Herkömmliches Telefonnetz ist Voice-by-Circuit-Exchange, das erforderliche Übertragungsbreitband von 64kbit/s.Das sogenannte VoIP ist das IP-Paketvermittlungsnetz als Übertragungsplattform, die die Komprimierung des Sprachsignals, Paketierung und eine Reihe spezieller Verarbeitungen simuliert, damit es das unverbundene UDP-Protokoll zur Übertragung verwenden kann.
Zur Übertragung von Sprachsignalen in einem IP-Netzwerk sind mehrere Elemente und Funktionen erforderlich.Die einfachste Form des Netzwerks besteht aus zwei oder mehr VoIP-fähigen Geräten, die über ein IP-Netzwerk verbunden sind.
1.Voice-Data-Transformation
Sprachsignal ist eine analoge Wellenform, über IP, um Sprache zu übertragen, ob Echtzeit-Anwendungsgeschäft oder Echtzeit-Anwendungsgeschäft, zuerst zu Sprachsignal-Analogdatenumwandlung, nämlich die Quantifizierung des analogen Sprachsignals 8 oder 6, und dann an den Pufferspeicher gesendet , kann die Größe des Puffers entsprechend den Anforderungen der Verzögerung und Codierung ausgewählt werden.Viele Codierer mit niedriger Bitrate werden in Frames codiert.
Die typische Rahmenlänge lag im Bereich von 10 bis 30 ms.In Anbetracht der Kosten während der Übertragung bestehen interlinguale Pakete normalerweise aus 60, 120 oder 240 ms Sprachdaten.Die Digitalisierung kann unter Verwendung verschiedener Sprachcodierungsschemata implementiert werden, und die aktuellen Sprachcodierungsstandards sind hauptsächlich ITU-T G.711.Der Sprachcodierer am Quellziel muss denselben Algorithmus implementieren, damit das Sprachgerät am Ziel das analoge Sprachsignal wiederherstellen kann.
2.Originaldaten-zu-IP-Konvertierung
Sobald das Sprachsignal digital codiert ist, besteht der nächste Schritt darin, das Sprachpaket mit einer bestimmten Rahmenlänge zu komprimieren, zu codieren.Die meisten Encoder haben eine bestimmte Framelänge.Wenn ein Encoder 15-ms-Frames verwendet, wird das 60-ms-Paket von der ersten Stelle in vier Frames aufgeteilt und der Reihe nach codiert.Jeder Rahmen hat 120 Sprachabtastwerte (Abtastrate von 8 kHz).Nach dem Codieren wurden die vier komprimierten Frames zu einem komprimierten Sprachpaket synthetisiert und an den Netzwerkprozessor gesendet.Der Netzwerkprozessor fügt der Sprache ein Baotou, eine Zeitskala und andere Informationen hinzu und leitet sie über das Netzwerk an den anderen Endpunkt weiter.
Das Sprachnetzwerk stellt einfach eine physische Verbindung zwischen den Kommunikationsendpunkten her (eine Leitung) und überträgt die codierten Signale zwischen den Endpunkten.Im Gegensatz zu leitungsvermittelnden Netzwerken bilden IP-Netzwerke keine Verbindungen.Es erfordert, dass Daten in unterschiedlich langen Datenberichten oder -paketen platziert werden, dann Adress- und Steuerinformationen an jedes Datagramm gesendet und über das Netzwerk an das Ziel weitergeleitet werden.
3. Übertragung
In diesem Kanal wird das gesamte Netzwerk als Sprachpaket betrachtet, das vom Eingang empfangen und dann innerhalb einer bestimmten Zeit (t) zum Netzwerkausgang übertragen wird.t kann in einem vollen Bereich variieren, was den Jitter in der Netzwerkübertragung widerspiegelt.
Derselbe Knoten im Netzwerk prüft die Adressierungsinformationen, die mit allen IP-Daten verbunden sind, und verwendet diese Informationen, um dieses Datagramm an die nächste Haltestelle auf dem Zielpfad weiterzuleiten.Eine Netzwerkverbindung kann jede Topologie oder Zugriffsmethode sein, die IP-Datenströme unterstützt.
