La xarxa telefònica tradicional és l'intercanvi de veu per circuit, la banda ampla de transmissió necessària de 64 kbit/s. L'anomenada VoIP és la xarxa d'intercanvi de paquets IP com a plataforma de transmissió, compressió de senyal de veu simulada, embalatge i una sèrie de processaments especials, de manera que pugui utilitzar el protocol UDP sense connexió per a la transmissió.
Es requereixen diversos elements i funcions per transmetre senyals de veu en una xarxa IP. La forma més senzilla de la xarxa consisteix en dos o més dispositius amb capacitats VoIP connectats mitjançant una xarxa IP.
1.Transformació de dades de veu
El senyal de veu és una forma d'ona analògica, a través d'IP per transmetre veu, ja sigui un negoci d'aplicacions en temps real o un negoci d'aplicacions en temps real, primer a la conversió de dades analògiques del senyal de veu, és a dir, la quantificació del senyal de veu analògic 8 o 6, i després enviat a l'emmagatzematge de memòria intermèdia. , la mida del buffer es pot seleccionar segons els requisits del retard i la codificació. Molts codificadors de baixa velocitat de bits estan codificats en trames.
La longitud de fotograma típica oscil·lava entre 10 i 30 ms. Tenint en compte els costos durant la transmissió, els paquets interlingües solen consistir en 60, 120 o 240 ms de dades de parla. La digitalització es pot implementar mitjançant diversos esquemes de codificació de veu, i els estàndards de codificació de veu actuals són principalment ITU-T G.711. El codificador de veu a la destinació d'origen ha d'implementar el mateix algorisme perquè el dispositiu de veu a la destinació pugui restaurar el senyal de veu analògic.
2. Conversió de dades originals a IP
Un cop codificat digitalment el senyal de parla, el següent pas és comprimir la codificació del paquet de parla amb una longitud de trama específica. La majoria dels codificadors tenen una longitud de fotograma específica. Si un codificador utilitza fotogrames de 15 ms, el paquet de 60 ms des del primer lloc es divideix en quatre fotogrames i es codifica en seqüència. Cada fotograma té 120 mostres de veu (freqüència de mostreig de 8 kHz). Després de la codificació, les quatre trames comprimides es van sintetitzar en un paquet de veu comprimit i es van enviar al processador de xarxa. El processador de xarxa afegeix un Baotou, escala de temps i altra informació a la veu i la passa a l'altre punt final a través de la xarxa.
La xarxa de veu simplement estableix una connexió física entre els punts finals de comunicació (una línia) i transmet els senyals codificats entre els punts finals. A diferència de les xarxes de commutació de circuits, les xarxes IP no formen connexions. Requereix que les dades es col·loquin en informes o paquets de dades llargs variables, després adreça i informació de control a cada datagrama i s'enviïn a través de la xarxa, reenviats a la destinació.
3.Transferència
En aquest canal, tota la xarxa es veu com un paquet de veu rebut de l'entrada i després transmès a la sortida de la xarxa en un temps determinat (t). La t pot variar en un rang complet, reflectint la fluctuació de la transmissió de la xarxa.
El mateix node de la xarxa comprova la informació d'adreçament associada a cada dada IP i utilitza aquesta informació per reenviar aquest datagrama a la següent parada del camí de destinació. Un enllaç de xarxa pot ser qualsevol topologia o mètode d'accés que admeti fluxos de dades IP.
4.El paquet IP: la transformació de les dades
El dispositiu VoIP de destinació rep aquestes dades IP i comença a processar-se. El nivell de xarxa proporciona un buffer de longitud variable que s'utilitza per regular la fluctuació generada per la xarxa. La memòria intermèdia pot acollir molts paquets de veu i els usuaris poden triar la mida de la memòria intermèdia. Els buffers petits produeixen menys latència, però no regulen una gran fluctuació. En segon lloc, el descodificador descomprimeix el paquet de veu codificat per produir un nou paquet de veu, i aquest mòdul també pot funcionar per fotograma, exactament de la mateixa longitud que el descodificador.
