IP電話及其仍需解決的問題-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯IP電話及其仍需解決的問題-設(shè)計應(yīng)用隨著光網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展和數(shù)字傳輸技術(shù)的應(yīng)用，原來在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中被視為應(yīng)用"瓶頸"的帶寬和服務(wù)質(zhì)量等問題一一得到解決，推動了IP技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動各種應(yīng)用向IP靠攏，IP電話（又稱IPPhone或VoIP）業(yè)務(wù)就是其中一個典型的應(yīng)用。一.IP電話的概念

IP電話是一種利用因特網(wǎng)技術(shù)或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語音通信的新業(yè)務(wù)。從網(wǎng)絡(luò)組織來看，目前比較流行的方式有兩種：一種是利用因特網(wǎng)進(jìn)行的語音通信，我們稱之為網(wǎng)絡(luò)電話；另一種是利用IP技術(shù)，電信運行商之間通過專線點對點連結(jié)進(jìn)行的語音通信，有人稱之為經(jīng)濟電話或廉價電話。兩者比較，前者具有投資省，價格低等優(yōu)勢，但存在著無服務(wù)等級和全程通話質(zhì)量不能保證等重要缺陷。該方式多為計算機公司和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)公司所采納。后者相對于前者來講投資較大，價格較高，但因其是專門用于電話通信的，所以有一定的服務(wù)等級，全程通話質(zhì)量也有一定保證。該方式多為電信運行商所采納。

IP電話與傳統(tǒng)電話具有明顯區(qū)別。首先，傳統(tǒng)電話使用公眾電話網(wǎng)作為語音傳輸?shù)拿浇?；而IP電話則是將語音信號在公眾電話網(wǎng)和因特網(wǎng)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對語音信號進(jìn)行壓縮封裝，轉(zhuǎn)換成IP包，同時，IP技術(shù)允許多個用戶共用同一帶寬資源，改變了傳統(tǒng)電話由單個用戶獨占一個信道的方式，節(jié)省了用戶使用單獨信道的費用。經(jīng)過IP電話系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換及壓縮處理，每個普通電話傳輸速率約占用８～11kb/s帶寬，因此在與普通電信網(wǎng)同樣使用傳輸速率為64kb/s的帶寬時，IP電話數(shù)是原來的5～8倍。其次，由于技術(shù)和市場的推動，將語音轉(zhuǎn)化成IP包的技術(shù)已變得更為實用、便宜，同時，IP電話的元件之一數(shù)字信號處理器的價格在下降，從而使電話費用大大降低，這一點在國際電話通信費用上尤為明顯，這也是IP電話迅速發(fā)展的重要原因。

二.IP電話的基本結(jié)構(gòu)

IP電話的基本結(jié)構(gòu)由網(wǎng)關(guān)（GW）和網(wǎng)守（GK）兩部分構(gòu)成。網(wǎng)關(guān)的主要功能是信令處理、H.323協(xié)議處理、語音編解碼和路由協(xié)議處理等，對外分別提供與PSTN網(wǎng)連接的中繼接口以及與IP網(wǎng)絡(luò)連接的接口。網(wǎng)守的主要功能是用戶、地址解析、帶寬管理、路由管理、安全管理和區(qū)域管理。一個典型的呼叫過程是：呼叫由PSTN語音交換機發(fā)起，通過中繼接口接入到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)獲得用戶希望呼叫的被叫號碼后，向網(wǎng)守發(fā)出查詢信息，網(wǎng)守查找被叫網(wǎng)守的IP地址，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源情況來判斷是否應(yīng)該建立連接。如果可以建立連接，則將被叫網(wǎng)守的IP地址通知給主叫網(wǎng)關(guān)，主叫網(wǎng)關(guān)在得到被叫網(wǎng)關(guān)的IP地址后，通過IP網(wǎng)絡(luò)與對方網(wǎng)關(guān)建立起呼叫連接，被叫側(cè)網(wǎng)關(guān)向PSTN網(wǎng)絡(luò)發(fā)起呼叫并由交換機向被叫用戶振鈴，被叫摘機后，被叫側(cè)網(wǎng)關(guān)和交換機之間的話音通道被連通，網(wǎng)關(guān)之間則開始利用H.245協(xié)議進(jìn)行能力交換，確定通話使用的編解碼，在能力交換完成后，主被叫方即可開始通話。

