Tradicinis telefono tinklas yra balso keitimo grandinė, reikalingas plačiajuostis 64 kbit/s perdavimo greitis.Vadinamasis VoIP yra IP paketų mainų tinklas kaip perdavimo platforma, imituojamas balso signalo suspaudimas, pakavimas ir specialaus apdorojimo serija, kad perdavimui būtų galima naudoti neprisijungusį UDP protokolą.
Norint perduoti balso signalus IP tinkle, reikalingi keli elementai ir funkcijos.Paprasčiausią tinklo formą sudaro du ar daugiau įrenginių su VoIP galimybėmis, sujungtų per IP tinklą.
1. Balso duomenų transformavimas
Balso signalas yra analoginė bangos forma, per IP perduodamas balsas, nesvarbu, ar tai būtų realiuoju laiku, ar realiuoju laiku taikomųjų programų verslas, pirmiausia į balso signalo analoginių duomenų konvertavimą, būtent analoginio balso signalo 8 arba 6 kiekybinį įvertinimą, o tada siunčiamas į buferinę saugyklą. , buferio dydį galima pasirinkti pagal delsos ir kodavimo reikalavimus.Daugelis mažos spartos kodavimo įrenginių yra užkoduoti kadrais.
Įprastas kadro ilgis svyravo nuo 10 iki 30 ms.Atsižvelgiant į perdavimo išlaidas, tarpkalbinius paketus paprastai sudaro 60, 120 arba 240 ms kalbos duomenų.Skaitmeninimas gali būti įgyvendintas naudojant įvairias balso kodavimo schemas, o dabartiniai balso kodavimo standartai daugiausia yra ITU-T G.711.Balso kodavimo įrenginys šaltinio paskirties vietoje turi įgyvendinti tą patį algoritmą, kad paskirties vietoje esantis kalbos įrenginys galėtų atkurti analoginį kalbos signalą.
2. Pradinių duomenų konvertavimas į IP
Kai kalbos signalas yra skaitmeniniu būdu užkoduotas, kitas žingsnis yra suspausti kodo kalbos paketą tam tikru kadro ilgiu.Dauguma kodavimo įrenginių turi tam tikrą rėmo ilgį.Jei koduotuvas naudoja 15 ms kadrus, 60 ms paketas iš pradžių padalijamas į keturis kadrus ir užkoduojamas iš eilės.Kiekviename kadre yra 120 kalbos pavyzdžių (8 kHz atrankos dažnis).Po kodavimo keturi suspausti kadrai buvo susintetinti į suspaustą kalbos paketą ir išsiųsti į tinklo procesorių.Tinklo procesorius prideda Baotou, laiko skalę ir kitą informaciją prie balso ir perduoda ją kitam galutiniam taškui per tinklą.
Kalbos tinklas tiesiog užmezga fizinį ryšį tarp ryšio galinių taškų (viena linija) ir perduoda užkoduotus signalus tarp galinių taškų.Skirtingai nuo grandinių perjungimo tinklų, IP tinklai nesudaro jungčių.Ji reikalauja, kad duomenys būtų patalpinti į kintamo ilgio duomenų ataskaitas arba paketus, tada adresų ir valdymo informacija būtų siunčiama į kiekvieną datagramą ir siunčiama tinklu, persiunčiama į paskirties vietą.
3.Perdavimas
Šiame kanale visas tinklas vertinamas kaip balso paketas, gautas iš įvesties ir per tam tikrą laiką (t) perduodamas į tinklo išvestį.T gali skirtis visame diapazone, atspindėdamas tinklo perdavimo virpėjimą.
Tas pats tinklo mazgas tikrina adresavimo informaciją, susietą su kiekvienu IP duomenimis, ir naudoja šią informaciją, kad peradresuotų tą datagramą į kitą paskirties kelio stotelę.Tinklo nuoroda gali būti bet kokia topologija arba prieigos metodas, palaikantis IP duomenų srautus.
