La rete telefonica tradizionale è voce per circuito, la banda larga di trasmissione richiesta di 64 kbit/s.Il cosiddetto VoIP è la rete di scambio di pacchetti IP come piattaforma di trasmissione, la compressione del segnale vocale simulato, il confezionamento e una serie di elaborazioni speciali, in modo che possa utilizzare il protocollo UDP non connesso per la trasmissione.
Sono necessari diversi elementi e funzioni per trasmettere segnali vocali su una rete IP.La forma più semplice della rete è costituita da due o più dispositivi con funzionalità VoIP collegati tramite una rete IP.
1.Trasformazione voce-dati
Il segnale vocale è una forma d'onda analogica, tramite IP per trasmettere la voce, sia per attività di applicazioni in tempo reale che per attività di applicazioni in tempo reale, prima alla conversione dei dati analogici del segnale vocale, ovvero la quantificazione del segnale vocale analogico 8 o 6, quindi inviato alla memoria buffer , la dimensione del buffer può essere selezionata in base alle esigenze del ritardo e della codifica.Molti codificatori a bassa velocità di trasmissione sono codificati in frame.
La lunghezza tipica del frame variava da 10 a 30 ms.Considerando i costi durante la trasmissione, i pacchetti interlingui di solito sono costituiti da 60, 120 o 240 ms di dati vocali.La digitalizzazione può essere implementata utilizzando vari schemi di codifica vocale e gli attuali standard di codifica vocale sono principalmente ITU-T G.711.Il codificatore vocale nella destinazione sorgente deve implementare lo stesso algoritmo in modo che il dispositivo vocale nella destinazione possa ripristinare il segnale vocale analogico.
2. Conversione da dati a IP originali
Una volta che il segnale vocale è stato codificato digitalmente, il passaggio successivo consiste nel comprimere la codifica del pacchetto vocale con una lunghezza di frame specifica.La maggior parte degli encoder ha una lunghezza di frame specifica.Se un codificatore utilizza frame da 15 ms, il pacchetto da 60 ms dal primo posto viene diviso in quattro frame e codificato in sequenza.Ogni frame ha 120 campioni vocali (frequenza di campionamento di 8 kHz).Dopo la codifica, i quattro frame compressi sono stati sintetizzati in un pacchetto vocale compresso e inviati al processore di rete.Il processore di rete aggiunge un Baotou, una scala temporale e altre informazioni alla voce e le trasmette all'altro endpoint attraverso la rete.
La rete vocale stabilisce semplicemente una connessione fisica tra gli endpoint di comunicazione (una linea) e trasmette i segnali codificati tra gli endpoint.A differenza delle reti a commutazione di circuito, le reti IP non formano connessioni.Richiede che i dati vengano inseriti in rapporti o pacchetti di dati lunghi variabili, quindi indirizzano e controllano le informazioni a ciascun datagramma e inviati sulla rete, inoltrati alla destinazione.
3. Trasferimento
In questo canale, l'intera rete è vista come un pacchetto vocale ricevuto dall'ingresso e poi trasmesso all'uscita della rete entro un certo tempo (t).Il t può variare in un intervallo completo, riflettendo il jitter nella trasmissione di rete.
Lo stesso nodo nella rete controlla le informazioni di indirizzamento associate a ciascun dato IP e utilizza queste informazioni per inoltrare quel datagramma alla fermata successiva sul percorso di destinazione.Un collegamento di rete può essere qualsiasi topologia o metodo di accesso che supporti i flussi di dati IP.
4.Il pacchetto IP- -la trasformazione dei dati
Il dispositivo VoIP di destinazione riceve questi dati IP e avvia l'elaborazione.Il livello di rete fornisce un buffer di lunghezza variabile utilizzato per regolare il jitter generato dalla rete.Il buffer può ospitare molti pacchetti vocali e gli utenti possono scegliere la dimensione del buffer.I piccoli buffer producono meno latenza, ma non regolano il grande jitter.In secondo luogo, il decoder decomprime il pacchetto vocale codificato per produrre un nuovo pacchetto vocale e questo modulo può anche funzionare per frame, esattamente della stessa lunghezza del decoder.
