Tradycyjna sieć telefoniczna to wymiana głosu przez obwód, wymagane szerokopasmowe transmisje 64kbit/s.Tak zwana VoIP to sieć wymiany pakietów IP jako platforma transmisyjna, symulowana kompresja sygnału głosowego, pakowanie i szereg specjalnych procesów przetwarzania, dzięki czemu może wykorzystywać do transmisji niepodłączony protokół UDP.
Do przesyłania sygnałów głosowych w sieci IP potrzeba kilku elementów i funkcji.Najprostsza forma sieci składa się z dwóch lub więcej urządzeń z funkcjami VoIP, które są połączone siecią IP.
1. Transformacja danych głosowych
Sygnał głosowy to analogowy kształt fali, przez IP do przesyłania głosu, niezależnie od tego, czy aplikacja działa w czasie rzeczywistym, czy aplikacja w czasie rzeczywistym, najpierw do analogowej konwersji danych sygnału głosowego, a mianowicie do kwantyfikacji analogowego sygnału głosowego 8 lub 6, a następnie jest wysyłany do pamięci buforowej , rozmiar bufora można wybrać zgodnie z wymaganiami opóźnienia i kodowania.Wiele koderów o niskiej przepływności jest zakodowanych w ramkach.
Typowa długość ramki wahała się od 10 do 30 ms.Biorąc pod uwagę koszty transmisji, pakiety międzyjęzykowe zwykle składają się z 60, 120 lub 240 ms danych mowy.Digitalizacja może być realizowana przy użyciu różnych schematów kodowania głosu, a obecne standardy kodowania głosu to głównie ITU-T G.711.Koder głosu w docelowym źródle musi implementować ten sam algorytm, aby urządzenie mowy w miejscu docelowym mogło odtworzyć analogowy sygnał mowy.
2. Oryginalna konwersja danych na adres IP
Gdy sygnał mowy zostanie zakodowany cyfrowo, następnym krokiem jest skompresowanie zakodowanego pakietu mowy o określonej długości ramki.Większość koderów ma określoną długość ramki.Jeśli koder używa ramek 15ms, pakiet 60ms od pierwszego miejsca jest dzielony na cztery ramki i kodowany po kolei.Każda ramka zawiera 120 próbek mowy (częstotliwość próbkowania 8kHz).Po zakodowaniu cztery skompresowane ramki zostały zsyntetyzowane w skompresowany pakiet mowy i wysłane do procesora sieciowego.Procesor sieciowy dodaje Baotou, skalę czasu i inne informacje do głosu i przekazuje je do drugiego punktu końcowego przez sieć.
Sieć mowy po prostu ustanawia fizyczne połączenie między punktami końcowymi komunikacji (jedna linia) i przesyła zakodowane sygnały między punktami końcowymi.W przeciwieństwie do sieci z przełączaniem obwodów, sieci IP nie tworzą połączeń.Wymaga to umieszczenia danych w raportach lub pakietach o zmiennej długości, a następnie adresowania i kontroli informacji do każdego datagramu i przesyłania przez sieć do miejsca docelowego.
3.Transfer
W tym kanale cała sieć jest postrzegana jako pakiet głosowy odbierany z wejścia, a następnie przesyłany na wyjście sieci w określonym czasie (t).T może zmieniać się w pełnym zakresie, odzwierciedlając jitter w transmisji sieciowej.
Ten sam węzeł w sieci sprawdza informacje adresowe związane z poszczególnymi danymi IP i wykorzystuje te informacje do przekazania tego datagramu do następnego przystanku na ścieżce docelowej.Łączem sieciowym może być dowolna topologia lub metoda dostępu obsługująca strumienie danych IP.
4.Pakiet IP- -transformacja danych
Docelowe urządzenie VoIP odbiera te dane IP i rozpoczyna przetwarzanie.Poziom sieci zapewnia bufor o zmiennej długości używany do regulowania jittera generowanego przez sieć.Bufor może pomieścić wiele pakietów głosowych, a użytkownicy mogą wybrać rozmiar bufora.Małe bufory powodują mniejsze opóźnienia, ale nie regulują dużego jittera.Po drugie, dekoder dekompresuje zakodowany pakiet mowy, aby wytworzyć nowy pakiet mowy, a moduł ten może również działać w ramkach, dokładnie tej samej długości co dekoder.