三.IP電話的種類

IP電話有以下幾種：電話到電話、電話到PC、PC到電話和PC到PC。

（1）PC到PC：初IP電話方式主要是PC到PC，利用IP地址進(jìn)行呼叫，通過語音壓縮、打包傳送方式，實現(xiàn)因特網(wǎng)上PC機間的實時話音傳送，話音壓縮、編解碼和打包均通過PC上的處理器、聲卡、網(wǎng)卡等硬件資源完成，這種方式和公用電話通信有很大的差異，且限定在因特網(wǎng)內(nèi)，所以有很大的局限性。

（2）電話到電話：電話到電話即普通電話經(jīng)過電話交換機連到IP電話網(wǎng)關(guān)，用電話號碼穿過IP網(wǎng)進(jìn)行呼叫，發(fā)送端網(wǎng)關(guān)鑒別主叫用戶，翻譯電話號碼/網(wǎng)關(guān)IP地址，發(fā)起IP電話呼叫，連接到靠近被叫的網(wǎng)關(guān)，并完成話音編碼和打包，接收端網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)拆包、解碼和連接被叫。

（3）電話到PC或PC到電話：電話到PC是由網(wǎng)關(guān)來完成IP地址和電話號碼的對應(yīng)和翻譯，以及話音編解碼和打包。

四.IP電話的關(guān)鍵技術(shù)

傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)主要是用來傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，采用的是盡力而為的、無連接的技術(shù)，因此沒有服務(wù)質(zhì)量保證，存在分組丟失、失序到達(dá)和時延抖動等情況。但話音屬于實時業(yè)務(wù)，對時序、時延等有嚴(yán)格的要求。因此必須采取特殊措施來保障一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量。IP電話的關(guān)鍵技術(shù)包括：信令技術(shù)、編碼技術(shù)、實時傳輸技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證技術(shù)、以及網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)等。

1.信令技術(shù)

信令技術(shù)保證電話呼叫的順利實現(xiàn)和話音質(zhì)量，目前被廣泛接受的VoIP控制信令體系包括ITU-T的H.323系列和IETF的會話初始化協(xié)議SIP。ITU-T的H.323系列建議定義了在無業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的因特網(wǎng)或其他分組網(wǎng)絡(luò)上多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)程。H.323標(biāo)準(zhǔn)是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、Intranet和Internet上的多媒體提供技術(shù)基礎(chǔ)保障。H.323是ITU-T有關(guān)多媒體通信的一個協(xié)議集。H.323提供設(shè)備之間、高層應(yīng)用之間和提供商之間的互操作性。它不依賴于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，獨立于操作系統(tǒng)和硬件平臺，支持多點功能、組播和帶寬管理。H.323具備相當(dāng)?shù)撵`活性，支持包含不同功能的節(jié)點之間的會議和不同網(wǎng)絡(luò)之間的會議。H.323建議的多媒體會議系統(tǒng)中的信息流包括音頻、視頻、數(shù)據(jù)和控制信息。信息流采用H.225.0建議方式來打包和傳送。H.323呼叫建立過程涉及到三種信令：ＲＡS信令（R=注冊：Registration、A=許可：Admission和S=狀態(tài)：Status），H.225.0呼叫信令和H.245控制信令。

雖然H.323提供了窄帶多媒體通信所需要的所有子協(xié)議，但H.323的控制協(xié)議非常復(fù)雜。此外，H.323不支持多點發(fā)送（Multicast）協(xié)議，只能采用多點控制單元（MCU）構(gòu)成多點會議，因而同時只能支持有限的多點用戶。H.323也不支持呼叫轉(zhuǎn)移，且建立呼叫的時間比較長。

SIP是一種比較簡單的會話初始化協(xié)議，它只提供會話或呼叫的建立與控制功能。SIP可以應(yīng)用于多媒體會議、遠(yuǎn)程教學(xué)及IP電話等領(lǐng)域。SIP既支持單點發(fā)送（Unicast）也支持多點發(fā)送，會話參加者和媒體種類可以隨時加入一個已存在的會議。SIP可以用來呼叫人或機器設(shè)備，如呼叫一個媒體存儲設(shè)備記錄一個會議，或呼叫一個點播電視服務(wù)器向會議播放視頻信號。