Se la lunghezza del frame è di 15 ms, i pacchetti vocali da 60 ms vengono divisi in 4 frame, quindi vengono decodificati nuovamente in un flusso di dati vocali di 60 ms e inviati al buffer di decodifica.Durante l'elaborazione del rapporto di dati, le informazioni di indirizzamento e di controllo vengono rimosse, i dati originali originali vengono conservati e questi dati originali vengono quindi forniti al decodificatore.
5.Il discorso digitale è stato convertito in discorso analogico
L'unità di riproduzione rimuove i campioni vocali (480) nel buffer e li invia alla scheda audio attraverso l'altoparlante ad una frequenza predeterminata (es. 8kHz).In breve, la trasmissione dei segnali vocali sulla rete IP passa attraverso la conversione da segnale analogico a segnale digitale, il confezionamento della voce digitale in un pacchetto IP, la trasmissione di pacchetti IP attraverso la rete, il disimballaggio dei pacchetti IP e il ripristino della voce digitale nell'analogico segnale.
In secondo luogo, gli standard tecnici relativi al VoIP
Per le applicazioni multimediali sulle reti di comunicazione esistenti, l'Unione Internazionale delle Telecomunicazioni (ITU-T) ha sviluppato il protocollo della serie di comunicazione multimediale H.32x, i seguenti standard principali per una semplice descrizione:
H.320, Standard per la comunicazione multimediale su sistema videotelefonico a banda stretta e terminale (N-ISDN);
H.321, Standard per la comunicazione multimediale su B-ISDN;
H.322.Standard per la comunicazione multimediale su LAN garantita da QoS;
H.323.Standard per la comunicazione multimediale su una rete a commutazione di pacchetto senza garanzia QoS;
H.324, uno standard per la comunicazione multimediale su terminali di comunicazione a bassa velocità di trasmissione (PSTN e rete wireless).
Tra gli standard di cui sopra, H. Le reti definite dallo standard 323 sono le più utilizzate, come Ethernet, Token Network, FDDI Network, ecc. a causa di H. L'applicazione dello standard 323 è diventata naturalmente un punto caldo nel mercato, quindi di seguito ci concentreremo su H.323。H.323 Nella proposta vengono definiti quattro componenti principali: terminale, gateway, software di gestione del gateway (noto anche come gateway o gate) e unità di controllo multipunto.
1.Terminale (Terminale)
Tutti i terminali devono supportare la comunicazione vocale e le capacità di comunicazione video e dati sono opzionali.tutti i terminali H.Il terminale 323 deve supportare anche lo standard H.245, lo standard H.245 viene utilizzato per controllare l'utilizzo del canale e le prestazioni del canale.H .323 I parametri principali del codec vocale nella comunicazione vocale sono specificati come segue: larghezza di banda voce consigliata dall'ITU / bit rate di trasmissione KHz / annotazione algoritmo di compressione Kb/s G.711 3.4 56,64 Compressione semplice PCM, applicata alla PSTN in G .728 3.4 16 La qualità della voce LD-CELP come G.711, applicata alla trasmissione a bit rate basso G.722 7 48,56,64 La qualità della voce ADPCM è superiore a G.711, applicata alla trasmissione a bit rate elevato G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ La qualità della voce è accettabile, G.723.1 Adotta una G per il forum VOIP.729G.729A 3.4 8 Il ritardo CS-ACELP è inferiore a G.723.1, La qualità della voce è superiore al G.723.1。
2.Gateway (gateway)
Questa è un'opzione H.An per il sistema 323. Il gateway può trasformare i protocolli, gli algoritmi di codifica audio, video e i segnali di controllo utilizzati da diversi sistemi per ospitare la comunicazione del terminale del sistema. Come il sistema basato su PSTN del sistema H.324 e la banda stretta Sistema H.The 320 basato su ISDN e H.323 Per la comunicazione del sistema è necessario configurare il gateway;
3. Doganale (Gatekeeper)
Questo è H.Un componente opzionale del sistema 323 è il software per completare la funzione di gestione. Ha due funzioni principali: la prima è quella di gestione dell'Applicazione H.323;il secondo è la gestione della comunicazione del terminale attraverso il gateway (come l'instaurazione, la rimozione della chiamata, ecc.). I gestori possono eseguire la conversione degli indirizzi, il controllo della larghezza di banda, l'autenticazione delle chiamate, la registrazione delle chiamate, la registrazione degli utenti, la gestione dei domini di comunicazione e altre funzioni attraverso le dogane keep.one H.323 Il dominio di comunicazione può avere più gateway, ma funziona solo un gateway.