4. IP paketas – duomenų transformacija
Paskirties VoIP įrenginys gauna šiuos IP duomenis ir pradeda apdoroti.Tinklo lygis suteikia kintamo ilgio buferį, naudojamą tinklo kuriamam virpėjimui reguliuoti.Buferis gali talpinti daug balso paketų, o vartotojai gali pasirinkti buferio dydį.Maži buferiai sukuria mažiau delsos, bet nereguliuoja didelio virpėjimo.Antra, dekoderis išspaudžia užkoduotą kalbos paketą, kad sukurtų naują kalbos paketą, o šis modulis taip pat gali veikti kadru, lygiai tokio pat ilgio kaip dekoderis.
Jei kadro ilgis yra 15 ms, 60 ms balso paketai padalijami į 4 kadrus, o tada iškoduojami atgal į 60 ms balso duomenų srautą ir siunčiami į dekodavimo buferį.Apdorojant duomenų ataskaitą, adresavimo ir valdymo informacija pašalinama, pirminiai pirminiai duomenys išsaugomi, o šie pirminiai duomenys pateikiami dekoderiui.
5.Skaitmeninė kalba buvo paversta analogine kalba
Atkūrimo įrenginys pašalina balso pavyzdžius (480) iš buferio ir siunčia juos į garso plokštę per garsiakalbį iš anksto nustatytu dažniu (pvz., 8 kHz).Trumpai tariant, balso signalų perdavimas IP tinkle vyksta per konvertavimą iš analoginio signalo į skaitmeninį signalą, skaitmeninį balso pakavimą į IP paketą, IP paketų perdavimą tinkle, IP paketų išpakavimą ir skaitmeninio balso atkūrimą į analoginį. signalas.
Antra, su VoIP susiję techniniai standartai
Daugialypės terpės programoms esamuose ryšio tinkluose Tarptautinė telekomunikacijų sąjunga (ITU-T) sukūrė H.32x daugialypės terpės ryšio serijos protokolą, kuriame pateikiami šie pagrindiniai standartai paprastam aprašymui:
H.320, standartas daugialypės terpės ryšiui siaurajuosčio vaizdo telefono sistemoje ir terminale (N-ISDN);
H.321, daugialypės terpės ryšio B-ISDN standartas;
H.322.Standartas daugialypės terpės ryšiui LAN, garantuojamas QoS;
H.323.Standartas daugialypės terpės ryšiui paketų perjungimo tinkle be QoS garantijos;
H.324, daugialypės terpės ryšio mažos spartos ryšio terminaluose (PSTN ir belaidžio tinklo) standartas.
Tarp pirmiau minėtų standartų H. 323 standarto apibrėžti tinklai yra plačiausiai naudojami, pvz., Ethernet, Token Network, FDDI tinklas ir kt., nes H. 323 standarto taikymas natūraliai tapo populiaria vieta rinkoje, todėl toliau daugiausia dėmesio skirsime H.323。H.323 Pasiūlyme apibrėžti keturi pagrindiniai komponentai: terminalas, šliuzas, šliuzo valdymo programinė įranga (taip pat žinoma kaip šliuzas arba vartai) ir kelių taškų valdymo blokas.
1. Terminalas (terminalas)
Visi terminalai turi palaikyti balso ryšį, o vaizdo ir duomenų perdavimo galimybės yra neprivalomos.visi H.323 terminalas taip pat turi palaikyti H.245 standartą, H.245 Standartas naudojamas kanalo naudojimui ir kanalo veikimui valdyti.H .323 Pagrindiniai balso kodeko parametrai balso komunikacijoje nurodomi taip: ITU rekomenduojamas balso dažnių juostos plotis / KHz perdavimo bitų sparta / Kb/s suspaudimo algoritmo anotacija G.711 3.4 56,64 PCM paprastas suspaudimas, taikomas PSTN G. .728 3.4 16 LD-CELP balso kokybė kaip G.711, taikoma mažo bitų spartos perdavimui G.722 7 48,56,64 ADPCM balso kokybė yra aukštesnė nei G.711, taikoma didelės bitų spartos perdavimui G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Balso kokybė yra priimtina, G.723.1 Taikyti G VOIP forumui.729G.729A 3.4 8 CS-ACELP delsa mažesnė nei G.723.1, balso kokybė aukštesnė nei G.723.1.
