Mạng điện thoại truyền thống là mạng thoại bằng trao đổi mạch, băng thông rộng truyền dẫn yêu cầu là 64kbit / s.Cái gọi là VoIP là mạng trao đổi gói IP làm nền tảng truyền dẫn, nén, đóng gói tín hiệu thoại mô phỏng và một loạt các xử lý đặc biệt để nó có thể sử dụng giao thức UDP không kết nối để truyền.
Một số yếu tố và chức năng được yêu cầu để truyền tín hiệu thoại trên mạng IP.Hình thức đơn giản nhất của mạng bao gồm hai hoặc nhiều thiết bị có khả năng VoIP được kết nối qua mạng IP.
1. Chuyển đổi dữ liệu âm thanh
Tín hiệu thoại là dạng sóng tương tự, thông qua IP để truyền giọng nói, cho dù kinh doanh ứng dụng thời gian thực hay kinh doanh ứng dụng thời gian thực, đầu tiên là chuyển đổi dữ liệu tương tự tín hiệu thoại, cụ thể là định lượng tín hiệu thoại tương tự 8 hoặc 6, sau đó được gửi đến bộ nhớ đệm , kích thước của bộ đệm có thể được lựa chọn theo yêu cầu của độ trễ và mã hóa.Nhiều bộ mã hóa tốc độ bit thấp được mã hóa trong khung.
Chiều dài khung hình điển hình dao động từ 10 đến 30 ms.Xem xét chi phí trong quá trình truyền, các gói ngôn ngữ thường bao gồm 60, 120 hoặc 240ms dữ liệu giọng nói.Số hóa có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các sơ đồ mã hóa giọng nói khác nhau và các tiêu chuẩn mã hóa giọng nói hiện tại chủ yếu là ITU-T G.711.Bộ mã hóa giọng nói tại đích nguồn phải triển khai cùng một thuật toán để thiết bị thoại tại đích có thể khôi phục tín hiệu giọng nói tương tự.
2. chuyển đổi dữ liệu gốc sang IP
Khi tín hiệu lời nói được mã hóa kỹ thuật số, bước tiếp theo là nén mã hóa gói lời nói với độ dài khung cụ thể.Hầu hết các bộ mã hóa có độ dài khung cụ thể.Nếu một bộ mã hóa sử dụng khung 15ms, gói 60ms từ vị trí đầu tiên được chia thành bốn khung và được mã hóa theo trình tự.Mỗi khung có 120 mẫu giọng nói (tốc độ lấy mẫu 8kHz).Sau khi mã hóa, bốn khung hình nén được tổng hợp thành một gói giọng nói nén và gửi đến bộ xử lý mạng.Bộ xử lý mạng thêm Baotou, thang thời gian và thông tin khác vào giọng nói và chuyển nó đến điểm cuối khác thông qua mạng.
Mạng thoại chỉ đơn giản là thiết lập một kết nối vật lý giữa các điểm cuối giao tiếp (một đường) và truyền các tín hiệu được mã hóa giữa các điểm cuối.Không giống như mạng chuyển mạch kênh, mạng IP không hình thành các kết nối.Nó yêu cầu dữ liệu phải được đặt trong các báo cáo hoặc gói dữ liệu dài có thể thay đổi, sau đó địa chỉ và thông tin điều khiển đến từng gói dữ liệu và được gửi qua mạng, chuyển tiếp đến đích.
3. chuyển
Trong kênh này, toàn bộ mạng được xem như một gói thoại được nhận từ đầu vào và sau đó được truyền đến đầu ra của mạng trong một khoảng thời gian nhất định (t).Giá trị t có thể thay đổi trong phạm vi đầy đủ, phản ánh độ rung trong quá trình truyền mạng.
Cùng một nút trong mạng kiểm tra thông tin địa chỉ liên kết với mỗi dữ liệu IP và sử dụng thông tin này để chuyển tiếp gói dữ liệu đó đến điểm dừng tiếp theo trên đường dẫn đích.Một liên kết mạng có thể là bất kỳ cấu trúc liên kết hoặc phương thức truy cập nào hỗ trợ các luồng dữ liệu IP.
4. Gói IP- -chuyển đổi dữ liệu
Thiết bị VoIP đích nhận dữ liệu IP này và bắt đầu xử lý.Mức mạng cung cấp một bộ đệm có độ dài thay đổi được sử dụng để điều chỉnh jitter do mạng tạo ra.Bộ đệm có thể chứa nhiều gói thoại và người dùng có thể chọn kích thước của bộ đệm.Bộ đệm nhỏ tạo ra độ trễ ít hơn, nhưng không điều chỉnh jitter lớn.Thứ hai, bộ giải mã giải nén gói giọng nói được mã hóa để tạo ra một gói giọng nói mới và mô-đun này cũng có thể hoạt động theo khung, có độ dài chính xác như bộ giải mã.