4. Das IP-Paket - die Transformation der Daten
Das Ziel-VoIP-Gerät empfängt diese IP-Daten und beginnt mit der Verarbeitung.Die Netzwerkebene stellt einen Puffer mit variabler Länge bereit, der verwendet wird, um den durch das Netzwerk erzeugten Jitter zu regulieren.Der Puffer kann viele Sprachpakete aufnehmen, und Benutzer können die Größe des Puffers wählen.Kleine Puffer erzeugen weniger Latenz, regulieren aber keinen großen Jitter.Zweitens dekomprimiert der Decodierer das codierte Sprachpaket, um ein neues Sprachpaket zu erzeugen, und dieses Modul kann auch rahmenweise arbeiten, genau die gleiche Länge wie der Decodierer.
Wenn die Rahmenlänge 15 ms beträgt, werden die 60-ms-Sprachpakete in 4 Rahmen aufgeteilt und dann in einen 60-ms-Sprachdatenfluss zurückdekodiert und an den Dekodierpuffer gesendet.Bei der Verarbeitung des Datenberichts werden die Adressierungs- und Steuerinformationen entfernt, die ursprünglichen Originaldaten beibehalten und diese Originaldaten dann dem Decoder bereitgestellt.
5.Digitale Sprache wurde in analoge Sprache umgewandelt
Das Wiedergabelaufwerk entfernt die Sprachabtastwerte (480) aus dem Puffer und sendet sie über den Lautsprecher mit einer vorbestimmten Frequenz (z. B. 8 kHz) an die Soundkarte.Kurz gesagt, die Übertragung von Sprachsignalen im IP-Netzwerk durchläuft die Umwandlung von einem analogen Signal in ein digitales Signal, die Verpackung digitaler Sprache in ein IP-Paket, die Übertragung von IP-Paketen durch das Netzwerk, das Entpacken von IP-Paketen und die Wiederherstellung der analogen digitalen Sprache Signal.
Zweitens VoIP-bezogene technische Standards
Für Multimedia-Anwendungen in bestehenden Kommunikationsnetzen hat die International Telecommunication Union (ITU-T) das H.32x Multimedia-Kommunikationsserienprotokoll entwickelt, die folgenden Hauptstandards für eine einfache Beschreibung:
H.320, Standard für multimediale Kommunikation auf Schmalband-Bildtelefonanlage und Endgerät (N-ISDN);
H.321, Standard für multimediale Kommunikation auf dem B-ISDN;
H.322.Standard für Multimedia-Kommunikation im LAN garantiert durch QoS;
H.323.Standard für Multimedia-Kommunikation in einem Paketvermittlungsnetz ohne QoS-Garantie;
H.324, ein Standard für Multimedia-Kommunikation auf Kommunikationsendgeräten mit niedriger Bitrate (PSTN und drahtlose Netzwerke).
Unter den oben genannten Standards sind H. Die 323-Standard-definierten Netzwerke sind die am weitesten verbreiteten, wie Ethernet, Token-Netzwerk, FDDI-Netzwerk usw. wegen H. Die Anwendung des 323-Standards ist natürlich zu einem Hotspot auf dem Markt geworden. Daher konzentrieren wir uns im Folgenden auf H.323.H.323 Vier Hauptkomponenten sind in dem Vorschlag definiert: Terminal, Gateway, Gateway-Verwaltungssoftware (auch bekannt als Gateway oder Gate) und Mehrpunkt-Steuereinheit.
