شبکه تلفن سنتی، صدا از طریق تبادل مدار، پهنای باند انتقال مورد نیاز 64 کیلوبیت بر ثانیه است.به اصطلاح VoIP شبکه تبادل بسته IP به عنوان پلت فرم انتقال، فشرده سازی سیگنال صوتی شبیه سازی شده، بسته بندی و یک سری پردازش ویژه است، به طوری که می تواند از پروتکل UDP غیر متصل برای انتقال استفاده کند.
چندین عنصر و عملکرد برای انتقال سیگنال های صوتی در یک شبکه IP مورد نیاز است.ساده ترین شکل شبکه شامل دو یا چند دستگاه با قابلیت VoIP است که از طریق یک شبکه IP به هم متصل می شوند.
1.تغییر صدا-داده
سیگنال صوتی شکل موج آنالوگ است، از طریق IP برای انتقال صدا، چه کسب و کار برنامه زمان واقعی و چه کسب و کار برنامه بلادرنگ، ابتدا به سیگنال صوتی تبدیل داده های آنالوگ، یعنی سیگنال صوتی آنالوگ 8 یا 6 تعیین کمیت، و سپس به ذخیره سازی بافر ارسال می شود. ، اندازه بافر را می توان با توجه به نیازهای تاخیر و کدگذاری انتخاب کرد.بسیاری از رمزگذارهای با نرخ بیت کم در فریم ها کدگذاری می شوند.
طول قاب معمولی بین 10 تا 30 میلی ثانیه بود.با در نظر گرفتن هزینه های انتقال، بسته های بین زبانی معمولاً شامل 60، 120 یا 240 میلی ثانیه داده گفتاری هستند.دیجیتالی شدن را می توان با استفاده از طرح های مختلف کدگذاری صوتی پیاده سازی کرد و استانداردهای فعلی کدگذاری صوتی عمدتا ITU-T G.711 هستند.رمزگذار صوتی در مقصد مبدا باید همان الگوریتم را اجرا کند تا دستگاه گفتار در مقصد بتواند سیگنال گفتار آنالوگ را بازیابی کند.
2. تبدیل داده به IP اصلی
هنگامی که سیگنال گفتار به صورت دیجیتالی کدگذاری شد، مرحله بعدی فشرده سازی بسته گفتاری با طول فریم مشخص است.اکثر انکودرها دارای طول فریم خاصی هستند.اگر انکودر از فریم‌های 15 میلی‌ثانیه استفاده کند، بسته 60 میلی‌ثانیه از ابتدا به چهار فریم تقسیم شده و به ترتیب کدگذاری می‌شود.هر فریم دارای 120 نمونه گفتار (نرخ نمونه برداری 8 کیلوهرتز) است.پس از رمزگذاری، چهار فریم فشرده در یک بسته گفتاری فشرده سنتز شده و به پردازنده شبکه ارسال شد.پردازنده شبکه یک Baotou، مقیاس زمانی و سایر اطلاعات را به صدا اضافه می کند و آن را از طریق شبکه به نقطه پایانی دیگر ارسال می کند.
شبکه گفتار به سادگی یک ارتباط فیزیکی بین نقاط پایانی ارتباط برقرار می کند (یک خط) و سیگنال های کدگذاری شده را بین نقاط پایانی ارسال می کند.برخلاف شبکه های سوئیچینگ مدار، شبکه های IP اتصال ایجاد نمی کنند.مستلزم آن است که داده‌ها در گزارش‌ها یا بسته‌های داده طولانی متغیر قرار گیرند، سپس اطلاعات آدرس‌دهی و کنترلی به هر دیتاگرام داده شود و از طریق شبکه ارسال شود و به مقصد ارسال شود.
3. انتقال
در این کانال، کل شبکه به عنوان یک بسته صوتی دریافت شده از ورودی مشاهده می شود و سپس در مدت زمان معین (t) به خروجی شبکه منتقل می شود.t می تواند در یک محدوده کامل متفاوت باشد، که منعکس کننده صدای جیتر در انتقال شبکه است.
