A rede telefónica tradicional é de intercambio de voz por circuíto, a banda ancha de transmisión necesaria de 64 kbit/s.O chamado VoIP é a rede de intercambio de paquetes IP como plataforma de transmisión, a compresión de sinal de voz simulada, embalaxe e unha serie de procesamento especial, para que poida usar o protocolo UDP sen conexión para a transmisión.
Son necesarios varios elementos e funcións para transmitir sinais de voz nunha rede IP.A forma máis sinxela da rede consiste en dous ou máis dispositivos con capacidades VoIP que están conectados a través dunha rede IP.
1.Transformación de voz-datos
O sinal de voz é unha forma de onda analóxica, a través de IP para transmitir voz, xa sexa a empresa de aplicacións en tempo real ou a empresa de aplicacións en tempo real, primeiro a conversión de datos analóxicos de sinal de voz, é dicir, a cuantificación do sinal de voz analóxico 8 ou 6, e despois enviada ao almacenamento de memoria intermedia. , o tamaño do búfer pódese seleccionar segundo os requisitos do atraso e da codificación.Moitos codificadores de baixa taxa de bits están codificados en cadros.
A lonxitude típica do cadro variou de 10 a 30 ms.Tendo en conta os custos durante a transmisión, os paquetes interlingües adoitan estar formados por 60, 120 ou 240 ms de datos de voz.A dixitalización pódese implementar mediante varios esquemas de codificación de voz, e os estándares de codificación de voz actuais son principalmente ITU-T G.711.O codificador de voz no destino de orixe debe implementar o mesmo algoritmo para que o dispositivo de voz do destino poida restaurar o sinal de voz analóxico.
2. Conversión de datos orixinais a IP
Unha vez que o sinal de voz está codificado dixitalmente, o seguinte paso é comprimir a codificación do paquete de voz cunha lonxitude de fotograma específica.A maioría dos codificadores teñen unha lonxitude de cadro específica.Se un codificador usa cadros de 15 ms, o paquete de 60 ms desde o primeiro lugar divídese en catro cadros e codificase en secuencia.Cada fotograma ten 120 mostras de voz (frecuencia de mostraxe de 8 kHz).Despois da codificación, os catro fotogramas comprimidos sintetizáronse nun paquete de voz comprimido e enviáronse ao procesador de rede.O procesador de rede engade un Baotou, escala de tempo e outra información á voz e pásaa ao outro punto final a través da rede.
A rede de voz simplemente establece unha conexión física entre os puntos finais de comunicación (unha liña) e transmite os sinais codificados entre os puntos finais.A diferenza das redes de conmutación de circuítos, as redes IP non forman conexións.Require que os datos se coloquen en informes ou paquetes de datos longos variables, a continuación, a información de dirección e control a cada datagrama e enviada pola rede, remitida ao destino.
3.Transferencia
Nesta canle, a rede enteira é vista como un paquete de voz recibido da entrada e despois transmitido á saída da rede nun tempo determinado (t).O t pode variar nun intervalo completo, reflectindo o jitter na transmisión da rede.
O mesmo nodo da rede comproba a información de direccionamento asociada a cada dato IP e utiliza esta información para reenviar ese datagrama á seguinte parada na ruta de destino.Unha ligazón de rede pode ser calquera topoloxía ou método de acceso que admita fluxos de datos IP.
4.O paquete IP: a transformación dos datos
O dispositivo VoIP de destino recibe estes datos IP e comeza a procesar.O nivel de rede proporciona un búfer de lonxitude variable usado para regular o jitter xerado pola rede.O búfer pode acomodar moitos paquetes de voz e os usuarios poden escoller o tamaño do búfer.Os búfers pequenos producen menos latencia, pero non regulan a gran fluctuación.En segundo lugar, o descodificador descomprime o paquete de voz codificado para producir un novo paquete de voz, e este módulo tamén pode funcionar por cadros, exactamente a mesma lonxitude que o descodificador.
