王建兵,康宗緒,周天翠,徐智敏

(重慶金美通信有限責(zé)任公司,重慶400030)

ATM交換機(jī)VOIP的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

王建兵,康宗緒,周天翠,徐智敏

(重慶金美通信有限責(zé)任公司,重慶400030)

ATM(異步轉(zhuǎn)移模式)交換機(jī)由于執(zhí)行了嚴(yán)格的基于連接的流量管理和擁塞控制,能為用戶提供良好的QoS(服務(wù)質(zhì)量)保證,在網(wǎng)絡(luò)部署中得到了廣泛應(yīng)用。但是隨著ATM交換機(jī)與IP網(wǎng)絡(luò)互連越來越廣泛,如何解決VoIP(互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議電話)是ATM交換機(jī)設(shè)計(jì)面臨的重要問題。該文以ATM交換機(jī)以太網(wǎng)接口互連為例,對(duì)ATM交換機(jī)如何實(shí)現(xiàn)VoIP業(yè)務(wù)建立、撤銷及話音傳輸?shù)确矫?提出了一套完整的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案。

異步轉(zhuǎn)移模式 服務(wù)質(zhì)量 互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議電話 ATM中繼仿真

0 引 言

ATM[1]交換機(jī)在骨干網(wǎng)和軍事通信網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用,尤其在無線、窄帶環(huán)境下仍然有廣泛的應(yīng)用[2]。為了保證網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間話音的有效建立,話音路由機(jī)制采用專用協(xié)議,且只能在ATM中繼接口間進(jìn)行話音的建立和傳輸。但是隨著IP技術(shù)的發(fā)展,采用以太網(wǎng)接口的傳輸設(shè)備越來越多,因此迫切需要找到一種方法,在不修改原有話音建立和傳輸機(jī)制的情況下,實(shí)現(xiàn)ATM交換機(jī)以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的IP話音傳輸,用以提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。該項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)與否直接關(guān)系到ATM交換機(jī)的應(yīng)用范圍和生命周期。

本文通過對(duì)通用VoIP實(shí)現(xiàn)的基本原理、面臨的問題、話音的傳送機(jī)制及信令體系,以及ATM交換機(jī)原有的話音傳送機(jī)制及信令體系的介紹。并對(duì)兩種體制進(jìn)行了分析和比較,設(shè)計(jì)了ATM中繼仿真的方式來實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)間的話音互通。并對(duì)信令流程、報(bào)文內(nèi)容和試驗(yàn)驗(yàn)證等方面進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

1 通用VoIP介紹

1.1 VoIP傳送基本原理

IP語(yǔ)音傳送的基本原理是[3]:在發(fā)送端需將模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)、壓縮編碼處理,IP分組,經(jīng)過IP網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇邮辗?在接收方的過程為發(fā)送方的逆過程,從而達(dá)到由IP網(wǎng)絡(luò)傳送語(yǔ)音的目的。其基本傳送過程如圖1所示[4]。

圖1 VoIP基本傳送過程Fig.1 Forward process of VoIP

通用VOIP的信令體系采用SIP[5]。

1.2 VoIP面臨的主要問題

如何能在實(shí)時(shí)語(yǔ)音的傳輸中保障良好的QoS是VoIP技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。為了保證實(shí)時(shí)語(yǔ)音的QoS,必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)的傳送帶寬、時(shí)延、丟包、抖動(dòng)、包亂序和回聲等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行必要的處理。但是由于傳統(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),因此沒有相應(yīng)服務(wù)質(zhì)量保證。