SIP是一種應(yīng)用層協(xié)議，可以用UDP或TCP作為其傳輸協(xié)議。SIP是一種基于文本的協(xié)議，用SIP規(guī)則資源定位語言描述（SIPUniformResourceLocators），這樣易于實現(xiàn)和調(diào)試，更重要的是靈活性和擴展性好。由于SIP僅作為初始化呼叫，而不是傳輸媒體數(shù)據(jù)，因而造成的附加傳輸代價也不大。SIP的URLL甚至可以嵌入到Web頁或其他超文本鏈路中，用戶只需用鼠標(biāo)一點即可發(fā)出一個呼叫。與H.323相比，SIP還有建立呼叫快，支持傳送電話號碼的特點

2.編碼技術(shù)

話音壓縮編碼技術(shù)是IP電話技術(shù)的一個重要組成部分。目前，主要的編碼技術(shù)有ITU-T定義的G.729、G.723(G.723.1)等。其中G.729可將經(jīng)過采樣的64kb/s話音以幾乎不失真的質(zhì)量壓縮至8kb/s。由于在分組交換網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)質(zhì)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(yīng)性。G.729原來是8kb/s的話音編碼標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在的工作范圍擴展至6.4～11.8kb/s，話音質(zhì)量也在此范圍內(nèi)有一定的變化，但即使是6.4kb/s，話音質(zhì)量也還不錯，因而很適合在VoIP系統(tǒng)中使用。G723.1采用5.3/6.3kb/s雙速率話音編碼，其話音質(zhì)量好，但是處理時延較大，它是目前已標(biāo)準(zhǔn)化的速率的話音編碼算法。

3.實時傳輸技術(shù)

實時傳輸技術(shù)主要是采用實時傳輸協(xié)議RTP。RTP是提供端到端的包括音頻在內(nèi)的實時數(shù)據(jù)傳送的協(xié)議。RTP包括數(shù)據(jù)和控制兩部分，后者叫RTCP。RTP提供了時間標(biāo)簽和控制不同數(shù)據(jù)流同步特性的機制，可以讓接收端重組發(fā)送端的數(shù)據(jù)包，可以提供接收端到多點發(fā)送組的服務(wù)質(zhì)量反饋。

4.服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證技術(shù)

IP電話中主要采用資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)以及進(jìn)行服務(wù)質(zhì)量監(jiān)控的實時傳輸控制協(xié)議RTCP來避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，保障通話質(zhì)量。

5.網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)

IP電話中網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)主要是TCP和UDP，此外還包括網(wǎng)關(guān)互聯(lián)技術(shù)、路由選擇技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)以及安全和計費技術(shù)等。由于實時傳輸協(xié)議RTP提供具有實時特征的、端到端的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，因此IP電話中可用RTP來傳送話音數(shù)據(jù)。在RTP報頭中包含裝載數(shù)據(jù)的標(biāo)識符、序列號、時間戳以及傳送監(jiān)視等，通常RTP協(xié)議數(shù)據(jù)單元是用UDP分組來承載，而且為了盡量減少時延，話音凈荷通常都很短。IP、UDP和RTP報頭都按長度計算。VoIP話音分組開銷很大，采用RTP協(xié)議的IP電話格式，在這種方式中將多路話音插入話音數(shù)據(jù)段中，這樣提高了傳輸效率。此外，靜音檢測技術(shù)和回聲消除技術(shù)也是IP電話中十分關(guān)鍵的技術(shù)。靜音檢測技術(shù)可有效剔除靜默信號，從而使話音信號的占用帶寬進(jìn)一步降低到3.5kb/s左右；回聲消除技術(shù)主要利用數(shù)字濾波器技術(shù)來消除對通話質(zhì)量影響的很大回聲干擾，保證通話質(zhì)量。

五.IP電話需要解決的問題

IP電話向本地的轉(zhuǎn)移還有很多的問題需要解決。會有很多政策方面的問題要解決，比如運營許可證。還有像號碼資源、網(wǎng)絡(luò)之間互通互連這樣跨技術(shù)和政策領(lǐng)域的問題需要解決。撇開這些問題，在技術(shù)上還有很多地方需要突破。其實這些技術(shù)問題也并非僅僅存在于未來的IP市話方面?，F(xiàn)在國內(nèi)運營商的長途VoIP網(wǎng)，多建設(shè)在專用通信網(wǎng)上。IP地址、安全等這樣的問題并不突出。但是專網(wǎng)的方式畢竟只是一個過渡方式，從三網(wǎng)融合的角度看，IP電話必然要融入到公共IP網(wǎng)當(dāng)中。要達(dá)到這一目標(biāo)，無論是長途網(wǎng)還是本地網(wǎng)，這些問題都必須解決。1.網(wǎng)絡(luò)地址

