陳國(guó)久

CHEN Guo-jiu

（江蘇廣播電視大學(xué)，南京 210036）

0 引言

近年來(lái)，IP技術(shù)及其業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，對(duì)傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)造成了很大沖擊。同時(shí)，IP向傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)的滲透和傳統(tǒng)電信技術(shù)與IP技術(shù)的融合速度也已大大加快?，F(xiàn)代企業(yè)無(wú)論是生產(chǎn)型還是服務(wù)型，信息部門必須在技術(shù)上給以有力的保障。那么有什么樣的技術(shù)我們可以考慮采用呢？VoIP技術(shù)是目前可以采用的有力手段之一。

1 VoIP技術(shù)概述

VoIP（Voice over Internet Protocol）俗稱IP電話，指的是在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸語(yǔ)音信號(hào)。VoIP最初的英文解釋是：承載語(yǔ)音的IP網(wǎng)絡(luò)通訊解決技術(shù)?，F(xiàn)在VoIP的含義已經(jīng)大大超越了它最初所被定義的內(nèi)容，并且在許多方面都有很大的應(yīng)用。例如VoIP網(wǎng)已大量部署于企業(yè)網(wǎng)中或已作為電信骨干網(wǎng)。但是它的基本作用沒有改變，就是利用IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大幅度地降低企業(yè)和個(gè)人在進(jìn)行溝通方面的成本，使之成為便捷、高效的工具。

2 VoIP技術(shù)平臺(tái)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

VoIP的關(guān)鍵技術(shù)包括信令技術(shù)、編碼技術(shù)、分組傳輸技術(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。本文只簡(jiǎn)述三種最典型技術(shù)。

2.1.1 編碼技術(shù)

目前，話音和圖像壓縮技術(shù)發(fā)展十分迅速，已經(jīng)研究開發(fā)出很多高效率的壓縮編碼技術(shù)。如先進(jìn)的以碼本激勵(lì)線性預(yù)測(cè)（CELP）原理為基礎(chǔ)的G.728、G.729（A）、G.723（1）話音壓縮編碼技術(shù)。其中G.729（A）、G.723（1）為主流算法。圖像編碼方面有IP網(wǎng)絡(luò)會(huì)議系統(tǒng)采用的H.261（活動(dòng)圖像編碼）和H.263（低速率活動(dòng)圖像編碼）。

2.1.2 信令技術(shù)

信令技術(shù)保證電話呼叫的順利實(shí)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(huì)話初始化協(xié)議SIP（Session Initiation Protoco1）。ITU的H.323系列建議定義了在無(wú)業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的因特網(wǎng)或其它分組網(wǎng)絡(luò)上多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)程。H.323為基于網(wǎng)絡(luò)的通信系統(tǒng)定義了4個(gè)主要的組件：終端（Termina1）、網(wǎng)關(guān)（Gateway）、關(guān)守（Gatekeeper）、多點(diǎn)控制單元（MCU）。其中終端是分組網(wǎng)絡(luò)中能提供實(shí)時(shí)、雙向通信的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，也是一種終端用戶設(shè)備，可以和網(wǎng)關(guān)、多點(diǎn)接入控制單元通信。所有終端都必須支持語(yǔ)音通信，視頻和數(shù)據(jù)通信可選。

2.1.3 分組傳輸技術(shù)

在IP網(wǎng)中傳輸層有兩個(gè)并列的協(xié)議：TCP和UDP。TCP是面向連接的，它提供高可靠性服務(wù)；UDP是無(wú)連接的，它提供高效率的服務(wù)。高可靠性的TCP用于一次傳輸要交換大量報(bào)文的情況，高效率的UDP用于一次交換少量的報(bào)文或?qū)崟r(shí)性要求較高的信息。

2.2 試驗(yàn)系統(tǒng)