Si la longitud del fotograma és de 15 ms, els paquets de veu de 60 ms es divideixen en 4 fotogrames, i després es descodifiquen a un flux de dades de veu de 60 ms i s'envien a la memòria intermèdia de descodificació. Durant el processament de l'informe de dades, la informació d'adreçament i control s'elimina, es conserven les dades originals originals i aquestes dades originals es proporcionen després al descodificador.
5.La parla digital es va convertir en veu analògica
La unitat de reproducció elimina les mostres de veu (480) de la memòria intermèdia i les envia a la targeta de so a través de l'altaveu a una freqüència predeterminada (per exemple, 8 kHz). En resum, la transmissió de senyals de veu a la xarxa IP passa per la conversió de senyal analògic a senyal digital, empaquetament de veu digital en un paquet IP, transmissió de paquets IP a través de la xarxa, desempaquetat de paquets IP i la restauració de la veu digital a l'analògic. senyal.
En segon lloc, els estàndards tècnics relacionats amb VoIP
Per a aplicacions multimèdia en xarxes de comunicació existents, la Unió Internacional de Telecomunicacions (ITU-T) ha desenvolupat el protocol de sèrie de comunicacions multimèdia H.32x, els següents estàndards principals per a una descripció senzilla:
H.320, estàndard per a la comunicació multimèdia al sistema i terminal de videotelefonia de banda estreta (N-ISDN);
H.321, estàndard per a la comunicació multimèdia a la XSI-B;
H.322. Estàndard per a la comunicació multimèdia a la LAN garantida per QoS;
H.323. Estàndard per a la comunicació multimèdia en una xarxa de commutació de paquets sense garantia de QoS;
H.324, un estàndard per a la comunicació multimèdia en terminals de comunicació de baixa velocitat de bits (PSTN i xarxa sense fil).
Entre els estàndards anteriors, H. Les xarxes definides per estàndard 323 són les més utilitzades, com ara Ethernet, xarxa de testimonis, xarxa FDDI, etc. a causa de l'aplicació H. L'estàndard 323 s'ha convertit, naturalment, en un punt calent al mercat, així que a continuació ens centrarem en H.323。H.323 A la proposta es defineixen quatre components principals: terminal, passarel·la, programari de gestió de passarel·les (també conegut com a passarel·la o porta) i la unitat de control multipunt.
1.Terminal (Terminal)
Tots els terminals han de ser compatibles amb la comunicació de veu i les capacitats de comunicació de dades i de vídeo són opcionals. Tots els terminals H. El terminal 323 també ha de ser compatible amb l'estàndard H.245, H.245 L'estàndard s'utilitza per controlar l'ús del canal i el rendiment del canal.H .323 Els paràmetres principals del còdec de veu en la comunicació de veu s'especifiquen de la següent manera: Ample de banda de veu recomanat per la ITU / Velocitat de bits de transmissió KHz / Algoritme de compressió Kb/s anotació G.711 3.4 56,64 Compressió simple PCM, aplicada a la PSTN en G .728 3.4 16 Qualitat de veu LD-CELP com G.711, aplicada a la transmissió de baixa velocitat de bits G.722 7 48,56,64 La qualitat de veu ADPCM és superior a G.711, aplicada a la transmissió de velocitat de bits alta G. .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ La qualitat de veu és acceptable, G.723.1 Adopta una G per al fòrum VOIP.729G.729A 3.4 8 El retard CS-ACELP és inferior a G.723.1, la qualitat de veu és superior a la G.723.1.
2. Passarel·la (gateway)
Aquesta és una opció H. per al sistema 323. La passarel·la pot transformar els protocols, l'àudio, els algorismes de codificació de vídeo i els senyals de control utilitzats per diferents sistemes per adaptar-se a la comunicació del terminal del sistema. Com ara el sistema H.324 basat en PSTN i la banda estreta. Sistema H.The 320 basat en RDSI i H.323 Per a la comunicació del sistema, és necessari configurar la passarel·la;
3. Manteniment de duanes (Gatekeeper)
Aquest és H. Un component opcional del sistema 323 és el programari per completar la funció de gestió. Té dues funcions principals: la primera és la gestió de l'aplicació H.323; el segon és la gestió de la comunicació del terminal a través de la passarel·la (com ara establiment de trucades, eliminació, etc.). Els gestors poden realitzar la conversió d'adreces, el control d'ample de banda, l'autenticació de trucades, l'enregistrament de trucades, el registre d'usuaris, la gestió del domini de comunicació i altres funcions a través de la duana. keeping.one H.323 El domini de comunicació pot tenir diverses passarel·les, però només funciona una passarel·la.