對于如此大規(guī)模的一個IP電話網(wǎng)絡(luò)，IP地址資源的匱乏是首先要解決的問題。其實這也是困擾著中國寬帶接入發(fā)展的一個問題，只是在IP電話通信方面會更明顯。采用私有地址是運營商非常不愿意看到的事情，運營商不可能在每一個地方都采用私有地址，這樣在構(gòu)建全國網(wǎng)絡(luò)時就很不方便。而整個大網(wǎng)采用私有地址，在網(wǎng)間互聯(lián)也難以避免相應(yīng)的問題。采用私有地址自然要涉及到NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換程序）的問題，對于Web瀏覽和收發(fā)電子郵件一般的NAT設(shè)備都可以支持，但是很多NAT不能支持IP電話雙向通信。同樣的問題在PCtoPC和PCtoPhone形式的IP電話服務(wù)方面也存在著。比如，如果按照現(xiàn)在ISP提供的撥號上網(wǎng)方式，上網(wǎng)的PC機一般只能獲得一個動態(tài)分配的IP地址，用戶只能撥出，對方不能確切的知道主叫方的位置，結(jié)果是無法呼入。

IPv6自然是的結(jié)果，但是現(xiàn)在還不能非常確切地知道在什么時間IPv6會在推廣使用，即使開始推廣，必然需要一定的時間。有些人認(rèn)為現(xiàn)階段還是應(yīng)該在NAT上面下些功夫，比如：支持更多種應(yīng)用，像IP電話通信。

2.安全問題

IP電話的安全問題也是亟待解決的問題。安全的問題分為兩方面，一是對于IP網(wǎng)和承載它的以太網(wǎng)在信息安全方面有先天的缺陷，而作為一種通信服務(wù)必須能保證用戶的個人隱私和商業(yè)安全。另一方面，是對于運營商如何保證自己業(yè)務(wù)的安全性，不受欺詐。在沒有安全保證的情況下，如果有人將其IP電話網(wǎng)關(guān)接入某運營商的網(wǎng)絡(luò)，通過運營商的網(wǎng)守獲得該運營商網(wǎng)關(guān)的IP地址信息，神不知鬼不覺地實現(xiàn)IP電話的"落地"并非是駭人聽聞的故事。

H.235是人們談?wù)擃H多的安全解決方案，利用H.235是否就真能保證安全性，而相應(yīng)帶來的成本、控制問題都需要仔細(xì)考慮。另外，采用了保密措施的IP電話設(shè)備，不同廠商在互操作性方面可能又需要一個協(xié)調(diào)的過程。

3.服務(wù)質(zhì)量

除了地址和安全，另一個非常重要的問題是服務(wù)質(zhì)量?，F(xiàn)在的IP網(wǎng)在對實時業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量支持方面有先天的缺陷，要解決IP電話的服務(wù)質(zhì)量，一定要解決IP網(wǎng)的質(zhì)量問題。人們把很大的希望寄托在IPDiffServe、MPLS等技術(shù)上，獨立資源的IP電話VPN方案也被認(rèn)為是一種很好的解決方案。光通信，特別是DWDM技術(shù)，使通信網(wǎng)帶寬大幅增長，有人認(rèn)為利用無限的帶寬可以解決IP網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。但流量工程僅僅可以改善服務(wù)質(zhì)量，不能徹底解決服務(wù)質(zhì)量的問題。分類服務(wù)是方向，電信級的IP電話網(wǎng)應(yīng)該引入新的思路和新的概念。解決IP電話的服務(wù)質(zhì)量，不能僅僅依賴于IP網(wǎng)的改善，應(yīng)該同時在IP電話自身尋找解決的辦法。