4.Unità di controllo multipunto (Unità di controllo multipunto)
L'MCU consente la comunicazione multipunto su una rete IP e la comunicazione punto-punto non è richiesta. L'intero sistema forma una topologia a stella attraverso l'MCU. L'MCU contiene due componenti principali: controller multipoint MC e processore multipoint MP, oppure senza MP.H tra i terminali di elaborazione MC.245 Informazioni di controllo per creare un nome pubblico minimo per l'elaborazione audio e video.MC non elabora direttamente alcun flusso di informazioni multimediali, ma lo lascia a MP.MP mixa, commuta ed elabora l'audio , video o informazioni sui dati.
Nel settore esistono due architetture parallele, una è l'ITU-TH introdotta sopra.323 Il protocollo è il protocollo SIP (RFC2543) proposto dall'Internet Engineering Task Force (IETF) e il protocollo SIP è più adatto per terminali intelligenti.
Terzo, l'impulso per lo sviluppo del VoIP
L'uso diffuso del VoIP si realizzerà rapidamente a causa di molti hardware, software, sviluppi correlati e innovazioni tecnologiche nel protocollo e negli standard. I progressi e gli sviluppi tecnologici in questi campi svolgono un ruolo guida nella creazione di una rete VoIP più efficiente, funzionale e interoperabile. I fattori tecnici che promuovono il rapido sviluppo e l'applicazione anche diffusa del VoIP possono essere riassunti nei seguenti aspetti.
1. Processore di segnale digitale
Processori di segnali digitali avanzati (Digital Signal Processor, DSP) eseguono i componenti ad alta intensità di calcolo richiesti per l'integrazione di voce e dati. Il DSP elabora i segnali digitali principalmente per eseguire calcoli complessi che potrebbero altrimenti dover essere eseguiti da una CPU universale. La combinazione delle loro specifiche la potenza di elaborazione con il basso costo rende il DSP adatto a svolgere le funzioni di elaborazione del segnale nel sistema VoIP.
Flusso vocale singolo sul G.729 Il costo di calcolo della compressione vocale è generalmente elevato e richiede 20 MIPS.Se è necessaria una CPU centrale per eseguire funzioni di routing e gestione del sistema durante l'elaborazione di più flussi vocali, ciò non è realistico.Pertanto, l'utilizzo di uno o più DSP può disinstallare il compito di elaborazione del complesso algoritmo di compressione vocale dalla CPU centrale. Inoltre, il DSP è adatto per il rilevamento dell'attività vocale e la cancellazione dell'eco, consentendo loro di elaborare i flussi di dati vocali in tempo reale e di accedere rapidamente memoria di bordo, quindi. In questa sezione, descriviamo in dettaglio come implementare la codifica vocale e la cancellazione dell'eco sulla piattaforma TMS320C6201DSP.
Protocollo e software e hardware standard H.323 Metodo di accodamento equo ponderato DSP MPLS scambio tag ponderato rilevamento precoce casuale ASIC avanzato RTP, RTCP dual funnel algoritmo di frequenza cellulare generale DWDM RSVP accesso nominale velocità rapida SONET Diffserv, CAR Cisco fast forwarding CPU potenza di elaborazione G. 729, G.729a: CS-ACELP Extended Access Table ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Algoritmo Token barrel Multilink PPP Frame Relay Raddrizzatore dati SIP basato sull'integrazione prioritaria di CoS Packet su SONET IP e ATM QoS/CoS
2. Circuiti integrati dedicati avanzati
Lo sviluppo dell'Application-Specific Integrated Circait (ASIC) ha prodotto un ASIC più veloce, più complesso e più funzionale. L'ASIC è un chip applicativo specializzato che esegue una singola applicazione o un piccolo insieme di funzioni. Poiché si concentra su obiettivi applicativi molto ristretti, possono essere altamente ottimizzati per funzioni specifiche, di solito con una CPU a doppio scopo di uno o più ordini di grandezza più veloce.