2 ATM交換機(jī)話音實(shí)現(xiàn)原理介紹

2.1 ATM交換機(jī)話音基本傳送原理

ATM交換機(jī)語(yǔ)音技術(shù),是建立在ATM技術(shù)上的分組化、數(shù)字化的傳輸技術(shù),它以分組的形式傳輸語(yǔ)音數(shù)據(jù)。其基本原理是:模擬語(yǔ)音信號(hào)首先經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào),通過語(yǔ)音壓縮算法對(duì)語(yǔ)音數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼處理(由于語(yǔ)音編碼主要有比特率、質(zhì)量、延遲和復(fù)雜度四種屬性。好的編碼方案,不是追求盡可能低的編碼比特率,而是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求對(duì)各種屬性進(jìn)行折衷,因?yàn)樗鼈冎g往往是有矛盾的。ATM交換機(jī)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求支持PCM、CVSD和G.729三種編碼方式,然后把這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)按ATM的相關(guān)協(xié)議進(jìn)行打包,經(jīng)過ATM網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇邮辗?在接收方把這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)包串起來,經(jīng)過解碼解壓處理后,恢復(fù)成原來的語(yǔ)音信號(hào),從而達(dá)到由ATM網(wǎng)絡(luò)傳送語(yǔ)音的目的。其基本傳送過程如圖2所示。

圖2 ATM語(yǔ)音基本傳送過程Fig.2 ATM forwarding process of VoIP of ATM

2.2 ATM交換機(jī)話音信令體系介紹

ATM交換機(jī)之間的電路網(wǎng)中繼業(yè)務(wù)分成兩個(gè)部分,它主要包括交換機(jī)之間的鄰居發(fā)現(xiàn)與維護(hù),及交換機(jī)之間的信令與業(yè)務(wù)交互。ATM話音業(yè)務(wù)協(xié)議棧如圖3所示。

圖3 ATM話音業(yè)務(wù)協(xié)議棧Fig.3 Ptotocol stack of voice of ATM

2.3 ATM交換機(jī)話音實(shí)現(xiàn)過程

如圖4所示,交換機(jī)通過中繼接口互連后,中繼接口板首先實(shí)現(xiàn)物理層同步,并將狀態(tài)上報(bào)到控制交換板,由控制交換板啟動(dòng)交換機(jī)之間的鄰居發(fā)現(xiàn),并交付相關(guān)的設(shè)備信息。交換機(jī)在設(shè)備識(shí)別后,會(huì)周期性地發(fā)送維護(hù)消息,用以監(jiān)測(cè)鄰居設(shè)備是否依然存在。

圖4 交換機(jī)話音實(shí)現(xiàn)過程Fig.4 Process of voice implementation of ATM

只有在交換機(jī)識(shí)別后,交換機(jī)間的話音才能建立。當(dāng)用戶發(fā)起呼叫時(shí),交換機(jī)將首先監(jiān)測(cè)是否有已識(shí)別的鄰居設(shè)備,及帶寬等QoS參數(shù)是否滿足建立要求,如果有已識(shí)別的鄰居設(shè)備,且?guī)挼萉oS參數(shù)滿足要求,交換機(jī)將發(fā)送相關(guān)信令到鄰居設(shè)備嘗試建立話音連接。

3 以太網(wǎng)間VoIP實(shí)現(xiàn)方案

3.1 以太網(wǎng)間VoIP策略選擇

通用VoIP和ATM語(yǔ)音傳送要求比較如表1所示。

表1 語(yǔ)音傳送要求比較Table 1 Demand comparison of voice transmit

由于ATM交換機(jī)的傳送機(jī)制和IP傳送機(jī)制均是包傳送,因此他們傳送的基本流程是一致的。只是ATM傳送時(shí)的報(bào)文大小固定,且是面向連接業(yè)務(wù),因此支持話音等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的功能更好。通用VoIP需要克服的問題,如帶寬管理、時(shí)延控制、丟包、抖動(dòng)和回聲等問題,在ATM交換機(jī)中已得到較好處理。ATM交換機(jī)在以太網(wǎng)間采用IP傳送話音需要解決的主要問題是信令體系及傳送方式的改變。由于ATM交換機(jī)研制完成,且已批量裝備,不可能對(duì)交換機(jī)的信令體系進(jìn)行重新設(shè)計(jì),因此不能直接采用通用的SIP信令體系來做為ATM交換機(jī)以太網(wǎng)間的信令體制;而只能采用一種與原有信令體制一致的方式來實(shí)現(xiàn),即ATM中繼仿真的方式來實(shí)現(xiàn)。