在該系統(tǒng)投入使用前，采用了先實(shí)驗(yàn)后投入的方式，當(dāng)時(shí)使用了華為公司的相關(guān)設(shè)備與電信運(yùn)營(yíng)商互連的方式。通過(guò)華為NE80核心路由器利用邊界網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議（BGP）進(jìn)到Internet數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，IP電話語(yǔ)音網(wǎng)關(guān)IPBX2600_I型和IPBX2600_II型分別位于近端和遠(yuǎn)端。

圖1 PSTN和Internet通過(guò)IPBX連接

從圖1所示，IP網(wǎng)絡(luò)電話的信息流通路有如下3種：

1）從IP虛通道進(jìn)入到PSTN物理通路，即IP數(shù)字電話撥打PSTN固定電話；

2）從IP虛通道到IP虛通道．即IP數(shù)字電話撥打IP數(shù)字電話；

3）從PSTN物理通路進(jìn)入到IP虛通道，即PSTN固定電話撥打IP數(shù)字電話。如圖所示：

3 VoIP技術(shù)在企業(yè)中應(yīng)用的難點(diǎn)及解決方案

在企業(yè)中應(yīng)用時(shí)，語(yǔ)音交換網(wǎng)主要由生產(chǎn)部門和行政部門兩個(gè)交換網(wǎng)組成，語(yǔ)音交換網(wǎng)目前主要采用電路交換方式進(jìn)行組網(wǎng)。目前企業(yè)語(yǔ)音交換網(wǎng)的主要問題有組網(wǎng)方式單一。如果組網(wǎng)方式單一，網(wǎng)絡(luò)的可靠性肯定很差，只要網(wǎng)絡(luò)任何一處發(fā)生故障或者人為操作失誤都有可能造成語(yǔ)音中斷，嚴(yán)重的甚至?xí)斐烧麄€(gè)語(yǔ)音交換網(wǎng)絡(luò)癱瘓，所以迫切需要新的組網(wǎng)方式來(lái)充實(shí)傳統(tǒng)組網(wǎng)方式，但兩種不同的網(wǎng)絡(luò)如何在一個(gè)平臺(tái)下保持良好互通則是一個(gè)應(yīng)用難點(diǎn)。

VoIP解決方案是以最大限度的利用專網(wǎng)現(xiàn)有的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源為原則，在盡可能不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，以傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)同樣的品質(zhì)和可靠性為目標(biāo)，提供全方位的話音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)，逐步將傳統(tǒng)程控交換網(wǎng)承載的通信業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到VoIP網(wǎng)絡(luò)。VoIP解決方案使專用通信網(wǎng)既可以保持原有PSTN網(wǎng)的穩(wěn)定可靠性，同時(shí)又可以享受VoIP軟交換系統(tǒng)帶來(lái)的多種增值業(yè)務(wù)，提高辦公自動(dòng)化程度，并且語(yǔ)音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)統(tǒng)一由IP網(wǎng)絡(luò)承載，提高網(wǎng)絡(luò)利用率，能夠保持技術(shù)的先進(jìn)性，在條件成熟時(shí)可以快速地過(guò)濾到下一代NGN網(wǎng)絡(luò)。

這個(gè)方案中，下面如何保證VoIP網(wǎng)絡(luò)的QoS服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行了研究，我們具體做法是：

1）QoS采用何算法

采用智能算法中的GAACO_QoS算法

GAACO_QoS基本思想是將遺傳算法和蟻群算法融合，利用遺傳算法優(yōu)化解生成信息素初值，利用蟻群算法獲取最優(yōu)解，此算法主要可以分為四個(gè)部分：

（1）預(yù)處理部分分為兩步：A、為了簡(jiǎn)化問題，將節(jié)點(diǎn)上的特性疊加到鏈路上，只考慮鏈路而不考慮節(jié)點(diǎn)的特性；B、分析鏈路的多個(gè)約束，先過(guò)濾掉圖G={V，E）中不滿足帶寬約束的鏈路。

