La red telefónica tradicional es voz por intercambio de circuitos, la banda ancha de transmisión requerida de 64kbit/s.El llamado VoIP es la red de intercambio de paquetes IP como plataforma de transmisión, la compresión de la señal de voz simulada, el empaquetado y una serie de procesamiento especial, para que pueda utilizar el protocolo UDP no conectado para la transmisión.
Se requieren varios elementos y funciones para transmitir señales de voz en una red IP.La forma más simple de la red consta de dos o más dispositivos con capacidades de VoIP que están conectados a través de una red IP.
1. Transformación de voz y datos
La señal de voz es una forma de onda analógica, a través de IP para transmitir voz, ya sea un negocio de aplicaciones en tiempo real o un negocio de aplicaciones en tiempo real, primero a la conversión de datos analógicos de señal de voz, a saber, la señal de voz analógica 8 o 6 cuantificación, y luego enviado al almacenamiento de búfer , el tamaño del búfer se puede seleccionar de acuerdo con los requisitos del retraso y la codificación.Muchos codificadores de baja tasa de bits están codificados en tramas.
La longitud típica de la trama osciló entre 10 y 30 ms.Teniendo en cuenta los costos durante la transmisión, los paquetes interlingüísticos generalmente consisten en 60, 120 o 240 ms de datos de voz.La digitalización se puede implementar utilizando varios esquemas de codificación de voz, y los estándares actuales de codificación de voz son principalmente ITU-T G.711.El codificador de voz en el destino de origen debe implementar el mismo algoritmo para que el dispositivo de voz en el destino pueda restaurar la señal de voz analógica.
2. Conversión de datos originales a IP
Una vez que la señal de voz se codifica digitalmente, el siguiente paso es codificar por compresión el paquete de voz con una longitud de trama específica.La mayoría de los codificadores tienen una longitud de trama específica.Si un codificador usa cuadros de 15 ms, el paquete de 60 ms del primer lugar se divide en cuatro cuadros y se codifica en secuencia.Cada cuadro tiene 120 muestras de voz (frecuencia de muestreo de 8 kHz).Después de la codificación, los cuatro cuadros comprimidos se sintetizaron en un paquete de voz comprimido y se enviaron al procesador de red.El procesador de red agrega un Baotou, una escala de tiempo y otra información a la voz y la pasa al otro extremo a través de la red.
La red de voz simplemente establece una conexión física entre los puntos finales de comunicación (una línea) y transmite las señales codificadas entre los puntos finales.A diferencia de las redes de conmutación de circuitos, las redes IP no forman conexiones.Requiere que los datos se coloquen en informes o paquetes de datos largos variables, luego direccionen y controlen la información a cada datagrama y se envíen a través de la red, reenviados al destino.
3.Transferir
En este canal, toda la red se ve como un paquete de voz recibido desde la entrada y luego transmitido a la salida de la red dentro de un cierto tiempo (t).La t puede variar en un rango completo, reflejando la fluctuación en la transmisión de la red.
El mismo nodo en la red verifica la información de direccionamiento asociada con cada dato de IP y usa esta información para reenviar ese datagrama a la siguiente parada en la ruta de destino.Un enlace de red puede ser cualquier topología o método de acceso que admita flujos de datos IP.
4.El paquete IP- -la transformación de los datos
El dispositivo VoIP de destino recibe estos datos de IP y comienza a procesar.El nivel de red proporciona un búfer de longitud variable que se utiliza para regular la fluctuación generada por la red.El búfer puede acomodar muchos paquetes de voz y los usuarios pueden elegir el tamaño del búfer.Los búferes pequeños producen menos latencia, pero no regulan las fluctuaciones grandes.En segundo lugar, el decodificador descomprime el paquete de voz codificado para producir un nuevo paquete de voz, y este módulo también puede operar por cuadro, exactamente de la misma longitud que el decodificador.