Proprio come il chip Thin Instruction set Computer (RSIC) si concentra sull'esecuzione rapida dei numeri limite, l'ASIC è preprogrammato per eseguire un numero finito di funzioni più velocemente. Una volta completato lo sviluppo, il costo della produzione di massa dell'ASIC è basso e viene utilizzato per dispositivi di rete inclusi router e switch, che svolgono funzioni come il controllo della tabella di routing, l'inoltro di gruppo, l'ordinamento e il controllo di gruppo e l'accodamento. L'uso di ASIC offre al dispositivo prestazioni più elevate e costi inferiori. Forniscono una maggiore banda larga e un migliore supporto QoS per il rete, quindi svolgono un ruolo importante nella promozione dello sviluppo VoIP.
3. Tecnologia di trasmissione IP
La maggior parte delle reti di telecomunicazioni di trasmissione utilizza il multiplexing a divisione di tempo, mentre Internet deve adottare il riutilizzo statistico e lo scambio di pacchetti lunghi.Rispetto, quest'ultimo ha un alto tasso di utilizzo delle risorse di rete, un'interconnessione semplice ed efficace e molto applicabile ai servizi di dati, che è uno dei motivi importanti per il rapido sviluppo di Internet. Tuttavia, la comunicazione di rete IP a banda larga richiede QoS e caratteristiche di ritardo , quindi lo sviluppo dello scambio di pacchetti di multiplexing statistico ha attirato preoccupazione. Allo stato attuale, oltre alla nuova generazione di protocollo IP-IPV6, il gruppo di attività di ingegneria Internet mondiale (IETF) ha proposto la tecnologia di scambio di tag multiprotocollo (MPLS), questa è una sorta di selezione del livello di rete basata su vari scambi di tag/etichetta, può migliorare la flessibilità della selezione della strada, espandere la capacità di selezione del livello di rete, semplificare l'integrazione dello scambio di router e canali, migliorare le prestazioni della rete. MPLS può funzionare come protocollo di routing indipendente e compatibile con il protocollo di routing di rete esistente, supporta diverse funzioni di funzionamento, gestione e manutenzione di IP neduerk, rendono la QoS, il routing, le prestazioni di segnalazione notevolmente migliorate, per raggiungere o avvicinarsi al livello di riutilizzo statistico di scambio di pacchetti a lunghezza fissa (ATM) e semplice, efficiente, economico e applicabile rispetto a ATM.
IETF sta anche acquisendo localmente la nuova tecnologia di raggruppamento, al fine di ottenere la selezione della strada QoS. È allo studio la "tecnologia del tunnel" per ottenere la trasmissione a banda larga di collegamenti unidirezionali. Inoltre, anche come scegliere la piattaforma di trasmissione della rete IP è un importante campo di ricerca negli ultimi anni e successivamente sono apparse IP su ATM, IP su SDH, IP su DWDM e altre tecnologie.
Il livello IP fornisce agli utenti IP servizi di accesso IP di alta qualità con determinate garanzie di servizio. Il livello utente fornisce il modulo di accesso (accesso IP e accesso a banda larga) e il modulo del contenuto del servizio. Nel livello di base, Ethernet, come livello fisico di la rete IP è una cosa ovvia, ma IP overDWDM ha la tecnologia più recente e ha un grande potenziale di sviluppo.
Il Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) dà nuova vita alle reti in fibra e fornisce una straordinaria larghezza di banda alle società di telecomunicazioni che posano una nuova dorsale in fibra. La tecnologia DWDM utilizza le capacità delle fibre ottiche e delle apparecchiature di trasmissione ottica avanzate. Il nome del multiplexing a divisione d'onda deriva dalla trasmissione di più lunghezze d'onda della luce (LASER) da un singolo flusso di fibra ottica. I sistemi attuali possono inviare e riconoscere 16 lunghezze d'onda, mentre i sistemi futuri possono supportare da 40 a 96 lunghezze d'onda complete. Ciò è significativo perché ogni lunghezza d'onda aggiuntiva aggiunge un flusso aggiuntivo di informazioni. quindi espandere la rete a 2,6 Gbit/s (OC-48) di 16 volte senza dover posare nuove fibre.
