浅析IP电话技术原理

machangrong

当今，Internet的发展引起了前所未有的通信技术革命，有力地推动了信息产业的发展，通信数字化的不断发展，使传统电信模式面临挑战，同时，也使原有电信模式与IP网络日渐融合。IP电话就是近几年来出现并得到迅速发展的一种技术。在1995年以前，世界上并没有真正的IP电话系统。逐渐地，研究人员和电脑爱好者开始使用特定的App，在两台同时上网的电脑之间传输语音信号。这种简单的使用通常效果不佳且需要双方均在网上并拥有必需的硬件配置。基本上，他们并不涉及现存的普通电话网络，只是一种直接通过PC-Internet-PC的传输模式，因此它对电信传输业并没有真正的实用价值。但此后，随着Internet传输速度和带宽的快速提高，以及各种压缩算法和数据处理平台的出现，人们开始通过在不同地点架设传输转接系统，以使语音通信能通过Internet接到一般的普通电话上。因为这种传输方式成本极为低廉，配置极其简单，随着其通话质量的不断提高，它获得了越来越多的注意力，出现了众多的技术方案及相关的IP电话企业。现在，IP电话已经覆盖了整个美洲、欧盟，韩国、日本已经全面开放，台湾地区正在推广。随着IP电话的发展，国际电信联盟已经在制定IP电话的相应标准。IP电话不仅仅是为用户节省了金钱，同时为语音、数据和图像信息集成开辟了道路。2 IP电话的实现原理2.1 IP电话的概念IP电话通常被称作Internet电话或网络电话，顾名思义，就是通过Internet打电话。从广义上说，它应被称为Internet电信，因为它包括语音、传真、视频传输等多种电信业务。2.2 IP电话的基本原理IP电话的话音是利用基于路由器/分组交换的IP(Internet/Intranet)数据网进行传输。由于Internet中采用“存储一转发”的方式传递数据包，并不独占电路，并且对语音信号进行了很大的压缩处理，因此IP电话占用带宽仅为8kbit/S-10kbit/S，再加上分组交换的计费方式与距离的远近无关，自然节省了长途通信费用。Internet是由众多各种不同的计算机网络互联组成的，遍布世界各地。Internet的出现和普及极大地改变了人们的交流和通信方式。Internet使用标准的TCP/IP协议来实现各计算机之间的相互通信和数据交换。TCP/IP协议则负责将要传输的IP数据分组排队发送到网络上。每个分组均包含地址及数据重组信息，以确保数据安全和数据分组交换正确无误。 IP Telephony就是以Internet作为主要传输介质进行语音传送的。首先，语音信号通过公用电话网络被传输到IPTelephony网关;然后网关再将话音信号转换压缩成数字信号传递进入Internet;而这些数字信号通过遍及全球而成本低廉的网络将信号传递到对方所在地的网关，再由这个网关将数字信号还原成为模拟信号，输入到当地的公共电话网络，最终将语音信号传给收话人。2.3 IP电话系统的关键设备—一网关设在各地的网关由一个独一的IP地址表示，它是架通两种通信传输方式的一座桥梁，是Internet上的‘交换局”，以实现远程电话间的互联和通信。在一边，网关连接传统的电路交换网(Circuit-switched Network)如公共交换电话网(PSTN)，可和外部的任意一部电话通信。在另一边，网关连接分组交换网(Packet-Switched Networ)如Internet、Intranet等，可和接入网络的任意一台计算机通信。在整个Internet Phone系统中，网关分布在世界各地，处应当地的PSTN网与Internet的接入和转换理。网关接收标准电话信号，经数字化与大幅度地压缩后，使用IP协议进行分组送到Internet，找出传输路由，通过Internet发往目的地。反之，接收Internet传输过来的数据分组，并转往电话网络系统。接入和转出电话网络系统可同时进行，实现全双工(双向)通话。例如在北京拨打一个到旧金山的长途电话，在北京，一个普通的公共电话通过PSTN接入本地网关，本地网关对数据进行特定的压缩算法处理，组织成包含主、被叫号码、时间、通话信息等数据的IP分组，并分析被叫号码，根据路由表，把它映射成为一个IP地址，通过路由选择，发往该IP地址(如旧金山)对应的远端网关。而在被叫方旧金山，远端网关接收北京本地网关传输过来的IP数据分组，进行相反过程的解压缩，再发往其本地端的PSTN网。