همان گره در شبکه، اطلاعات آدرس دهی مرتبط با هر داده IP را بررسی می کند و از این اطلاعات برای ارسال آن دیتاگرام به ایستگاه بعدی در مسیر مقصد استفاده می کند.پیوند شبکه می تواند هر توپولوژی یا روش دسترسی باشد که از جریان داده های IP پشتیبانی می کند.
4. بسته IP - تبدیل داده ها
دستگاه VoIP مقصد این داده IP را دریافت کرده و پردازش را شروع می کند.سطح شبکه یک بافر با طول متغیر را فراهم می کند که برای تنظیم لرزش ایجاد شده توسط شبکه استفاده می شود.بافر می تواند بسته های صوتی زیادی را در خود جای دهد و کاربران می توانند اندازه بافر را انتخاب کنند.بافرهای کوچک تأخیر کمتری ایجاد می کنند، اما جیتر بزرگ را تنظیم نمی کنند.دوم، رمزگشا بسته گفتار رمزگذاری شده را از حالت فشرده خارج می کند تا بسته گفتاری جدیدی تولید کند، و این ماژول همچنین می تواند با فریم، دقیقاً به همان طول رمزگشا عمل کند.
اگر طول فریم 15 میلی‌ثانیه باشد، بسته‌های صوتی 60 میلی‌ثانیه به 4 فریم تقسیم می‌شوند و سپس به یک جریان داده صوتی 60 میلی‌ثانیه رمزگشایی می‌شوند و به بافر رمزگشایی ارسال می‌شوند.در طول پردازش گزارش داده، اطلاعات آدرس دهی و کنترل حذف می شود، داده های اصلی حفظ می شوند و این داده های اصلی در اختیار رمزگشا قرار می گیرند.
5. گفتار دیجیتال به گفتار آنالوگ تبدیل شد
درایو پخش، نمونه های صوتی (480) را در بافر حذف می کند و آنها را از طریق بلندگو با فرکانس از پیش تعیین شده (مثلا 8 کیلوهرتز) به کارت صدا می فرستد.به طور خلاصه، انتقال سیگنال های صوتی در شبکه IP از طریق تبدیل سیگنال آنالوگ به سیگنال دیجیتال، بسته بندی صدای دیجیتال به یک بسته IP، انتقال بسته IP از طریق شبکه، باز کردن بسته IP و بازیابی صدای دیجیتال به آنالوگ انجام می شود. علامت.
دوم، استانداردهای فنی مرتبط با VoIP
برای کاربردهای چندرسانه‌ای در شبکه‌های ارتباطی موجود، اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU-T) پروتکل سری ارتباطات چندرسانه‌ای H.32x را توسعه داده است، استانداردهای اصلی زیر برای توضیح ساده:
H.320، استاندارد برای ارتباطات چند رسانه ای در سیستم تلفن تصویری باند باریک و پایانه (N-ISDN).
H.321، استاندارد برای ارتباطات چند رسانه ای در B-ISDN.
H.322.استاندارد برای ارتباطات چند رسانه ای در LAN تضمین شده توسط QoS.
H.323.استاندارد برای ارتباطات چند رسانه ای در شبکه سوئیچینگ بسته بدون ضمانت QoS.
H.324، استانداردی برای ارتباطات چند رسانه ای در پایانه های ارتباطی با نرخ بیت کم (PSTN و شبکه بی سیم).
از بین استانداردهای فوق، H. شبکه های 323 استاندارد تعریف شده بیشترین استفاده را دارند، مانند اترنت، شبکه توکن، شبکه FDDI و غیره. بنابراین در زیر ما بر روی H.323 تمرکز خواهیم کرد.