2. Vartai (vartai)
Tai yra H. 323 sistemos parinktis. Šliuzas gali transformuoti protokolus, garso, vaizdo kodavimo algoritmus ir valdymo signalus, naudojamus skirtingose sistemose, kad būtų galima palaikyti sistemos terminalo ryšį. Pavyzdžiui, PSTN pagrįsta H.324 sistema ir siaurajuostis ISDN pagrįstas H.The 320 System ir H.323 Sistemos ryšiui būtina sukonfigūruoti šliuzą;
3. Muitinės tvarkymas (vartininkas)
Tai H.Neprivalomas 323 sistemos komponentas yra programinė įranga, skirta valdymo funkcijai užbaigti.Ji turi dvi pagrindines funkcijas: pirmoji yra H.323 programų valdymas;antrasis yra terminalo komunikacijos valdymas per šliuzą (pvz., skambučių sukūrimas, pašalinimas ir tt). Valdytojai gali atlikti adreso konvertavimą, pralaidumo kontrolę, skambučių autentifikavimą, skambučių įrašymą, vartotojo registraciją, ryšio domeno valdymą ir kitas muitinės funkcijas. keeping.one H.323 Ryšio domenas gali turėti kelis šliuzus, tačiau veikia tik vienas šliuzas.
4. Daugiataškis valdymo blokas (daugiataškis valdymo blokas)
MCU įgalina kelių taškų ryšį IP tinkle, o tiesioginis ryšys nereikalingas. Visa sistema sudaro žvaigždės topologiją per MCU. MCU sudaro du pagrindiniai komponentai: kelių taškų valdiklis MC ir daugiataškis procesorius MP, arba be MP.H tarp MC apdorojimo terminalų.245 Valdymo informacija, kad būtų sukurtas minimalus viešasis garso ir vaizdo apdorojimo pavadinimo elementas.MC tiesiogiai neapdoroja jokio medijos informacijos srauto, bet palieka jį MP. MP maišo, perjungia ir apdoroja garsą. , vaizdo įrašo ar duomenų informaciją.
Pramonėje yra dvi lygiagrečios architektūros, viena iš jų yra pirmiau pristatytas ITU-T H.323 Protokolas yra SIP protokolas (RFC2543), kurį pasiūlė Internet Engineering Task Force (IETF), o SIP protokolas labiau tinka išmaniesiems terminalams.
Trečia, VoIP plėtros impulsas
Plačiai paplitęs VoIP naudojimas greitai išsipildys dėl daugybės techninės, programinės įrangos, susijusių pokyčių ir technologinių proveržių protokolo ir standartų srityje. Technologinė pažanga ir plėtra šiose srityse vaidina pagrindinį vaidmenį kuriant efektyvesnį, funkcionalesnį ir sąveikesnį VoIP tinklą. Techninius veiksnius, skatinančius sparčią VoIP plėtrą ir net platų taikymą, galima apibendrinti į šiuos aspektus.
1.Skaitmeninis signalų procesorius
Pažangūs skaitmeninių signalų procesoriai (Digital Signal Processor, DSP) atlieka daug skaičiavimo reikalaujančius komponentus, reikalingus balso ir duomenų integravimui. DSP apdoroja skaitmeninius signalus pirmiausia siekdami atlikti sudėtingus skaičiavimus, kuriuos kitu atveju gali tekti atlikti universaliu procesoriumi. Dėl mažos apdorojimo galios DSP puikiai tinka VoIP sistemos signalų apdorojimo funkcijoms atlikti.