Se a lonxitude do cadro é de 15 ms, os paquetes de voz de 60 ms divídense en 4 cadros, e despois son decodificados de novo nun fluxo de datos de voz de 60 ms e envíanse ao búfer de decodificación.Durante o procesamento do informe de datos, elimínase a información de direccionamento e control, consérvanse os datos orixinais orixinais e estes datos orixinais entréganse despois ao descodificador.
5. A fala dixital converteuse en voz analóxica
A unidade de reprodución elimina as mostras de voz (480) do búfer e envíaas á tarxeta de son a través do altofalante a unha frecuencia predeterminada (por exemplo, 8 kHz).En resumo, a transmisión de sinais de voz na rede IP pasa pola conversión de sinal analóxico a sinal dixital, embalaxe de voz dixital nun paquete IP, transmisión de paquetes IP a través da rede, desempaquetado de paquetes IP e restauración da voz dixital para o analóxico. sinal.
En segundo lugar, os estándares técnicos relacionados coa VoIP
Para aplicacións multimedia en redes de comunicación existentes, a Unión Internacional de Telecomunicacións (ITU-T) desenvolveu o protocolo da serie de comunicacións multimedia H.32x, os seguintes estándares principais para unha descrición sinxela:
H.320, Estándar para comunicación multimedia no sistema e terminal de videotelefonía de banda estreita (N-RDSI);
H.321, Estándar para comunicación multimedia na RDSI-B;
H.322.Estándar para comunicación multimedia na LAN garantido por QoS;
H.323.Estándar para comunicacións multimedia nunha rede de conmutación de paquetes sen garantía de QoS;
H.324, un estándar para comunicacións multimedia en terminais de comunicación de baixa taxa de bits (PSTN e rede sen fíos).
Entre os estándares anteriores, H. As redes definidas polo estándar 323 son as máis utilizadas, como Ethernet, Token Network, FDDI Network, etc.debido a H.A aplicación do estándar 323 converteuse naturalmente nun punto quente no mercado, polo que a continuación centrarémonos en H.323。H.323 Na proposta defínense catro compoñentes principais: terminal, pasarela, software de xestión de pasarela (tamén coñecido como pasarela ou porta) e unidade de control multipunto.
1.Terminal (Terminal)
Todos os terminais deben admitir comunicación de voz e as capacidades de comunicación de datos e vídeo son opcionais. Todos os terminales H. O terminal 323 tamén debe admitir o estándar H.245, o estándar H.245. O estándar úsase para controlar o uso da canle e o rendemento da canle.H .323 Os principais parámetros do códec de voz na comunicación de voz especifícanse do seguinte xeito: ancho de banda de voz recomendado pola ITU / taxa de bits de transmisión en KHz / anotación do algoritmo de compresión Kb/s G.711 3.4 56,64 Compresión simple PCM, aplicada á PSTN en G .728 3.4 16 Calidade de voz LD-CELP como G.711, aplicada á transmisión de baixa taxa de bits G.722 7 48,56,64 A calidade de voz ADPCM é superior á G.711, aplicada á transmisión de alta taxa de bits G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ A calidade da voz é aceptable, G.723.1 Adopte un G para o foro VOIP.729G.729A 3.4 8 O atraso CS-ACELP é inferior ao G.723.1, a calidade da voz é superior á G.723.1.
2. Pasarela (Pasarela)
Esta é unha opción H. Unha opción para o sistema 323. A pasarela pode transformar os protocolos, os algoritmos de codificación de audio e vídeo e os sinais de control utilizados por diferentes sistemas para acomodar a comunicación do terminal do sistema. Como o sistema H.324 baseado en PSTN e de banda estreita. Sistema H.The 320 baseado en RDSI e H.323 Para a comunicación do sistema, é necesario configurar a pasarela;
3. Aduanas (Gatekeeper)
Este é H.Un compoñente opcional do sistema 323 é o software para completar a función de xestión. Ten dúas funcións principais: a primeira é a xestión da aplicación H.323;o segundo é a xestión da comunicación do terminal a través da pasarela (como o establecemento de chamadas, a eliminación, etc.). Os xestores poden realizar conversión de enderezos, control de ancho de banda, autenticación de chamadas, gravación de chamadas, rexistro de usuarios, xestión de dominios de comunicación e outras funcións a través da aduana. keeping.one H.323 O dominio de comunicación pode ter varias pasarelas, pero só funciona unha pasarela.