Nếu độ dài khung là 15ms, các gói thoại 60ms được chia thành 4 khung, sau đó chúng được giải mã trở lại luồng dữ liệu thoại 60ms và được gửi đến bộ đệm giải mã.Trong quá trình xử lý báo cáo dữ liệu, thông tin địa chỉ và điều khiển được loại bỏ, dữ liệu gốc ban đầu được giữ lại và dữ liệu gốc này sau đó được cung cấp cho bộ giải mã.
5. giọng nói kỹ thuật số đã được chuyển đổi thành giọng nói tương tự
Ổ đĩa phát lại loại bỏ các mẫu giọng nói (480) trong bộ đệm và gửi chúng đến card âm thanh thông qua loa ở tần số xác định trước (ví dụ: 8kHz).Tóm lại, việc truyền tín hiệu thoại trên mạng IP trải qua quá trình chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số, đóng gói thoại kỹ thuật số thành gói IP, truyền gói IP qua mạng, giải nén gói IP và khôi phục giọng nói kỹ thuật số thành tương tự. dấu hiệu.
Thứ hai, các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến VoIP
Đối với các ứng dụng đa phương tiện trên các mạng truyền thông hiện có, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU-T) đã phát triển giao thức chuỗi truyền thông Đa phương tiện H.32x, các tiêu chuẩn chính sau đây để mô tả đơn giản:
H.320, Tiêu chuẩn cho truyền thông đa phương tiện trên hệ thống điện thoại video băng hẹp và thiết bị đầu cuối (N-ISDN);
H.321, Tiêu chuẩn cho truyền thông đa phương tiện trên B-ISDN;
H.322.Tiêu chuẩn cho truyền thông đa phương tiện trên mạng LAN được đảm bảo bởi QoS;
H.323.Tiêu chuẩn cho truyền thông đa phương tiện trên mạng chuyển mạch gói không có đảm bảo QoS;
H.324, một tiêu chuẩn cho giao tiếp đa phương tiện trên các thiết bị đầu cuối giao tiếp tốc độ bit thấp (PSTN và mạng không dây).
Trong số các tiêu chuẩn trên, H. Các mạng được xác định theo tiêu chuẩn 323 được sử dụng rộng rãi nhất, chẳng hạn như Ethernet, Mạng mã thông báo, Mạng FDDI, v.v. Vì H. Việc áp dụng tiêu chuẩn 323 đã tự nhiên trở thành một điểm nóng trên thị trường, vì vậy dưới đây chúng tôi sẽ tập trung vào H.323。H.323 Bốn thành phần chính được xác định trong đề xuất: thiết bị đầu cuối, cổng, phần mềm quản lý cổng (còn được gọi là cổng hoặc cổng) và đơn vị điều khiển đa điểm.
1.Terminal (Thiết bị đầu cuối)
Tất cả các thiết bị đầu cuối phải hỗ trợ giao tiếp bằng giọng nói và khả năng giao tiếp video và dữ liệu là tùy chọn. Tất cả H. Thiết bị đầu cuối 323 cũng phải hỗ trợ Tiêu chuẩn H.245, Tiêu chuẩn H.245 được sử dụng để kiểm soát việc sử dụng kênh và hiệu suất kênh. .323 Các thông số chính của codec lời nói trong giao tiếp thoại được chỉ định như sau: Băng thông thoại khuyến nghị của ITU / Tốc độ bit truyền KHz / Chú thích thuật toán nén Kb / s G.711 3.4 56,64 Nén đơn giản PCM, áp dụng cho PSTN trong G .728 3,4 16 Chất lượng thoại LD-CELP là G.711, được áp dụng cho truyền tốc độ bit thấp G.722 7 48,56,64 Chất lượng thoại ADPCM cao hơn G.711, áp dụng cho truyền tốc độ bit cao G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Chất lượng giọng nói ở mức chấp nhận được, G.723.1 Sử dụng điểm G cho diễn đàn VOIP.729G.729A 3.4 8 Độ trễ CS-ACELP thấp hơn G.723.1, Chất lượng thoại cao hơn G.723.1。
2.Gateway (Cổng vào)
Đây là tùy chọn H.An cho hệ thống 323. Cổng kết nối có thể chuyển đổi các giao thức, thuật toán mã hóa âm thanh, video và tín hiệu điều khiển được sử dụng bởi các hệ thống khác nhau để phù hợp với giao tiếp đầu cuối hệ thống. Hệ thống 320 dựa trên ISDN và H.323 Đối với giao tiếp hệ thống, cần phải định cấu hình cổng vào;
3. lưu giữ các tùy chỉnh (Gatekeeper)
Đây là thành phần tùy chọn H.An của hệ thống 323 là phần mềm để hoàn thành chức năng quản lý. Nó có hai chức năng chính: thứ nhất là quản lý Ứng dụng H.323;thứ hai là quản lý giao tiếp đầu cuối thông qua cổng (chẳng hạn như thiết lập cuộc gọi, loại bỏ, v.v.). Người quản lý có thể thực hiện chuyển đổi địa chỉ, kiểm soát băng thông, xác thực cuộc gọi, ghi âm cuộc gọi, đăng ký người dùng, quản lý miền liên lạc và các chức năng khác thông qua hải quan keep.one H.323 Miền truyền thông có thể có nhiều cổng, nhưng chỉ một cổng hoạt động.
