IP電話的關鍵技術

像我們做通信設備的。經(jīng)常接觸到電話光端機，所以對于IP電話的關鍵技術還是比較熟悉的。

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

1.信令技術

信令技術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的H.323系列建議定義了在無業(yè)務質(zhì)量保證的因特網(wǎng)或其它分組網(wǎng)絡上多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)程。H.323標準是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、INTRANET和Internet上的多媒體提供IP路由器技術基礎保障。H.323是ITU-T有關多媒體通信的一個協(xié)議集,包括用于ISDN的H.320,用于B-ISDN的H.321和用于PSTN終端的H.324等建議。其編碼機制,協(xié)議范圍和基本操作類似于ISDN的Q.931信令協(xié)議的簡化版本,并采用了比較傳統(tǒng)的電路交換的方法。相關的協(xié)議包括用于控制的H.245,用于建立連接的H.225.0,用于大型會議的H.332,用于補充業(yè)務的H.450.1、H.450.2和H.450.3,有關安全的H.235,與電路交換業(yè)務互操作的H.246等。H.323提供設備之間、高層應用之間和提供商之間的互操作性。它不依賴于網(wǎng)絡結構,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?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。其中RAS信令用來完成終端與網(wǎng)守之間的登記注冊、授權許可、帶寬改變、狀態(tài)和脫離解除等過程;H.225.0呼叫信令用來建立兩個終端之間的連接,這個信令使用Q.931消息來控制呼叫的建立和拆除,當系統(tǒng)中沒有網(wǎng)守時,呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個終端之間打開;當系統(tǒng)中包括一個網(wǎng)守時,由網(wǎng)守決定在終端與網(wǎng)守之間或是在兩個終端之間開辟呼叫信令信道;H.245控制信令用來傳送終端到終端的控制消息,包括主從判別、能力交換、打開和關閉邏輯信道、模式參數(shù)請求、流控消息和通用命令與指令等。H.245控制信令信道建立于兩個終端之間,或是一個終端與一個網(wǎng)守之間。

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。與H.323相反,SIP是一種比較簡單的會話初始化協(xié)議。它不像H.323那樣提供所有的通信協(xié)議,而是只提供會話或呼叫的建立與控制功能。SIP可以應用于多媒體會議、遠程教學及Internet電話等領域。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備,如呼叫一個媒體存儲設備記錄一個會議,或呼叫一個點播電視服務器向會議播放視頻信號。

SIP是一種應用層協(xié)議,可以用UDP或TCP作為其傳輸協(xié)議。與H.323不同的是：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僅作于初始化呼叫,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頁或其它超文本鏈路中,用戶只需用鼠標一點即可發(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

話音壓縮編碼技術是IP電話技術的一個重要組成部分。目前,主要的編碼技術有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64kbit/s話音以幾乎不失真的質(zhì)量壓縮至8kbit/s。由于在分組交換網(wǎng)絡中,業(yè)務質(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性。G.729原來是8kbit/s的話音編碼標準,現(xiàn)在的工作范圍擴展至6.4～11.8kbit/s,話音質(zhì)量也在此范圍內(nèi)有一定的變化,但即使是6.4kbit/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5.3/6.3Kbit/s雙速率話音編碼,其話音質(zhì)量好,但是處理時延較大,它是目前已標準化的最低速率的話音編碼算法。

3.實時傳輸技術

實時傳輸IP路由器技術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)送組的服務質(zhì)量反饋。

4.服務質(zhì)量(QoS)保證技術

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

5.網(wǎng)絡傳輸技術

IP電話中網(wǎng)絡傳輸IP路由器技術主要是TCP和UDP,此外還包括網(wǎng)關互聯(lián)技術、路由選擇技術、網(wǎng)絡管理技術以及安全認證和計費技術等。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,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報頭都按最小長度計算。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,靜音檢測技術和回聲消除技術也是IP電話中十分關鍵的IP路由器技術。靜音檢測技術可有效剔除靜默信號,從而使話音信號的占用帶寬進一步降低到3.5kbit/s左右;回聲消除技術主要利用數(shù)字濾波器技術來消除對通話質(zhì)量影響很大回聲干擾,保證通話質(zhì)量。