Традиционная телефонная сеть представляет собой передачу голоса по каналу, требуемая широкополосная передача 64 кбит/с.Так называемый VoIP представляет собой сеть обмена IP-пакетами в качестве платформы передачи, моделируемое сжатие голосового сигнала, пакетирование и ряд специальной обработки, так что он может использовать несвязанный протокол UDP для передачи.
Для передачи голосовых сигналов в IP-сети требуется несколько элементов и функций.Простейшая форма сети состоит из двух или более устройств с возможностями VoIP, которые подключены через IP-сеть.
1. Преобразование голосовых данных
Голосовой сигнал представляет собой аналоговую форму волны, через IP для передачи голоса, будь то бизнес-приложение в реальном времени или бизнес-приложение в реальном времени, сначала для преобразования аналоговых данных голосового сигнала, а именно для количественной оценки аналогового голосового сигнала 8 или 6, а затем отправляется в буферное хранилище , размер буфера можно выбрать в соответствии с требованиями задержки и кодирования.Многие кодеры с низкой скоростью передачи данных кодируют кадры.
Типичная длина кадра варьировалась от 10 до 30 мс.Учитывая затраты при передаче, межъязыковые пакеты обычно состоят из 60, 120 или 240 мс речевых данных.Оцифровка может быть реализована с использованием различных схем кодирования голоса, и в настоящее время стандартами кодирования голоса являются в основном ITU-T G.711.Голосовой кодер в исходном пункте назначения должен реализовать тот же алгоритм, чтобы речевое устройство в пункте назначения могло восстановить аналоговый речевой сигнал.
2. Преобразование исходных данных в IP
Как только речевой сигнал закодирован в цифровой форме, следующим шагом является сжатие, кодирование речевого пакета с определенной длиной кадра.Большинство кодировщиков имеют определенную длину кадра.Если кодировщик использует кадры по 15 мс, то пакет по 60 мс сначала делится на четыре кадра и последовательно кодируется.Каждый кадр содержит 120 речевых сэмплов (частота дискретизации 8 кГц).После кодирования четыре сжатых кадра были синтезированы в сжатый речевой пакет и отправлены в сетевой процессор.Сетевой процессор добавляет к голосу баотоу, шкалу времени и другую информацию и передает ее другой конечной точке по сети.
Речевая сеть просто устанавливает физическое соединение между конечными точками связи (одна линия) и передает закодированные сигналы между конечными точками.В отличие от сетей с коммутацией каналов, IP-сети не образуют соединений.Он требует, чтобы данные помещались в отчеты или пакеты переменных длинных данных, а затем адресовались и управляли информацией для каждой дейтаграммы и пересылались по сети к месту назначения.
3.Трансфер
В этом канале вся сеть рассматривается как голосовой пакет, полученный со входа и затем переданный на выход сети в течение определенного времени (t).Значение t может изменяться в полном диапазоне, отражая дрожание при передаче по сети.
Тот же узел в сети проверяет адресную информацию, связанную с каждым IP-данным, и использует эту информацию для пересылки этой дейтаграммы на следующую остановку на пути назначения.Сетевым каналом может быть любая топология или метод доступа, поддерживающий потоки IP-данных.
4. Пакет IP - преобразование данных
Целевое устройство VoIP получает эти данные IP и начинает обработку.Уровень сети предоставляет буфер переменной длины, используемый для регулирования джиттера, генерируемого сетью.Буфер может вместить множество голосовых пакетов, и пользователи могут выбирать размер буфера.Небольшие буферы обеспечивают меньшую задержку, но не регулируют большой джиттер.Во-вторых, декодер распаковывает закодированный речевой пакет для создания нового речевого пакета, и этот модуль также может работать по кадрам точно такой же длины, как и декодер.
Если длина кадра составляет 15 мс, голосовые пакеты по 60 мс делятся на 4 кадра, а затем декодируются обратно в поток голосовых данных по 60 мс и отправляются в буфер декодирования.Во время обработки отчета данных адресация и управляющая информация удаляются, исходные исходные данные сохраняются, и эти исходные данные затем предоставляются декодеру.
5.Цифровая речь была преобразована в аналоговую речь
Привод воспроизведения извлекает образцы голоса (480) из буфера и отправляет их на звуковую карту через динамик на заданной частоте (например, 8 кГц).Короче говоря, передача голосовых сигналов в IP-сети проходит через преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал, цифровую упаковку голоса в IP-пакет, передачу IP-пакета по сети, распаковку IP-пакета и восстановление цифрового голоса в аналоговый. сигнал.