Si la longitud de la trama es de 15 ms, los paquetes de voz de 60 ms se dividen en 4 tramas y luego se decodifican en un flujo de datos de voz de 60 ms y se envían al búfer de decodificación.Durante el procesamiento del informe de datos, se elimina la información de direccionamiento y control, se retienen los datos originales originales y estos datos originales se proporcionan luego al decodificador.
5. El habla digital se convirtió en habla analógica
La unidad de reproducción elimina las muestras de voz (480) del búfer y las envía a la tarjeta de sonido a través del altavoz a una frecuencia predeterminada (por ejemplo, 8 kHz).En resumen, la transmisión de señales de voz en la red IP pasa por la conversión de señal analógica a señal digital, el empaquetamiento de voz digital en un paquete IP, la transmisión de paquetes IP a través de la red, el desempaquetado de paquetes IP y la restauración de la voz digital a la analógica. señal.
En segundo lugar, las normas técnicas relacionadas con VoIP
Para aplicaciones multimedia en redes de comunicación existentes, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T) ha desarrollado el protocolo de serie de comunicación multimedia H.32x, los siguientes estándares principales para una descripción simple:
H.320, Estándar para la comunicación multimedia en el sistema y terminal de videoteléfono de banda estrecha (N-ISDN);
H.321, Estándar para comunicación multimedia en la RDSI-BA;
H.322.Estándar para comunicación multimedia en la LAN garantizado por QoS;
H.323.Estándar para comunicación multimedia en una red de conmutación de paquetes sin garantía de QoS;
H.324, un estándar para comunicación multimedia en terminales de comunicación de baja tasa de bits (PSTN y red inalámbrica).
Entre los estándares anteriores, H. Las redes definidas por el estándar 323 son las más utilizadas, como Ethernet, Token Network, FDDI Network, etc. debido a H. La aplicación del estándar 323 se ha convertido naturalmente en un punto caliente en el mercado. por lo que a continuación nos centraremos en H.323。H.323 En la propuesta se definen cuatro componentes principales: terminal, pasarela, software de gestión de pasarela (también conocida como pasarela o puerta) y unidad de control multipunto.
1.Terminal (Terminal)
Todos los terminales deben admitir comunicación de voz, y las capacidades de comunicación de video y datos son opcionales. todo H. El terminal 323 también debe admitir el estándar H.245, H.245 El estándar se utiliza para controlar el uso del canal y el rendimiento del canal. .323 Los principales parámetros del códec de voz en comunicaciones de voz se especifican de la siguiente manera: Ancho de banda de voz recomendado por la UIT / KHz tasa de bits de transmisión / Kb/s algoritmo de compresión anotación G.711 3.4 56,64 Compresión PCM simple, aplicada a la RTPC en G .728 3.4 16 Calidad de voz LD-CELP como G.711, aplicada a la transmisión de baja tasa de bits G.722 7 48,56,64 La calidad de voz ADPCM es superior a G.711, aplicada a la transmisión de alta tasa de bits G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ La calidad de voz es aceptable, G.723.1 Adoptar una G para el foro VOIP. G.723.1。
2.Puerta de enlace (Puerta de enlace)
Esta es H. Una opción para el sistema 323. La puerta de enlace puede transformar los protocolos, los algoritmos de codificación de audio y video y las señales de control utilizadas por diferentes sistemas para adaptarse a la comunicación del terminal del sistema. Sistema H.The 320 basado en ISDN y H.323 Para la comunicación del sistema, es necesario configurar la puerta de enlace;
3.Custodia de Aduana (Guardián)
Este es H. Un componente opcional del sistema 323 es el software para completar la función de gestión. Tiene dos funciones principales: la primera es para la gestión de aplicaciones H.323;el segundo es la gestión de la comunicación del terminal a través de la puerta de enlace (como el establecimiento de llamadas, la eliminación, etc.). Los administradores pueden realizar conversión de direcciones, control de ancho de banda, autenticación de llamadas, grabación de llamadas, registro de usuarios, gestión de dominios de comunicación y otras funciones a través de aduanas. keeping.one H.323 El dominio de comunicación puede tener varias puertas de enlace, pero solo una puerta de enlace funciona.
