A rede telefônica tradicional é a troca de voz por circuito, a transmissão de banda larga necessária de 64kbit/s.O chamado VoIP é a rede de troca de pacotes IP como plataforma de transmissão, a compressão do sinal de voz simulado, embalagem e uma série de processamento especial, para que possa usar o protocolo UDP desconectado para transmissão.
Vários elementos e funções são necessários para transmitir sinais de voz em uma rede IP.A forma mais simples da rede consiste em dois ou mais dispositivos com recursos VoIP conectados por meio de uma rede IP.
1. Transformação de dados de voz
O sinal de voz é a forma de onda analógica, através de IP para transmitir voz, seja para negócios de aplicativos em tempo real ou negócios de aplicativos em tempo real, primeiro para conversão de dados analógicos de sinal de voz, ou seja, quantificação de sinal de voz analógico 8 ou 6 e, em seguida, enviado para o armazenamento em buffer , o tamanho do buffer pode ser selecionado de acordo com os requisitos de atraso e codificação.Muitos codificadores de baixa taxa de bits são codificados em quadros.
O comprimento de quadro típico variou de 10 a 30 ms.Considerando os custos durante a transmissão, os pacotes interlinguais geralmente consistem em 60, 120 ou 240ms de dados de fala.A digitalização pode ser implementada usando vários esquemas de codificação de voz, e os padrões atuais de codificação de voz são principalmente ITU-T G.711.O codificador de voz no destino de origem deve implementar o mesmo algoritmo para que o dispositivo de voz no destino possa restaurar o sinal de voz analógico.
2. Conversão de dados originais para IP
Uma vez que o sinal de voz é codificado digitalmente, o próximo passo é comprimir e codificar o pacote de voz com um comprimento de quadro específico.A maioria dos codificadores tem um comprimento de quadro específico.Se um codificador usa quadros de 15 ms, o pacote de 60 ms do primeiro lugar é dividido em quatro quadros e codificado em sequência.Cada quadro tem 120 amostras de fala (taxa de amostragem de 8kHz).Após a codificação, os quatro quadros compactados foram sintetizados em um pacote de fala compactado e enviados ao processador da rede.O processador de rede adiciona um Baotou, escala de tempo e outras informações à voz e as passa para o outro ponto final através da rede.
A rede de fala simplesmente estabelece uma conexão física entre os terminais de comunicação (uma linha) e transmite os sinais codificados entre os terminais.Ao contrário das redes de comutação de circuitos, as redes IP não formam conexões.Requer que os dados sejam colocados em relatórios ou pacotes de dados longos variáveis, então enderecem e controlem as informações para cada datagrama e sejam enviados pela rede, encaminhados ao destino.
3.Transferência
Nesse canal, toda a rede é vista como um pacote de voz recebido da entrada e então transmitido para a saída da rede dentro de um determinado tempo (t).O t pode variar em uma faixa completa, refletindo o jitter na transmissão da rede.
O mesmo nó na rede verifica as informações de endereçamento associadas a cada dado IP e usa essas informações para encaminhar esse datagrama para a próxima parada no caminho de destino.Um link de rede pode ser qualquer topologia ou método de acesso que suporte fluxos de dados IP.
4. O pacote IP - a transformação dos dados
O dispositivo VoIP de destino recebe esses dados IP e inicia o processamento.O nível de rede fornece um buffer de comprimento variável usado para regular o jitter gerado pela rede.O buffer pode acomodar muitos pacotes de voz e os usuários podem escolher o tamanho do buffer.Pequenos buffers produzem menos latência, mas não regulam grande jitter.Segundo, o decodificador descompacta o pacote de fala codificado para produzir um novo pacote de fala, e este módulo também pode operar por quadro, exatamente do mesmo comprimento que o decodificador.
Se o comprimento do quadro for de 15ms, os pacotes de voz de 60ms são divididos em 4 quadros e, em seguida, são decodificados de volta para um fluxo de dados de voz de 60ms e enviados para o buffer de decodificação.Durante o processamento do relatório de dados, as informações de endereçamento e controle são removidas, os dados originais originais são retidos e esses dados originais são então fornecidos ao decodificador.
5. A fala digital foi convertida em fala analógica
A unidade de reprodução remove as amostras de voz (480) no buffer e as envia para a placa de som através do alto-falante em uma frequência predeterminada (por exemplo, 8kHz).Em suma, a transmissão de sinais de voz na rede IP passa pela conversão de sinal analógico para sinal digital, empacotamento de voz digital em pacote IP, transmissão de pacotes IP pela rede, desempacotamento de pacotes IP e restauração da voz digital para o analógico. sinal.
