רשת טלפון מסורתית היא החלפת קול על ידי מעגל, פס רחב שידור נדרש של 64kbit/s.מה שנקרא VoIP הוא רשת חילופי מנות ה-IP כפלטפורמת השידור, דחיסת אותות קול מדומה, אריזה וסדרה של עיבודים מיוחדים, כך שתוכל להשתמש בפרוטוקול UDP הבלתי מחובר לשידור.
נדרשים מספר אלמנטים ופונקציות להעברת אותות קוליים ברשת IP.הצורה הפשוטה ביותר של הרשת מורכבת משני התקנים או יותר עם יכולות VoIP המחוברים דרך רשת IP.
1. שינוי קולי-נתונים
אות קולי הוא צורת גל אנלוגית, דרך IP להעברת קול, בין אם עסקי יישומים בזמן אמת או עסקי יישומים בזמן אמת, תחילה להמרת נתונים אנלוגיים של אותות קול, כלומר כימות אות קולי אנלוגי 8 או 6, ולאחר מכן נשלח לאחסון המאגר , ניתן לבחור את גודל המאגר בהתאם לדרישות ההשהיה והקידוד.הרבה מקודדים בקצב סיביות נמוך מקודדים במסגרות.
אורך מסגרת טיפוסי נע בין 10 ל-30 אלפיות השנייה.בהתחשב בעלויות במהלך השידור, מנות בין לשוניות מורכבות בדרך כלל מ-60, 120 או 240 אלפיות השנייה של נתוני דיבור.ניתן ליישם דיגיטציה באמצעות סכימות קידוד קוליות שונות, ותקני קידוד הקול הנוכחיים הם בעיקר ITU-T G.711.מקודד הקול ביעד המקור חייב ליישם את אותו אלגוריתם כדי שמכשיר הדיבור ביעד יוכל לשחזר את אות הדיבור האנלוגי.
2. המרת נתונים ל-IP מקוריים
לאחר שאות הדיבור מקודד דיגיטלית, השלב הבא הוא דחיסת קידוד חבילת הדיבור באורך מסגרת ספציפי.לרוב המקודדים יש אורך מסגרת ספציפי.אם מקודד משתמש במסגרות של 15ms, חבילת 60ms מלכתחילה מחולקת לארבע פריימים ומקודדת ברצף.לכל מסגרת יש 120 דגימות דיבור (קצב דגימה של 8kHz).לאחר הקידוד, ארבעת הפריימים הדחוסים סונתזו לחבילת דיבור דחוסה ונשלחו למעבד הרשת.מעבד הרשת מוסיף לקול Baotou, סקאלת זמן ומידע אחר ומעביר אותו לנקודת הקצה השנייה דרך הרשת.
רשת הדיבור פשוט יוצרת חיבור פיזי בין נקודות הקצה של התקשורת (קו אחד) ומשדרת את האותות המקודדים בין נקודות הקצה.בניגוד לרשתות מיתוג מעגלים, רשתות IP אינן יוצרות חיבורים.זה דורש שהנתונים יוצבו בדוחות נתונים ארוכים משתנים או מנות, ולאחר מכן כתובת ובקרה של מידע לכל דאטהגרם ונשלחת דרך הרשת, ויועברה ליעד.
3. העברה
בערוץ זה, הרשת כולה נראית כחבילת קול המתקבלת מהקלט ולאחר מכן משודרת לפלט הרשת תוך זמן מסוים (t).ה-t יכול להשתנות בטווח מלא, המשקף את הריצוד בשידור הרשת.
אותו צומת ברשת בודק את פרטי הכתובת המשויכים לכל נתוני IP ומשתמש במידע זה כדי להעביר את הנתונים גרמה לתחנה הבאה בנתיב היעד.קישור רשת יכול להיות כל טופולוגיה או שיטת גישה שתומכת בזרמי נתוני IP.