1. Terminal (Terminal)
Alle Terminals müssen die Sprachkommunikation unterstützen, und die Video- und Datenkommunikationsfähigkeiten sind optional. Alle H. Das 323-Terminal muss auch den H.245-Standard, H.245, unterstützen. Der Standard wird verwendet, um die Kanalnutzung und die Kanalleistung zu steuern. H .323 Die Hauptparameter des Sprachcodecs in der Sprachkommunikation sind wie folgt spezifiziert: ITU empfohlene Sprachbandbreite / KHz Übertragungsbitrate / Kb/s Kompressionsalgorithmus Anmerkung G.711 3.4 56,64 Einfache PCM-Komprimierung, angewandt auf das PSTN in G .728 3,4 16 LD-CELP-Sprachqualität wie G.711, angewendet auf die Übertragung mit niedriger Bitrate G.722 7 48,56,64 ADPCM-Sprachqualität ist höher als G.711, angewendet auf die Übertragung mit hoher Bitrate G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Sprachqualität ist akzeptabel, G.723.1 Nehmen Sie ein G für das VOIP-Forum an.729G.729A 3.4 8 CS-ACELP-Verzögerung ist niedriger als G.723.1, Sprachqualität ist höher als die G.723.1。
2.Gateway (Gateway)
Dies ist H.Eine Option für das 323-System. Das Gateway kann die von verschiedenen Systemen verwendeten Protokolle, Audio-, Videocodierungsalgorithmen und Steuersignale umwandeln, um die Systemterminalkommunikation zu ermöglichen. Wie das PSTN-basierte H.324-System und Schmalband ISDN-basiertes H.The 320 System und H.323 Für die Systemkommunikation muss das Gateway konfiguriert werden;
3. Zollaufbewahrung (Gatekeeper)
Dies ist H. Eine optionale Komponente des 323-Systems ist die Software zur Vervollständigung der Verwaltungsfunktion. Sie hat zwei Hauptfunktionen: Die erste dient der H.323-Anwendungsverwaltung;die zweite ist die Verwaltung der Endgerätekommunikation über das Gateway (wie z. B. Anrufaufbau, -entfernung usw.). Manager können Adresskonvertierung, Bandbreitensteuerung, Anrufauthentifizierung, Anrufaufzeichnung, Benutzerregistrierung, Kommunikationsdomänenverwaltung und andere Funktionen durch den Zoll ausführen Keeping.one H.323 Die Kommunikationsdomäne kann mehrere Gateways haben, aber nur ein Gateway funktioniert.
4.Multipoint-Steuereinheit (Multipoint-Steuereinheit)
Die MCU ermöglicht die Mehrpunktkommunikation in einem IP-Netzwerk, und eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation ist nicht erforderlich. Das gesamte System bildet durch die MCU eine Sterntopologie. Die MCU enthält zwei Hauptkomponenten: den Mehrpunktcontroller MC und den Mehrpunktprozessor MP oder ohne MP.H zwischen MC-Verarbeitungsterminals.245 Steuerinformationen zum Aufbau eines minimalen öffentlichen Namensgebers für die Audio- und Videoverarbeitung.MC verarbeitet nicht direkt einen Medieninformationsstrom, sondern überlässt dies MP. MP mischt, schaltet und verarbeitet das Audio , Video oder Dateninformationen.
In der Industrie gibt es zwei parallele Architekturen, eine ist die oben eingeführte ITU-TH.323 Protokoll ist das von der Internet Engineering Task Force (IETF) vorgeschlagene SIP-Protokoll (RFC2543), und das SIP-Protokoll ist besser geeignet für intelligente Endgeräte.
Drittens: Der Impuls für die VoIP-Entwicklung
Die weit verbreitete Verwendung von VoIP wird sich aufgrund vieler Hardware, Software, verwandter Entwicklungen und technologischer Durchbrüche im Protokoll und in den Standards schnell bewahrheiten. Technologische Fortschritte und Entwicklungen in diesen Bereichen spielen eine treibende Rolle bei der Schaffung eines effizienteren, funktionaleren und interoperableren VoIP-Netzwerks. Die technischen Faktoren, die die rasante Entwicklung und sogar weite Verbreitung von VoIP begünstigen, lassen sich in den folgenden Aspekten zusammenfassen.