Jeśli długość ramki wynosi 15 ms, pakiety głosowe 60 ms są dzielone na 4 ramki, a następnie są dekodowane z powrotem do przepływu danych głosowych o długości 60 ms i wysyłane do bufora dekodującego.Podczas przetwarzania raportu danych, informacje adresowe i kontrolne są usuwane, oryginalne dane są zachowywane, a te oryginalne dane są następnie dostarczane do dekodera.
5. Mowa cyfrowa została przekonwertowana na mowę analogową
Napęd odtwarzania usuwa próbki głosu (480) z bufora i wysyła je do karty dźwiękowej przez głośnik z określoną częstotliwością (np. 8 kHz).Krótko mówiąc, transmisja sygnałów głosowych w sieci IP odbywa się poprzez konwersję z sygnału analogowego na sygnał cyfrowy, cyfrowe pakowanie głosu w pakiet IP, transmisję pakietów IP przez sieć, rozpakowywanie pakietów IP i przywrócenie głosu cyfrowego do analogowego sygnał.
Po drugie, standardy techniczne związane z VoIP
Do zastosowań multimedialnych w istniejących sieciach komunikacyjnych Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU-T) opracował protokół komunikacji multimedialnej H.32x z następującymi głównymi standardami dla prostego opisu:
H.320, Standard komunikacji multimedialnej w wąskopasmowym systemie wideotelefonicznym i terminalu (N-ISDN);
H.321, Standard komunikacji multimedialnej w B-ISDN;
H.322.Standard komunikacji multimedialnej w sieci LAN gwarantowany przez QoS;
H.323.Standard komunikacji multimedialnej w sieci z przełączaniem pakietów bez gwarancji QoS;
H.324, standard komunikacji multimedialnej na terminalach komunikacyjnych o niskiej przepływności (PSTN i sieć bezprzewodowa).
Wśród powyższych standardów, H. Najczęściej stosowane są sieci zdefiniowane w standardzie 323, takie jak Ethernet, Token Network, FDDI Network itp. Z powodu H. Zastosowanie standardu 323 stało się naturalnie gorącym punktem na rynku, więc poniżej skupimy się na H.323。H.323 Cztery główne komponenty są zdefiniowane we wniosku: terminal, brama, oprogramowanie do zarządzania bramą (znane również jako brama lub brama) i wielopunktowa jednostka sterująca.
1. Terminal (Terminal)
Wszystkie terminale muszą obsługiwać komunikację głosową, a możliwości komunikacji wideo i danych są opcjonalne.wszystkie H.Terminal 323 musi również obsługiwać standard H.245, H.245 Standard jest używany do kontrolowania wykorzystania kanału i wydajności kanału.H .323 Główne parametry kodeka mowy w komunikacji głosowej są określone w następujący sposób: zalecana przez ITU szerokość pasma głosu / przepływność transmisji KHz / algorytm kompresji Kb/s adnotacja G.711 3.4 56,64 PCM prosta kompresja stosowana do PSTN w G .728 3,4 16 Jakość głosu LD-CELP jak G.711, stosowana do transmisji o niskiej przepływności G.722 7 48,56,64 Jakość głosu ADPCM jest wyższa niż G.711, stosowana do transmisji z dużą przepływnością G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Jakość głosu jest akceptowalna, G.723.1 Zastosuj G dla forum VOIP.729G.729A 3.4 8 Opóźnienie CS-ACELP jest niższe niż G.723.1, Jakość głosu jest wyższa niż G.723.1。
2. Brama (Brama)
Jest to opcja H.An dla systemu 323. Bramka może przekształcać protokoły, algorytmy kodowania audio, wideo i sygnały sterujące używane przez różne systemy w celu dostosowania do komunikacji terminala systemowego. Takie jak system H.324 oparty na PSTN i wąskopasmowy Oparte na ISDN H.The 320 System i H.323 Do komunikacji systemowej konieczne jest skonfigurowanie bramki;
3. Przechowywanie celne (strażnik)
To jest H. Opcjonalnym składnikiem systemu 323 jest oprogramowanie do uzupełnienia funkcji zarządzania. Ma dwie główne funkcje: pierwsza to zarządzanie aplikacją H.323;drugi to zarządzanie komunikacją terminalową przez bramę (taką jak nawiązywanie, usuwanie itp.). Menedżerowie mogą wykonywać konwersję adresów, kontrolę przepustowości, uwierzytelnianie połączeń, nagrywanie rozmów, rejestrację użytkowników, zarządzanie domeną komunikacyjną i inne funkcje przez służby celne keep.one H.323 Domena komunikacyjna może mieć wiele bramek, ale działa tylko jedna bramka.