3.2 ATM中繼仿真信令體系

以太網(wǎng)間ATM中繼仿真協(xié)議棧如圖5所示。由于支持交換機(jī)之間的話音中繼業(yè)務(wù)由兩個(gè)部分組成,即交換機(jī)之間的鄰居發(fā)現(xiàn)與維護(hù)和交換機(jī)之間的信令與業(yè)務(wù)交互。因此采用交換機(jī)通過IP子網(wǎng)廣播方式周期性發(fā)出在線通告消息來進(jìn)行鄰居發(fā)現(xiàn)和維護(hù),用以仿真ATM中繼接口間的鄰居發(fā)現(xiàn)和維護(hù)過程。在相互識(shí)別的鄰居之間以單播方式進(jìn)行信令和業(yè)務(wù)交互。

圖5 ATM中繼仿真協(xié)議棧Fig.5 Protocol stack of ATM trunk simulation

3.3 鄰居發(fā)現(xiàn)與維護(hù)

如圖6所示,交換機(jī)間通過局域網(wǎng)進(jìn)行互連,首先將交換機(jī)互連的以太網(wǎng)口IP地址配置在同一網(wǎng)段,對(duì)應(yīng)的路由協(xié)議配置為OSPF。當(dāng)交換機(jī)間通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)IP互通后,每個(gè)交換機(jī)將以IP包的形式周期性地發(fā)送在線通告消息,消息將攜帶本交換機(jī)的IP地址、設(shè)備類型和節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)等參數(shù)。在線通告消息以IP子網(wǎng)廣播的方式發(fā)送給局域網(wǎng),并把從局域網(wǎng)收到的在線通告消息轉(zhuǎn)發(fā)給自己所連接的交換機(jī)。

圖6 交換機(jī)鄰居發(fā)現(xiàn)連接Fig.6 Neighbour finding of ATM

交換機(jī)收到來自其它交換機(jī)的在線通告消息后即可識(shí)別其設(shè)備類型、節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)和IP地址等參數(shù),如果解析報(bào)文正確,則認(rèn)為該交換機(jī)是自己的鄰居。如果一段時(shí)間內(nèi)不能收到某交換機(jī)的在線通告消息,則認(rèn)為失去了該鄰居。如果失去了某個(gè)鄰居,則應(yīng)釋放與該鄰居有關(guān)的業(yè)務(wù)連接。

通過這種機(jī)制,交換機(jī)之間的邏輯連接關(guān)系如圖7所示。

圖7 交換機(jī)鄰居發(fā)現(xiàn)邏輯Fig.7 Logical connection of ATM neighbour finding

3.4 信令與業(yè)務(wù)交互

在鄰居識(shí)別的基礎(chǔ)之上,即可以通過IP單播與某個(gè)特定鄰居進(jìn)行信令和業(yè)務(wù)的交互。信令和業(yè)務(wù)封裝到IP隧道中在交換機(jī)之間進(jìn)行傳輸。

4 測(cè)試驗(yàn)證

4.1 以太網(wǎng)間話音業(yè)務(wù)測(cè)試

搭建如圖8所示驗(yàn)證平臺(tái)并配置各設(shè)備。3個(gè)交換機(jī)通過以太網(wǎng)口與局域網(wǎng)相連,各交換機(jī)以太網(wǎng)接口地址配置在同一網(wǎng)段,對(duì)應(yīng)的路由協(xié)議配置為OSPF,同時(shí)打開在線通告消息,在交換機(jī)間實(shí)現(xiàn)IP互通后,查看交換機(jī)人機(jī)界面菜單,ATM1、ATM2和ATM3三個(gè)交換機(jī)之間能夠相互識(shí)別,話機(jī)1、話機(jī)2和話機(jī)3相互撥打電話,均能正常呼叫通話,話音質(zhì)量均為優(yōu)。