1. ترمینال (ترمینال)
همه پایانه‌ها باید از ارتباط صوتی پشتیبانی کنند و قابلیت‌های ارتباط ویدیویی و داده‌ای اختیاری هستند. همه H. ترمینال 323 باید استاندارد H.245، H.245 را نیز پشتیبانی کند. استاندارد برای کنترل استفاده از کانال و عملکرد کانال استفاده می‌شود. 0.323 پارامترهای اصلی کدک گفتار در ارتباطات صوتی به شرح زیر مشخص شده است: پهنای باند صوتی توصیه شده توسط ITU / نرخ بیت انتقال KHz / حاشیه نویسی الگوریتم فشرده سازی Kb/s G.711 3.4 56,64 PCM فشرده سازی ساده، اعمال شده به PSTN در G 0.728 3.4 16 کیفیت صدای LD-CELP به عنوان G.711، همانطور که برای انتقال با نرخ بیت پایین G.722 اعمال می شود. 0.723.1G.723.0 3.4 6.35.3 کیفیت صدای LP-MLQ قابل قبول است، G.723.1 یک G را برای انجمن VOIP اتخاذ کنید. G.723.1.
2. دروازه (دروازه)
این گزینه H.A برای سیستم 323 است. این دروازه می تواند پروتکل ها، الگوریتم های کدگذاری صوتی، تصویری و سیگنال های کنترلی مورد استفاده توسط سیستم های مختلف را برای تطبیق ارتباط ترمینال سیستم تغییر دهد. مانند سیستم H.324 مبتنی بر PSTN و باند باریک. سیستم H.The 320 مبتنی بر ISDN و H.323 برای ارتباط سیستم، پیکربندی دروازه ضروری است.
3-نگهداری گمرکی (دروازه بان)
این H. یک جزء اختیاری از سیستم 323 نرم افزاری برای تکمیل عملکرد مدیریت است. دو عملکرد اصلی دارد: اولی مدیریت برنامه H.323 است.دوم مدیریت ارتباط ترمینال از طریق دروازه (مانند برقراری تماس، حذف و غیره) است. مدیران می توانند تبدیل آدرس، کنترل پهنای باند، احراز هویت تماس، ضبط تماس، ثبت کاربر، مدیریت دامنه ارتباطی و سایر عملکردها را از طریق گمرک انجام دهند. keeping.one H.323 دامنه ارتباطی می تواند چندین دروازه داشته باشد، اما فقط یک دروازه کار می کند.
4. واحد کنترل چند نقطه (واحد کنترل چند نقطه)
MCU ارتباط چند نقطه ای را در یک شبکه IP فعال می کند و ارتباط نقطه به نقطه مورد نیاز نیست. کل سیستم یک توپولوژی ستاره ای را از طریق MCU تشکیل می دهد. MCU شامل دو جزء اصلی است: کنترل کننده چند نقطه MC و پردازنده چند نقطه MP، یا بدون MP.H بین پایانه‌های پردازش MC. 245 کنترل اطلاعات برای ساخت یک نام عمومی حداقل برای پردازش صدا و تصویر. ، ویدیو یا اطلاعات داده.
در صنعت دو معماری موازی وجود دارد، یکی ITU-T H است که در بالا معرفی شد. پروتکل 323 پروتکل SIP (RFC2543) است که توسط گروه وظیفه مهندسی اینترنت (IETF) پیشنهاد شده است، و پروتکل SIP برای پایانه های هوشمند مناسب تر است.
سوم، انگیزه توسعه VoIP
استفاده گسترده از VoIP به دلیل سخت‌افزار، نرم‌افزار، پیشرفت‌های مرتبط و پیشرفت‌های فنی در پروتکل و استانداردها، به سرعت محقق خواهد شد. عوامل فنی که باعث توسعه سریع و حتی کاربرد گسترده VoIP می شود را می توان در جنبه های زیر خلاصه کرد.
1.پردازنده سیگنال دیجیتال
پردازنده‌های سیگنال دیجیتال پیشرفته (پردازنده سیگنال دیجیتال، DSP) اجزای محاسباتی مورد نیاز برای یکپارچه‌سازی صدا و داده را انجام می‌دهند. DSP سیگنال‌های دیجیتال را عمدتاً برای انجام محاسبات پیچیده پردازش می‌کند که در غیر این صورت ممکن است توسط یک CPU جهانی انجام شود. ترکیبی از تخصصی آنها قدرت پردازش با هزینه کم DSP را برای انجام عملکردهای پردازش سیگنال در سیستم VoIP مناسب می کند.