Em segundo lugar, as normas técnicas relacionadas com VoIP
Para aplicações multimídia em redes de comunicação existentes, a União Internacional de Telecomunicações (ITU-T) desenvolveu o protocolo da série de comunicação multimídia H.32x, os seguintes padrões principais para uma descrição simples:
H.320, Padrão para comunicação multimídia no sistema e terminal de videotelefonia de banda estreita (N-ISDN);
H.321, Padrão para comunicação multimídia no B-ISDN;
H.322.Padrão para comunicação multimídia na LAN garantido por QoS;
H.323.Padrão para comunicação multimídia em uma rede de comutação de pacotes sem garantia de QoS;
H.324, um padrão para comunicação multimídia em terminais de comunicação de baixa taxa de bits (PSTN e rede sem fio).
Entre os padrões acima, H. As redes definidas pelo Padrão 323 são as mais utilizadas, como Ethernet, Rede Token, Rede FDDI, etc. a seguir, focaremos em H.323。H.323 Quatro componentes principais são definidos na proposta: terminal, gateway, software de gerenciamento de gateway (também conhecido como gateway ou portão) e unidade de controle multiponto.
1.Terminal (Terminal)
Todos os terminais devem suportar comunicação de voz e os recursos de comunicação de vídeo e dados são opcionais.todos H.O terminal 323 também deve suportar o padrão H.245, H.245 O padrão é usado para controlar o uso do canal e o desempenho do canal.H .323 Os principais parâmetros do codec de voz na comunicação de voz são especificados da seguinte forma: largura de banda de voz recomendada pela ITU / taxa de bits de transmissão KHz / anotação do algoritmo de compressão Kb/s G.711 3,4 56,64 PCM compressão simples, aplicada ao PSTN em G .728 3.4 16 Qualidade de voz LD-CELP como G.711, aplicada à transmissão de baixa taxa de bits G.722 7 48,56,64 A qualidade de voz ADPCM é superior a G.711, aplicada à transmissão de alta taxa de bits G . G.723.1。
2.Gateway (Gateway)
Esta é uma opção para o sistema 323. O gateway pode transformar os protocolos, áudio, algoritmos de codificação de vídeo e sinais de controle usados por diferentes sistemas para acomodar a comunicação do terminal do sistema. H.The 320 System e H.323 baseado em ISDN Para comunicação do sistema, é necessário configurar o gateway;
3. Manutenção aduaneira (porteiro)
Este é o H. Um componente opcional do sistema 323 é o software para completar a função de gerenciamento. Possui duas funções principais: a primeira é para o gerenciamento do aplicativo H.323;o segundo é o gerenciamento da comunicação do terminal através do gateway (como estabelecimento de chamadas, remoção, etc.). Os gerentes podem realizar conversão de endereços, controle de largura de banda, autenticação de chamadas, gravação de chamadas, registro de usuários, gerenciamento de domínio de comunicação e outras funções através da alfândega mantendo.one H.323 O domínio de comunicação pode ter vários gateways, mas apenas um gateway funciona.
4. Unidade de controle multiponto (Unidade de controle multiponto)
O MCU permite a comunicação multiponto em uma rede IP, e a comunicação ponto a ponto não é necessária. Todo o sistema forma uma topologia em estrela através do MCU. O MCU contém dois componentes principais: controlador multiponto MC e processador multiponto MP, ou sem MP.H entre os terminais de processamento MC.245 Controlar informações para construir um nomeador público mínimo para processamento de áudio e vídeo. O MC não processa diretamente nenhum fluxo de informações de mídia, mas deixa isso para MP. , vídeo ou informações de dados.
Na indústria existem duas arquiteturas paralelas, uma é a ITU-TH apresentada acima. O protocolo 323 é o protocolo SIP (RFC2543) proposto pela Internet Engineering Task Force (IETF), e o protocolo SIP é mais adequado para terminais inteligentes.
Terceiro, o impulso para o desenvolvimento de VoIP
O uso generalizado de VoIP rapidamente se tornará realidade devido a muitos hardwares, softwares, desenvolvimentos relacionados e avanços tecnológicos no protocolo e padrões. Os avanços e desenvolvimentos tecnológicos nesses campos desempenham um papel importante na criação de uma rede VoIP mais eficiente, funcional e interoperável. Os fatores técnicos que promovem o rápido desenvolvimento e até mesmo a ampla aplicação do VoIP podem ser resumidos nos seguintes aspectos.