圖8 以太網(wǎng)間話音業(yè)務(wù)測(cè)試Fig.8 Voice test betweenEthernet interface of ATM

4.2 綜合組網(wǎng)業(yè)務(wù)測(cè)試

搭建如圖9所示驗(yàn)證平臺(tái)并配置各設(shè)備。ATM1和ATM2通過以太網(wǎng)口與局域網(wǎng)相連,以太網(wǎng)接口地址配置在通一網(wǎng)段,對(duì)應(yīng)的路由協(xié)議配置為OSPF,同時(shí)打開在線通告消息。ATM1和ATM3, ATM2和ATM3之間通過ATM中繼接口互連,正確配置交換機(jī)互連中繼接口參數(shù)。在交換機(jī)間實(shí)現(xiàn)IP互通后,查看交換機(jī)人機(jī)界面菜單,ATM1、ATM2和ATM3三個(gè)交換機(jī)能相互識(shí)別,話機(jī)1、話機(jī)2和話機(jī)3相互撥打電話,均能正常呼叫通話,話音質(zhì)量均為優(yōu)。而且話機(jī)1和話機(jī)2的通話質(zhì)量與話機(jī)1和話機(jī)3的通話質(zhì)量沒有明顯區(qū)別。證明ATM交換機(jī)間以太網(wǎng)互連采用ATM中繼仿真方式實(shí)現(xiàn)是合理,可行的。

圖9 綜合組網(wǎng)話音業(yè)務(wù)測(cè)試Fig.9 Voice test of integrated networking

5 結(jié) 語(yǔ)

本文提出了利用ATM交換機(jī)本身是分組交換,話音傳輸流程與通用VoIP基本一致的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了在ATM交換機(jī)以太網(wǎng)間,采用ATM中繼仿真的方式來實(shí)現(xiàn)話音業(yè)務(wù)的互通,既滿足了交換機(jī)間通過以太網(wǎng)互連話音業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn),又不改變ATM交換機(jī)原有的話音信令體系。既實(shí)現(xiàn)了ATM交換機(jī)功能的擴(kuò)展,又保證了交換機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。本文中以太網(wǎng)間話音的實(shí)現(xiàn)方法在ATM交換機(jī)中通過了工程實(shí)現(xiàn),具有一定通用性,可以滿足ATM交換機(jī)通過以太網(wǎng)互連的話音需求。

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王建兵(1973—),男,碩士,高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù);

WANG Jian-bing(1973-),male,M.Sci., senior engineer,mainly engaged in computer and communition technology.

康宗緒(1972—),男,碩士,高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù);

KANG Zong-xu(1972-),male,M.Sci.,senior engineer,mainly engaged in computer and communition technology.

周天翠(1975—),女,碩士,高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù);

ZHOU Tian-cui(1975-),female,M.Sci.,senior engineer,mainly engaged in computer and communition technology.

徐智敏(1980—),男,碩士,工程師,主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)。

XU Zhi-ming(1980-),male,M.Sci.,engineer,mainly engaged in computer and communition technology.

Design and Im plementation of ATM Sw itchingVOIP

WANG Jian-bing,KANG Zong-xu,ZHOU Tian-cui,XU Zhi-ming
(Chongqing Jinmei Communication Co.,Ltd.Chongqing,400030,China)

ATM Switch is widely used in the network deployment owing to its strict traffic management and congestion control based on connection,and it could offer good quality of service to users.However,with increasingly wide interconnection between ATM switch and IP net,how to solve the problem of VoIP becomes a significant issue for ATM switch design.Taking the interface interconnection of ATM switch ethernet as an example,this paper proposes a complete design and Imolementation scheme of VoIP setting up, removing and voice transmission.

ATM;QoS;VoIP;ATM trank simulation

TP393.0

A

1002-0802(2014)12-1415-04

10.3969/j.issn.1002-0802.2014.12.014

2014-09-11;

2014-11-11 Received date：2014-09-11;Revised date：2014-11-11