4.חבילת ה-IP- הטרנספורמציה של הנתונים
מכשיר ה-VoIP היעד מקבל את נתוני ה-IP הזה ומתחיל בעיבוד.רמת הרשת מספקת מאגר באורך משתנה המשמש לוויסות הריצוד שנוצר על ידי הרשת.המאגר יכול להכיל חבילות קול רבות, ומשתמשים יכולים לבחור את גודל המאגר.מאגרים קטנים מייצרים פחות זמן השהייה, אך אינם מווסתים ריצוד גדול.שנית, המפענח משחרר את חבילת הדיבור המקודדת כדי לייצר חבילת דיבור חדשה, ומודול זה יכול לפעול גם לפי מסגרת, בדיוק באותו אורך כמו המפענח.
אם אורך המסגרת הוא 15ms, מנות הקול של 60ms מחולקות ל-4 פריימים, ואז הן מפוענחות בחזרה לזרימת נתונים קוליים של 60ms ונשלחות למאגר הפענוח.במהלך עיבוד דוח הנתונים, מוסר מידע הכתובת והבקרה, הנתונים המקוריים נשמרים, ונתונים מקוריים אלה מסופקים לאחר מכן למפענח.
5. דיבור דיגיטלי הומר לדיבור אנלוגי
כונן ההשמעה מסיר את דגימות הקול (480) במאגר ושולח אותן לכרטיס הקול דרך הרמקול בתדר קבוע מראש (למשל 8kHz).בקיצור, שידור האותות הקוליים ברשת ה-IP עובר דרך ההמרה מאות אנלוגי לאות דיגיטלי, אריזה קולית דיגיטלית לחבילת IP, העברת מנות IP דרך הרשת, פירוק מנות IP ושיחזור הקול הדיגיטלי לאנלוגי. אוֹת.
שנית, תקנים טכניים הקשורים ל-VoIP
עבור יישומי מולטימדיה ברשתות תקשורת קיימות, איגוד התקשורת הבינלאומי (ITU-T) פיתח את פרוטוקול סדרת התקשורת H.32x מולטימדיה, התקנים העיקריים הבאים לתיאור פשוט:
H.320, תקן לתקשורת מולטימדיה על מערכת טלפון וידאו צר פס ומסוף (N-ISDN);
H.321, תקן לתקשורת מולטימדיה ב-B-ISDN;
H.322.תקן לתקשורת מולטימדיה ברשת LAN מובטחת על ידי QoS;
H.323.תקן לתקשורת מולטימדיה ברשת מיתוג מנות ללא אחריות QoS;
H.324, תקן לתקשורת מולטימדיה על מסופי תקשורת בקצב סיביות נמוך (PSTN ורשת אלחוטית).
בין התקנים הנ"ל, H. הרשתות המוגדרות בתקן 323 הן הנפוצות ביותר, כגון Ethernet, Token Network, FDDI Network וכו'. בגלל H. היישום של תקן 323 הפך באופן טבעי לנקודה חמה בשוק, אז להלן נתמקד ב-H.323。H.323 ארבעה מרכיבים עיקריים מוגדרים בהצעה: טרמינל, שער, תוכנת ניהול שער (הידועה גם בשם שער או שער), ויחידת בקרה מרובת נקודות.
1. טרמינל (טרמינל)
כל המסופים חייבים לתמוך בתקשורת קולית, ויכולות התקשורת הווידאו והנתונים הן אופציונליות. הכל H. מסוף 323 חייב לתמוך גם בתקן H.245, H.245 התקן משמש לשליטה בשימוש בערוץ ובביצועי הערוץ.H .323 הפרמטרים העיקריים של codec הדיבור בתקשורת קולית מצוינים כדלקמן: ITU מומלץ רוחב פס קול / קצב שידור סיביות של KHz / Kb/s ביאור אלגוריתם דחיסה G.711 3.4 56,64 PCM דחיסה פשוטה, המוחלת על PSTN ב-G .728 3.4 16 איכות קול LD-CELP כ-G.711, כפי שהוחלה על שידור בקצב סיביות נמוך G.722 7 48,56,64 איכות הקול ADPCM גבוהה יותר מ-G.711, מיושמת על שידור בקצב סיביות גבוה G. .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 איכות הקול LP-MLQ מקובלת, G.723.1 אמץ G לפורום VOIP.729G.729A 3.4 8 השהיה של CS-ACELP נמוכה מ-G.723.1, איכות הקול גבוהה יותר G.723.1.
