Traditioneel telefoonnetwerk is voice by circuit exchange, de vereiste breedbandtransmissie van 64 kbit/s.De zogenaamde VoIP is het IP-pakketuitwisselingsnetwerk als transmissieplatform, de gesimuleerde spraaksignaalcompressie, verpakking en een reeks speciale verwerking, zodat het het niet-verbonden UDP-protocol kan gebruiken voor verzending.
Er zijn verschillende elementen en functies vereist om spraaksignalen op een IP-netwerk te verzenden.De eenvoudigste vorm van het netwerk bestaat uit twee of meer apparaten met VoIP-mogelijkheden die zijn verbonden via een IP-netwerk.
1.Voice-Data Transformatie
Het spraaksignaal is een analoge golfvorm, via IP om spraak te verzenden, of het nu gaat om realtime toepassingsactiviteiten of realtime toepassingsactiviteiten, eerst naar analoge gegevensconversie van spraaksignalen, namelijk de analoge spraaksignaal 8 of 6 kwantificering, en vervolgens verzonden naar de bufferopslag , de grootte van de buffer kan worden geselecteerd volgens de vereisten van de vertraging en codering.Veel encoders met een lage bitsnelheid zijn gecodeerd in frames.
Typische framelengte varieerde van 10 tot 30 ms.Gezien de kosten tijdens verzending, bestaan interlinguale pakketten meestal uit 60, 120 of 240 ms aan spraakgegevens.Digitalisering kan worden geïmplementeerd met behulp van verschillende spraakcoderingsschema's en de huidige standaarden voor spraakcodering zijn voornamelijk ITU-T G.711.De stemcodeerder op de bronbestemming moet hetzelfde algoritme implementeren zodat het spraakapparaat op de bestemming het analoge spraaksignaal kan herstellen.
2.Originele data-naar-IP-conversie
Zodra het spraaksignaal digitaal is gecodeerd, is de volgende stap het comprimeren van het coderen van het spraakpakket met een specifieke framelengte.De meeste encoders hebben een bepaalde framelengte.Als een encoder frames van 15 ms gebruikt, wordt het pakket van 60 ms vanaf de eerste plaats verdeeld in vier frames en in volgorde gecodeerd.Elk frame heeft 120 spraakvoorbeelden (bemonsteringsfrequentie van 8 kHz).Na codering werden de vier gecomprimeerde frames gesynthetiseerd in een gecomprimeerd spraakpakket en verzonden naar de netwerkprocessor.De netwerkprocessor voegt een Baotou, tijdschaal en andere informatie toe aan de stem en geeft deze via het netwerk door aan het andere eindpunt.
Het spraaknetwerk brengt eenvoudigweg een fysieke verbinding tot stand tussen de communicatie-eindpunten (één lijn) en verzendt de gecodeerde signalen tussen de eindpunten.In tegenstelling tot circuitgeschakelde netwerken vormen IP-netwerken geen verbindingen.Het vereist dat gegevens in variabele lange gegevensrapporten of -pakketten worden geplaatst, vervolgens adres- en besturingsinformatie naar elk datagram en via het netwerk worden verzonden naar de bestemming.
3.Overdracht:
In dit kanaal wordt het hele netwerk gezien als een spraakpakket dat van de ingang wordt ontvangen en vervolgens binnen een bepaalde tijd (t) naar de netwerkuitgang wordt verzonden.De t kan variëren in een volledig bereik, als gevolg van de jitter in de netwerktransmissie.
Hetzelfde knooppunt in het netwerk controleert de adresseringsinformatie die is gekoppeld aan elke IP-gegevens en gebruikt deze informatie om dat datagram door te sturen naar de volgende halte op het bestemmingspad.Een netwerkkoppeling kan elke topologie of toegangsmethode zijn die IP-gegevensstromen ondersteunt.
4.Het IP-pakket - de transformatie van de gegevens
Het doel-VoIP-apparaat ontvangt deze IP-gegevens en begint met verwerken.Het netwerkniveau biedt een buffer met variabele lengte die wordt gebruikt om de door het netwerk gegenereerde jitter te reguleren.De buffer kan veel spraakpakketten bevatten en gebruikers kunnen de grootte van de buffer kiezen.Kleine buffers produceren minder latentie, maar reguleren geen grote jitter.Ten tweede decomprimeert de decoder het gecodeerde spraakpakket om een nieuw spraakpakket te produceren, en deze module kan ook per frame werken, precies dezelfde lengte als de decoder.