4.Unidad de control multipunto (Unidad de control multipunto)
La MCU permite la comunicación multipunto en una red IP y no se requiere comunicación punto a punto. Todo el sistema forma una topología en estrella a través de la MCU. La MCU contiene dos componentes principales: el controlador multipunto MC y el procesador multipunto MP, o sin MP.H entre terminales de procesamiento de MC.245 Información de control para crear un nombre público mínimo para procesamiento de audio y video. MC no procesa directamente ningún flujo de información de medios, sino que se lo deja a MP. El MP mezcla, cambia y procesa el audio , vídeo o información de datos.
En la industria hay dos arquitecturas paralelas, una es la ITU-TH presentada anteriormente. El protocolo 323 es el protocolo SIP (RFC2543) propuesto por el Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF), y el protocolo SIP es más adecuado para terminales inteligentes.
En tercer lugar, el ímpetu para el desarrollo de VoIP
El uso generalizado de VoIP se hará realidad rápidamente debido a muchos hardware, software, desarrollos relacionados y avances tecnológicos en el protocolo y los estándares. Los avances y desarrollos tecnológicos en estos campos desempeñan un papel fundamental en la creación de una red de VoIP más eficiente, funcional e interoperable. Los factores técnicos que promueven el rápido desarrollo e incluso la aplicación generalizada de VoIP se pueden resumir en los siguientes aspectos.
1. Procesador de señal digital
Los procesadores de señales digitales avanzados (Digital Signal Processor, DSP) realizan los componentes intensivos en computación necesarios para la integración de voz y datos. DSP procesa señales digitales principalmente para realizar cálculos complejos que, de otro modo, tendría que realizar una CPU universal. La combinación de sus La potencia de procesamiento con el bajo costo hace que el DSP sea ideal para realizar las funciones de procesamiento de señales en el sistema VoIP.
Transmisión de voz única en el G.729 El costo informático de la compresión de voz suele ser alto y requiere 20 MIPS.Si se requiere una CPU central para realizar funciones de enrutamiento y administración del sistema mientras se procesan múltiples flujos de voz, esto no es realista.Por lo tanto, el uso de uno o más DSP puede desinstalar la tarea informática del complejo algoritmo de compresión de voz de la CPU central. Además, DSP es adecuado para la detección de actividad de voz y la cancelación de eco, lo que les permite procesar flujos de datos de voz en tiempo real y acceder rápidamente. memoria integrada, entonces. En esta sección, detallamos cómo implementar la codificación de voz y la cancelación de eco en la plataforma TMS320C6201DSP.
Protocolo y software y hardware estándar H.323 Método de cola justa ponderada DSP MPLS intercambio de etiquetas detección temprana aleatoria ponderada ASIC avanzado RTP, RTCP doble embudo algoritmo de tasa de celda general DWDM RSVP acceso nominal tasa rápida SONET Diffserv, CAR Cisco reenvío rápido Potencia de procesamiento de CPU G. 729, G.729a: CS-ACELP Tabla de acceso extendido ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Algoritmo de barril de token Multienlace PPP Frame Relay Rectificador de datos SIP basado en la integración prioritaria de CoS Paquete sobre SONET IP y ATM QoS / CoS
2. Circuitos integrados dedicados avanzados
El desarrollo de Application-Specific Integrated Circait (ASIC) ha producido un ASIC más rápido, más complejo y más funcional. ASIC es un chip de aplicación especializado que realiza una sola aplicación o un pequeño conjunto de funciones. Debido a que se centran en objetivos de aplicación muy limitados, pueden estar altamente optimizados para funciones específicas, generalmente con una CPU de doble propósito uno o varios órdenes de magnitud más rápido.