4. Jednostka sterująca wielopunktowa (jednostka sterująca wielopunktowa)
MCU umożliwia komunikację wielopunktową w sieci IP, a komunikacja punkt-punkt nie jest wymagana. Cały system tworzy topologię gwiazdy za pośrednictwem MCU. MCU składa się z dwóch głównych komponentów: kontrolera wielopunktowego MC i procesora wielopunktowego MP, lub bez MP.H między terminalami przetwarzania MC.245 Kontroluj informacje w celu zbudowania minimalnej publicznej nazwy dla przetwarzania audio i wideo. MC nie przetwarza bezpośrednio żadnego strumienia informacji multimedialnych, ale pozostawia go MP. MP miksuje, przełącza i przetwarza dźwięk , wideo lub informacje o danych.
W branży istnieją dwie równoległe architektury, jedna to ITU-TH wprowadzony powyżej. Protokół 323 to protokół SIP (RFC2543) zaproponowany przez Internet Engineering Task Force (IETF), a protokół SIP jest bardziej odpowiedni dla inteligentnych terminali.
Po trzecie, impuls do rozwoju VoIP
Powszechne korzystanie z VoIP szybko się urzeczywistni ze względu na wiele urządzeń, oprogramowania, powiązanych zmian i przełomów technologicznych w protokołach i standardach. Postęp technologiczny i rozwój w tych dziedzinach odgrywają kluczową rolę w tworzeniu bardziej wydajnej, funkcjonalnej i interoperacyjnej sieci VoIP. Czynniki techniczne, które sprzyjają szybkiemu rozwojowi, a nawet szerokiemu zastosowaniu VoIP, można podsumować w następujących aspektach.
1. Cyfrowy procesor sygnału
Zaawansowane cyfrowe procesory sygnałowe (Digital Signal Processor, DSP) wykonują intensywne obliczeniowo komponenty wymagane do integracji głosu i danych. DSP przetwarza sygnały cyfrowe przede wszystkim w celu wykonywania złożonych obliczeń, które w innym przypadku musiałyby być wykonywane przez uniwersalny procesor. moc obliczeniowa przy niskich kosztach sprawia, że procesor DSP dobrze nadaje się do wykonywania funkcji przetwarzania sygnału w systemie VoIP.
Pojedynczy strumień głosu na G.729 Koszt obliczeniowy kompresji głosu jest zwykle duży i wymaga 20 MIPS.Jeśli centralny procesor jest wymagany do wykonywania funkcji routingu i zarządzania systemem podczas przetwarzania wielu strumieni głosu, jest to nierealne.Dlatego użycie jednego lub więcej DSP może odinstalować zadanie obliczeniowe złożonego algorytmu kompresji głosu z centralnego procesora. Ponadto DSP nadaje się do wykrywania aktywności głosowej i usuwania echa, umożliwiając im przetwarzanie strumieni danych głosowych w czasie rzeczywistym i szybki dostęp wbudowana pamięć, tak. W tej sekcji szczegółowo opisujemy, jak zaimplementować kodowanie głosu i usuwanie echa na platformie TMS320C6201DSP.
Protokół i standardowe oprogramowanie i sprzęt H.323 Ważona uczciwa metoda kolejkowania Wymiana tagów DSP MPLS ważona losowa wczesna detekcja zaawansowany algorytm ASIC RTP, RTCP podwójny lejek ogólny algorytm szybkości komórkowej DWDM RSVP szybki dostęp z oceną SONET Diffserv, CAR Cisco szybkie przekazywanie mocy procesora G. 729, G.729a: CS-ACELP Extended Access Table ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Algorytm Token barrel Multilink PPP Frame Relay Prostownik danych SIP oparty na integracji priorytetów pakietów CoS przez SONET IP i ATM QoS / CoS
2. Zaawansowane dedykowane układy scalone
Rozwój zintegrowanego obwodu specyficznego dla aplikacji (ASIC) zaowocował szybszym, bardziej złożonym i bardziej funkcjonalnym układem ASIC. ASIC to wyspecjalizowany układ aplikacji, który wykonuje pojedynczą aplikację lub mały zestaw funkcji. Ponieważ skupiają się na bardzo wąskich celach aplikacji, mogą być wysoce zoptymalizowane pod kątem określonych funkcji, zwykle z dwuzadaniowym procesorem o jeden lub kilka rzędów wielkości szybszym.