Als de framelengte 15 ms is, worden de 60 ms spraakpakketten verdeeld in 4 frames, en dan worden ze terug gedecodeerd tot een 60 ms spraakgegevensstroom en naar de decoderingsbuffer gestuurd.Tijdens de verwerking van het datarapport worden de adresserings- en besturingsinformatie verwijderd, blijven de originele originele data behouden en worden deze originele data vervolgens aan de decoder verstrekt.
5. Digitale spraak is omgezet naar analoge spraak
De playback drive verwijdert de voice samples (480) in de buffer en stuurt ze via de speaker naar de geluidskaart op een vooraf bepaalde frequentie (bv. 8kHz).Kortom, de overdracht van spraaksignalen op het IP-netwerk gaat door de conversie van analoog signaal naar digitaal signaal, digitale spraakverpakking naar een IP-pakket, IP-pakketoverdracht via het netwerk, IP-pakket uitpakken en het herstel van digitale spraak naar het analoge signaal.
Ten tweede, VoIP-gerelateerde technische normen
Voor multimediatoepassingen op bestaande communicatienetwerken heeft de International Telecommunication Union (ITU-T) het H.32x Multimedia-communicatieserieprotocol ontwikkeld, de volgende hoofdstandaarden voor een eenvoudige beschrijving:
H.320, Standaard voor multimediacommunicatie op het smalband videotelefoonsysteem en de terminal (N-ISDN);
H.321, Standaard voor multimediacommunicatie op het B-ISDN;
H.322.Standaard voor multimediacommunicatie op het LAN, gegarandeerd door QoS;
H.323.Standaard voor multimediacommunicatie op een pakketgeschakeld netwerk zonder QoS-garantie;
H.324, een standaard voor multimediacommunicatie op communicatieterminals met een lage bitsnelheid (PSTN en draadloos netwerk).
Van de bovenstaande normen, H. De 323 Standard-gedefinieerde netwerken worden het meest gebruikt, zoals Ethernet, Token Network, FDDI Network, enz. Vanwege H. De toepassing van de 323-standaard is natuurlijk een hotspot in de markt geworden, daarom zullen we ons hieronder concentreren op H.323。H.323. In het voorstel worden vier hoofdcomponenten gedefinieerd: terminal, gateway, gatewaybeheersoftware (ook wel gateway of gate genoemd) en meerpuntsbesturingseenheid.
1.Terminal (Terminal)
Alle terminals moeten spraakcommunicatie ondersteunen en de video- en datacommunicatiemogelijkheden zijn optioneel.Alle H.The 323-terminals moeten ook de H.245-standaard ondersteunen, H.245 De standaard wordt gebruikt om het kanaalgebruik en de kanaalprestaties te regelen.H .323 De belangrijkste parameters van de spraakcodec in spraakcommunicatie zijn als volgt gespecificeerd: ITU aanbevolen spraakbandbreedte / KHz transmissiebitsnelheid / Kb/s compressiealgoritme annotatie G.711 3.4 56,64 PCM eenvoudige compressie, toegepast op de PSTN in G .728 3.4 16 LD-CELP-spraakkwaliteit als G.711, toegepast op transmissie met lage bitsnelheid G.722 7 48,56,64 ADPCM-spraakkwaliteit is hoger dan G.711, toegepast op transmissie met hoge bitsnelheid G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Spraakkwaliteit is acceptabel, G.723.1 Adopteer een G voor het VOIP-forum.729G.729A 3.4 8 CS-ACELP-vertraging is lager dan G.723.1, Spraakkwaliteit is hoger dan de G.723.1。
2.Gateway (Gateway)
Dit is H. Een optie voor het 323-systeem. De gateway kan de protocollen, audio, videocoderingsalgoritmen en besturingssignalen die door verschillende systemen worden gebruikt, transformeren om de communicatie van de systeemterminal mogelijk te maken. Zoals het PSTN-gebaseerde H.324-systeem en smalband ISDN-gebaseerd H.The 320 System en de H.323 Voor systeemcommunicatie is het noodzakelijk om de gateway te configureren;
3. Douanebewaring (poortwachter)
Dit is H. Een optioneel onderdeel van het 323-systeem is de software om de beheerfunctie te voltooien. Het heeft twee hoofdfuncties: de eerste is voor het H.323-toepassingsbeheer;de tweede is het beheer van de terminalcommunicatie via de gateway (zoals het tot stand brengen van oproepen, verwijderen, enz.). Managers kunnen adresconversie, bandbreedtecontrole, oproepauthenticatie, oproepopname, gebruikersregistratie, communicatiedomeinbeheer en andere functies uitvoeren via de douane Keeping.one H.323 Het communicatiedomein kan meerdere gateways hebben, maar slechts één gateway werkt.