4. Unidade de control multipunto (unidade de control multipunto)
O MCU permite a comunicación multipunto nunha rede IP e non é necesaria a comunicación punto a punto. Todo o sistema forma unha topoloxía en estrela a través do MCU. O MCU contén dous compoñentes principais: controlador multipunto MC e procesador multipunto MP, ou sen MP.H entre terminais de procesamento de MC.245 Controla a información para crear un nome público mínimo para o procesamento de audio e vídeo.MC non procesa directamente ningún fluxo de información multimedia, senón que déixao a MP. O MP mestura, cambia e procesa o audio. , vídeo ou información de datos.
Na industria hai dúas arquitecturas paralelas, unha é a ITU-T H introducida anteriormente. O protocolo 323 é o protocolo SIP (RFC2543) proposto pola Internet Engineering Task Force (IETF) e o protocolo SIP é máis axeitado para terminais intelixentes.
En terceiro lugar, o impulso para o desenvolvemento de VoIP
O uso xeneralizado de VoIP farase realidade rapidamente debido a moitos hardware, software, desenvolvementos relacionados e avances tecnolóxicos no protocolo e estándares. Os avances e desenvolvementos tecnolóxicos nestes campos desempeñan un papel impulsor na creación dunha rede VoIP máis eficiente, funcional e interoperable. Os factores técnicos que promoven o rápido desenvolvemento e mesmo a aplicación xeneralizada da VoIP pódense resumir nos seguintes aspectos.
1.Procesador de sinal dixital
Os procesadores de sinais dixitais avanzados (Digital Signal Processor, DSP) realizan os compoñentes de computación intensivos necesarios para a integración de voz e datos. DSP procesa sinais dixitais principalmente para realizar cálculos complexos que, doutro xeito, poderían ter que ser realizados por unha CPU universal. A combinación dos seus sinais especializados. A potencia de procesamento co baixo custo fai que o DSP sexa ben axeitado para realizar as funcións de procesamento de sinal no sistema VoIP.
Fluxo de voz único no G.729 O custo informático da compresión de voz adoita ser grande, e require 20 MIPS.Se se necesita unha CPU central para realizar funcións de enrutamento e xestión do sistema mentres se procesan varios fluxos de voz, isto non é realista.Polo tanto, usar un ou máis DSP pode desinstalar a tarefa de computación do complexo algoritmo de compresión de voz da CPU central. Ademais, o DSP é axeitado para a detección de actividade de voz e a cancelación de eco, o que lles permite procesar fluxos de datos de voz en tempo real e acceder rapidamente. memoria integrada, así que. Nesta sección, detallamos como implementar a codificación de voz e a cancelación de eco na plataforma TMS320C6201DSP.
Protocolo e software e hardware estándar H.323 Método de cola justa ponderada DSP MPLS intercambio de etiquetas ponderado detección precoz aleatoria avanzada ASIC RTP, RTCP algoritmo de frecuencia celular xeral de embudo dual DWDM RSVP taxa rápida de acceso SONET Diffserv, CAR Cisco reenvío rápido Potencia de procesamento da CPU G. 729, G.729a: CS-ACELP Extended Access Table ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Algoritmo token barrel Multilink PPP Frame Relay Rectificador de datos SIP baseado na integración prioritaria do paquete CoS sobre SONET IP e ATM QoS/CoS
2.Circuitos integrados dedicados avanzados
O desenvolvemento de Application-Specific Integrated Circait (ASIC) produciu un ASIC máis rápido, máis complexo e máis funcional. ASIC é un chip de aplicación especializado que realiza unha única aplicación ou un pequeno conxunto de funcións. Porque se centran en obxectivos de aplicación moi estreitos, poden ser altamente optimizados para funcións específicas, normalmente cunha CPU de dobre propósito unha ou varias ordes de magnitude máis rápido.