Во-вторых, технические стандарты, связанные с VoIP.
Для мультимедийных приложений в существующих сетях связи Международный союз электросвязи (ITU-T) разработал протокол мультимедийной связи H.32x, следующие основные стандарты для простого описания:
H.320, стандарт мультимедийной связи в узкополосной видеотелефонной системе и терминале (N-ISDN);
H.321, стандарт для мультимедийной связи в B-ISDN;
Н.322.Стандарт мультимедийного общения в локальной сети, гарантированный QoS;
Н.323.Стандарт мультимедийной связи в сети с коммутацией пакетов без гарантии QoS;
H.324, стандарт мультимедийной связи на терминалах связи с низкой скоростью передачи (PSTN и беспроводная сеть).
Среди вышеперечисленных стандартов H. Сети, определенные стандартом 323, являются наиболее широко используемыми, такими как Ethernet, Token Network, FDDI Network и т. Д. Из-за H. Применение стандарта 323, естественно, стало горячей точкой на рынке, поэтому ниже мы сосредоточимся на H.323。H.323. В предложении определены четыре основных компонента: терминал, шлюз, программное обеспечение управления шлюзом (также известное как шлюз или шлюз) и многоточечный блок управления.
1.Терминал (Терминал)
Все терминалы должны поддерживать голосовую связь, а возможности передачи видео и данных являются необязательными. Все H. Терминал 323 также должен поддерживать стандарт H.245. .323 Основные параметры речевого кодека в голосовой связи указаны следующим образом: рекомендуемая ITU полоса пропускания голоса / битовая скорость передачи в кГц / алгоритм сжатия в кбит/с аннотация G.711 3.4 56,64 простое сжатие PCM, применяемое к PSTN в G .728 3.4 16 Качество речи LD-CELP как G.711, применительно к передаче с низкой скоростью передачи G.722 7 48,56,64 Качество речи ADPCM выше, чем G.711, применительно к передаче с высокой скоростью передачи G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Качество голоса приемлемое, G.723.1 Принять G для форума VOIP. G.723.1。
2.Шлюз (Шлюз)
Это вариант H. для системы 323. Шлюз может преобразовывать протоколы, алгоритмы аудио-, видеокодирования и управляющие сигналы, используемые различными системами, для обеспечения связи с терминалом системы. Например, на базе PSTN системы H.324 и узкополосной Система H.320 и H.323 на базе ISDN. Для системной связи необходимо настроить шлюз;
3. Таможенное сопровождение (привратник)
Это H. Дополнительный компонент системы 323 — это программное обеспечение для завершения функции управления. Оно имеет две основные функции: первая — управление приложениями H.323;во-вторых, управление терминальной связью через шлюз (например, установление вызова, удаление и т. д.). Менеджеры могут выполнять преобразование адресов, контроль пропускной способности, аутентификацию вызова, запись вызова, регистрацию пользователя, управление доменом связи и другие функции через таможню. keep.one H.323 Коммуникационный домен может иметь несколько шлюзов, но работает только один шлюз.
4. Многоточечный блок управления (Multipoint Control Unit)
MCU обеспечивает многоточечную связь в IP-сети, и двухточечная связь не требуется. Вся система образует звездообразную топологию через MCU. MCU содержит два основных компонента: многоточечный контроллер MC и многоточечный процессор MP, или без MP.H между терминалами обработки MC. 245 Управляющая информация для создания минимального общедоступного имени для обработки аудио и видео. MC не обрабатывает напрямую какой-либо поток медиаинформации, а предоставляет это MP. , видео или данные.
В отрасли существуют две параллельные архитектуры: одна из них — ITU-T H, представленная выше.323 Протокол — это протокол SIP (RFC2543), предложенный Инженерной группой Интернета (IETF), и протокол SIP больше подходит для интеллектуальных терминалов.
В-третьих, импульс для развития VoIP
Широкое использование VoIP быстро станет реальностью благодаря многим аппаратным средствам, программному обеспечению, связанным с ними разработкам и технологическим прорывам в протоколах и стандартах. Технологические достижения и разработки в этих областях играют движущую роль в создании более эффективной, функциональной и функциональной сети VoIP. Технические факторы, способствующие быстрому развитию и даже широкому применению VoIP, можно свести к следующим аспектам.
1. Процессор цифровых сигналов
Усовершенствованные процессоры цифровых сигналов (Digital Signal Processor, DSP) выполняют компоненты с интенсивными вычислениями, необходимые для интеграции голоса и данных. вычислительная мощность при низкой стоимости делает DSP хорошо подходящим для выполнения функций обработки сигналов в системе VoIP.