4.Multipoint-regeleenheid (Multipoint-regeleenheid)
De MCU maakt multipoint-communicatie op een IP-netwerk mogelijk en point-to-point-communicatie is niet vereist. Het hele systeem vormt een stertopologie via de MCU. De MCU bevat twee hoofdcomponenten: multipoint-controller MC en multipoint-processor MP, of zonder MP.H tussen MC-verwerkingsterminals.245 Besturingsinformatie om een minimale publieke namer te bouwen voor audio- en videoverwerking.MC verwerkt geen enkele media-informatiestroom rechtstreeks, maar laat dit aan MP.The MP mixt, schakelt en verwerkt de audio , video- of gegevensinformatie.
In de industrie zijn er twee parallelle architecturen, één is de hierboven geïntroduceerde ITU-TH.323 Protocol is het SIP-protocol (RFC2543) voorgesteld door de Internet Engineering Task Force (IETF), en het SIP-protocol is meer geschikt voor intelligente terminals.
Ten derde, de impuls voor VoIP-ontwikkeling:
Het wijdverbreide gebruik van VoIP zal snel uitkomen dankzij de vele hardware, software, gerelateerde ontwikkelingen en technologische doorbraken in het protocol en de standaarden. Technologische vooruitgang en ontwikkelingen op deze gebieden spelen een drijvende rol bij het creëren van een efficiënter, functioneler en interoperabeler VoIP-netwerk. De technische factoren die de snelle ontwikkeling en zelfs wijdverbreide toepassing van VoIP bevorderen, kunnen in de volgende aspecten worden samengevat.
1. Digitale signaalprocessor:
Geavanceerde digitale signaalprocessors (Digital Signal Processor, DSP) voeren de rekenintensieve componenten uit die nodig zijn voor spraak- en data-integratie. DSP verwerkt digitale signalen voornamelijk om complexe berekeningen uit te voeren die anders door een universele CPU zouden moeten worden uitgevoerd. De combinatie van hun gespecialiseerde verwerkingskracht met de lage kosten maakt de DSP zeer geschikt om de signaalverwerkingsfuncties in het VoIP-systeem uit te voeren.
Enkele spraakstream op de G.729 De rekenkosten van spraakcompressie zijn meestal hoog en vereisen 20MIPS.Als een centrale CPU nodig is om routerings- en systeembeheerfuncties uit te voeren tijdens het verwerken van meerdere spraakstromen, is dit onrealistisch.Daarom kan het gebruik van een of meer DSP de computertaak van het complexe spraakcompressiealgoritme van de centrale CPU verwijderen. Bovendien is DSP geschikt voor detectie van stemactiviteit en echo-onderdrukking, waardoor ze spraakgegevensstromen in realtime kunnen verwerken en snel toegang hebben intern geheugen, dus. In dit gedeelte beschrijven we hoe spraakcodering en echo-onderdrukking op het TMS320C6201DSP-platform kunnen worden geïmplementeerd.
Protocol en standaard software en hardware H.323 Gewogen eerlijke wachtrijmethode DSP MPLS tag uitwisseling gewogen willekeurige vroege detectie geavanceerde ASIC RTP, RTCP dubbele trechter algemeen celsnelheid algoritme DWDM RSVP nominale toegang snelle snelheid SONET Diffserv, CAR Cisco fast forwarding CPU verwerkingskracht G. 729, G.729a: CS-ACELP Extended Access Table ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Token barrel-algoritme Multilink PPP Frame Relay Datagelijkrichter SIP gebaseerd op prioriteitsintegratie van CoS Packet via SONET IP en ATM QoS/CoS
2.Geavanceerde speciale geïntegreerde schakelingen
De Application-Specific Integrated Circait (ASIC) ontwikkeling heeft geleid tot een snellere, complexere en functionelere ASIC.ASIC is een gespecialiseerde applicatiechip die een enkele applicatie of een klein aantal functies uitvoert. Omdat ze zich richten op zeer smalle applicatiedoelen, ze kunnen sterk worden geoptimaliseerd voor specifieke functies, meestal met een dual-purpose CPU een of meerdere ordes van grootte sneller.