La maggior parte delle nuove reti in fibra esegue OC-192 a (9,6 Gbit/s), generando una capacità di oltre 150 Gbit/s su una coppia di fibre quando combinato con DWDM. Inoltre, DWDM fornisce protocollo di interfaccia e funzionalità indipendenti dalla velocità e supporta entrambi ATM , SDH e trasmissione del segnale Gigabit Ethernet su un'unica fibra, che può essere compatibile con le reti esistenti, quindi DWDM può proteggere le risorse esistenti, ma anche fornire agli ISP e alle società di telecomunicazioni una dorsale più forte e rendere la banda larga meno costosa e più accessibile, che fornisce forte supporto per i requisiti di larghezza di banda delle soluzioni VoIP.
L'aumento della velocità di trasmissione non solo può fornire una pipeline più grossolana con meno possibilità di blocco, ma anche ridurre notevolmente il ritardo e quindi può ridurre notevolmente i requisiti di QoS sulle reti IP.
4. Tecnologia di accesso a banda larga
L'accesso degli utenti alla rete IP è diventato un collo di bottiglia che limita lo sviluppo dell'intera rete. A lungo termine, l'obiettivo finale dell'accesso degli utenti è la fibra a casa (FTTH). e rete ottica passiva. La prima si trova principalmente negli Stati Uniti, abbinata alla bocca aperta V5.1/V5.2, trasmette il suo sistema integrato su fibra ottica, dimostrando grande vitalità.
Quest'ultimo è principalmente nell'ordine e in Germania. Per più di un decennio, il Giappone ha adottato una serie di misure per ridurre il costo della rete ottica passiva a un livello simile ai cavi in rame e ai doppini intrecciati in metallo, e lo ha utilizzato. Soprattutto negli ultimi anni, l'ITU ha proposto la rete ottica passiva basata su ATM (APON), che integra i vantaggi di ATM e rete ottica passiva.La velocità di accesso può raggiungere 622 M bit/s, il che è molto vantaggioso per lo sviluppo del servizio multimediale IP a banda larga, può ridurre il tasso di guasto e il numero di nodi ed espandere la copertura. Attualmente, l'ITU ha completato il lavoro di standardizzazione , i produttori si stanno sviluppando attivamente, ci saranno beni sul mercato, diventerà la principale direzione di sviluppo della tecnologia di accesso a banda larga per il 21° secolo.
Attualmente, le principali tecnologie di accesso sono: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 ed Ethernet e sistema di accesso wireless a banda larga a colonna, ecc. Queste tecnologie di accesso hanno le loro caratteristiche, tra cui l'ADSL e CM in più rapido sviluppo;CM (modem via cavo) utilizza cavo coassiale, alta velocità di trasmissione, forte capacità anti-interferenza;ma non trasmissione a due vie, nessuno standard uniforme.L'ADSL (Asymmetrical Digital Loop) ha accesso esclusivo alla banda larga, sfruttando appieno la rete telefonica esistente e fornendo una velocità di trasmissione asimmetrica.La velocità di download lato utente può raggiungere 8 Mbit/s e la velocità di upload lato utente può raggiungere 1 M bit/s. L'ADSL fornisce la banda larga necessaria per le aziende e tutti gli utenti e riduce notevolmente i costi. Utilizzo di un'ADSL a basso costo circuiti regionali, le aziende ora accedono a Internet e alla VPN basata su Internet a velocità più elevate, consentendo una maggiore capacità di chiamate VoIP.
5. Tecnologia dell'unità di elaborazione centrale
Le unità di elaborazione centrali (CPU) continuano a evolversi in termini di funzionalità, potenza e velocità. Ciò consente un'applicazione diffusa di PC multimediali e migliora le prestazioni delle funzioni di sistema limitate dalla potenza della CPU. La capacità del PC di elaborare flussi di dati audio e video è stata a lungo attesa dagli utenti, quindi fornire chiamate vocali su reti di dati è naturalmente il prossimo obiettivo. Questa funzione di elaborazione consente sia applicazioni desktop multimediali avanzate che funzionalità avanzate nei componenti di rete per supportare le applicazioni vocali.