Один голосовой поток по G.729. Вычислительные затраты на сжатие голоса обычно велики и требуют 20 MIPS.Если центральный ЦП требуется для выполнения функций маршрутизации и управления системой при обработке нескольких голосовых потоков, это нереально.Следовательно, использование одного или нескольких DSP может снять вычислительную задачу сложного алгоритма сжатия голоса с центрального процессора. Кроме того, DSP подходит для обнаружения голосовой активности и подавления эха, позволяя им обрабатывать потоки голосовых данных в режиме реального времени и быстро получать доступ к ним. встроенная память, поэтому. В этом разделе мы подробно расскажем, как реализовать голосовое кодирование и эхоподавление на платформе TMS320C6201DSP.
Протокол и стандартное программное и аппаратное обеспечение Метод взвешенной справедливой организации очереди H.323 DSP Обмен тегами MPLS взвешенное случайное раннее обнаружение расширенный ASIC RTP, RTCP двойной воронкообразный алгоритм общей скорости передачи данных DWDM RSVP номинальная высокая скорость доступа SONET Diffserv, CAR Cisco быстрая пересылка вычислительная мощность процессора G. 729, G.729a: Расширенная таблица доступа CS-ACELP ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Алгоритм Token Barr Многоканальный PPP Frame Relay Выпрямитель данных SIP на основе приоритетной интеграции пакетов CoS по IP SONET и ATM QoS/CoS
2. Усовершенствованные специализированные интегральные схемы
Разработка интегрированной схемы для конкретных приложений (ASIC) позволила создать более быструю, более сложную и более функциональную ASIC. ASIC — это специализированный прикладной чип, который выполняет одно приложение или небольшой набор функций. Поскольку они ориентированы на очень узкие прикладные цели, они могут быть сильно оптимизированы для конкретных функций, обычно с ЦП двойного назначения на один или несколько порядков быстрее.
Точно так же, как микросхема тонкого компьютера с набором инструкций (RSIC) ориентирована на быстрое выполнение предельных чисел, ASIC предварительно запрограммирован для более быстрого выполнения конечного числа функций. После завершения разработки стоимость массового производства ASIC становится низкой, и она используется. для сетевых устройств, включая маршрутизаторы и коммутаторы, выполняя такие функции, как проверка таблицы маршрутизации, групповая переадресация, групповая сортировка и проверка, а также организация очередей. Использование ASIC повышает производительность устройства и снижает его стоимость. сети, поэтому они играют большую роль в продвижении развития VoIP.
3. Технология IP-передачи
Большинство передающих телекоммуникационных сетей используют мультиплексирование с временным разделением, в то время как Интернет должен использовать статистическое повторное использование и обмен длинными пакетами.Для сравнения, последний имеет высокий коэффициент использования сетевых ресурсов, простое и эффективное соединение и очень применим к службам передачи данных, что является одной из важных причин быстрого развития Интернета. Однако широкополосная IP-сетевая связь требует характеристик QoS и задержек. , поэтому развитие статистического мультиплексирования обмена пакетами привлекло внимание. В настоящее время, в дополнение к новому поколению IP-протокола-IPV6, всемирная инженерная рабочая группа Интернета (IETF) предложила технологию многопротокольного обмена тегами (MPLS), это - это своего рода выбор сетевого уровня, основанный на различных обменах тегами / метками, может повысить гибкость выбора дороги, расширить возможности выбора сетевого уровня, упростить интеграцию маршрутизатора и обмена каналами, улучшить производительность сети. MPLS может работать как независимый протокол маршрутизации и совместим с существующим протоколом сетевой маршрутизации, поддерживает различные функции эксплуатации, управления и обслуживания IP-сетей.twork, значительно улучшить QoS, маршрутизацию, производительность сигнализации, чтобы достичь или приблизиться к уровню статистического повторного использования обмена пакетами фиксированной длины (ATM), а также просто, эффективно, дешево и применимо, чем ATM.
IETF также осваивает новую технологию группирования на местном уровне, чтобы добиться выбора дороги QoS. «Технология туннеля» изучается для обеспечения широкополосной передачи односторонних каналов. Кроме того, выбор платформы передачи IP-сети также является важная область исследований в последние годы, и последовательно появлялись IP через ATM, IP через SDH, IP через DWDM и другие технологии.
