IP電話(huà)的關(guān)鍵技術(shù)
像我們做通信設(shè)備的。經(jīng)常接觸到電話(huà)光端機(jī)，所以對(duì)于IP電話(huà)的關(guān)鍵技術(shù)還是比較熟悉的。
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IP路由器技術(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(huà)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。IP電話(huà)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(QoS)保證技術(shù)、以及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等。
1.信令技術(shù)
信令技術(shù)保證電話(huà)呼叫的順利實(shí)現(xiàn)和話(huà)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(huà)初始化協(xié)議SIP。
ITU的H.323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.323標(biāo)準(zhǔn)是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、INTRANET和Internet上的多媒體提供IP路由器技術(shù)基礎(chǔ)保障。H.323是ITU-T有關(guān)多媒體通信的一個(gè)協(xié)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(jī)制,協(xié)議范圍和基本操作類(lèi)似于ISDN的Q.931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.245,用于建立連接的H.225.0,用于大型會(huì)議的H.332,用于補(bǔ)充業(yè)務(wù)的H.450.1、H.450.2和H.450.3,有關(guān)安全的H.235,與電路交換業(yè)務(wù)互操作的H.246等。H.323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(lài)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.323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.323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.225.0建議方式來(lái)打包和傳送。
H.323呼叫建立過(guò)程涉及到三種信令：RAS信令(R=注冊(cè)：Registration、A=許可：Admission和S=狀態(tài)：Status),H.225.0呼叫信令和H.245控制信令。其中RAS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.225.0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.245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.323的控制協(xié)議非常復(fù)雜。此外,H.323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(hù)。H.323也不支持呼叫轉(zhuǎn)移,且建立呼叫的時(shí)間比較長(zhǎng)。與H.323相反,SIP是一種比較簡(jiǎn)單的會(huì)話(huà)初始化協(xié)議。它不像H.323那樣提供所有的通信協(xié)議,而是只提供會(huì)話(huà)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(huà)等領(lǐng)域。SIP既支持單點(diǎn)發(fā)送(Unicast)也支持多點(diǎn)發(fā)送,會(huì)話(huà)參加者和媒體種類(lèi)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.323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(SIPUniformResourceLocators),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URLL甚至可以嵌入到web頁(yè)或其它超文本鏈路中,用戶(hù)只需用鼠標(biāo)一點(diǎn)即可發(fā)出一個(gè)呼叫。與H.323相比,SIP還有建立呼叫快,支持傳送電話(huà)號(hào)碼的特點(diǎn)。
2.編碼技術(shù)
話(huà)音壓縮編碼技術(shù)是IP電話(huà)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.723.1)等。其中G.729可將經(jīng)過(guò)采樣的64kbit/s話(huà)音以幾乎不失真的質(zhì)量壓縮至8kbit/s。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(huà)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.729原來(lái)是8kbit/s的話(huà)音編碼標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)在的工作范圍擴(kuò)展至6.4～11.8kbit/s,話(huà)音質(zhì)量也在此范圍內(nèi)有一定的變化,但即使是6.4kbit/s,話(huà)音質(zhì)量也還不錯(cuò),因而很適合在VoIP系統(tǒng)中使用。G723.1采用5.3/6.3Kbit/s雙速率話(huà)音編碼,其話(huà)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(huà)音編碼算法。
3.實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)
實(shí)時(shí)傳輸IP路由器技術(shù)主要是采用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP。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)量反饋。
4.服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證技術(shù)
IP電話(huà)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(huà)質(zhì)量。
5.網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)
IP電話(huà)中網(wǎng)絡(luò)傳輸IP路由器技術(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)證和計(jì)費(fèi)技術(shù)等。由于實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP提供具有實(shí)時(shí)特征的、端到端的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù),因此IP電話(huà)中可用RTP來(lái)傳送話(huà)音數(shù)據(jù)。在RTP報(bào)頭中包含裝載數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)符、序列號(hào)、時(shí)間戳以及傳送監(jiān)視等,通常RTP協(xié)議數(shù)據(jù)單元是用UDP分組來(lái)承載,而且為了盡量減少時(shí)延,話(huà)音凈荷通常都很短。IP、UDP和RTP報(bào)頭都按最小長(zhǎng)度計(jì)算。VoIP話(huà)音分組開(kāi)銷(xiāo)很大,采用RTP協(xié)議的IP電話(huà)格式,在這種方式中將多路話(huà)音插入話(huà)音數(shù)據(jù)段中,這樣提高了傳輸效率。此外,靜音檢測(cè)技術(shù)和回聲消除技術(shù)也是IP電話(huà)中十分關(guān)鍵的IP路由器技術(shù)。靜音檢測(cè)技術(shù)可有效剔除靜默信號(hào),從而使話(huà)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(huà)質(zhì)量影響很大回聲干擾,保證通話(huà)質(zhì)量。