VoIP關鍵技術介紹

  • 2021-04-06 10:23 /
  • 作者:訊維

VoIP( Voice over Internet Protocol)是一種新興的電話通信方式,俗稱IP電話、VoIP 網絡電話或者網絡IP電話。它是一種把語音技術集成在IP協議中,通過互聯網進行傳輸的一種全新的通信方式,其成本遠低于傳統電話PSTN( Public Switched Telephone Network),目前的通信質量遠沒達到現有電話水平。

IP電話
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由于VoIP完全建立在IP分組交換的基礎上,Internet采用盡最大努力交付、無連接的技術,存在分組丟包、失序到達和時延抖動等情況,使VoIP的通話質量無法得到保證。因此在VoIP系統中必須采取特殊措施來保證業務質量。VoIP的關鍵技術包括信令技術、編碼技術、實時傳輸技術、服務質量(QoS)保證技術以及網絡傳輸技術等。

1.信令技術

信令技術保證電活呼叫的順利實現和話音質量。信令是一種用于控制的信號,按用途分為用戶信令和局間信令兩類。前者作用于用戶終端設備(如電話機)和電話局的交換機之間,后者作用于兩個用中繼線連接的交換機之間。局間信令分類主要有隨路信令和共路信令,隨路信令即信令網依附在計算機網絡或是電話網絡上,不需要重新建立網絡,而共路信令則需要重新建設一個信令網(主要是在局端之間)。

目前,已被廣泛接受的VoIP控制信令體系包括國際電信聯盟遠程通信標準化組(TTU- T)的H.323系列和互聯網工程任務組( IETF)的會話初始化協議SIP( Session Initiation Pro-tocol)。H.323制定了無服務質量保證的分組網絡(PBN)上的多媒體通信標準,已經比較成熟并已在VoIP領域廣泛應用,但是其協議版本多,過于復雜。SIP是會話發起協議,具有建立呼叫快支持傳送電話號碼的特點,它彌補了H323協議的不足,是VoIP的發展方向。

2.編碼技術

話音壓縮編碼技術是VoIP電話技術的一個重要組成部分,VoIP電話中的語音處理就是在保證一定話音質量的前提下,盡量降低編碼比特率。目前,主要的編碼技術有ITU-T 定義的G.729 ,G.728,G.723.1三個標準,它們都采用線性預測分析—合成編碼和碼本激勵矢量量化技術。其中G.729標準是H323協議中有關音頻編碼的標準,可將經過采樣的 64 kbit/s話音以幾乎不失真的質量壓縮至8 kbit/s。由于在分組交換網絡中,業務質量不能得到很好保證,因而需要話音的編碼具有一定的靈活性,即編碼速率、編碼尺度的可變可適應性。G.729原來是8 kbit/s的話音編碼標準,現在的工作范圍擴展至6. 4~11.8 kbit/s,話音質量也在此范圍內有一定的變化,但即使是6.4kbit/s,話音質量也還不錯,因而很適合在VoIP系統中使用。G.723.1采用5.3/6.3kbit/s的雙速率話音編碼,話音質量好,但處理時延較大,它是目前已標準化的最低速率的話音編碼算法。

此外,靜音檢測技術和回聲消除技術也是VoIP中十分關鍵的技術。靜音檢測技術可有效剔除靜默信號,使話音信號的占用帶寬進一步降低到3.5 kbit/s 左右,一般的語音會包含多達50%的靜音,會在一定程度上造成網絡的帶寬浪費,語音活動及靜音檢測技術可以有效地減少靜音時發送的數據包。回聲消除技術主要利用數字濾波器技術來消除對通話質量影響較大的回聲干擾,可在時延相對較大的IP分組網絡中保證其通話質量。省同脊3.實時傳輸技術。

網絡電話
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3.實時傳輸技術

實時傳輸技術主要是采用實時傳輸協議( Real-time Transport Protocol,RTP)提供端到端的包括音頻在內的實時數據傳送的協議。RTP包括數據和控制兩部分,詳細說明了在Inter—net上傳遞音頻和視頻的標準數據包格式,并提供了時間標簽和控制不同數據流同步特性的機制,可以讓接收端重組發送端的數據包,可以提供接收端到發送端的服務質量反饋。

4.服務質量(QoS)保證技術

VoIP中主要采用資源預留協議以及進行服務質量監控的實時傳輸控制協議來避免網絡擁塞,保障通話質量。

RSVP最初是IETF為QoS的綜合服務模型定義的一個信令協議, 用于在流(Flow)所經過的路徑上為該流進行資源預留,從而滿足該流的QoS要求。資源預留的過程從應用程序流的源節點發送Path消息開始,該消息會沿著流所經過的路徑傳到流的目的節點,沿途建立路徑狀態;目的節點收到這個Path消息后,會向源節點回送一個Resv消息,并沿途建立預留狀態,若源節點成功接收到預期的Resv消息,則認為在整條路徑上資源預留成功。

5.網絡傳輸技術

VoIP中網絡傳輸技術主要是TCP和UDP,此外還包括網關互聯技術、路由選擇技術、網絡管理技術以及安全認證和計費技術等。由于RTP提供具有實時特征的、端到端的數據傳輸業務,因此VoIP可用RTP來傳送話音數據。在RTP報頭中包含裝載數據的標識符、序列號、時間戳以及傳送監視等,,通常RTP的數據單元是用UDP分組來承載的,而且為了盡量減少時延,話音凈荷通常都很短。IP,UDP和RTP報頭都按最小長度計算。VoIP話音分組開銷很大,采用RTP協議的VoIP格式,在這種方式中將多路話音插人話音數據段中,這樣提高了傳輸效率。

6.網絡管理技術

網絡管理技術是VoIP電話走向運營的保障。VoIP電話網絡管理系統主要包括呼叫管理系統(CMS)、流量分析系統(TAS)、網絡管理系統( NMS)、網絡監視系統。對一個實時性要求很高的通信系統來說,其網絡質量直接影響通信質量。通過網絡管理技術,可以迅速處理網絡故障,保證網絡及各個節點穩定、高效運行。

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