2.שער (שער)
זוהי H. אפשרות עבור מערכת 323. השער יכול להפוך את הפרוטוקולים, אלגוריתמי קידוד השמע, הווידאו ואותות הבקרה המשמשים מערכות שונות כדי להתאים לתקשורת מסוף המערכת. כגון PSTN מבוסס H.324 System ו-narrowband מערכת H.320 מבוססת ISDN וה-H.323 לתקשורת מערכת, יש צורך להגדיר את השער;
3. שמירת מכס (שומר סף)
זהו H. רכיב אופציונלי של מערכת 323 הוא התוכנה להשלמת פונקציית הניהול. יש לה שתי פונקציות עיקריות: הראשונה היא לניהול יישומי H.323;השני הוא ניהול תקשורת המסוף דרך השער (כגון הקמת שיחות, הסרה וכו'). מנהלים יכולים לבצע המרת כתובות, בקרת רוחב פס, אימות שיחות, הקלטת שיחות, רישום משתמש, ניהול תחום תקשורת ופונקציות אחרות באמצעות המכס keeping.one H.323 לתחום התקשורת יכולים להיות מספר שערים, אבל רק שער אחד עובד.
4. יחידת בקרה מרובה נקודות (יחידת בקרה מרובה נקודות)
ה-MCU מאפשר תקשורת מרובת נקודות ברשת IP, ואין צורך בתקשורת מנקודה לנקודה. המערכת כולה יוצרת טופולוגיית כוכבים באמצעות ה-MCU. ה-MCU מכיל שני מרכיבים עיקריים: בקר רב נקודות MC ומעבד רב נקודות MP, או ללא MP.H בין מסופי עיבוד MC.245 מידע בקרה לבניית שם ציבורי מינימלי לעיבוד אודיו ווידאו.MC אינו מעבד ישירות שום זרם מידע מדיה, אלא משאיר אותו ל-MP. MP מערבב, מחליף ומעבד את האודיו , וידאו או מידע על נתונים.
בתעשייה קיימות שתי ארכיטקטורות מקבילות, האחת היא ITU-T H שהוצג לעיל.323 פרוטוקול הוא פרוטוקול SIP (RFC2543) המוצע על ידי ה-Internet Engineering Task Force (IETF), ופרוטוקול SIP מתאים יותר למסופים אינטליגנטיים.
שלישית, הדחף לפיתוח VoIP
השימוש הנרחב ב-VoIP יתגשם במהירות בשל הרבה חומרה, תוכנה, פיתוחים קשורים ופריצות דרך טכנולוגיות בפרוטוקול ובסטנדרטים. ההתקדמות והפיתוחים הטכנולוגיים בתחומים אלה ממלאים תפקיד מוביל ביצירת רשת VoIP יעילה, פונקציונלית ותפעול הדדית יותר. ניתן לסכם את הגורמים הטכניים המקדמים את הפיתוח המהיר ואף את היישום הנרחב של VoIP להיבטים הבאים.
1. מעבד אותות דיגיטלי
מעבדי אותות דיגיטליים מתקדמים (Digital Signal Processor, DSP) מבצעים את הרכיבים עתירי החישוב הנדרשים לאינטגרציה של קול ונתונים. DSP מעבד אותות דיגיטליים בעיקר כדי לבצע חישובים מורכבים שאחרת יצטרכו להתבצע על ידי מעבד אוניברסלי. כוח העיבוד עם העלות הנמוכה הופך את ה-DSP למתאים היטב לביצוע פונקציות עיבוד האותות במערכת ה-VoIP.
