫的建立和释放,明显地带有电信网可管理性和集中的特征。目前,H.323协议已经在网上得到广泛应用,国际上如ITXC和AT&T,国内如中国电信、中国联通等均采用H.323的体系结构组建IP电话运营网。与SIP比较,H.323更为成熟。 </P>
<P> H.323协议的特点 </P>
<P> 基于网守的概念使得H.323网络是集中控制的便于统一维护管理; </P>
<P> 但由此,一个明显的缺点是,呼叫处理时延大; </P>
<P> 网络规模也因此受到极大的限制; </P>
<P><EM> IETF标准:SIP </EM></P>
<P> 该协议体系是由Level3、Bellcore和Cisico发起的业务提供商/厂商共同体提出并由IETF </P>
<P> (Internet工程任务组:Internet Engineering Task Force)开发形成的。SIP协议具有简单,灵活性和扩展性好,以及和现有的Internet应用紧密的特点,许多人认为该协议比较容易实施,近期,特别是在美国得到快速发展,同时SIP将在第三代移动通信核心网和智能业务中得到广泛应用。目前,SIP协议还处在发展的初期阶段,很多相应的标准还没完全统一,管理功能不完善,大型的网络应用还没有。 </P>
<P> 应该说,H.323和SIP协议都是为构建IP电话网而逐渐形成的,两者在发展的初期是互斥的,但目前随着SIP协议的发展,特别是其在软交换中的应用,使得SIP协议有了很大的发展,目前H.323和SIP协议的互连互通也已经在制订之中。 </P>
<P> 另外,不管是基于H.323协议还是基于SIP协议的IP电话网架构,都需要相关的协议完成网守对媒体网关的承载控制、资源控制及管理。目前此接口使用媒体网关控制协议(MGCP: Media Gateway Control Protocol)或H.248(MeGaC媒体网关控制)协议。 </P>
<P> H.248协议称为媒体网关控制协议,是由ITU-T第16组提出来的,应用在媒体网关和媒体网关控制器之间、媒体网关控制器与H.248/MeGaCo终端之间。 </P>
<P> MGCP是IETF较早定义的媒体网关控制协议,主要从功能的角度定义媒体网关控制器和媒体网关之间的行为,实现比较简单,没有H.248那样对包和属性的详细定义,事件交互的机制也比较简单。MGCP具有实现简单等特点,但其互通性和支持业务的能力受到限制。 </P>
<P> H.248/MeGaCo因其功能灵活、支持业务能力强而受到重视,而且不断有新的附件补充其能力,是目前媒体网关的主流协议,它解决了MGCP原有的缺点,操作性强,但由于该协议推出不久,业界还缺乏成熟的产品和应用实例,需进一步发展。 </P>
<P> H.248和MeGaCo在协议文本上相同,只是在协议消息传输语法上有所区别,H.248采用ASN.1语法格式(ITU-T X.680 1997),MeGaCo采用ABNF语法格式(RFC2234)。 </P>
<P><EM> VoIP的关键技术包括: </EM></P>
<P> 媒体编码技术 </P>
<P> 包括流行的G.723.1、G.729、G.729A话音压缩编码算法和MPEG-II多媒体压缩技术。 </P>
<P> 控制信令技术 </P>
<P> 包括ITU-T H.323和IETF会话初始化协议SIP[4](Session Initation 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。 </P>
<P> 分组传输技术 </P>
<P> 主要采用实时传输协议RTP。 </P>
<P> 业务质量保障技术 </P>
<P> 采用资源预留协议RSVP、服务质量Qos和用于业务质量监控的实时传输控制协议RTCP来避免网络拥塞,保障通话质量。 </P>
<P> 网络传输技术 </P>
<P> 主要是TCP和UDP。 </P>
<P> 此外还涉及到分组重建技术和时延抖动平滑技术、动态路由平衡传输技术、网关互联技术(包括媒体互通和控制信令互通)、网络管理技术(SNMP)、安全认证和计费技术、IVR交互式语音响应技术等等。 </P>
<P> VOIP关键技术中我们重点强调的是解决语音质量方面的技术,因为语音质量是实现VOIP的基础,关系到VOIP网络的建设成败,相信一次断断续续的语音通话是任何人都无法忍受的。影响VoIP语音质量的主要因素有:时延与时延抖动、语音编码技术、包丢失率、回声、语音电平等。</P>
<P><EM> 时延与时延抖动 </EM></P>
<P> 端到端的时延包括编解码时延,打包与解包时延,以及网络传送时延。时延的变化,即时延抖动(jitter)主要由网络引起,如果端到端的传输路径中经过的中间节点(路由器、交换机等)越多,带来的时延抖动越大。 </P>