4.供電問題

傳統(tǒng)的電話在饋電方面歷經(jīng)百年風(fēng)雨已經(jīng)非常成熟，在發(fā)生市電斷電的情況下，電話線仍能保證與外界的通信。語音通信作為大多數(shù)國家的基本電信業(yè)務(wù)，很大程度上扮演著生命線的角色。在企業(yè)的IPPBX中，Cisco、Avaya等公司已經(jīng)可以通過在以太網(wǎng)交換機上增加供電模塊，通過5類線解決饋電的問題，而像Cisco早可以實現(xiàn)饋電的交換機Catalyst6500系列，有多個冗余的電源來保證不間斷電源的供應(yīng)。但是，類似的方案也許可以滿足未來IP市話的要求，而且利用以太網(wǎng)線對話機和網(wǎng)關(guān)供電的標(biāo)準(zhǔn)還沒有出來。除了少數(shù)的廠家以外，我們大多能見到的終端還做不到這一點，需要另加電源。另外，對于這些終端設(shè)備來說，功耗問題也待解決。

應(yīng)該說，供電的問題在以太網(wǎng)接入領(lǐng)域是不可回避的問題，許多放置在樓頂部的交換機都直接通過市電供電，出于成本的考慮，許多交換機沒有冗余的電源，即使有，當(dāng)市電斷掉以后一切通信也就必須結(jié)束。從通信的角度看，我們可以實現(xiàn)三網(wǎng)融合，從供電的角度看，有人認(rèn)為，還是不能把RJ11的雙絞線融合掉。

其實不僅僅是供電的問題，對于新生的IP電話技術(shù)，設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性也是人們關(guān)注的焦點。一些廠商在網(wǎng)守和軟交換設(shè)備方面進(jìn)行了努力。網(wǎng)守和軟交換的呼叫服務(wù)器，都基于通用的計算機平臺。電信級產(chǎn)品一般都采用像Unix這樣非常穩(wěn)定的運算平臺，多臺服務(wù)器互為熱備份，有的廠商在他們軟交換的解決方案中還集成了Cluster、負(fù)載均衡等技術(shù)，采用各種技術(shù)避免單點的故障對通信的影響。在計算機行業(yè)的眼中采取的措施可謂是登峰造極。但是對于一些傳統(tǒng)電信領(lǐng)域的人來說，似乎還是難以讓人足夠信服。

如果把這一問題擴大，在整個IP網(wǎng)上，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性都不能讓人們滿意，至少讓人懷疑。而可管理性、可維護(hù)性也是IP網(wǎng)需要解決的問題。5.網(wǎng)絡(luò)融合

如何與現(xiàn)有PSTN網(wǎng)絡(luò)互通，智能網(wǎng)互通，IP電話智能網(wǎng)業(yè)務(wù)的開發(fā)，無論在長途還是在本地網(wǎng)都是需要解決的問題?，F(xiàn)在在IP電話網(wǎng)與固定電話網(wǎng)的互通上還有很多的問題需要解決。比如IP電話的號碼資源問題。而倘若IP電話獲得了電話號碼的資源，兩個網(wǎng)絡(luò)是否呼叫得通呢？據(jù)了解，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界正在加緊研究，同時制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)來解決這樣的問題。

6.軟交換

在傳統(tǒng)的電路交換電話網(wǎng)中，給用戶提供的各項業(yè)務(wù)都直接與交換機有關(guān)，業(yè)務(wù)和控制都由交換機來完成。交換機需要提供的功能和交換機提供的新業(yè)務(wù)都需要在每個交換結(jié)點來完成。如要增加新業(yè)務(wù)，需要先修訂標(biāo)準(zhǔn)再對交換機進(jìn)行改造，每提供一項新業(yè)務(wù)都需要較長的時間周期。

而新時代的網(wǎng)絡(luò)將是一個開放的分層次的結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以使用基于包的承載傳送，是一個開放端點的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同樣能很好地傳送話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)的承載部分與控制部分分離，允許它們分別演進(jìn)，有效地打破了單塊集成交換的結(jié)構(gòu)，并在各單元之間使用開放的接口。這樣的做法可以保證用戶在每一個層面上選購自己理想的設(shè)備，而不受太多的限制。同樣基于分層結(jié)構(gòu)的軟交換技術(shù)，可以使基于不同承載網(wǎng)如Cable、DSL、以太網(wǎng)的終端都能夠進(jìn)行通信。

但是新一代的網(wǎng)絡(luò)，不可能在瞬間取代原有的電路