voip的基本原理

　　VoIP的基本原理是通過語音的壓縮算法對語音數(shù)據(jù)編碼進行壓縮處理，然后把這些語音數(shù)據(jù)按 TCP/IP 標準進行打包，經(jīng)過 IP 網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包送至接收地，再把這些語音數(shù)據(jù)包串起來，經(jīng)過解壓處理后，恢復(fù)成原來的語音信號，從而達到由互聯(lián)網(wǎng)傳送語音的目的。 IP 電話的核心與關(guān)鍵設(shè)備是 IP 網(wǎng)關(guān)，它把各地區(qū)電話區(qū)號映射為相應(yīng)的地區(qū)網(wǎng)關(guān) IP 地址。這些信息存放在一個數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)接續(xù)處理軟件將完成呼叫處理、數(shù)字語音打包、路由管理等功能。 在用戶撥打長途電話時，網(wǎng)關(guān)根據(jù)電話區(qū)號數(shù)據(jù)庫資料，確定相應(yīng)網(wǎng)關(guān)的 IP 地址，并將此 IP 地址加入 IP 數(shù)據(jù)包中，同時選擇最佳路由，以減少傳輸延時， IP 數(shù)據(jù)包經(jīng) Internet 到達目的地的網(wǎng)關(guān)。在一些 Internet 尚未延伸到或暫時未設(shè)立網(wǎng)關(guān)的地區(qū)，可設(shè)置路由，由最近的網(wǎng)關(guān)通過長途電話網(wǎng)轉(zhuǎn)接，實現(xiàn)通信業(yè)務(wù)。

　　VoIP是一種以IP電話為主，并推出相應(yīng)的增值業(yè)務(wù)的技術(shù)。

　　VoIP主要有以下三種方式：

　　網(wǎng)絡(luò)電話：完全基于Internet傳輸實現(xiàn)的語音通話方式，一般是PC和PC之間進行通話。與公眾電話網(wǎng)互聯(lián)的IP電話：通過寬帶或?qū)Ｓ玫腎P網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)語音傳輸。終端可以是PC或者專用的IP話機。

　　傳統(tǒng)電信運營商的VoIP業(yè)務(wù)：通過電信運營商的骨干IP網(wǎng)絡(luò)傳輸語音。提供的業(yè)務(wù)仍然是傳統(tǒng)的電話業(yè)務(wù)，使用傳統(tǒng)的話機終端。通過使用IP電話卡，或者在撥打的電話號碼之前加上IP撥號前綴，這就使用了電信運營商提供的VoIP業(yè)務(wù)。

　　VoIP相對比較便宜。這是因為VoIP電話不過是互聯(lián)網(wǎng)上的一種應(yīng)用。從本質(zhì)上說，VoIP電話與電子郵件，即時訊息或者網(wǎng)頁沒有什么不同，它們均能在經(jīng)過了互聯(lián)網(wǎng)連接的機器間進行傳輸。這些機器可以是電腦，或者無線設(shè)備，比如手機或者掌上設(shè)備等等。

　　基本原理

　　傳統(tǒng)的電話、傳真業(yè)務(wù)，一般是通過接入電信局提供的PSTN實現(xiàn)的。這種類型的接入方式使用的是線路交換的方式，獨占通信線路。當使用長途業(yè)務(wù)時，費用很高，如圖2所示。

　　圖2 傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)示意圖

　　而我們的VoIP應(yīng)用是使用IP網(wǎng)絡(luò)取代其中一部分的PSTN網(wǎng)絡(luò)功能進行語音數(shù)據(jù)的傳輸，使用的是包交換技術(shù)。下圖3所示所示的就是基于H.232協(xié)議組構(gòu)建的VoIP網(wǎng)絡(luò)，在該架構(gòu)中，總體框圖如圖？所示。

　　由圖2可知，接入網(wǎng)絡(luò)中的H.323系統(tǒng)的組成部件稱為H.323實體（entiy），它包括H.232終端、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守、多點控制器（MC）、多點處理器（MP）和多點控制單元（MCU Muhipoint Control Unit）。關(guān)于這些實體的具體意義，這部分的內(nèi)容會在第7節(jié)分析。