4.Đơn vị điều khiển đa điểm (Multipoint Control Unit)
MCU cho phép giao tiếp đa điểm trên mạng IP và giao tiếp điểm-điểm không cần thiết. Toàn bộ hệ thống tạo thành cấu trúc liên kết hình sao thông qua MCU. MCU chứa hai thành phần chính: bộ điều khiển đa điểm MC và bộ xử lý đa điểm MP, hoặc không có MP.H giữa các thiết bị đầu cuối xử lý MC.245 Thông tin điều khiển để xây dựng một tên công khai tối thiểu để xử lý âm thanh và video .MC không xử lý trực tiếp bất kỳ luồng thông tin phương tiện nào mà để nó cho MP. MP trộn, chuyển và xử lý âm thanh , video hoặc thông tin dữ liệu.
Trong ngành công nghiệp có hai kiến trúc song song, một là ITU-T H được giới thiệu ở trên.323 Giao thức là giao thức SIP (RFC2543) do Lực lượng Đặc nhiệm Kỹ thuật Internet (IETF) đề xuất, và giao thức SIP phù hợp hơn cho các thiết bị đầu cuối thông minh.
Thứ ba, Động lực phát triển VoIP
Việc sử dụng rộng rãi VoIP sẽ nhanh chóng trở thành hiện thực do nhiều phần cứng, phần mềm, sự phát triển liên quan và đột phá công nghệ trong giao thức và tiêu chuẩn. Các yếu tố kỹ thuật thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng và thậm chí ứng dụng rộng rãi của VoIP có thể được tóm tắt thành các khía cạnh sau.
1. bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số
Bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số tiên tiến (Bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số, DSP) thực hiện các thành phần tính toán chuyên sâu cần thiết để tích hợp dữ liệu và thoại.DSP xử lý tín hiệu kỹ thuật số chủ yếu để thực hiện các phép tính phức tạp có thể phải được thực hiện bởi một CPU phổ thông. sức mạnh xử lý với chi phí thấp làm cho DSP rất phù hợp để thực hiện các chức năng xử lý tín hiệu trong hệ thống VoIP.
Luồng thoại đơn trên G.729 Chi phí tính toán của nén thoại thường lớn, đòi hỏi 20MIPS.Nếu một CPU trung tâm được yêu cầu để thực hiện các chức năng định tuyến và quản lý hệ thống trong khi xử lý nhiều luồng thoại thì điều này là không thực tế.Do đó, việc sử dụng một hoặc nhiều DSP có thể gỡ cài đặt tác vụ tính toán của thuật toán nén giọng nói phức tạp khỏi CPU trung tâm. trong phần này, chúng tôi trình bày chi tiết cách triển khai mã hóa giọng nói và loại bỏ tiếng vọng trên nền tảng TMS320C6201DSP.