Уровень IP предоставляет IP-пользователям высококачественные услуги IP-доступа с определенными гарантиями обслуживания. Пользовательский уровень обеспечивает форму доступа (IP-доступ и широкополосный доступ) и форму содержания услуги. На базовом уровне Ethernet как физический уровень IP-сеть — это само собой разумеющееся, но IP overDWDM использует новейшие технологии и имеет большой потенциал для развития.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) вдыхает новую жизнь в волоконно-оптические сети и обеспечивает потрясающую пропускную способность для телекоммуникационных компаний, прокладывающих новую оптоволоконную магистраль. Технология DWDM использует возможности оптических волокон и передового оборудования для оптической передачи. длин волн света (ЛАЗЕР) из одного потока оптического волокна. Существующие системы могут отправлять и распознавать 16 длин волн, а будущие системы могут поддерживать от 40 до 96 полных длин волн. Это важно, поскольку каждая дополнительная длина волны добавляет дополнительный поток информации. следовательно, расширить сеть 2,6 Гбит/с (OC-48) в 16 раз без прокладки новых волокон.
Большинство новых волоконно-оптических сетей используют OC-192 со скоростью (9,6 Гбит/с), генерируя пропускную способность более 150 Гбит/с на паре волокон в сочетании с DWDM. , SDH и Gigabit Ethernet по одному волокну, которое может быть совместимо с существующими сетями, поэтому DWDM может защитить существующие активы, а также предоставить интернет-провайдерам и телекоммуникационным компаниям более прочную магистраль, а также сделать широкополосный доступ менее дорогим и более доступным, что обеспечивает мощная поддержка требований пропускной способности решений VoIP.
Повышенная скорость передачи может не только обеспечить более грубый конвейер с меньшей вероятностью блокировки, но также значительно уменьшить задержку и, таким образом, может значительно снизить требования к QoS в IP-сетях.
4. Технология широкополосного доступа
Пользовательский доступ к IP-сети стал узким местом, ограничивающим развитие всей сети. В долгосрочной перспективе конечной целью пользовательского доступа является оптоволокно до дома (FTTH). и пассивная оптическая сеть. Первая в основном находится в Соединенных Штатах, в сочетании с открытым ртом V5.1 / V5.2, передающей свою интегрированную систему по оптоволоконному кабелю, демонстрируя большую жизнеспособность.
Последнее в основном в порядке и в Германии. За более чем десятилетие Япония предприняла ряд мер по снижению стоимости пассивной оптической сети до уровня, аналогичного медным кабелям и металлической витой паре, и использовала их. в последние годы МСЭ предложил пассивную оптическую сеть на основе ATM (APON), которая дополняет преимущества ATM и пассивной оптической сети.Скорость доступа может достигать 622 Мбит/с, что очень полезно для развития широкополосных IP-мультимедийных услуг и может снизить частоту отказов и количество узлов, а также расширить зону покрытия. В настоящее время МСЭ завершил работу по стандартизации. , производители активно развиваются, на рынке будет товар, станет основным направлением развития технологии широкополосного доступа для 21 века.
В настоящее время основными технологиями доступа являются: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 и Ethernet, колонка системы широкополосного беспроводного доступа и т. д. Эти технологии доступа имеют свои особенности, включая наиболее быстро развивающиеся ADSL и CM;CM (кабельный модем) использует коаксиальный кабель, высокую скорость передачи, сильную защиту от помех;но не двухсторонняя передача, не единый стандарт.ADSL (асимметричная цифровая петля) имеет эксклюзивный доступ к широкополосной связи, полностью используя существующую телефонную сеть и обеспечивая асимметричную скорость передачи.Скорость загрузки на стороне пользователя может достигать 8 Мбит/с, а скорость загрузки на стороне пользователя может достигать 1 Мбит/с. ADSL обеспечивает необходимую широкополосную связь для предприятий и всех пользователей и значительно снижает затраты. Использование более дешевой ADSL региональных каналов, компании теперь получают доступ к Интернету и Интернет-VPN на более высоких скоростях, что позволяет увеличить пропускную способность вызовов VoIP.
5. Технология центрального процессора
Центральные процессоры (ЦП) продолжают развиваться по функциям, мощности и скорости. Это обеспечивает широкое применение мультимедийных ПК и повышает производительность системных функций, ограниченных мощностью ЦП. Возможность ПК обрабатывать потоковые аудио- и видеоданные давно ожидаема. пользователями, поэтому доставка голосовых вызовов по сетям передачи данных, естественно, является следующей целью. Эта вычислительная функция позволяет использовать как передовые мультимедийные настольные приложения, так и расширенные функции сетевых компонентов для поддержки голосовых приложений.