<P><EM> 语音编码技术 </EM></P>
<P> 语音编码技术在有效地利用带宽的同时,能提供高质量的语音。不同的编码技术将带来不同的语音质量,下表列出了几种编码技术MOS(mean opinion score)值(测试结果)。参考下表所列结果,G.729与G.711两种编码方案可以满足教育系统IP电话的质量要求。 </P>
<P align=center><IMG src="http://www.e-works.com.cn/ewk2004/fileupload/images/127498135517031250.gif" align=center></P>
<P><EM> 编码技术与性能指标 </EM></P>
<P> 另一方面,G.729的带宽要求远远低于G.711,在相同线路质量和带宽情况下,G.711数据报在线路上传输的时间要长于G.729,而且这个时间大于语音压缩成数据报的时间。因此从听觉角度分析,使用G,729和G.711压缩算法的效果基本相同。 </P>
<P> 综合考虑,采用G.729,既满足语音效果的要求,又节约了带宽,节省了线路的投资费用,是首选的编码压缩算法。 </P>
<P><EM> 包丢失率 </EM></P>
<P> 在IP网络中存在IP包被丢失的因素有:网络传输中丢包、网络拥塞时网关设备主动丢包。当包丢失率超过10%时将会严重影响语音质量。 </P>
<P><EM> 回声 </EM></P>
<P> 回声是由于通话两端的阻抗不匹配所引起。在端到端时延较大的IP网络中,回声干扰的影响尤为明显。 </P>
<P><EM> 语音电平 </EM></P>
<P> 合适的语音发送与接收电平是影响通话质量的又一重要因素,因此语音网关必须具有语 音电平调节的功能。 </P>
<P> 从以上的分析可以看出,要提高IP电话的语音质量主要应从两方面着手。一是选用合适的语音编码压缩技术,选用高质量的语音网关及适当地网守控制方式;二是提高IP网络的服务质量(QoS),使网络时延、时延抖动及包丢失率控制在一定限度以内。</P>
<P> 下面分析一下网关、网守围绕上面因素对语音质量的所做的保证。 </P>
<P><EM> 网关保证语音质量的措施 </EM></P>
<P> 时延与抖动是影响语音质量至关重要的因素,网关通过下列技术可以在这两个因素上进行较好的控制: </P>
<P><EM> 静音抑制技术 </EM></P>
<P> 静音抑制,又称活动语音检测(Voice Activity Detection),它是根据人们日常谈话的语音和静默特性,检测到静音(Silence)时加以抑制,使其不占用或极少占用信道带宽,检测到突发的活动语音时才将其进行压缩编码与传输。研究表明运用VAD技术能使信道带宽的有效利用率提高约一倍。 </P>
<P><EM> 抖动抑制缓冲技术 </EM></P>
<P> 抖动抑制缓冲区用于接收端,目的是平滑延迟抖动,并兼顾解码和压缩操作。 </P>
<P><EM> 回声消除 </EM></P>
<P> 在IP电话设备中通常都必须采取消除回声的措施,在网关设备中通常采用业界的G.165实现回波抑制。 </P>
<P><EM> 网守保证语音质量的措施 </EM></P>
<P> 网守具有带宽管理的功能,利用这个功能可以通过设定某条线路上语音的带宽来控制IP电话的呼叫过程,从而保证通话质量。举例如下: </P>
<P> 某条线路带宽为1M bps,为了保证视频、数据业务的带宽,我们在网守上设定语音业务的带宽为60K bps,按照每条话路占用带宽12K bps计算,有5路以下语音时能保证通话质量,但要是超过5路通话质量就得不到保证。 </P>
<P> 利用网守的带宽管理功能,在网守上配置该线路峰值呼叫时需要的带宽,并对每一路呼叫进行监控。当第六路发起呼叫时,网守根据配置拒绝其建立连接,以确保其它5路的通话质量,同时也保证了视频和数据业务的开展。在教育系统IP电话网的设计中,我们可以根据不同情况在线路上确定通话数的峰值,通过网守来保证语音质量。 </P>
<P><EM> IP QoS对语音质量的保证 </EM></P>
<P> 为了保证语音质量,网络必须具有很好的QoS保证机制。可以采用Diff-Serv或RSVP进行QoS的保证: </P>
<P> 要求IP网络支持Diff-Serv、RSVP模式的QoS保证机制; </P>
<P> 语音网关支持报文分类,对语音包分配高优先级别; </P>
<P> 网络设备支持CAR(Committed Access Rate)功能,实现报文的度量和流量监控; </P>
<P> 网络设备支持WFQ功能,对高优先级报文进行优先处理。 </P>
<P><b> </b></P> |
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