1. Processador de sinal digital
Processadores de sinais digitais avançados (Digital Signal Processor, DSP) executam os componentes de computação intensiva necessários para integração de voz e dados. poder de processamento com o baixo custo torna o DSP adequado para executar as funções de processamento de sinal no sistema VoIP.
Fluxo de voz único no G.729 O custo computacional da compactação de voz geralmente é grande, exigindo 20MIPS.Se uma CPU central for necessária para executar funções de roteamento e gerenciamento de sistema durante o processamento de vários fluxos de voz, isso não é realista.Portanto, o uso de um ou mais DSP pode desinstalar a tarefa de computação do complexo algoritmo de compressão de voz da CPU central. memória on-board, portanto. Nesta seção, detalhamos como implementar codificação de voz e cancelamento de eco na plataforma TMS320C6201DSP.
Protocolo e software e hardware padrão H.323 Método de enfileiramento justo ponderado DSP MPLS troca de tags detecção precoce aleatória ponderada ASIC RTP, RTCP algoritmo de taxa de célula geral de funil duplo DWDM RSVP taxa rápida de acesso avaliado SONET Diffserv, CAR Cisco fast forwarding CPU poder de processamento G. 729, G.729a: CS-ACELP Extended Access Table ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Algoritmo Token Barril Multilink PPP Frame Relay Retificador de dados SIP baseado na integração prioritária de CoS Packet sobre SONET IP e ATM QoS / CoS
2. Circuitos integrados dedicados avançados
O desenvolvimento do Application-Specific Integrated Circait (ASIC) produziu um ASIC mais rápido, mais complexo e mais funcional. O ASIC é um chip de aplicativo especializado que executa um único aplicativo ou um pequeno conjunto de funções. eles podem ser altamente otimizados para funções específicas, geralmente com uma CPU de dupla finalidade uma ou várias ordens de magnitude mais rápidas.
Assim como o chip Thin Instruction set Computer (RSIC) se concentra na execução rápida de números limite, o ASIC é pré-programado para executar um número finito de funções mais rapidamente. para dispositivos de rede, incluindo roteadores e switches, executando funções como verificação de tabela de roteamento, encaminhamento de grupo, classificação e verificação de grupo e enfileiramento. rede, então eles desempenham um grande papel na promoção do desenvolvimento de VoIP.
3. Tecnologia de transmissão IP
A maioria das redes de telecomunicações de transmissão usa multiplexação por divisão de tempo, enquanto a Internet deve adotar a reutilização estatística e a troca de pacotes longos.Comparado, este último possui alta taxa de utilização de recursos de rede, interconexão simples e eficaz, e muito aplicável a serviços de dados, o que é um dos motivos importantes para o rápido desenvolvimento da Internet. , de modo que o desenvolvimento da troca de pacotes de multiplexação estatística atraiu preocupação. Atualmente, além da nova geração do protocolo IP-IPV6, o grupo de tarefas de engenharia da Internet mundial (IETF) propôs a tecnologia de troca de tags multiprotocolo (MPLS), este é um tipo de seleção de camada de rede baseada em várias trocas de etiquetas/rótulos, pode melhorar a flexibilidade da seleção de estradas, expandir a capacidade de seleção da camada de rede, simplificar a integração de troca de roteador e canal, melhorar o desempenho da rede. O MPLS pode funcionar como um protocolo de roteamento independente e compatível com o protocolo de roteamento de rede existente, suporta várias funções de operação, gerenciamento e manutenção de IP neTwork, fazer o QoS, roteamento, sinalização desempenho muito melhor, para atingir ou perto do nível de reutilização estatística de troca de pacotes de comprimento fixo (ATM), e simples, eficiente, barato e aplicável do que o ATM.
A IETF também está adotando localmente a nova tecnologia de agrupamento, a fim de alcançar a seleção de estradas de QoS. A “tecnologia de túnel” está sendo estudada para alcançar a transmissão de banda larga de links unidirecionais. importante campo de pesquisa nos últimos anos, e IP sobre ATM, IP sobre SDH, IP sobre DWDM e outras tecnologias surgiram sucessivamente.
