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一、ＶｏＩＰ的基本 原理與實現形式

    ＶｏＩＰ是建立在ＩＰ技術上的分組化、數字化傳輸技術，其基本原理是：**語音壓縮算法對語音數據進行壓縮編碼處理，然后把這些語音數據按ＩＰ等相關協議進行打包，經過ＩＰ網絡把數據包傳輸到接收地，再把這些語音數據包串起來，經過解碼解壓處理后，恢復成原來的語音信號，從而達到由ＩＰ網絡傳送語音的目的。ＩＰ電話系統把普通電話的模擬信號轉換成計算機可聯入因**網傳送的ＩＰ數據包，同時也將收到的ＩＰ數據包轉換成聲音的模擬電信號。經過ＩＰ電話系統的轉換及壓縮處理，每個普通電話傳輸速率約占用８～１１ｋｂｉｔ／ｓ帶寬，因此在與普通電信網同樣使用傳輸速率為６４ｋｂｉｔ／ｓ的帶寬時，ＩＰ電話數是原來的５～８倍。

     ＶｏＩＰ的核心與關鍵設備是ＩＰ電話網關。ＩＰ電話網關具有路由管理功能，它把各地區電話區號映射為相應的地區網關ＩＰ地址。這些信息存放在一個數據庫中，有關處理軟件完成呼叫處理、數字語音打包、路由管理等功能。在用戶撥打ＩＰ電話時，ＩＰ電話網關根據電話區號數據庫資料，確定相應網關的ＩＰ地址，并將此ＩＰ地址加入ＩＰ數據包中，同時選擇****路由，以減少傳輸時延，ＩＰ數據包經因**網到達目的地ＩＰ電話網關。對于因**網未延伸到或暫時未設立網關的地區，可設置路由，由**近的網關**長途電話網轉接，實現通信業務。

     目前ＶｏＩＰ系統一般由ＩＰ電話終端、網關（Ｇａｔｅｗａｙ）、網（關）守（Ｇａｔｅｋｅｅｐｅｒ）、網管系統、計費系統等幾部分組成。ＩＰ電話終端包括傳統的語音電話機、ＰＣ、ＩＰ電話機，也可以是集語音、數據和圖象于一體的多媒體業務終端。由于不同種類的終端產生的數據源結構是不同的，要在同一個網絡上傳輸，這就要由網關或者是**一個適配器進行數據轉換，形成統一的ＩＰ數據包。ＩＰ電話網關提供ＩＰ網絡和電話網之間的接口，用戶**ＰＳＴＮ本地環路連接到ＩＰ網絡的網關，網關負責把模擬信號轉換為數字信號并壓縮打包，成為可以在因**網上傳輸的ＩＰ分組語音信號，然后**因**網傳送到被叫用戶的網關端，由被叫端的網關對ＩＰ數據包進行解包、解壓和解碼，還原為可被識別的模擬語音信號，再**ＰＳＴＮ傳到被叫方的終端。這樣，就完成了一個完整的電話到電話的ＩＰ電話的通信過程。關守實際上是ＩＰ電話網的智能集線器，是整個系統的服務平臺，負責系統的管理、配置和維護。關守提供的功能有撥號方案管理、安全性管理、集中帳務管理、數據庫管理和備份、網絡管理等等。網管系統的功能是管理整個ＩＰ電話系統，包括設備的控制及配置，數據配給，撥號方案管理及負載均衡、遠程監控等。計費系統的功能是對用戶的呼叫進行費用計算，并提供相應的單據和統計報表。計費系統可以由ＩＰ電話系統制造商提供，也可以由第三方制作，但此時需ＩＰ電話系統制造商提供其軟件數據接口。

     在實現方式上，ＶｏＩＰ有電話機到電話機、電話機到ＰＣ、ＰＣ到電話機和ＰＣ到ＰＣ等４種方式。**初ＶｏＩＰ方式主要是ＰＣ到ＰＣ，利用ＩＰ地址進行呼叫，**語音壓縮、打包傳送方式，實現因**網上ＰＣ機間的實時話音傳送，話音壓縮、編解碼和打包均**ＰＣ上的處理器、聲卡、網卡等硬件資源完成，這種方式和公用電話通信有很大的差異，且限定在因**網內，所以有很大的局限性。電話到電話即普通電話經過電話交換機連到ＩＰ電話網關，用電話號碼穿過ＩＰ網進行呼叫，發送端網關鑒別主叫用戶，翻譯電話號碼／網關ＩＰ地址，發起ＩＰ電話呼叫，連接到**靠近被叫的網關，并完成話音編碼和打包，接收端網關實現拆包、解碼和連接被叫。對于電話到ＰＣ或是ＰＣ到電話的情況，是由網關來完成ＩＰ地址和電話號碼的對應和翻譯，以及話音編解碼和打包。