Giao thức và phần mềm và phần cứng tiêu chuẩn H.323 Phương pháp xếp hàng công bằng có trọng số DSP MPLS thẻ trao đổi có trọng số phát hiện sớm ngẫu nhiên tiên tiến ASIC RTP, RTCP thuật toán tốc độ tế bào chung kênh kép RTCP DWDM RSVP tốc độ truy cập nhanh SONET Diffserv, CAR Công suất xử lý CPU chuyển tiếp nhanh của Cisco G. 729, G.729a: CS-ACELP Bảng truy cập mở rộng ADSL, RADSL, SDSL FRF.11 / FRF.12 Thuật toán thùng mã thông báo Multilink PPP Frame Relay Bộ chỉnh lưu dữ liệu SIP dựa trên tích hợp ưu tiên của CoS Packet qua SONET IP và ATM QoS / CoS
2. mạch tích hợp chuyên dụng nâng cao
Sự phát triển Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC) đã tạo ra ASIC nhanh hơn, phức tạp hơn và nhiều chức năng hơn .ASIC là một chip ứng dụng chuyên biệt thực hiện một ứng dụng hoặc một nhóm chức năng nhỏ. chúng có thể được tối ưu hóa cao cho các chức năng cụ thể, thường là với CPU mục đích kép nhanh hơn một hoặc một số cấp độ.
Cũng giống như chip Máy tính (RSIC) tập trung vào việc thực thi nhanh các số giới hạn, ASIC được lập trình trước để thực hiện một số chức năng hữu hạn nhanh hơn. đối với các thiết bị mạng bao gồm bộ định tuyến và bộ chuyển mạch, thực hiện các chức năng như kiểm tra bảng định tuyến, chuyển tiếp nhóm, phân loại và kiểm tra nhóm và xếp hàng. Việc sử dụng ASIC mang lại cho thiết bị hiệu suất cao hơn và ít chi phí hơn. mạng, vì vậy chúng đóng một vai trò lớn trong việc thúc đẩy sự phát triển của VoIP.
3. công nghệ truyền dẫn IP
Hầu hết các mạng viễn thông truyền dẫn sử dụng phương pháp ghép kênh phân chia theo thời gian, trong khi Internet phải áp dụng phương pháp tái sử dụng thống kê và trao đổi gói dài.So sánh, loại thứ hai có tỷ lệ sử dụng tài nguyên mạng cao, kết nối đơn giản và hiệu quả và rất dễ áp dụng cho các dịch vụ dữ liệu, đây là một trong những lý do quan trọng cho sự phát triển nhanh chóng của Internet. Hiện nay, ngoài giao thức IP thế hệ mới-IPV6, nhóm công tác kỹ thuật Internet thế giới (IETF) đã đề xuất công nghệ trao đổi thẻ đa giao thức (MPLS), điều này là một loại lựa chọn lớp mạng dựa trên trao đổi thẻ / nhãn khác nhau, có thể cải thiện tính linh hoạt của việc chọn đường, mở rộng khả năng lựa chọn lớp mạng, đơn giản hóa việc tích hợp bộ định tuyến và trao đổi kênh, cải thiện hiệu suất mạng. MPLS có thể hoạt động như một giao thức định tuyến độc lập và tương thích với giao thức định tuyến mạng hiện có, hỗ trợ các chức năng vận hành, quản lý và bảo trì khác nhau của IP network, làm cho QoS, định tuyến, hiệu suất tín hiệu được cải thiện đáng kể, đạt đến hoặc gần mức tái sử dụng thống kê trao đổi gói có độ dài cố định (ATM) và đơn giản, hiệu quả, rẻ và áp dụng hơn ATM.
IETF cũng đang nắm bắt tại địa phương công nghệ phân nhóm mới, để đạt được lựa chọn đường QoS. “Công nghệ đường hầm” đang được nghiên cứu để đạt được truyền dẫn băng thông rộng của các liên kết một chiều. Ngoài ra, cách chọn nền tảng truyền dẫn mạng IP cũng là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong những năm gần đây, và IP qua ATM, IP qua SDH, IP qua DWDM và các công nghệ khác đã liên tiếp xuất hiện.
Lớp IP cung cấp cho người dùng IP các dịch vụ truy cập IP chất lượng cao với một số đảm bảo dịch vụ nhất định. Lớp người dùng cung cấp biểu mẫu truy cập (truy cập IP và truy cập băng thông rộng) và biểu mẫu nội dung dịch vụ. Trong lớp cơ bản, Ethernet, là lớp vật lý của mạng IP, là điều tất nhiên, nhưng IP overDWDM có công nghệ mới nhất và có nhiều tiềm năng phát triển.
Đa phân chia sóng dày đặc (DWDM) đưa sức sống mới vào mạng cáp quang và cung cấp băng thông đáng kinh ngạc trong các công ty viễn thông đặt đường trục sợi quang mới. Công nghệWDM sử dụng khả năng của sợi quang và thiết bị truyền dẫn quang tiên tiến. bước sóng ánh sáng (LASER) từ một luồng sợi quang. Các hệ thống hiện tại có thể gửi và nhận dạng 16 bước sóng, trong khi các hệ thống trong tương lai có thể hỗ trợ 40 đến 96 bước sóng đầy đủ. do đó mở rộng mạng 2,6 Gbit / s (OC-48) lên 16 lần mà không cần phải đặt thêm các sợi mới.