جریان صدای تک در G.729 هزینه محاسباتی فشرده سازی صدا معمولاً زیاد است و به 20MIPS نیاز دارد.اگر یک CPU مرکزی برای انجام عملکردهای مسیریابی و مدیریت سیستم در حین پردازش چندین جریان صوتی مورد نیاز باشد، این غیر واقعی است.بنابراین، با استفاده از یک یا چند DSP می‌توان کار محاسباتی الگوریتم فشرده‌سازی صدا پیچیده را از CPU مرکزی حذف نصب کرد. علاوه بر این، DSP برای تشخیص فعالیت صوتی و لغو اکو مناسب است و به آنها اجازه می‌دهد تا جریان‌های داده‌های صوتی را در زمان واقعی پردازش کنند و به سرعت دسترسی داشته باشند. حافظه داخلی، بنابراین. در این بخش، نحوه پیاده سازی کدگذاری صوتی و لغو اکو در پلت فرم TMS320C6201DSP را به تفصیل شرح می دهیم.
پروتکل و نرم‌افزار و سخت‌افزار استاندارد H.323 روش صف‌بندی منصفانه وزن‌دار DSP MPLS برچسب‌های وزنی تشخیص زودهنگام تشخیص اولیه پیشرفته ASIC RTP، RTCP دو قیف قیف الگوریتم نرخ سلول عمومی DWDM RSVP دسترسی رتبه‌بندی شده نرخ سریع SONET Diffserv، CAR Cisco فوروارد سریع CPU قدرت پردازش G. 729, G.729a: جدول دسترسی گسترده CS-ACELP ADSL، RADSL، SDSL FRF.11/FRF.12 الگوریتم بشکه توکن Multilink PPP Frame Frame Relay SIP بر اساس ادغام اولویت بسته CoS بر SONET IP و ATM QoS/CoS
2. مدارهای مجتمع اختصاصی پیشرفته
توسعه مدار مجتمع ویژه برنامه (ASIC) سریعتر، پیچیده‌تر و کاربردی‌تر تولید کرده است. ASIC یک تراشه کاربردی تخصصی است که یک برنامه کاربردی یا مجموعه کوچکی از عملکردها را انجام می‌دهد. آنها را می توان برای عملکردهای خاص بسیار بهینه کرد، معمولاً با یک CPU دو منظوره یک یا چند مرتبه سریعتر.
همانطور که تراشه کامپیوتری مجموعه دستورالعمل نازک (RSIC) بر اجرای سریع اعداد حد تمرکز می کند، ASIC از قبل برنامه ریزی شده است تا تعداد محدودی از عملکردها را سریعتر انجام دهد. پس از تکمیل توسعه، هزینه تولید انبوه ASIC کم است و از آن استفاده می شود. برای دستگاه های شبکه از جمله روترها و سوئیچ ها، عملکردهایی مانند بررسی جدول مسیریابی، ارسال گروه، مرتب سازی و بررسی گروهی، و صف بندی را انجام می دهند. استفاده از ASIC عملکرد بالاتر و هزینه کمتری را به دستگاه می دهد. آنها پهنای باند افزایش یافته و پشتیبانی QoS بهتری را برای دستگاه ارائه می دهند. شبکه، بنابراین نقش بزرگی در ترویج توسعه VoIP دارند.