Do mesmo xeito que o chip Thin Instruction Set Computer (RSC) céntrase na execución rápida de números límite, o ASIC está preprogramado para realizar un número finito de funcións máis rápido. Unha vez que se completa o desenvolvemento, o custo da produción en masa de ASIC é baixo e úsase. para dispositivos de rede, incluídos enrutadores e conmutadores, que realizan funcións como a comprobación da táboa de enrutamento, o reenvío de grupos, a clasificación e comprobación de grupos e a posta en cola. O uso de ASIC proporciona ao dispositivo un maior rendemento e un menor custo. Ofrecen unha maior banda ancha e un mellor soporte de QoS para rede, polo que xogan un gran papel na promoción do desenvolvemento de VoIP.
3.Tecnoloxía de transmisión IP
A maioría das redes de telecomunicacións de transmisión usan multiplexación por división de tempo, mentres que Internet debe adoptar a reutilización estatística e o intercambio de paquetes longos.En comparación, este último ten unha alta taxa de utilización dos recursos de rede, unha interconexión sinxela e eficaz e moi aplicable aos servizos de datos, que é unha das razóns importantes para o rápido desenvolvemento de Internet. Non obstante, a comunicación de rede IP de banda ancha require QoS e características de atraso. , polo que o desenvolvemento do intercambio de paquetes de multiplexación estatística atraeu preocupados. Na actualidade, ademais da nova xeración de protocolo IP-IPV6, o grupo mundial de tarefas de enxeñería de Internet (IETF) propuxo a tecnoloxía de intercambio de etiquetas multiprotocolo (MPLS), este é un tipo de selección de capas de rede baseada en varios intercambios de etiquetas / etiquetas, pode mellorar a flexibilidade da selección de estradas, ampliar a capacidade de selección da capa de rede, simplificar a integración do enrutador e o intercambio de canles, mellorar o rendemento da rede. MPLS pode funcionar como un protocolo de enrutamento independente e compatible co protocolo de enrutamento de rede existente, admite varias funcións de operación, xestión e mantemento de IP network, facer que a QoS, o enrutamento, o rendemento de sinalización mellore moito, para alcanzar ou preto do nivel de reutilización estatística de intercambio de paquetes de lonxitude fixa (ATM) e sinxelo, eficiente, barato e aplicable que o ATM.
IETF tamén está a comprender localmente a nova tecnoloxía de agrupación, a fin de lograr a selección de estradas QoS. A "tecnoloxía do túnel" está a ser estudada para lograr a transmisión de banda ancha de enlaces unidireccionais. Ademais, como elixir a plataforma de transmisión de rede IP tamén é un campo de investigación importante nos últimos anos, e IP sobre ATM, IP sobre SDH, IP sobre DWDM e outras tecnoloxías apareceron sucesivamente.
A capa IP proporciona aos usuarios IP servizos de acceso IP de alta calidade con certas garantías de servizo. A capa de usuario proporciona o formulario de acceso (acceso IP e acceso de banda ancha) e o formulario de contido do servizo. Na capa básica, Ethernet, como a capa física de a rede IP, é algo obvio, pero IP overDWDM ten a tecnoloxía máis recente e ten un gran potencial de desenvolvemento.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) inxecta unha nova vida nas redes de fibra e ofrece un ancho de banda incrible nas empresas de telecomunicacións que establecen novas fibras troncais. A tecnoloxía DWDM utiliza as capacidades das fibras ópticas e os equipos de transmisión óptica avanzados. lonxitudes de onda de luz (LASER) dun só fluxo de fibra óptica. Os sistemas actuais poden enviar e recoñecer 16 lonxitudes de onda, mentres que os sistemas futuros poden soportar 40 a 96 lonxitudes de onda completas. Isto é significativo porque cada lonxitude de onda adicional engade un fluxo adicional de información. polo tanto, amplía a rede de 2,6 Gbit/s (OC-48) 16 veces sen ter que colocar novas fibras.