这样，就实现了两地的实时通信。而其所包含的通信费用仅为北京本地普通电话费+Internet通信费+旧金山本地电话费。由于Internet的通信费是较低的，所以长途电话费用下降。2.4IP电话话音质量话音质量基本取决于两个因素：一是上网通信线路的速度;二是Internet本身是否繁忙。IP电话话音质量与普通电话话音质量相比主要有两个方面的差别：一是话音滞后，二有时略有失真现象。凡是使用过IP电话的人，普遍认为话音质量比想象的好，一般来讲介于普通电话与移动电话之间。为了提高话音质量，最直接的方法是扩大Internet的接入速率，使用良好的Internet接入线路。2.5 IP电话系统中的几个关键技术和标准* IP电话的基本标准Internet电话的标准采用ITU-T H.323标准。H.323是ITU的多媒体通信协议系列H.32x中的一个。H.323提供了基于IP网络(包括Internet)的传送声音、视频和数据的基本标准，它是一个框架协议，与之相关的传输、控制及声音、视频压缩等标准见下表(表中还包含了多媒体在其余网络(ISDN、PSTN)中的系列协议)。H.323定义了网络传输中的四种基本的构成单元：终端、网关、关守和多点控制器(MCU)。* 网络协议标准一般说来，Internet电话的呼叫建立和控制大多建立在TCP基础上，而音频流的传送则建立在UDP基础上，为保证传送的实时性，IETF增加了几个重要的协议：RSVP( Resource Reservation Protocol)：一般说来，在IP网络上保留足够的带宽用于多媒体的传送是十分困难的，为此IEtF，定义了资源预留协议(RSVP)。RSVP允许接收者申请特定数量的带宽用以进行数据传输，有了RSVP，传统的无QoS(Quality of Service)保证的IP网络获得了QoS保证。要能够使用RSVP，H.323的终端、网关、MCU等必须支撑， IP网络上的路由器等也必须支撑，RSVP在RFC2205-RF C2209中定义。RTP/RTCP( Real-Time Protocol/Real-Time ControlProtocol)：RTP是IETF定义的用以传送音频、视频流的协议，RTP建立在UDP上，在RTP的头部，定义了一个时间戳(Time Stamp)，使得音视频的实时传送及同步得到保证。RTCP则是控制和监视RTP及其Qos的协议。H.323是建立RTP基础上的。RTP/RCt协议见RFC1889和C1890。* 语音编码标准H.323中定义了多种话音的传送，IETF成立了AVT( Audio/Video Transport)工作组用以进行话音传送的研究。目前，Internet电话中常用的语音编码比特流速率如下：G.711 64Kbit/s,G722 48-64kbit/s，G.728 16kbit/s,G.723和G.723.1 5.3kbit/S或6.3kbit/S，G.729和G.729A8或13kbit/s。在通话双方不说话时不传送话音数据能有效地节约带宽，但为防止静音压缩时通话听起来时断时续的感觉，建议在静音过程中加上背景噪声，IMTC的VoIP论坛提出了可变参数的背景噪声传递方法。*控制模块H.323的系统控制包括：H.245控制、Q.931呼叫信号控制和RAS控制。H.245控制信道是一个可信通道，用来承载控制信息用以对H.323实体的操作。这些控制包括：性能交换、打开或关闭逻辑通道、优先级请求、流程控制信息以及基本的命令的指示等。呼叫信号通道利用Q.931在两个终端间建立连接。RAS信号通道完成注册、访问权限、带宽改变及状态更新等。RAS信号通道一般在终端和关守间建立，如果关守不存在，那么就没有了RAS通道。3 结束语近一两年来，IP电话在包括我国在内的世界国初露头角。我国有关政府部门对IP电话，采取了同引进其它新技术、新业务一样的态度，始终积极跟踪、认证研究。并于1999年4月27日信息产业部正式批准中国电信、中国联通、中国吉通三家企业进行IP电话业务运营试验。IP电话以其低廉的长途电话费受到人们的欢迎，得到了快速发展，今年5月中旬才开始销售的IP电话卡一上市即受到消费者的欢迎，国内第一批IP电话卡目前在京告罄。相信，无论是国外还是在国内，作为给用户提供的一种选择，IP电话业务发展前景是广阔的。也许在将来的10-15年内，IP电话将与现有的电信话音网络综合，形成综合的语音/数据/视频网络。