Vieno balso srautas G.729 Balso glaudinimo skaičiavimo išlaidos paprastai yra didelės, todėl reikia 20MIPS.Jei apdorojant kelis balso srautus, maršruto parinkimo ir sistemos valdymo funkcijoms atlikti reikalingas centrinis procesorius, tai nerealu.Todėl naudojant vieną ar daugiau DSP galima pašalinti sudėtingo balso glaudinimo algoritmo skaičiavimo užduotį iš centrinio procesoriaus. Be to, DSP tinka balso veiklos aptikimui ir aido panaikinimui, leidžiant jiems apdoroti balso duomenų srautus realiuoju laiku ir greitai pasiekti integruota atmintis, taigi.Šiame skyriuje išsamiai aprašome, kaip TMS320C6201DSP platformoje įdiegti balso kodavimą ir aido panaikinimą.
Protokolas ir standartinė programinė ir aparatinė įranga H.323 Svertinis sąžiningas eilių sudarymo metodas DSP MPLS žymų keitimo svertinis atsitiktinis ankstyvas aptikimas išplėstinis ASIC RTP, RTCP dviejų piltuvų bendras ląstelių greičio algoritmas DWDM RSVP vardinė prieiga greita sparta SONET Diffserv, CAR Cisco greito persiuntimo procesoriaus apdorojimo galia G. 729, G.729a: CS-ACELP išplėstinės prieigos lentelė ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Token barrel algoritmas Multilink PPP Frame Relay Duomenų lygintuvas SIP, pagrįstas CoS paketo prioritetine integracija per SONET IP ir ATM QoS / CoS
2. Išplėstinės specialiosios integrinės grandinės
Konkrečiai programai integruoto grandyno (ASIC) kūrimas sukūrė greitesnį, sudėtingesnį ir funkcionalesnį ASIC. ASIC yra specializuotas taikomųjų programų lustas, kuris atlieka vieną taikomąją programą arba nedidelį funkcijų rinkinį. Kadangi jie orientuoti į labai siaurus programos tikslus, jie gali būti labai optimizuoti konkrečioms funkcijoms, paprastai naudojant dvigubos paskirties CPU vienu ar keliomis eilėmis greičiau.
Lygiai taip pat, kaip Thin Instruction Set Computer (RSIC) lustas skirtas greitam ribinių skaičių vykdymui, ASIC yra iš anksto užprogramuotas, kad greičiau atliktų ribotą skaičių funkcijų. Baigus kurti, ASIC masinės gamybos sąnaudos yra mažos ir ji naudojama. tinklo įrenginiams, įskaitant maršruto parinktuvus ir jungiklius, atliekantys tokias funkcijas kaip maršruto parinkimo lentelės tikrinimas, grupių persiuntimas, grupių rūšiavimas ir tikrinimas bei eilių sudarymas.Naudojant ASIC užtikrinamas didesnis įrenginio našumas ir mažesnė kaina.Jie užtikrina didesnį plačiajuostį ryšį ir geresnį QoS palaikymą tinklo, todėl jie atlieka didelį vaidmenį skatinant VoIP plėtrą.