　　圖3 基于H.232協(xié)議組的VoIP網(wǎng)絡(luò)示意圖

　　綜上所述，傳統(tǒng)的電話網(wǎng)是以電路交換方式傳輸語音，所要求的傳輸寬帶為64kbit/s。為了充分地利用網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，VoIP通信中通常根據(jù)實際使用的要求采用各種壓縮算法對原始的語音數(shù)據(jù)進行壓縮處理，常用的有G.723.1、G.729等；然后才用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將壓縮后的語音數(shù)據(jù)進行打包處理，在運輸層采用無連接的UDP的方式，其主要目的是為了保證語音數(shù)據(jù)的傳輸?shù)膶崟r性，然后將UDP數(shù)據(jù)報交由IP分組網(wǎng)絡(luò)來進行傳送；在將壓縮數(shù)據(jù)傳送至UDP之前，先用RTP/RTCP協(xié)議對壓縮數(shù)據(jù)進行處理，RTP協(xié)議用以傳送語音數(shù)據(jù)，而RTCP協(xié)議用以傳送語音數(shù)據(jù)的控制信息。如圖4左側(cè)所示。 接收側(cè)收到數(shù)據(jù)后，其處理過程與發(fā)送側(cè)相反，如圖4右側(cè)所示。

　　圖4 語音數(shù)據(jù)處理示意圖

　　通常每個網(wǎng)關(guān)，既要發(fā)送語音數(shù)據(jù)，又要接收語音數(shù)據(jù)，所以包含圖3中的所有功能。實際上，網(wǎng)關(guān)的基本功能就是完成語音數(shù)據(jù)的壓縮、解壓縮和打包、解包處理。

　　實際的傳輸網(wǎng)絡(luò)可能是非常簡單的局域網(wǎng)，也可能極其復(fù)雜的廣域網(wǎng)，傳輸途徑中包含各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)交換機、路由器、ATM交換機、SDH等。

　　2.2 主要協(xié)議集

　　在許多場合，VoIP技術(shù)僅指通過IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)類似普通老式電話的功能。但是，在傳統(tǒng)電話網(wǎng)的業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的情況下，VoIP的含義和設(shè)計目標也超越了其字面意義；也就是說VoIP技術(shù)不僅指提供雙方會話的傳統(tǒng)電話技術(shù)，而且是包含話音、圖像和數(shù)據(jù)、支持各種智能業(yè)務(wù)的雙方及多方多媒體通信技術(shù)。

　　VoIP的媒體編碼技術(shù)包括流行的G.723.1、G.729、G.729A話音壓縮編碼算法和MPEG-II多媒體壓縮技術(shù)，目前還有許多的編碼技術(shù)，詳細情況可參閱第4節(jié)的介紹。

　　VoIP涉及到的控制信令技術(shù)：包括ITU-T H.323和IETF會話初始化協(xié)議SIP［4］（Session Initation Protocol）兩套標準體系，還涉及到進行實時同步連續(xù)媒體流傳輸控制的實時流協(xié)議TRSP。同時，還補充了MGCP協(xié)議，即MGCP協(xié)議實際上是一個補充的協(xié)議。在H.323協(xié)議和SIP協(xié)議中的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，不僅要執(zhí)行媒體格式的變換，如壓縮和解壓縮、RTP打包與解包等功能，而且還要進行信令的轉(zhuǎn)換，在IP網(wǎng)絡(luò)側(cè)執(zhí)行H.323或SIP協(xié)議，在PSTN側(cè)執(zhí)行電路交換的信令。這樣網(wǎng)關(guān)的功能變得非常復(fù)雜，限制了每個網(wǎng)關(guān)設(shè)備的容量；而且，隨著應(yīng)用的不斷普及，將有更多的網(wǎng)關(guān)終端進入用戶，這類網(wǎng)關(guān)設(shè)備的由于成本較高，并存在網(wǎng)絡(luò)安全等問題，嚴重影響VoIP系統(tǒng)應(yīng)用。MGCP協(xié)議就可以解決這些問題，其基本思想就是將媒體變換功能和網(wǎng)關(guān)控制功能相分離。使網(wǎng)關(guān)只承擔(dān)簡單的媒體變換功能，稱為媒體網(wǎng)關(guān)（MG：Media Gateway），復(fù)雜的網(wǎng)關(guān)控制功能則由網(wǎng)關(guān)之外的獨立的控制實體來執(zhí)行，該實體稱為呼叫代理（CA：Call Agent），兩者之間的接口就采用MGCP協(xié)議來進行交互。