二、ＶｏＩＰ的關鍵技術

     傳統的ＩＰ網絡主要是用來傳輸數據業務，采用的是盡力而為的、無連接的技術，因此沒有服務質量保證，存在分組丟失、失序到達和時延抖動等情況。數據業務對此要求不高，但話音屬于實時業務，對時序、時延等有嚴格的要求。因此必須采取**殊措施來保障一定的業務質量。ＶｏＩＰ的關鍵技術包括信令技術、編碼技術、實時傳輸技術、服務質量（ＱｏＳ）保證技術、以及網絡傳輸技術等。

１．信令技術

     信令技術保證電話呼叫的順利實現和話音質量，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的會話初始化協議ＳＩＰ。

     ＩＴＵ的Ｈ．３２３系列建議定義了在無業務質量保證的因**網或其它分組網絡上多媒體通信的協議及其規程。Ｈ．３２３**是局域網、廣域網、Ｉｎｔｒａｎｅｔ和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的多媒體提供技術基礎保障。Ｈ．３２３是ＩＴＵ－Ｔ有關多媒體通信的一個協議集，包括用于ＩＳＤＮ的Ｈ．３２０，用于Ｂ－ＩＳＤＮ的Ｈ．３２１和用于ＰＳＴＮ終端的Ｈ．３２４等建議。其編碼機制，協議范圍和基本操作類似于ＩＳＤＮ的Ｑ．９３１信令協議的簡化版本，并采用了比較傳統的電路交換的方法。相關的協議包括用于控制的Ｈ．２４５，用于建立連接的Ｈ．２２５．０，用于大型會議的Ｈ．３３２，用于補充業務的Ｈ．４５０．１、Ｈ．４５０．２和Ｈ．４５０．３，有關安全的Ｈ．２３５，與電路交換業務互操作的Ｈ．２４６等。Ｈ．３２３提供設備之間、高層應用之間和提供商之間的互操作性。它不依賴于網絡結構，**立于操作系統和硬件平臺，支持多點功能、組播和帶寬管理。Ｈ．３２３具備相當的靈活性，支持包含不同功能的節點之間的會議和不同網絡之間的會議。Ｈ．３２３建議的多媒體會議系統中的信息流包括音頻、視頻、數據和控制信息。信息流采用Ｈ．２２５．０建議方式來打包和傳送。

     Ｈ．３２３呼叫建立過程涉及到三種信令：ＲＡＳ（注冊：Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ、許可：Ａｄｍｉｓｓｉｏｎ和狀態：Ｓｔａｔｕｓ）信令，Ｈ．２２５．０呼叫信令和Ｈ．２４５控制信令。其中ＲＡＳ信令用來完成終端與網守之間的登記注冊、授權許可、帶寬改變、狀態和脫離解除等過程；Ｈ．２２５．０呼叫信令用來建立兩個終端之間的連接，這個信令使用Ｑ．９３１消息來控制呼叫的建立和拆除，當系統中沒有網守時，呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個終端之間打開；當系統中包括一個網守時，由網守決定在終端與網守之間或是在兩個終端之間開辟呼叫信令信道；Ｈ．２４５控制信令用來傳送終端到終端的控制消息，包括主從判別、能力交換、打開和關閉邏輯信道、模式參數請求、流控消息和通用命令與指令等。Ｈ．２４５控制信令信道建立于兩個終端之間，或是一個終端與一個網守之間。

     雖然Ｈ．３２３提供了窄帶多媒體通信所需要的所有子協議，但Ｈ．３２３的控制協議非常復雜。此外，Ｈ．３２３不支持多點發送（Ｍｕｌｔｉｃａｓｔ）協議，只能采用多點控制單元（ＭＣＵ）構成多點會議，因而同時只能支持有限的多點用戶。Ｈ．３２３也不支持呼叫轉移，且建立呼叫的時間比較長。