Tak jak chip RSIC (Thin Instruction Set Computer) koncentruje się na szybkim wykonywaniu liczb granicznych, ASIC jest wstępnie zaprogramowany do szybszego wykonywania skończonej liczby funkcji. Po zakończeniu opracowywania koszt masowej produkcji ASIC jest niski i jest on używany dla urządzeń sieciowych, w tym routerów i przełączników, wykonujących takie funkcje, jak sprawdzanie tablicy routingu, przekazywanie grupowe, sortowanie i sprawdzanie grup oraz kolejkowanie. Zastosowanie ASIC zapewnia urządzeniu wyższą wydajność i niższy koszt. Zapewniają zwiększoną łączność szerokopasmową i lepszą obsługę QoS dla sieci, więc odgrywają wielką rolę w promowaniu rozwoju VoIP.
3. Technologia transmisji IP
Większość transmisyjnych sieci telekomunikacyjnych korzysta z multipleksowania z podziałem czasu, podczas gdy Internet musi przyjąć statystyczne ponowne wykorzystanie i długą wymianę pakietów.W porównaniu, ten ostatni charakteryzuje się wysokim stopniem wykorzystania zasobów sieciowych, prostym i efektywnym połączeniem oraz bardzo przydatnym w usługach transmisji danych, co jest jedną z ważnych przyczyn szybkiego rozwoju Internetu. Jednak szerokopasmowa komunikacja w sieci IP wymaga cech QoS i opóźnień , więc rozwój statystycznej wymiany pakietów multipleksowania wzbudził zaniepokojenie. Obecnie, oprócz nowej generacji protokołu IP-IPV6, światowa grupa zadaniowa inżynierii internetowej (IETF) zaproponowała technologię wieloprotokołowej wymiany tagów (MPLS), ta jest rodzajem wyboru warstwy sieciowej opartej na różnych wymianach tagów / etykiet, może poprawić elastyczność wyboru drogi, rozszerzyć możliwość wyboru warstwy sieci, uprościć integrację routera i wymiany kanałów, poprawić wydajność sieci. MPLS może działać jako niezależny protokół routingu i kompatybilny z istniejącym protokołem routingu sieciowego, obsługuje różne funkcje obsługi, zarządzania i konserwacji IP neTwork, znacznie poprawia QoS, routing, wydajność sygnalizacji, aby osiągnąć lub zbliżyć się do poziomu statystycznej wymiany pakietów o stałej długości (ATM) i jest prosty, wydajny, tani i możliwy do zastosowania niż ATM.
IETF również lokalnie wykorzystuje nową technologię grupowania, aby osiągnąć wybór drogi QoS. „Technologia tunelowa” jest badana w celu osiągnięcia szerokopasmowej transmisji łączy jednokierunkowych. Ponadto, wybór platformy transmisji sieci IP jest również ważne pole badań w ostatnich latach, a IP nad ATM, IP nad SDH, IP nad DWDM i inne technologie pojawiają się sukcesywnie.
Warstwa IP zapewnia użytkownikom IP wysokiej jakości usługi dostępu IP z określonymi gwarancjami usług. Warstwa użytkownika zapewnia formę dostępu (dostęp IP i dostęp szerokopasmowy) oraz formę zawartości usługi. W warstwie podstawowej Ethernet, jako warstwa fizyczna Sieć IP jest oczywista, ale IP overDWDM ma najnowszą technologię i ma ogromny potencjał rozwoju.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) wprowadza nowe życie do sieci światłowodowych i zapewnia niesamowitą przepustowość w firmach telekomunikacyjnych układających nowy szkielet światłowodowy. Technologia DWDM wykorzystuje możliwości światłowodów i zaawansowanego sprzętu do transmisji optycznej. długości fal światła (LASER) z pojedynczego strumienia światłowodu.Obecne systemy mogą wysyłać i rozpoznawać 16 długości fal, podczas gdy przyszłe systemy mogą obsługiwać od 40 do 96 pełnych długości fal. Jest to istotne, ponieważ każda dodatkowa długość fali dodaje dodatkowy przepływ informacji. dlatego rozszerz sieć 2,6 Gbit/s (OC-48) 16 razy bez konieczności układania nowych włókien.