3. تکنولوژی انتقال IP
اکثر شبکه های مخابراتی انتقال از مالتی پلکسی تقسیم زمان استفاده می کنند، در حالی که اینترنت باید استفاده مجدد آماری و تبادل بسته طولانی را اتخاذ کند.در مقایسه، دومی دارای نرخ استفاده بالایی از منابع شبکه، اتصال ساده و موثر و بسیار کاربردی برای خدمات داده است که یکی از دلایل مهم توسعه سریع اینترنت است. در حال حاضر، علاوه بر نسل جدید پروتکل IP-IPV6، گروه وظیفه مهندسی اینترنت جهانی (IETF) فناوری تبادل برچسب چند پروتکلی (MPLS) را پیشنهاد کرده است. نوعی انتخاب لایه شبکه مبتنی بر مبادله برچسب / برچسب مختلف است، می تواند انعطاف پذیری انتخاب جاده را بهبود بخشد، توانایی انتخاب لایه شبکه را گسترش دهد، ادغام روتر و کانال را ساده کند، عملکرد شبکه را بهبود بخشد. MPLS می تواند به عنوان یک پروتکل مسیریابی مستقل کار کند و سازگار با پروتکل مسیریابی شبکه موجود، پشتیبانی از عملکردهای مختلف عملیات، مدیریت و نگهداری IP neکارکرد، عملکرد QoS، مسیریابی، سیگنالینگ را تا حد زیادی بهبود می بخشد، تا به سطح استفاده مجدد آماری مبادله بسته با طول ثابت (ATM) برسد یا نزدیک شود، و ساده، کارآمد، ارزان و قابل اجرا نسبت به ATM.
IETF همچنین به صورت محلی فناوری گروه بندی جدید را برای دستیابی به انتخاب جاده QoS درک می کند. "فناوری تونل" برای دستیابی به انتقال باند پهن پیوندهای یک طرفه در حال مطالعه است. علاوه بر این، نحوه انتخاب پلت فرم انتقال شبکه IP نیز یک راه حل است. زمینه مهم تحقیقاتی در سال های اخیر و IP بیش از ATM، IP بیش از SDH، IP بیش از DWDM و سایر فناوری ها به طور متوالی ظاهر شده اند.
لایه IP به کاربران IP خدمات دسترسی IP با کیفیت بالا را با تضمین خدمات خاص ارائه می دهد. لایه کاربر فرم دسترسی (دسترسی IP و دسترسی پهن باند) و فرم محتوای سرویس را ارائه می دهد. در لایه اصلی، اترنت به عنوان لایه فیزیکی شبکه IP یک امر مسلم است، اما IP overDWDM دارای آخرین فناوری است و پتانسیل زیادی برای توسعه دارد.
Multiplexing تقسیم موج متراکم (DWDM) حیات جدیدی را به شبکه های فیبر تزریق می کند و پهنای باند شگفت انگیزی را در شرکت های مخابراتی ارائه می دهد که ستون فقرات فیبر جدید را ایجاد می کنند. فناوری DWDM از قابلیت های فیبرهای نوری و تجهیزات پیشرفته انتقال نوری استفاده می کند. نام مالتی پلکس تقسیم موج برای ارسال چندگانه مشتق شده است. طول موج‌های نور (لیزر) از یک جریان فیبر نوری. سیستم‌های فعلی می‌توانند 16 طول موج را ارسال و تشخیص دهند، در حالی که سیستم‌های آینده می‌توانند از 40 تا 96 طول موج کامل پشتیبانی کنند. این مهم است زیرا هر طول موج اضافی جریان بیشتری از اطلاعات را اضافه می‌کند. بنابراین شبکه 2.6 گیگابیت بر ثانیه (OC-48) را 16 برابر بدون نیاز به گذاشتن فیبرهای جدید گسترش دهید.
اکثر شبکه‌های فیبر جدید، OC-192 را با سرعت (9.6 گیگابیت بر ثانیه) اجرا می‌کنند، و ظرفیت تولید بیش از 150 گیگابیت بر ثانیه را روی یک جفت فیبر زمانی که با DWDM ترکیب می‌شوند، ایجاد می‌کنند. انتقال سیگنال اترنت SDH و Gigabit بر روی یک فیبر واحد، که می‌تواند با شبکه‌های موجود سازگار باشد، بنابراین DWDM می‌تواند از دارایی‌های موجود محافظت کند، اما همچنین به شرکت‌های ISP و مخابراتی ستون فقرات قوی‌تری ارائه می‌دهد و پهنای باند را ارزان‌تر و در دسترس‌تر می‌کند. پشتیبانی قوی از نیازهای پهنای باند راه حل های VoIP.
افزایش نرخ انتقال نه تنها می تواند خط لوله درشت تری را با شانس کمتری برای مسدود شدن فراهم کند، بلکه تاخیر را تا حد زیادی کاهش می دهد و بنابراین می تواند نیازهای QoS را در شبکه های IP تا حد زیادی کاهش دهد.