Net zoals de Thin Instruction set Computer (RSIC)-chip zich richt op snelle uitvoering van limietnummers, is de ASIC voorgeprogrammeerd om een eindig aantal functies sneller uit te voeren. Zodra de ontwikkeling is voltooid, zijn de kosten van ASIC-massaproductie laag en wordt deze gebruikt voor netwerkapparaten, waaronder routers en switches, het uitvoeren van functies zoals het controleren van routeringstabellen, het doorsturen van groepen, het sorteren en controleren van groepen en het in de wachtrij plaatsen. Het gebruik van ASIC geeft het apparaat hogere prestaties en lagere kosten. Ze bieden meer breedband en betere QoS-ondersteuning voor de netwerk, dus ze spelen een grote rol bij het bevorderen van VoIP-ontwikkeling.
3.IP-transmissietechnologie:
De meeste transmissietelecomnetwerken gebruiken multiplexing met tijdverdeling, terwijl internet statistisch hergebruik en lange pakketuitwisseling moet toepassen.In vergelijking heeft de laatste een hoge benuttingsgraad van netwerkbronnen, eenvoudige en effectieve interconnectie en zeer geschikt voor datadiensten, wat een van de belangrijke redenen is voor de snelle ontwikkeling van internet. Breedband IP-netwerkcommunicatie vereist echter QoS- en vertragingskenmerken , dus de ontwikkeling van statistische multiplexing pakketuitwisseling heeft de aandacht getrokken. Op dit moment, naast de nieuwe generatie IP-protocol-IPV6, heeft de World Internet Engineering Task Group (IETF) de multi-protocol tag exchange-technologie (MPLS) voorgesteld, dit is een soort netwerklaagselectie op basis van verschillende tag / label-uitwisseling, kan de flexibiliteit van wegselectie verbeteren, netwerklaagselectie uitbreiden, de router- en kanaaluitwisselingsintegratie vereenvoudigen, netwerkprestaties verbeteren. MPLS kan werken als een onafhankelijk routeringsprotocol, en compatibel met het bestaande netwerkrouteringsprotocol, ondersteunt verschillende bedienings-, beheer- en onderhoudsfuncties van IP-network, maak de QoS, routering, signalering prestaties sterk verbeterd, om het niveau van statistisch hergebruik vaste lengte pakketuitwisseling (ATM) te bereiken of te benaderen, en eenvoudig, efficiënt, goedkoop en toepasbaar dan ATM.
IETF grijpt ook lokaal de nieuwe groeperingstechnologie aan om QoS-wegselectie te bereiken. De "tunneltechnologie" wordt bestudeerd om breedbandtransmissie van eenrichtingsverbindingen te bereiken. Bovendien is het kiezen van het IP-netwerktransmissieplatform ook een belangrijk onderzoeksgebied van de afgelopen jaren, en IP over ATM, IP over SDH, IP over DWDM en andere technologieën zijn achtereenvolgens verschenen.
De IP-laag biedt IP-gebruikers hoogwaardige IP-toegangsdiensten met bepaalde servicegaranties. De gebruikerslaag biedt de toegangsvorm (IP-toegang en breedbandtoegang) en de vorm van de dienstinhoud. In de basislaag, Ethernet, als de fysieke laag van het IP-netwerk, is een vanzelfsprekendheid, maar IP overDWDM beschikt over de nieuwste technologie en heeft een groot ontwikkelingspotentieel.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) blaast nieuw leven in glasvezelnetwerken en biedt verbazingwekkende bandbreedte in telecombedrijven die nieuwe glasvezelruggengraat leggen. DWDM-technologie maakt gebruik van de mogelijkheden van optische vezels en geavanceerde optische transmissieapparatuur. De naam van multiplexing met golfverdeling is afgeleid voor het verzenden van meerdere golflengten van licht (LASER) van een enkele stroom optische vezels. Huidige systemen kunnen 16 golflengten verzenden en herkennen, terwijl toekomstige systemen 40 tot 96 volledige golflengten kunnen ondersteunen. Dit is belangrijk omdat elke extra golflengte een extra stroom van informatie toevoegt. breid daarom het netwerk van 2,6 Gbit/s (OC-48) 16 keer uit zonder dat er nieuwe vezels hoeven te worden gelegd.