（2）充分利用遺傳算法的全局搜索能力以及快速性、隨機(jī)性等特點(diǎn)，生成若干組優(yōu)化解，進(jìn)而轉(zhuǎn)換成蟻群算法的信息素初值，為蟻群算法部分求取最優(yōu)路由做好準(zhǔn)備。利用蟻群算法的正反饋機(jī)制和高效收斂的特點(diǎn)求取滿足約束的最優(yōu)路由。

（3）判斷遺傳算法和蟻群算法融合的適當(dāng)時(shí)機(jī)。結(jié)合QoS路由的特殊性，設(shè)計(jì)了適用于路由問題的融合方法。具體操作是，定義遺傳算法控制函數(shù)：

1≤l≤NG；NG為遺傳算法的迭代次數(shù)；P為常數(shù)。通過(guò)CGI+1值的變化來(lái)動(dòng)態(tài)地控制遺傳算法和蟻群算法的融合時(shí)機(jī)。

2）QoS是如何實(shí)現(xiàn)的

為了確保VoIP的質(zhì)量，重新定義了VoIP的協(xié)議棧，該棧分為數(shù)據(jù)層和信令層：數(shù)據(jù)層主要面向VoIP業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)所需的協(xié)議，信令層主要包括采用SIP（Session Initiation Proctoco1）協(xié)議支撐呼叫控制信令所需的協(xié)議。VoIP應(yīng)用包括兩種IP流：語(yǔ)音流和SIP流。語(yǔ)音流的QoS特征是低延遲、低速率，并可容忍一定程度的丟包；SIP流的QoS特征是低延遲、低速率和高可靠性。

3）QoS如何保證的

在VoIP的呼叫過(guò)程中，可以看出主要通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)保證QoS：

（1）IntServ 終端采用RSVP協(xié)議，請(qǐng)求PDSN建立過(guò)濾器，用以指示PDSN將lP包承載在哪條連接上。

（2）DiffServ AN分別為語(yǔ)音和SIP創(chuàng)建獨(dú)立的服務(wù)連接，不同的服務(wù)連接被打上不同的標(biāo)簽，這使得VoIP包在核心網(wǎng)上快速轉(zhuǎn)發(fā)。

此外，還涉及了以下方式，來(lái)保障端到端的QoS：

（1）調(diào)度優(yōu)先級(jí)：承載語(yǔ)音和SIP的服務(wù)連接被給予最高的調(diào)度優(yōu)先級(jí)。

（2）RoHC壓縮：VoIP將語(yǔ)音幀被封裝在IP包中，由于一個(gè)語(yǔ)音幀很小，使得JP包頭開銷較大，降低了無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率。因此，IP頭壓縮技術(shù)顯得至關(guān)重要。RoHC（Robust HeaderCompression）技術(shù)，最多可以將RTP/UDP/IP包頭壓縮至2字節(jié)，大大增加了頻譜效率

（3）無(wú)PPP封裝：這可使BSC在發(fā)現(xiàn)高空口鏈路錯(cuò)誤率時(shí)，丟棄整個(gè)IP包，并使BSC可以運(yùn)用RoHC功能，提高語(yǔ)音數(shù)據(jù)包的處理效率。基于包的RLP流基于包的RLP流用于承載語(yǔ)音幀，這樣可以減少RLP包頭的大小。而SIP流則基于字節(jié)。

盡管VoIP技術(shù)讓網(wǎng)絡(luò)電話得以應(yīng)用，但目前依然存在很多不足，如就初期的投入成本高、培訓(xùn)員工等高額預(yù)算，總體維護(hù)和管理費(fèi)用也很高，導(dǎo)致VoIP在企業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀上不夠強(qiáng)勢(shì)。但是它畢竟是在現(xiàn)代通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光傳輸技術(shù)、電視技術(shù)等基礎(chǔ)上建立并根據(jù)當(dāng)代人與人之間溝通需求發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。但它方便、快捷的服務(wù)于人類的作用與特性不容忽視，相信隨著IP技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)體制的完善，VoIP越來(lái)越多走向更多的企業(yè)。

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