4. فناوری دسترسی پهن باند
دسترسی کاربر به شبکه IP تبدیل به گلوگاهی شده است که توسعه کل شبکه را محدود می کند. در دراز مدت، هدف نهایی دسترسی کاربر فیبر به خانه (FTTH) است. به طور کلی، شبکه دسترسی نوری شامل سیستم حامل حلقه دیجیتال نوری است. و شبکه نوری منفعل. اولی عمدتاً در ایالات متحده است، همراه با دهان باز V5.1/V5.2، سیستم یکپارچه خود را بر روی فیبر نوری انتقال می دهد، نشان دادن سرزندگی زیادی دارد.
این دومی عمدتاً در نظم و در آلمان است. برای بیش از یک دهه، ژاپن یک سری اقدامات را برای کاهش هزینه شبکه های نوری غیرفعال تا سطحی مشابه کابل های مسی و جفت تابیده فلزی انجام داده و از آن استفاده می کند. به ویژه در سال‌های اخیر، ITU شبکه‌های نوری غیرفعال مبتنی بر ATM (APON) را پیشنهاد کرده است که مزایای ATM و شبکه‌های نوری غیرفعال را تکمیل می‌کند.نرخ دسترسی می تواند به 622 M بیت در ثانیه برسد که برای توسعه سرویس چندرسانه ای IP باند پهن بسیار مفید است و می تواند میزان شکست و تعداد گره ها را کاهش دهد و پوشش را گسترش دهد. در حال حاضر ITU کار استانداردسازی را به پایان رسانده است. ، تولید کنندگان به طور فعال در حال توسعه هستند، کالاهایی در بازار وجود خواهد داشت، به مسیر اصلی توسعه فناوری دسترسی پهن باند برای قرن 21 تبدیل خواهد شد.
در حال حاضر، فناوری های دسترسی اصلی عبارتند از: PSTN، IADN، ADSL، CM، DDN، X.25 و ستون سیستم دسترسی بی سیم اترنت و پهنای باند، و غیره.CM (مودم کابلی) از کابل کواکسیال، سرعت انتقال بالا، توانایی ضد تداخل قوی استفاده می کند.اما نه انتقال دو طرفه، نه استاندارد یکنواخت.ADSL (حلقه دیجیتال نامتقارن) دسترسی انحصاری به پهنای باند دارد و از شبکه تلفن موجود استفاده کامل می کند و نرخ انتقال نامتقارن را ارائه می دهد.سرعت دانلود در سمت کاربر می تواند به 8 مگابیت بر ثانیه و سرعت آپلود در سمت کاربر به 1 مگابایت بیت بر ثانیه برسد. ADSL پهنای باند لازم را برای مشاغل و همه کاربران فراهم می کند و هزینه ها را تا حد زیادی کاهش می دهد. در مدارهای منطقه‌ای، شرکت‌ها اکنون به اینترنت و VPN مبتنی بر اینترنت با سرعت‌های بالاتر دسترسی دارند و ظرفیت تماس VoIP بالاتری را ممکن می‌سازد.
5. فناوری واحد پردازش مرکزی
واحدهای پردازش مرکزی (CPU) از نظر عملکرد، قدرت و سرعت به تکامل خود ادامه می‌دهند. این امر کاربرد گسترده رایانه‌های چندرسانه‌ای را امکان‌پذیر می‌کند و عملکرد عملکردهای سیستم محدود شده توسط قدرت CPU را بهبود می‌بخشد. توانایی رایانه برای پردازش جریانی داده‌های صوتی و تصویری مدت‌هاست که انتظار می‌رفت. توسط کاربران، بنابراین ارائه تماس های صوتی در شبکه های داده به طور طبیعی هدف بعدی است. این ویژگی محاسباتی هم برنامه های دسکتاپ چندرسانه ای پیشرفته و هم ویژگی های پیشرفته در اجزای شبکه را قادر می سازد تا از برنامه های صوتی پشتیبانی کنند.