De meeste nieuwe glasvezelnetwerken draaien OC-192 op (9,6 Gbit/s), en genereren een capaciteit van meer dan 150 Gbit/s op een paar vezels in combinatie met DWDM. Bovendien biedt DWDM een interfaceprotocol en snelheidsonafhankelijke functies, en ondersteunt het zowel ATM , SDH en Gigabit Ethernet-signaaloverdracht op een enkele vezel, die compatibel kan zijn met de bestaande netwerken, zodat DWDM bestaande activa kan beschermen, maar ook ISP- en telecombedrijven een sterkere ruggengraat kan bieden en breedband goedkoper en toegankelijker kan maken, wat zorgt voor sterke ondersteuning voor de bandbreedtevereisten van VoIP-oplossingen.
De verhoogde transmissiesnelheid kan niet alleen zorgen voor een grovere pijplijn met minder kans op blokkering, maar ook de vertraging aanzienlijk verminderen, en kan dus de QoS-vereisten op IP-netwerken aanzienlijk verminderen.
4. Breedbandtoegangstechnologie:
Gebruikerstoegang tot het IP-netwerk is een knelpunt geworden dat de ontwikkeling van het hele netwerk beperkt. Op de lange termijn is het uiteindelijke doel van gebruikerstoegang fiber-to-home (FTTH). In grote lijnen omvat het optische toegangsnetwerk een optisch digitaal lusdragersysteem en passief optisch netwerk. De eerste bevindt zich voornamelijk in de Verenigde Staten, gecombineerd met open mond V5.1/V5.2, die zijn geïntegreerd systeem op optische vezel uitzendt, wat een grote vitaliteit vertoont.
Dit laatste is voornamelijk in de orde en in Duitsland. Gedurende meer dan een decennium heeft Japan een reeks maatregelen genomen om de kosten van een passief optisch netwerk te verlagen tot een niveau dat vergelijkbaar is met koperen kabels en metalen twisted pairs, en het gebruik ervan. in de afgelopen jaren heeft ITU het ATM-gebaseerde passieve optische netwerk (APON) voorgesteld, dat de voordelen van ATM en passief optisch netwerk aanvult.De toegangssnelheid kan 622 M bit / s bereiken, wat zeer gunstig is voor de ontwikkeling van breedband IP-multimediaservice, en het uitvalpercentage en het aantal knooppunten kan verminderen en de dekking kan uitbreiden. Momenteel heeft ITU het standaardisatiewerk voltooid , fabrikanten zijn actief aan het ontwikkelen, er zullen goederen op de markt komen, zal de belangrijkste ontwikkelingsrichting worden van breedbandtoegangstechnologie voor de 21e eeuw.
Op dit moment zijn de belangrijkste toegangstechnologieën: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 en Ethernet en breedband draadloze toegangssystemen, enz. Deze toegangstechnologieën hebben hun eigen kenmerken, waaronder de snelst ontwikkelende ADSL en CM;CM (kabelmodem) maakt gebruik van coaxkabel, hoge transmissiesnelheid, sterk anti-interferentievermogen;maar geen tweerichtingstransmissie, geen uniforme standaard.ADSL (Asymmetrical Digital Loop) heeft exclusieve toegang tot breedband, maakt volledig gebruik van het bestaande telefoonnetwerk en biedt een asymmetrische transmissiesnelheid.De downloadsnelheid aan de gebruikerskant kan oplopen tot 8 Mbit/s, en de uploadsnelheid aan de gebruikerskant kan 1M bit / s bereiken.ADSL biedt de nodige breedband voor bedrijven en alle gebruikers, en verlaagt de kosten aanzienlijk. Goedkopere ADSL gebruiken regionale circuits, hebben bedrijven nu toegang tot internet en op internet gebaseerde VPN met hogere snelheden, waardoor een hogere VoIP-gesprekscapaciteit mogelijk is.
5.Centrale verwerkingseenheidtechnologie
Centrale verwerkingseenheden (CPU) blijven evolueren in functie, kracht en snelheid. Dit maakt een wijdverbreide toepassing van multimedia-pc's mogelijk en verbetert de prestaties van systeemfuncties die worden beperkt door het CPU-vermogen. Het vermogen van de pc om stream-audio- en videogegevens te verwerken, werd lang verwacht door gebruikers, dus het leveren van spraakoproepen op datanetwerken is natuurlijk het volgende doel. Deze computerfunctie maakt zowel geavanceerde multimedia-desktoptoepassingen als geavanceerde functies in netwerkcomponenten ter ondersteuning van spraaktoepassingen mogelijk.