3.IP perdavimo technologija
Daugumoje perdavimo telekomunikacijų tinklų naudojamas laiko padalijimo tankinimas, o internetas turi priimti statistinį pakartotinį naudojimą ir ilgą paketų mainus.Palyginus, pastarasis pasižymi dideliu tinklo išteklių panaudojimo lygiu, paprastu ir efektyviu sujungimu bei labai pritaikomas duomenų paslaugoms, o tai yra viena iš svarbių spartaus interneto vystymosi priežasčių. Tačiau plačiajuosčio IP tinklo komunikacijai reikia QoS ir vėlavimo charakteristikų. , todėl statistinio tankinimo paketų mainų plėtra pritraukė susirūpinimą. Šiuo metu, be naujos kartos IP protokolo-IPV6, pasaulinė interneto inžinerijos užduočių grupė (IETF) pasiūlė kelių protokolų žymų mainų technologiją (MPLS). yra tinklo sluoksnio pasirinkimas, pagrįstas įvairiais žymų / etikečių mainais, gali pagerinti kelių pasirinkimo lankstumą, išplėsti tinklo sluoksnio pasirinkimo galimybes, supaprastinti maršrutizatoriaus ir kanalų mainų integraciją, pagerinti tinklo našumą.MPLS gali veikti kaip nepriklausomas maršruto parinkimo protokolas ir suderinamas su esamu tinklo maršruto parinkimo protokolu, palaiko įvairias IP neveikiančias, valdymo ir priežiūros funkcijastwork, kad QoS, maršruto parinkimas, signalizacijos našumas labai pagerėtų, kad būtų pasiektas arba artimas statistinio pakartotinio fiksuoto ilgio paketų mainų (ATM) lygis ir paprastas, efektyvus, pigus ir taikomas nei bankomatas.
IETF taip pat vietoje suvokia naują grupavimo technologiją, kad būtų pasiektas QoS kelių pasirinkimas. „Tunelio technologija“ yra tiriama siekiant plačiajuosčio vienpusio ryšio perdavimo. Be to, kaip pasirinkti IP tinklo perdavimo platformą taip pat yra svarbi tyrimų sritis pastaraisiais metais, o IP per ATM, IP per SDH, IP per DWDM ir kitos technologijos atsirado paeiliui.
IP lygmuo suteikia IP vartotojams aukštos kokybės IP prieigos paslaugas su tam tikromis paslaugų garantijomis. Vartotojo sluoksnis suteikia prieigos formą (IP prieiga ir plačiajuosčio ryšio prieiga) ir paslaugų turinio formą. Pagrindiniame lygmenyje Ethernet kaip fizinis IP tinklas yra savaime suprantamas dalykas, tačiau IP overDWDM turi naujausias technologijas ir turi didelį plėtros potencialą.
Tankiųjų bangų padalijimo daugialypės terpės (DWDM) sistema įkvepia naujos gyvybės šviesolaidiniuose tinkluose ir suteikia nuostabų pralaidumą telekomunikacijų įmonėse, kuriančiose naują skaidulų pagrindą. DWDM technologija naudoja optinių skaidulų galimybes ir pažangią optinio perdavimo įrangą. Bangų padalijimo tankinimo pavadinimas kilęs siekiant perduoti kelis šviesos bangos ilgiai (LASER) iš vieno optinio pluošto srauto.Dabartinės sistemos gali siųsti ir atpažinti 16 bangos ilgių, o būsimos sistemos gali palaikyti nuo 40 iki 96 visų bangų ilgių. Tai svarbu, nes kiekvienas papildomas bangos ilgis prideda papildomą informacijos srautą.Galite todėl išplėskite 2,6 Gbit/s (OC-48) tinklą 16 kartų netiesdami naujų skaidulų.
Dauguma naujų šviesolaidinių tinklų veikia OC-192 greičiu (9,6 Gbit/s), generuojant daugiau nei 150 Gbit/s spartą poroje skaidulų, kai kartu su DWDM. Be to, DWDM teikia sąsajos protokolo ir greičio nepriklausomas funkcijas ir palaiko abu bankomatus , SDH ir Gigabit Ethernet signalo perdavimas vienu skaidulu, kuris gali būti suderinamas su esamais tinklais, todėl DWDM gali apsaugoti esamą turtą, bet taip pat suteikti IPT ir telekomunikacijų įmonėms stipresnį stuburą ir padaryti plačiajuostį ryšį pigesnį ir prieinamesnį. stipriai palaiko VoIP sprendimų pralaidumo reikalavimus.