　　VoIP涉及到的分組傳輸技術(shù)：主要采用實時傳輸協(xié)議RTP。

　　VoIP涉及到的業(yè)務(wù)質(zhì)量保障技術(shù)包括采用資源預(yù)留協(xié)議RSVP、服務(wù)質(zhì)量Qos和用于業(yè)務(wù)質(zhì)量監(jiān)控的實時傳輸控制協(xié)議RTCP來避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，保障通話質(zhì)量。

　　VoIP涉及到的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)主要是TCP和UDP。

　　此外還涉及到分組重建技術(shù)和時延抖動平滑技術(shù)、動態(tài)路由平衡傳輸技術(shù)、網(wǎng)關(guān)互聯(lián)技術(shù)（包括媒體互通和控制信令互通）、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)（SNMP）、安全認證和計費技術(shù)、IVR交互式語音響應(yīng)技術(shù)等等。

　　2.3 技術(shù)特點

　　VoIP應(yīng)用在近幾年得到了迅速的發(fā)展，與其許多獨特的技術(shù)特點是分不開的。主要的特點有：

　　1．低成本

　　價格低廉曾經(jīng)是VoIP技術(shù)得以發(fā)展的一個非常重要的因素。VoIP均會采用語音壓縮技術(shù)，雖加上RTP/UDP/IP封裝以及底層傳輸?shù)拈_銷，通常也只需要傳統(tǒng)電路交換1/3~1/4左右的帶寬；而且，利用VoIP技術(shù)來傳輸語音，本質(zhì)上是分組統(tǒng)計復(fù)用的，這樣，就可以在更大程度上提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。同時，隨著VoIP技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)關(guān)等設(shè)備的生產(chǎn)成本也迅速下降。低成本為VoIP技術(shù)的迅速推廣應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

　　2．容易實現(xiàn)增值業(yè)務(wù)

　　VoIP技術(shù)的優(yōu)勢絕非僅僅是價格低廉，靈活實現(xiàn)增值業(yè)務(wù)才是VoIP得以發(fā)展的真正動力。VoIP采用的是智能終端，IP網(wǎng)絡(luò)是開放式的網(wǎng)絡(luò)，其固有的分布式計算機環(huán)境很容易迅速推出新的業(yè)務(wù)。相對而言，電話網(wǎng)推出一項增值業(yè)務(wù)往往比較困難，有時受限于終端能力和網(wǎng)絡(luò)互通能力，某些業(yè)務(wù)還無法提供。在局端系統(tǒng)中，傳統(tǒng)電話網(wǎng)采用智能網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)增值業(yè)務(wù)，而VoIP技術(shù)從本質(zhì)上來講，比智能網(wǎng)技術(shù)更加靈活，智能也更強大。

　　下圖就是傳統(tǒng)PSTN網(wǎng)絡(luò)和VoIP的比較。由圖5可以明顯看出，VoIP在通話成本上具有明顯優(yōu)勢，通話質(zhì)量略遜一籌，但其在不斷發(fā)展與加強中。因此VoIP業(yè)務(wù)給傳統(tǒng)通訊業(yè)帶來巨大沖擊，也給新興運營商帶來商機。

　　圖5 傳統(tǒng)電話和VoIP電話技術(shù)比較