זרם קול בודד ב-G.729 עלות המחשוב של דחיסת קול היא בדרך כלל גדולה, ודורשת 20MIPS.אם נדרש מעבד מרכזי לביצוע פונקציות ניתוב וניהול מערכת תוך עיבוד זרמי קול מרובים, זה לא ריאלי.לכן, שימוש ב-DSP אחד או יותר יכול להסיר את משימת המחשוב של אלגוריתם דחיסת הקול המורכב מהמעבד המרכזי. בנוסף, DSP מתאים לזיהוי פעילות קולית וביטול הד, ומאפשר להם לעבד זרמי נתונים קוליים בזמן אמת ולגשת במהירות. זיכרון מובנה, אז בסעיף זה, נפרט כיצד ליישם קידוד קול וביטול הד בפלטפורמת TMS320C6201DSP.
פרוטוקול ותוכנה וחומרה סטנדרטית H.323 שיטת תור הוגנת משוקללת DSP MPLS החלפת תגים משוקללת אקראית גילוי מוקדם מתקדם ASIC RTP, RTCP dual funnel אלגוריתם קצב תא כללי DWDM RSVP גישה מדורגת קצב מהיר SONET Diffserv, CAR Cisco מהיר העברת מעבד כוח עיבוד G. 729, G.729a: CS-ACELP Extended Access Table ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 אלגוריתם חבית אסימון Multilink PPP Frame Relay Data Relay SIP המבוסס על שילוב עדיפות של מנות CoS על SONET IP ו-ATM QoS / CoS
2. מעגלים משולבים ייעודיים מתקדמים
הפיתוח של Application-Specific Integrated Circait (ASIC) יצר ASIC מהיר יותר, מורכב יותר ופונקציונלי יותר. ASIC הוא שבב יישום מיוחד המבצע יישום בודד או סט קטן של פונקציות. מכיוון שהם מתמקדים ביעדי יישום צרים מאוד, ניתן לבצע אופטימיזציה רבה עבור פונקציות ספציפיות, בדרך כלל עם מעבד דו-תכליתי במהירות אחת או כמה סדרי גודל.
בדיוק כפי שהשבב Thin Instruction Set Computer (RSIC) מתמקד בביצוע מהיר של מספרי הגבלה, ה-ASIC מתוכנת מראש לבצע מספר סופי של פונקציות מהר יותר. לאחר השלמת הפיתוח, עלות הייצור ההמוני של ASIC נמוך, והוא נמצא בשימוש עבור התקני רשת, כולל נתבים ומתגים, ביצוע פונקציות כגון בדיקת טבלאות ניתוב, העברת קבוצות, מיון ובדיקת קבוצות ותורים. השימוש ב-ASIC מעניק למכשיר ביצועים גבוהים יותר ופחות עלות. הם מספקים פס רחב מוגברת ותמיכה טובה יותר ב-QoS עבור רשת, כך שהם ממלאים תפקיד גדול בקידום פיתוח VoIP.