Padidėjęs perdavimo greitis gali ne tik užtikrinti grubesnį vamzdyną su mažesne blokavimo tikimybe, bet ir žymiai sumažinti delsą, taigi gali labai sumažinti QoS reikalavimus IP tinkluose.
4. Plačiajuosčio ryšio prieigos technologija
Vartotojų prieiga prie IP tinklo tapo kliūtimi, ribojančia viso tinklo plėtrą. Ilgainiui galutinis vartotojo prieigos tikslas yra šviesolaidis į namus (FTTH). Plačiąja prasme optinės prieigos tinklas apima optinės skaitmeninės kilpos nešiklio sistemą. ir pasyvus optinis tinklas. Pirmasis yra daugiausia Jungtinėse Amerikos Valstijose, kartu su atvira burna V5.1/V5.2, perduodanti savo integruotą sistemą optiniu pluoštu, demonstruojanti didelį gyvybingumą.
Pastarasis yra daugiausia tvarka ir Vokietijoje.Japonija jau daugiau nei dešimtmetį ėmėsi priemonių, kad sumažintų pasyviojo optinio tinklo sąnaudas iki tokio lygio, kaip variniai kabeliai ir metalinės vytos poros, ir naudojo jį naudoti. Pastaraisiais metais ITU pasiūlė ATM pagrįstą pasyvųjį optinį tinklą (APON), kuris papildo ATM ir pasyvaus optinio tinklo pranašumus.Prieigos sparta gali siekti 622 M bit/s, o tai labai naudinga plėtojant plačiajuosčio IP daugialypės terpės paslaugą, gali sumažinti gedimų dažnį ir mazgų skaičių bei išplėsti aprėptį. Šiuo metu ITU baigė standartizacijos darbus. , gamintojai aktyviai vystosi, rinkoje atsiras prekių, taps pagrindine XXI amžiaus plačiajuosčio ryšio prieigos technologijų plėtros kryptimi.
Šiuo metu pagrindinės prieigos technologijos yra: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 ir Ethernet bei plačiajuosčio belaidžio ryšio prieigos sistemos stulpelis ir tt Šios prieigos technologijos turi savo ypatybes, įskaitant sparčiausiai besivystančias ADSL ir CM;CM (kabelinis modemas) naudoja bendraašį kabelį, didelį perdavimo greitį, stiprų anti-interferencinį gebėjimą;bet ne dvipusis perdavimas, nėra vienodo standarto.ADSL (Asimetrinė skaitmeninė kilpa) turi išskirtinę prieigą prie plačiajuosčio ryšio, visapusiškai išnaudodama esamą telefonų tinklą ir užtikrindama asimetrinį perdavimo spartą.Atsisiuntimo sparta vartotojo pusėje gali siekti 8 Mbit/s, o įkėlimo sparta vartotojo pusėje – 1M bit/s.ADSL suteikia reikalingą plačiajuostį ryšį verslui ir visiems vartotojams bei labai sumažina išlaidas.Naudojant pigesnį ADSL regioninės grandinės, įmonės dabar pasiekia internetą ir internetu pagrįstą VPN didesne sparta, o tai leidžia padidinti VoIP skambučių pajėgumą.
5.Centrinio procesoriaus technologija
Centrinių procesorių (CPU) funkcijos, galia ir greitis toliau tobulėja. Tai leidžia plačiai pritaikyti daugialypės terpės asmeninį kompiuterį ir pagerinti sistemos funkcijų, kurias riboja procesoriaus galia, veikimą. Kompiuterio galimybės apdoroti garso ir vaizdo duomenų srautą buvo lauktos jau seniai. vartotojų, todėl, žinoma, kitas tikslas yra balso skambučių siuntimas duomenų tinkluose. Ši skaičiavimo funkcija įgalina pažangias daugialypės terpės darbalaukio programas ir išplėstines tinklo komponentų funkcijas, skirtas palaikyti balso programas.