1. Digitaler Signalprozessor
Fortschrittliche digitale Signalprozessoren (Digital Signal Processor, DSP) führen die rechenintensiven Komponenten aus, die für die Sprach- und Datenintegration erforderlich sind. DSP verarbeitet digitale Signale in erster Linie, um komplexe Berechnungen durchzuführen, die sonst möglicherweise von einer universellen CPU durchgeführt werden müssten. Die Kombination ihrer spezialisierten Verarbeitungsleistung bei niedrigen Kosten macht den DSP gut geeignet, um die Signalverarbeitungsfunktionen im VoIP-System auszuführen.
Einzelner Sprachstrom auf G.729 Die Rechenkosten der Sprachkomprimierung sind normalerweise hoch und erfordern 20 MIPS.Wenn eine zentrale CPU erforderlich ist, um Routing- und Systemverwaltungsfunktionen auszuführen, während mehrere Sprachströme verarbeitet werden, ist dies unrealistisch.Daher kann die Verwendung eines oder mehrerer DSPs die Rechenaufgabe des komplexen Sprachkomprimierungsalgorithmus von der zentralen CPU deinstallieren. Darüber hinaus eignet sich DSP für die Sprachaktivitätserkennung und Echounterdrückung, wodurch sie Sprachdatenströme in Echtzeit verarbeiten und schnell darauf zugreifen können On-Board-Speicher, so. In diesem Abschnitt beschreiben wir detailliert, wie Sprachcodierung und Echounterdrückung auf der TMS320C6201DSP-Plattform implementiert werden.
Protokoll und Standardsoftware und -hardware H.323 Weighted Fair Queuing Method DSP MPLS Tag Exchange Weighted Random Early Detection Advanced ASIC RTP, RTCP Dual Funnel General Cell Rate Algorithm DWDM RSVP Rated Access Fast Rate SONET Diffserv, CAR Cisco Fast Forwarding CPU Processing Power G. 729, G.729a: CS-ACELP Extended Access Table ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Token Barrel Algorithmus Multilink PPP Frame Relay Datengleichrichter SIP basierend auf Prioritätsintegration von CoS Packet over SONET IP und ATM QoS / CoS
2.Fortgeschrittene dedizierte integrierte Schaltungen
Die Entwicklung von Application-Specific Integrated Circuit (ASIC) hat einen schnelleren, komplexeren und funktionaleren ASIC hervorgebracht. ASIC ist ein spezialisierter Anwendungschip, der eine einzelne Anwendung oder einen kleinen Satz von Funktionen ausführt. Da sie sich auf sehr enge Anwendungsziele konzentrieren, Sie können für bestimmte Funktionen hochoptimiert werden, normalerweise mit einer Dual-Purpose-CPU, die eine oder mehrere Größenordnungen schneller ist.
So wie sich der Thin Instruction Set Computer (RSIC)-Chip auf die schnelle Ausführung von Grenzzahlen konzentriert, ist der ASIC vorprogrammiert, um eine endliche Anzahl von Funktionen schneller auszuführen. Sobald die Entwicklung abgeschlossen ist, sind die Kosten der ASIC-Massenproduktion niedrig und er wird verwendet für Netzwerkgeräte, einschließlich Router und Switches, die Funktionen wie Routing-Tabellenprüfung, Gruppenweiterleitung, Gruppensortierung und -prüfung sowie Warteschlangen ausführen. Die Verwendung von ASIC verleiht dem Gerät eine höhere Leistung und geringere Kosten Netzwerk, daher spielen sie eine große Rolle bei der Förderung der VoIP-Entwicklung.