Así como el chip de la computadora del conjunto de instrucciones delgadas (RSIC) se enfoca en la ejecución rápida de números límite, el ASIC está preprogramado para realizar un número finito de funciones más rápido. Una vez que se completa el desarrollo, el costo de la producción en masa del ASIC es bajo y se utiliza para dispositivos de red, incluidos enrutadores y conmutadores, que realizan funciones como la verificación de la tabla de enrutamiento, el reenvío de grupos, la clasificación y verificación de grupos y la puesta en cola. El uso de ASIC brinda al dispositivo un mayor rendimiento y un menor costo. red, por lo que juegan un papel importante en la promoción del desarrollo de VoIP.
3. Tecnología de transmisión IP
La mayoría de las redes de telecomunicaciones de transmisión utilizan multiplexación por división de tiempo, mientras que Internet debe adoptar la reutilización estadística y el intercambio de paquetes largos.En comparación, este último tiene una alta tasa de utilización de los recursos de la red, una interconexión simple y efectiva, y muy aplicable a los servicios de datos, que es una de las razones importantes para el rápido desarrollo de Internet. Sin embargo, la comunicación de la red IP de banda ancha requiere QoS y características de retraso. , por lo que el desarrollo del intercambio de paquetes de multiplexación estadística ha atraído la atención. En la actualidad, además de la nueva generación de protocolo IP-IPV6, el grupo de trabajo de ingeniería de Internet mundial (IETF) propuso la tecnología de intercambio de etiquetas multiprotocolo (MPLS), esto es un tipo de selección de capa de red basada en varios intercambios de etiquetas/etiquetas, puede mejorar la flexibilidad de la selección de carreteras, ampliar la capacidad de selección de capas de red, simplificar la integración del enrutador y el intercambio de canales, mejorar el rendimiento de la red. MPLS puede funcionar como un protocolo de enrutamiento independiente y compatible con el protocolo de enrutamiento de red existente, admite varias funciones de operación, administración y mantenimiento de IP netrabajar, hacer que la QoS, el enrutamiento, el rendimiento de la señalización mejoren en gran medida, para alcanzar o acercarse al nivel de reutilización estadística de intercambio de paquetes de longitud fija (ATM), y simple, eficiente, barato y aplicable que ATM.
IETF también está aprovechando localmente la nueva tecnología de agrupación para lograr la selección de caminos de QoS. La "tecnología de túnel" se está estudiando para lograr la transmisión de banda ancha de enlaces unidireccionales. Además, cómo elegir la plataforma de transmisión de red IP también es un importante campo de investigación en los últimos años, y han aparecido sucesivamente IP sobre ATM, IP sobre SDH, IP sobre DWDM y otras tecnologías.
La capa IP proporciona a los usuarios de IP servicios de acceso IP de alta calidad con ciertas garantías de servicio. La capa de usuario proporciona la forma de acceso (acceso IP y acceso de banda ancha) y la forma de contenido del servicio. En la capa básica, Ethernet, como capa física de la red IP, es una cuestión de rutina, pero IP overDWDM tiene la última tecnología y tiene un gran potencial para el desarrollo.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) inyecta nueva vida a las redes de fibra y proporciona un ancho de banda increíble en las empresas de telecomunicaciones que instalan una nueva red troncal de fibra. La tecnología DWDM utiliza las capacidades de las fibras ópticas y los equipos de transmisión óptica avanzados. longitudes de onda de luz (LÁSER) de un solo flujo de fibra óptica. Los sistemas actuales pueden enviar y reconocer 16 longitudes de onda, mientras que los sistemas futuros pueden admitir de 40 a 96 longitudes de onda completas. Esto es significativo porque cada longitud de onda adicional agrega un flujo adicional de información. por lo tanto ampliar la red de 2,6 Gbit/s (OC-48) en 16 veces sin tener que tender nuevas fibras.