Hầu hết các mạng cáp quang mới đều chạy OC-192 ở (9,6 Gbit / s), tạo ra công suất trên 150 Gbit / s trên một cặp sợi khi kết hợp với DWDM. Ngoài ra, DWDM cung cấp giao thức giao diện và các tính năng không phụ thuộc vào tốc độ, đồng thời hỗ trợ cả ATM , Truyền tín hiệu SDH và Gigabit Ethernet trên một sợi quang duy nhất, có thể tương thích với các mạng hiện có, vì vậy DWDM có thể bảo vệ các tài sản hiện có, nhưng cũng cung cấp cho ISP và các công ty viễn thông đường trục mạnh hơn, đồng thời làm cho băng thông rộng ít tốn kém hơn và dễ tiếp cận hơn, cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho các yêu cầu băng thông của các giải pháp VoIP.
Tốc độ truyền tải tăng lên không chỉ có thể cung cấp một đường ống thô hơn với ít cơ hội bị chặn hơn, mà còn giảm độ trễ đi nhiều, và do đó có thể làm giảm đáng kể các yêu cầu QoS trên mạng IP.
4. công nghệ truy cập băng thông rộng
Sự truy cập của người dùng vào mạng IP đã trở thành một nút thắt cổ chai hạn chế sự phát triển của toàn mạng, về lâu dài, mục tiêu cuối cùng của việc truy cập của người dùng là cáp quang đến nhà (FTTH). Nói cách khác, mạng truy nhập quang bao gồm hệ thống sóng mang kỹ thuật số quang và mạng quang thụ động. Trước đây chủ yếu ở Hoa Kỳ, kết hợp với V5.1 / V5.2 mở miệng, truyền tải hệ thống tích hợp của nó trên sợi quang, cho thấy sức sống tuyệt vời.
Trong hơn một thập kỷ qua, Nhật Bản đã thực hiện một loạt các biện pháp để giảm giá thành của mạng quang thụ động xuống mức tương tự như cáp đồng và cáp xoắn đôi kim loại và được sử dụng. trong những năm gần đây, ITU đã đề xuất mạng quang thụ động dựa trên ATM (APON), bổ sung cho các ưu điểm của ATM và mạng quang thụ động.Tốc độ truy cập có thể đạt 622 M bit / s, điều này rất có lợi cho sự phát triển của dịch vụ đa phương tiện IP băng thông rộng, đồng thời có thể giảm tỷ lệ lỗi và số lượng nút, đồng thời mở rộng phạm vi phủ sóng. , các nhà sản xuất đang tích cực phát triển, sẽ có hàng trên thị trường, sẽ trở thành hướng phát triển chính của công nghệ truy nhập băng thông rộng cho thế kỷ XXI.
Hiện tại, các công nghệ truy cập chính là: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 và Ethernet và cột hệ thống truy cập không dây băng thông rộng, v.v. Các công nghệ truy cập này có đặc điểm riêng, bao gồm ADSL và CM phát triển nhanh nhất;CM (Cable Modem) sử dụng cáp đồng trục, tốc độ truyền tải cao, khả năng chống nhiễu mạnh;nhưng không phải là truyền hai chiều, không có tiêu chuẩn thống nhất.ADSL (Asymmetrical Digital Loop) có quyền truy cập độc quyền vào băng thông rộng, sử dụng đầy đủ mạng điện thoại hiện có và cung cấp tốc độ truyền dẫn không đối xứng.Tốc độ tải xuống ở phía người dùng có thể đạt 8 Mbit / s và tốc độ tải lên ở phía người dùng có thể đạt 1M bit / s .ADSL cung cấp băng thông rộng cần thiết cho doanh nghiệp và tất cả người dùng, đồng thời giảm đáng kể chi phí. các mạch khu vực, các công ty hiện truy cập Internet và VPN dựa trên Internet với tốc độ cao hơn, cho phép dung lượng cuộc gọi VoIP cao hơn.
5. công nghệ đơn vị xử lý trung tâm
Các đơn vị xử lý trung tâm (CPU) tiếp tục phát triển về chức năng, sức mạnh và tốc độ. bởi người dùng, vì vậy việc thực hiện cuộc gọi thoại trên mạng dữ liệu đương nhiên là mục tiêu tiếp theo.