3.IP-Übertragungstechnologie
Die meisten Übertragungstelekommunikationsnetze verwenden Zeitmultiplex, während das Internet statistische Wiederverwendung und den Austausch langer Pakete übernehmen muss.Im Vergleich dazu hat letzteres eine hohe Auslastung der Netzwerkressourcen, eine einfache und effektive Verbindung und ist sehr gut für Datendienste geeignet, was einer der wichtigsten Gründe für die schnelle Entwicklung des Internets ist. Die Breitband-IP-Netzwerkkommunikation erfordert jedoch QoS- und Verzögerungseigenschaften , so hat die Entwicklung des statistischen Multiplexing-Paketaustauschs Besorgnis angezogen. Derzeit hat die World Internet Engineering Task Group (IETF) zusätzlich zur neuen Generation des IP-Protokolls IPV6 die Multi-Protocol-Tag-Exchange-Technologie (MPLS) vorgeschlagen ist eine Art Netzwerkschichtauswahl, die auf verschiedenen Tag- / Label-Austauschen basiert, die Flexibilität der Straßenauswahl verbessern, die Auswahlfähigkeit der Netzwerkschicht erweitern, die Router- und Kanalaustauschintegration vereinfachen und die Netzwerkleistung verbessern kann. MPLS kann als unabhängiges Routing-Protokoll arbeiten und kompatibel mit dem bestehenden Netzwerk-Routing-Protokoll, unterstützen verschiedene Betriebs-, Verwaltungs- und Wartungsfunktionen von IP network, QoS, Routing, Signalisierungsleistung stark verbessert, um das Niveau der statistischen Wiederverwendung von Paketen mit fester Länge (ATM) zu erreichen oder nahezu zu erreichen, und einfach, effizient, billig und anwendbar als ATM.
Die IETF ergreift auch lokal die neue Gruppierungstechnologie, um eine QoS-Straßenauswahl zu erreichen. Die „Tunneltechnologie“ wird untersucht, um eine Breitbandübertragung von Einwegverbindungen zu erreichen. Darüber hinaus ist auch die Auswahl der IP-Netzwerkübertragungsplattform eine Frage wichtiges Forschungsgebiet in den letzten Jahren, und IP über ATM, IP über SDH, IP über DWDM und andere Technologien sind sukzessive erschienen.
Die IP-Schicht bietet IP-Benutzern qualitativ hochwertige IP-Zugangsdienste mit bestimmten Dienstgarantien. Die Benutzerschicht stellt die Zugangsform (IP-Zugang und Breitbandzugang) und die Dienstinhaltsform bereit das IP-Netzwerk, ist selbstverständlich, aber IP overDWDM ist auf dem neuesten Stand der Technik und hat ein großes Entwicklungspotential.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) haucht Glasfasernetzwerken neues Leben ein und bietet Telekommunikationsunternehmen, die ein neues Glasfaser-Backbone verlegen, eine erstaunliche Bandbreite. Die DWDM-Technologie nutzt die Fähigkeiten von Glasfasern und fortschrittlichen optischen Übertragungsgeräten. Der Name Wave Division Multiplexing leitet sich von der Übertragung mehrerer ab Lichtwellenlängen (LASER) aus einem einzigen Glasfaserstrom. Aktuelle Systeme können 16 Wellenlängen senden und erkennen, während zukünftige Systeme 40 bis 96 volle Wellenlängen unterstützen können. Dies ist von Bedeutung, da jede zusätzliche Wellenlänge einen zusätzlichen Informationsfluss hinzufügt. Sie können damit das 2,6 Gbit/s (OC-48) Netz um das 16-fache erweitern ohne neue Fasern verlegen zu müssen.
Die meisten neuen Glasfasernetzwerke laufen mit OC-192 (9,6 Gbit/s) und erzeugen in Kombination mit DWDM eine Kapazität von über 150 Gbit/s auf einem Glasfaserpaar. Darüber hinaus bietet DWDM schnittstellenprotokoll- und geschwindigkeitsunabhängige Funktionen und unterstützt sowohl ATM , SDH- und Gigabit-Ethernet-Signalübertragung auf einer einzigen Faser, die mit den vorhandenen Netzwerken kompatibel sein kann, sodass DWDM vorhandene Ressourcen schützen, aber auch ISPs und Telekommunikationsunternehmen ein stärkeres Backbone bieten und Breitband kostengünstiger und zugänglicher machen kann starke Unterstützung für die Bandbreitenanforderungen von VoIP-Lösungen.