     與Ｈ．３２３相反，ＳＩＰ是一種比較簡單的會話初始化協議。它不像Ｈ．３２３那樣提供所有的通信協議，而是只提供會話或呼叫的建立與控制功能。ＳＩＰ可以應用于多媒體會議、遠程教學及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ電話等領域。ＳＩＰ既支持單點發送（Ｕｎｉｃａｓｔ）也支持多點發送，會話參加者和媒體種類可以**加入一個已存在的會議。ＳＩＰ可以用來呼叫人或機器設備，如呼叫一個媒體存儲設備記錄一個會議，或呼叫一個點播電視服務器向會議播放視頻信號。
ＳＩＰ是一種應用層協議，可以用ＵＤＰ或ＴＣＰ作為其傳輸協議。與Ｈ．３２３不同的是：ＳＩＰ是一種基于文本的協議，用ＳＩＰ規則資源定位語言描述（ＳＩＰＵｎｉｆｏｒｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｌｏｃａｔｏｒｓ），這樣易于實現和調試，更重要的是靈活性和擴展性好。由于ＳＩＰ僅作于初始化呼叫，而不是傳輸媒體數據，因而造成的附加傳輸代價也不大。ＳＩＰ的ＵＲＬ甚至可以嵌入到ｗｅｂ頁或其它超文本鏈路中，用戶只需用鼠標一點即可發出一個呼叫。與Ｈ．３２３相比，ＳＩＰ還有建立呼叫快，支持傳送電話號碼的**點。

２．編碼技術

     話音壓縮編碼技術是ＩＰ電話技術的一個重要組成部分。目前，主要的編碼技術有ＩＴＵ－Ｔ 定義的Ｇ．７２９、Ｇ．７２３（Ｇ．７２３．１）等。其中Ｇ．７２９可將經過采樣的６４ｋｂｉｔ／ｓ話音以幾乎不失真的質量壓縮至８ｋｂｉｔ／ｓ。由于在分組交換網絡中，業務質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性。Ｇ．７２９原來是８ｋｂｉｔ／ｓ的話音編碼**，現在的工作范圍擴展至６．４～１１．８ｋｂｉｔ／ｓ，話音質量也在此范圍內有一定的變化，但即使是６．４ｋｂｉｔ／ｓ，話音質量也還不錯，因而很適合在ＶｏＩＰ系統中使用。Ｇ７２３．１采用５．３／６．３ｋｂｉｔ／ｓ雙速率話音編碼，其話音質量好，但是處理時延較大，它是目前已**化的**低速率的話音編碼算法。表１為Ｇ．７２３．１、Ｇ．７２９和Ｇ．７２９Ａ的部分性能比較。
此外，靜音**技術和回聲消除技術也是ＶｏＩＰ中十分關鍵的技術。靜音**技術可有效剔除靜默信號，從而使話音信號的占用帶寬進一步降低到３．５ｋｂｉｔ／ｓ左右；回聲消除技術主要利用數字濾波器技術來消除對通話質量影響很大回聲干擾，保證通話質量。這點在時延相對較大的ＩＰ分組網絡中尤為重要。

３．實時傳輸技術

     實時傳輸技術主要是采用實時傳輸協議ＲＴＰ。ＲＴＰ是提供端到端的包括音頻在內的實時數據傳送的協議。ＲＴＰ包括數據和控制兩部分，后者叫ＲＴＣＰ。ＲＴＰ提供了時間標簽和控制不同數據流同步**性的機制，可以讓接收端重組發送端的數據包，可以提供接收端到多點發送組的服務質量包饋。

４．ＱｏＳ保障技術

     ＶｏＩＰ中主要采用資源預留協議（ＲＳＶＰ）以及進行服務質量監控的實時傳輸控制協議ＲＴＣＰ來避免網絡擁塞，保障通話質量。

５．網絡傳輸技術

     ＶｏＩＰ中網絡傳輸技術主要是ＴＣＰ和ＵＤＰ，此外還包括網關互聯技術、路由選擇技術、網絡管理技術以及安全**和計費技術等。由于實時傳輸協議ＲＴＰ提供具有實時**征的、端到端的數據傳輸業務，因此ＶｏＩＰ中可用ＲＴＰ來傳送話音數據。在ＲＴＰ報頭中包含裝載數據的標識**、序列號、時間戳以及傳送監視等，通常ＲＴＰ協議數據單元是用ＵＤＰ分組來承載，而且為了盡量減少時延，話音凈荷通常都很短。ＩＰ、ＵＤＰ和ＲＴＰ報頭都按**小長度計算。ＶｏＩＰ話音分組開銷很大，采用ＲＴＰ協議的ＶｏＩＰ格式，在這種方式中將多路話音插入話音數據段中，這樣提高了傳輸效率。