3. טכנולוגיית שידור IP
רוב רשתות הטלקום לשידור משתמשות בריבוי חלוקת זמן, בעוד שהאינטרנט חייב לאמץ שימוש חוזר סטטיסטי והחלפת מנות ארוכות.לעומת זאת, לאחרון יש שיעור ניצול גבוה של משאבי רשת, חיבור הדדי פשוט ויעיל, וישים מאוד לשירותי נתונים, וזו אחת הסיבות החשובות להתפתחות המהירה של האינטרנט. עם זאת, תקשורת רשת IP רחבת פס דורשת QoS ומאפייני עיכוב , כך שהפיתוח של חילופי מנות ריבוי סטטיסטי משך מודאגים.נכון לעכשיו, בנוסף לדור החדש של פרוטוקול IP-IPV6, קבוצת המשימות להנדסת האינטרנט העולמית (IETF) הציעה את טכנולוגיית החלפת התגים מרובת פרוטוקולים (MPLS), זה הוא סוג של בחירת שכבת רשת המבוססת על חילופי תגים/תוויות שונים, יכול לשפר את הגמישות של בחירת כבישים, להרחיב את יכולת בחירת שכבות הרשת, לפשט את שילוב הנתב וחילופי הערוצים, לשפר את ביצועי הרשת.MPLS יכול לעבוד כפרוטוקול ניתוב עצמאי, ו תואם לפרוטוקול ניתוב הרשת הקיים, תומך בפונקציות תפעול, ניהול ותחזוקה שונות של IP network, הפוך את ביצועי ה-QoS, הניתוב, האותות לשיפור משמעותי, כדי להגיע או קרוב לרמה של שימוש חוזר סטטיסטי באורך קבוע החלפת מנות (ATM), ופשוטה, יעילה, זולה וישימה מאשר ATM.
IETF תופסת גם מקומית את טכנולוגיית הקיבוץ החדשה, על מנת להשיג בחירת כביש QoS. "טכנולוגיית המנהרה" נחקרת כדי להשיג שידור פס רחב של קישורים חד-כיוונים. בנוסף, כיצד לבחור את פלטפורמת השידור של רשת ה-IP היא גם תחום מחקר חשוב בשנים האחרונות, ו-IP over ATM, IP over SDH, IP over DWDM וטכנולוגיות אחרות הופיעו ברצף.
שכבת ה-IP מספקת למשתמשי IP שירותי גישת IP איכותיים עם ערבויות שירות מסוימות. שכבת המשתמש מספקת את טופס הגישה (גישה ל-IP וגישה בפס רחב) ואת טופס תוכן השירות. בשכבה הבסיסית, Ethernet, כשכבה הפיזית של רשת ה-IP היא מובן מאליו, אבל ל-IP overDWDM יש את הטכנולוגיה העדכנית ביותר, ויש לה פוטנציאל גדול לפיתוח.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) מחדיר חיים חדשים לרשתות סיבים ומספק רוחב פס מדהים בחברות טלקום המניחות עמוד שדרה חדש של סיבים. טכנולוגיית DWDM מנצלת את היכולות של סיבים אופטיים וציוד שידור אופטי מתקדם. השם של ריבוי חלוקת גלים נגזר לשידור מרובים אורכי גל של אור (LASER) מזרם יחיד של סיב אופטי. מערכות נוכחיות יכולות לשלוח ולזהות 16 אורכי גל, בעוד שמערכות עתידיות יכולות לתמוך ב-40 עד 96 אורכי גל מלאים. זה משמעותי מכיוון שכל אורך גל נוסף מוסיף זרימה נוספת של מידע. אתה יכול לכן הרחב את רשת 2.6 Gbit/s (OC-48) פי 16 ללא צורך בהנחת סיבים חדשים.
רוב רשתות הסיבים החדשות מריצים את OC-192 במהירות (9.6 Gbit/s), ומייצרות קיבולת של מעל 150 Gbit/s על זוג סיבים בשילוב עם DWDM. בנוסף, DWDM מספק פרוטוקול ממשק ותכונות בלתי תלויות במהירות, ותומך בשני ATM העברת אותות SDH ו-Gigabit Ethernet על סיב בודד, שיכול להיות תואם לרשתות הקיימות, כך ש-DWDM יכול להגן על נכסים קיימים, אך גם לספק ל-ISP ולחברות טלקום עמוד שדרה חזק יותר, ולהפוך את הפס הרחב ליקר יותר ונגיש יותר, מה שמספק תמיכה חזקה בדרישות רוחב הפס של פתרונות VoIP.