A camada IP fornece aos usuários IP serviços de acesso IP de alta qualidade com certas garantias de serviço. a rede IP, é uma coisa natural, mas o IP overDWDM tem a tecnologia mais recente e tem um grande potencial de desenvolvimento.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) injeta nova vida em redes de fibra e fornece largura de banda incrível em empresas de telecomunicações que estabelecem novo backbone de fibra. A tecnologia DWDM utiliza as capacidades de fibras ópticas e equipamentos avançados de transmissão óptica. comprimentos de onda de luz (LASER) de um único fluxo de fibra óptica. Os sistemas atuais podem enviar e reconhecer 16 comprimentos de onda, enquanto os sistemas futuros podem suportar de 40 a 96 comprimentos de onda completos. Isso é significativo porque cada comprimento de onda adicional adiciona um fluxo adicional de informações. Você pode portanto, expanda a rede de 2,6 Gbit/s (OC-48) em 16 vezes sem ter que instalar novas fibras.
A maioria das novas redes de fibra executa OC-192 a (9,6 Gbit/s), gerando capacidade acima de 150 Gbit/s em um par de fibras quando combinado com DWDM. , transmissão de sinal SDH e Gigabit Ethernet em uma única fibra, que pode ser compatível com as redes existentes, para que o DWDM possa proteger os ativos existentes, mas também fornecer às empresas de telecomunicações e ISP um backbone mais forte e tornar a banda larga menos cara e mais acessível, o que fornece forte suporte para os requisitos de largura de banda das soluções VoIP.
A taxa de transmissão aumentada pode não apenas fornecer um pipeline mais grosso com menos chance de bloqueio, mas também reduzir muito o atraso e, portanto, reduzir bastante os requisitos de QoS em redes IP.
4. Tecnologia de acesso de banda larga
O acesso do usuário da rede IP tornou-se um gargalo que restringe o desenvolvimento de toda a rede. A longo prazo, o objetivo final do acesso do usuário é a fibra para casa (FTTH). e rede óptica passiva. A primeira está principalmente nos Estados Unidos, combinada com a boca aberta V5.1/V5.2, transmitindo seu sistema integrado em fibra óptica, apresentando grande vitalidade.
Este último está principalmente na ordem e na Alemanha. Por mais de uma década, o Japão tomou uma série de medidas para reduzir o custo da rede óptica passiva a um nível semelhante aos cabos de cobre e par trançado de metal, e usou-o. nos últimos anos, a ITU propôs a rede óptica passiva baseada em ATM (APON), que complementa as vantagens da rede óptica passiva e ATM.A taxa de acesso pode chegar a 622 M bit/s, o que é muito benéfico para o desenvolvimento do serviço multimídia IP de banda larga, podendo reduzir a taxa de falhas e o número de nós, e ampliar a cobertura. , os fabricantes estão desenvolvendo ativamente, haverá mercadorias no mercado, se tornará a principal direção de desenvolvimento da tecnologia de acesso de banda larga para o século XXI.
Actualmente, as principais tecnologias de acesso são: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 e Ethernet e coluna de sistema de acesso sem fios de banda larga, etc. Estas tecnologias de acesso têm características próprias, incluindo o ADSL e CM de maior desenvolvimento;CM (Modem a Cabo) usa cabo coaxial, alta taxa de transmissão, forte capacidade anti-interferência;mas não transmissão bidirecional, sem padrão uniforme.O ADSL (Asymmetrical Digital Loop) tem acesso exclusivo à banda larga, fazendo pleno uso da rede telefônica existente e proporcionando taxa de transmissão assimétrica.A taxa de download no lado do usuário pode chegar a 8 Mbit/s, e a taxa de upload no lado do usuário pode chegar a 1M bit/s.ADSL fornece a banda larga necessária para empresas e todos os usuários e reduz muito os custos. circuitos regionais, as empresas agora acessam a Internet e VPN baseada na Internet em velocidades mais altas, permitindo maior capacidade de chamadas VoIP.
5. Tecnologia da unidade de processamento central
As unidades de processamento central (CPU) continuam a evoluir em função, potência e velocidade. Isso permite ampla aplicação de PC multimídia e melhora o desempenho das funções do sistema limitadas pela potência da CPU. A capacidade do PC de processar fluxo de dados de áudio e vídeo é esperada há muito tempo pelos usuários, portanto, entregar chamadas de voz em redes de dados é naturalmente o próximo objetivo. Esse recurso de computação permite aplicativos de desktop multimídia avançados e recursos avançados em componentes de rede para suportar aplicativos de voz.