La mayoría de las redes de fibra nuevas ejecutan OC-192 a (9,6 Gbit/s), lo que genera una capacidad de más de 150 Gbit/s en un par de fibras cuando se combina con DWDM. , SDH y transmisión de señal Gigabit Ethernet en una sola fibra, que puede ser compatible con las redes existentes, por lo que DWDM puede proteger los activos existentes, pero también proporciona a las empresas de ISP y de telecomunicaciones una red troncal más sólida y hace que la banda ancha sea menos costosa y más accesible, lo que proporciona fuerte soporte para los requisitos de ancho de banda de las soluciones de VoIP.
La mayor velocidad de transmisión no solo puede proporcionar una canalización más gruesa con menos posibilidades de bloqueo, sino que también reduce mucho el retraso y, por lo tanto, puede reducir en gran medida los requisitos de QoS en las redes IP.
4.Tecnología de acceso de banda ancha
El acceso de los usuarios a la red IP se ha convertido en un cuello de botella que restringe el desarrollo de toda la red. A largo plazo, el objetivo final del acceso de los usuarios es la fibra hasta el hogar (FTTH). En términos generales, la red de acceso óptico incluye un sistema portador de bucle digital óptico. y red óptica pasiva. El primero está principalmente en los Estados Unidos, combinado con la boca abierta V5.1/V5.2, transmitiendo su sistema integrado en fibra óptica, mostrando una gran vitalidad.
Este último se encuentra principalmente en el orden y en Alemania. Durante más de una década, Japón ha tomado una serie de medidas para reducir el costo de la red óptica pasiva a un nivel similar al de los cables de cobre y par trenzado de metal, y lo ha utilizado. Especialmente En los últimos años, la UIT ha propuesto la red óptica pasiva basada en ATM (APON), que complementa las ventajas de la ATM y la red óptica pasiva.La tasa de acceso puede alcanzar los 622 M bit/s, lo que es muy beneficioso para el desarrollo del servicio multimedia IP de banda ancha, y puede reducir la tasa de fallas y el número de nodos, y expandir la cobertura. En la actualidad, la UIT ha completado el trabajo de estandarización , los fabricantes se están desarrollando activamente, habrá productos en el mercado, se convertirá en la principal dirección de desarrollo de la tecnología de acceso de banda ancha para el siglo XXI.
En la actualidad, las principales tecnologías de acceso son: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 y Ethernet y columna de sistema de acceso inalámbrico de banda ancha, etc. Estas tecnologías de acceso tienen sus propias características, incluido el desarrollo más rápido de ADSL y CM;CM (módem por cable) utiliza cable coaxial, alta velocidad de transmisión, fuerte capacidad antiinterferencias;pero no transmisión bidireccional, sin estándar uniforme.ADSL (bucle digital asimétrico) tiene acceso exclusivo a la banda ancha, aprovecha al máximo la red telefónica existente y proporciona una tasa de transmisión asimétrica.La tasa de descarga en el lado del usuario puede alcanzar los 8 Mbit/s, y la tasa de carga en el lado del usuario puede alcanzar 1 M bit/s. ADSL proporciona la banda ancha necesaria para las empresas y todos los usuarios, y reduce considerablemente los costos. Uso de ADSL de menor costo circuitos regionales, las empresas ahora acceden a Internet y VPN basada en Internet a velocidades más altas, lo que permite una mayor capacidad de llamadas VoIP.
5. Tecnología de unidad de procesamiento central
Las unidades de procesamiento central (CPU) continúan evolucionando en función, potencia y velocidad. Esto permite la aplicación generalizada de PC multimedia y mejora el rendimiento de las funciones del sistema limitadas por la potencia de la CPU. La capacidad de la PC para procesar datos de audio y video continuos se ha esperado durante mucho tiempo. por los usuarios, por lo que la entrega de llamadas de voz en redes de datos es, naturalmente, el próximo objetivo. Esta función informática permite que las aplicaciones de escritorio multimedia avanzadas y las funciones avanzadas en los componentes de la red admitan aplicaciones de voz.