Die erhöhte Übertragungsrate kann nicht nur eine gröbere Pipeline mit einer geringeren Blockierwahrscheinlichkeit bereitstellen, sondern auch die Verzögerung stark reduzieren und somit die QoS-Anforderungen in IP-Netzwerken stark reduzieren.
4. Breitbandzugangstechnologie
Der Benutzerzugriff auf das IP-Netzwerk ist zu einem Engpass geworden, der die Entwicklung des gesamten Netzwerks einschränkt. Langfristig ist das ultimative Ziel des Benutzerzugriffs Fiber-to-Home (FTTH). Im Allgemeinen umfasst das optische Zugangsnetzwerk ein optisches digitales Loop-Trägersystem und passives optisches Netzwerk. Ersteres ist hauptsächlich in den Vereinigten Staaten, kombiniert mit Open Mouth V5.1/V5.2, und überträgt sein integriertes System auf Glasfaser und zeigt große Vitalität.
Letzteres ist vor allem in Deutschland und in Deutschland in Ordnung. Seit mehr als einem Jahrzehnt hat Japan eine Reihe von Maßnahmen ergriffen, um die Kosten für passive optische Netzwerke auf ein ähnliches Niveau wie bei Kupferkabeln und Metall-Twisted-Pair-Kabeln zu senken, und es verwendet In den letzten Jahren hat die ITU das ATM-basierte passive optische Netzwerk (APON) vorgeschlagen, das die Vorteile von ATM und passiven optischen Netzwerken ergänzt.Die Zugriffsrate kann 622 Mbit/s erreichen, was für die Entwicklung von Breitband-IP-Multimediadiensten sehr vorteilhaft ist, die Ausfallrate und die Anzahl der Knoten reduzieren und die Abdeckung erweitern kann. Derzeit hat die ITU die Standardisierungsarbeit abgeschlossen , Hersteller entwickeln sich aktiv, es wird Waren auf dem Markt geben, wird die Hauptentwicklungsrichtung der Breitbandzugangstechnologie für das 21. Jahrhundert.
Derzeit sind die wichtigsten Zugangstechnologien: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 und Ethernet und die Spalte für drahtlose Breitbandzugangssysteme usw. Diese Zugangstechnologien haben ihre eigenen Eigenschaften, einschließlich der sich am schnellsten entwickelnden ADSL und CM;CM (Kabelmodem) verwendet Koaxialkabel, hohe Übertragungsrate, starke Entstörungsfähigkeit;aber keine Zwei-Wege-Übertragung, kein einheitlicher Standard.ADSL (Asymmetric Digital Loop) hat exklusiven Zugang zu Breitband, nutzt das vorhandene Telefonnetz voll aus und bietet eine asymmetrische Übertragungsrate.Die Download-Rate auf der Benutzerseite kann 8 Mbit/s erreichen, und die Upload-Rate auf der Benutzerseite kann 1 Mbit/s erreichen. ADSL bietet die notwendige Bandbreite für Unternehmen und alle Benutzer und reduziert die Kosten erheblich. Verwendung von kostengünstigerem ADSL Über regionale Schaltungen greifen Unternehmen jetzt mit höheren Geschwindigkeiten auf das Internet und internetbasierte VPN zu, was eine höhere VoIP-Anrufkapazität ermöglicht.
5. Zentraleinheitstechnologie
Zentraleinheiten (CPUs) entwickeln sich in Funktion, Leistung und Geschwindigkeit weiter. Dies ermöglicht eine weit verbreitete Anwendung von Multimedia-PCs und verbessert die Leistung von Systemfunktionen, die durch die CPU-Leistung begrenzt sind. Die Fähigkeit des PCs, Audio- und Videodaten zu verarbeiten, wurde lange erwartet von Benutzern, daher ist das Bereitstellen von Sprachanrufen über Datennetzwerke natürlich das nächste Ziel. Diese Computerfunktion ermöglicht sowohl erweiterte Multimedia-Desktop-Anwendungen als auch erweiterte Funktionen in Netzwerkkomponenten zur Unterstützung von Sprachanwendungen.