קצב השידור המוגבר יכול לא רק לספק צינור גס יותר עם פחות סיכוי לחסימה, אלא גם להפחית את העיכוב בהרבה, ובכך יכול להפחית מאוד את דרישות ה-QoS ברשתות IP.
4. טכנולוגיית גישה בפס רחב
גישת משתמשים לרשת ה-IP הפכה לצוואר בקבוק המגביל את הפיתוח של הרשת כולה. בטווח הארוך, המטרה הסופית של גישת המשתמש היא סיבים עד הבית (FTTH). באופן כללי, רשת גישה אופטית כוללת מערכת נושאת לולאה דיגיטלית אופטית. ורשת אופטית פסיבית. הראשונה נמצאת בעיקר בארצות הברית, בשילוב עם פה פתוח V5.1/V5.2, משדרת את המערכת המשולבת שלה על סיבים אופטיים, ומראה חיוניות רבה.
האחרון הוא בעיקר בהזמנה ובגרמניה. במשך יותר מעשור, יפן נקטה בשורה של צעדים כדי להפחית את העלות של רשת אופטית פסיבית לרמה הדומה לכבלי נחושת וזוג מתכת מעוות, והשתמשה בו. במיוחד בשנים האחרונות, ITU הציעה את הרשת האופטית הפסיבית המבוססת על ATM (APON), המשלימה את היתרונות של ATM ורשת אופטית פסיבית.קצב הגישה יכול להגיע ל-622 M bit/s, מה שמועיל מאוד לפיתוח שירות מולטימדיה IP רחב, ויכול להפחית את שיעור הכשלים ואת מספר הצמתים ולהרחיב את הכיסוי. נכון לעכשיו, ITU השלימה את עבודת התקינה. , יצרנים מתפתחים באופן פעיל, יהיו סחורות בשוק, יהפכו לכיוון הפיתוח העיקרי של טכנולוגיית גישה בפס רחב למאה ה-21.
כיום, טכנולוגיות הגישה העיקריות הן: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 ועמודת אתרנט ומערכת גישה אלחוטית בפס רחב וכו'. לטכנולוגיות גישה אלה יש מאפיינים משלהן, כולל ADSL ו-CM המתפתחים ביותר;CM (מודם כבלים) משתמש בכבל קואקסיאלי, קצב שידור גבוה, יכולת אנטי-הפרעות חזקה;אבל לא תיבת הילוכים דו-כיוונית, אין תקן אחיד.ל-ADSL (לולאה דיגיטלית אסימטרית) יש גישה בלעדית לפס רחב, תוך ניצול מלא של רשת הטלפון הקיימת ומספקת קצב שידור א-סימטרי.קצב ההורדה בצד המשתמש יכול להגיע ל-8 Mbit/s, וקצב ההעלאה בצד המשתמש יכול להגיע ל-1M bit/s.ADSL מספק את הפס הרחב הדרוש לעסקים ולכל המשתמשים, ומוזיל מאוד עלויות.שימוש ב-ADSL בעלות נמוכה יותר במעגלים אזוריים, חברות כעת ניגשות לאינטרנט ול-VPN מבוסס אינטרנט במהירויות גבוהות יותר, מה שמאפשר קיבולת שיחות VoIP גבוהה יותר.
5. טכנולוגיית יחידת עיבוד מרכזית
יחידות עיבוד מרכזיות (CPU) ממשיכות להתפתח בתפקוד, בעוצמה ובמהירות. הדבר מאפשר יישום נרחב של מולטימדיה PC ומשפר את הביצועים של פונקציות המערכת המוגבלות על ידי כוח המעבד. ליכולת המחשב לעבד זרם אודיו ווידאו נתוני וידאו חיכו זמן רב. על ידי משתמשים, כך שהעברת שיחות קוליות ברשתות נתונים היא כמובן המטרה הבאה. תכונת מחשוב זו מאפשרת הן יישומי מולטימדיה שולחניים מתקדמים והן תכונות מתקדמות ברכיבי רשת לתמוך ביישומי קול.