Większość nowych sieci światłowodowych działa z OC-192 przy (9,6 Gbit / s), generując przepustowość ponad 150 Gbit / s na parze włókien w połączeniu z DWDM. Ponadto DWDM zapewnia protokół interfejsu i funkcje niezależne od prędkości oraz obsługuje oba ATM , SDH i Gigabit Ethernet transmisja sygnału na jednym włóknie, które może być kompatybilne z istniejącymi sieciami, dzięki czemu DWDM może chronić istniejące zasoby, ale także zapewnić dostawcom usług internetowych i firmom telekomunikacyjnym silniejszą sieć szkieletową, a szerokopasmowy dostęp do Internetu jest tańszy i bardziej dostępny, co zapewnia silne wsparcie dla wymagań przepustowości rozwiązań VoIP.
Zwiększona szybkość transmisji może nie tylko zapewnić bardziej zgrubny potok z mniejszą szansą na zablokowanie, ale także znacznie zmniejszyć opóźnienia, a tym samym znacznie zmniejszyć wymagania dotyczące QoS w sieciach IP.
4. Technologia dostępu szerokopasmowego
Dostęp użytkownika do sieci IP stał się wąskim gardłem ograniczającym rozwój całej sieci. W dłuższej perspektywie ostatecznym celem dostępu użytkownika jest połączenie światłowodowe do domu (FTTH). Ogólnie rzecz biorąc, optyczna sieć dostępowa obejmuje optyczny system nośny pętli cyfrowej i pasywna sieć optyczna. Ta pierwsza jest głównie w Stanach Zjednoczonych, w połączeniu z otwartymi ustami V5.1/V5.2, przekazując swój zintegrowany system na włóknie światłowodowym, wykazując dużą witalność.
Ta ostatnia jest głównie na zamówienie i w Niemczech. Od ponad dekady Japonia podejmuje szereg środków w celu obniżenia kosztów pasywnej sieci optycznej do poziomu podobnego do kabli miedzianych i skrętki metalowej i używa jej. Zwłaszcza w ostatnich latach ITU zaproponowało pasywną sieć optyczną opartą na ATM (APON), która uzupełnia zalety ATM i pasywnej sieci optycznej.Szybkość dostępu może osiągnąć 622 Mb/s, co jest bardzo korzystne dla rozwoju szerokopasmowej usługi multimedialnej IP, a także może zmniejszyć awaryjność i liczbę węzłów oraz zwiększyć zasięg. Obecnie ITU zakończyła prace standaryzacyjne , producenci aktywnie się rozwijają, na rynku pojawią się towary, stanie się głównym kierunkiem rozwoju technologii dostępu szerokopasmowego na miarę XXI wieku.
Obecnie głównymi technologiami dostępowymi są: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 oraz kolumna Ethernet i szerokopasmowego systemu dostępu bezprzewodowego itp. Te technologie dostępowe mają swoje własne cechy, w tym najszybciej rozwijającą się ADSL i CM;CM (modem kablowy) wykorzystuje kabel koncentryczny, wysoką szybkość transmisji, silną zdolność przeciwzakłóceniową;ale nie transmisja dwukierunkowa, brak jednolitego standardu.ADSL (Asymetryczna pętla cyfrowa) ma wyłączny dostęp do łączy szerokopasmowych, w pełni wykorzystując istniejącą sieć telefoniczną i zapewniając asymetryczną szybkość transmisji.Szybkość pobierania po stronie użytkownika może osiągnąć 8 Mbit/s, a szybkość przesyłania po stronie użytkownika może osiągnąć 1 Mbit/s. ADSL zapewnia niezbędne łącze szerokopasmowe dla firm i wszystkich użytkowników oraz znacznie obniża koszty.Korzystanie z tańszych łączy ADSL W obwodach regionalnych firmy mają teraz dostęp do Internetu i sieci VPN z większą prędkością, co pozwala na większą przepustowość połączeń VoIP.
5. Technologia centralnej jednostki przetwarzania
Jednostki centralne (CPU) wciąż ewoluują pod względem funkcji, mocy i szybkości. Umożliwia to szerokie zastosowanie multimedialnych komputerów PC i poprawia wydajność funkcji systemowych ograniczonych mocą procesora. Zdolność komputera do przetwarzania strumieniowych danych audio i wideo była od dawna oczekiwana przez użytkowników, więc dostarczanie połączeń głosowych w sieciach transmisji danych jest oczywiście kolejnym celem. Ta funkcja obliczeniowa umożliwia zarówno zaawansowanym multimedialnym aplikacjom desktopowym, jak i zaawansowanym funkcjom komponentów sieciowych obsługę aplikacji głosowych.