A maioría das redes de fibra novas funcionan con OC-192 a (9,6 Gbit/s), xerando unha capacidade superior a 150 Gbit/s nun par de fibras cando se combina con DWDM. Ademais, DWDM ofrece protocolo de interface e funcións independentes da velocidade, e admite tanto ATM. , SDH e transmisión de sinal Gigabit Ethernet nunha soa fibra, que pode ser compatible coas redes existentes, polo que DWDM pode protexer os activos existentes, pero tamén proporcionar ISP e empresas de telecomunicacións cunha columna vertebral máis forte e facer que a banda ancha sexa menos custosa e máis accesible, o que proporciona forte soporte para os requisitos de ancho de banda das solucións VoIP.
O aumento da taxa de transmisión non só pode proporcionar unha canalización máis grosa con menos posibilidades de bloqueo, senón que tamén pode reducir moito o atraso e, polo tanto, pode reducir moito os requisitos de QoS nas redes IP.
4.Tecnoloxía de acceso de banda ancha
O acceso dos usuarios á rede IP converteuse nun pescozo de botella que restrinxe o desenvolvemento de toda a rede. A longo prazo, o obxectivo final do acceso do usuario é a fibra ao fogar (FTTH). En liñas xerais, a rede de acceso óptico inclúe un sistema de transporte de bucle dixital óptico. e rede óptica pasiva.O primeiro está principalmente nos Estados Unidos, combinado con boca aberta V5.1/V5.2, transmitindo o seu sistema integrado en fibra óptica, mostrando gran vitalidade.
Este último está principalmente na orde e en Alemaña.Durante máis dunha década, Xapón tomou unha serie de medidas para reducir o custo da rede óptica pasiva a un nivel similar aos cables de cobre e par trenzado metálico, e utilizouno. nos últimos anos, a ITU propuxo a rede óptica pasiva (APON) baseada en ATM, que complementa as vantaxes da rede óptica pasiva e ATM.A taxa de acceso pode alcanzar os 622 M bit/s, o que é moi beneficioso para o desenvolvemento do servizo multimedia IP de banda ancha, e pode reducir a taxa de fallos e o número de nodos e ampliar a cobertura. Actualmente, a ITU completou o traballo de normalización. , os fabricantes están a desenvolver activamente, haberá produtos no mercado, converterase na principal dirección de desenvolvemento da tecnoloxía de acceso de banda ancha para o século XXI.
Na actualidade, as principais tecnoloxías de acceso son: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 e Ethernet e columna de sistema de acceso sen fíos de banda ancha, etc.Estas tecnoloxías de acceso teñen características propias, entre elas as de máis rápido desenvolvemento ADSL e CM;CM (módem por cable) usa cable coaxial, alta taxa de transmisión, forte capacidade anti-interferencia;pero non transmisión bidireccional, ningún estándar uniforme.ADSL (Asymmetrical Digital Loop) ten acceso exclusivo á banda ancha, facendo pleno uso da rede telefónica existente e proporcionando unha taxa de transmisión asimétrica.A taxa de descarga no lado do usuario pode alcanzar os 8 Mbit/s, e a taxa de carga no lado do usuario pode chegar a 1 M bit/s. ADSL proporciona a banda ancha necesaria para as empresas e todos os usuarios, e reduce moito os custos. Usando ADSL de menor custo circuítos rexionais, as empresas acceden agora a Internet e VPN baseadas en Internet a velocidades máis altas, o que permite unha maior capacidade de chamadas VoIP.
5.Tecnoloxía da unidade central de procesamento
As unidades de procesamento central (CPU) seguen evolucionando en funcións, potencia e velocidade. Isto permite unha aplicación xeneralizada de PC multimedia e mellora o rendemento das funcións do sistema limitadas pola potencia da CPU. A capacidade do PC para procesar datos de audio e vídeo en fluxo era esperada desde hai moito tempo. polos usuarios, polo que a entrega de chamadas de voz nas redes de datos é naturalmente o seguinte obxectivo. Esta función informática permite tanto aplicacións de escritorio multimedia avanzadas como funcións avanzadas en compoñentes de rede para admitir aplicacións de voz.