4. Unitat de control multipunt (Unitat de control multipunt)
L'MCU permet la comunicació multipunt en una xarxa IP i la comunicació punt a punt no és necessària. Tot el sistema forma una topologia en estrella a través de la MCU. La MCU conté dos components principals: controlador multipunt MC i processador multipunt MP, o sense MP.H entre terminals de processament MC.245 Controlar la informació per crear un nom públic mínim per al processament d'àudio i vídeo.MC no processa directament cap flux d'informació multimèdia, sinó que la deixa a MP. El MP barreja, canvia i processa l'àudio. , vídeo o informació de dades.
A la indústria hi ha dues arquitectures paral·leles, una és la ITU-T H introduïda anteriorment. El protocol 323 és el protocol SIP (RFC2543) proposat per l'Internet Engineering Task Force (IETF) i el protocol SIP és més adequat per a terminals intel·ligents.
En tercer lloc, l'impuls per al desenvolupament de VoIP
L'ús generalitzat de VoIP es farà realitat ràpidament a causa de molts maquinari, programari, desenvolupaments relacionats i avenços tecnològics en el protocol i els estàndards. Els avenços i desenvolupaments tecnològics en aquests camps tenen un paper impulsor en la creació d'una xarxa VoIP més eficient, funcional i interoperable. Els factors tècnics que promouen el ràpid desenvolupament i fins i tot l'aplicació generalitzada de VoIP es poden resumir en els aspectes següents.
1.Processador de senyal digital
Els processadors de senyals digitals avançats (Digital Signal Processor, DSP) realitzen els components de càlcul intensius necessaris per a la integració de veu i dades. DSP processa senyals digitals principalment per realitzar càlculs complexos que, d'altra manera, haurien de ser realitzats per una CPU universal. La combinació dels seus especialitzats La potència de processament amb el baix cost fa que el DSP sigui molt adequat per dur a terme les funcions de processament de senyal al sistema VoIP.
Transmissió de veu única al G.729 El cost informàtic de la compressió de veu sol ser gran i requereix 20 MIPS. Si es requereix una CPU central per dur a terme funcions d'encaminament i gestió del sistema mentre es processen diversos fluxos de veu, això no és realista. Per tant, l'ús d'un o més DSP pot desinstal·lar la tasca informàtica del complex algorisme de compressió de veu de la CPU central. A més, el DSP és adequat per a la detecció d'activitat de veu i la cancel·lació d'eco, cosa que els permet processar fluxos de dades de veu en temps real i accedir ràpidament. memòria integrada, per tant. En aquesta secció, detallem com implementar la codificació de veu i la cancel·lació d'eco a la plataforma TMS320C6201DSP.
Protocol i programari i maquinari estàndard H.323 Mètode de cua justa ponderada DSP Intercanvi d'etiquetes MPLS ponderat detecció precoç aleatòria ASIC RTP, RTCP algoritme general de velocitat cel·lular de doble embut DWDM RSVP taxa ràpida d'accés SONET Diffserv, CAR Cisco potència de processament de CPU d'enviament ràpid G. 729, G.729a: Taula d'accés ampliada CS-ACELP ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Algorisme de token barrel Multilink PPP Frame Relay Rectificador de dades SIP basat en la integració prioritària del paquet CoS sobre SONET IP i ATM QoS/CoS
2. Circuits integrats dedicats avançats
El desenvolupament de Circait integrat específic per a l'aplicació (ASIC) ha produït un ASIC més ràpid, més complex i més funcional. es poden optimitzar molt per a funcions específiques, normalment amb una CPU de doble propòsit un o diversos ordres de magnitud més ràpid.
De la mateixa manera que el xip Thin Instruction Set Computer (RSC) se centra en l'execució ràpida de nombres límit, l'ASIC està preprogramat per realitzar un nombre finit de funcions més ràpidament. Un cop finalitzat el desenvolupament, el cost de la producció massiva d'ASIC és baix i s'utilitza. per a dispositius de xarxa inclososencaminadorsi commutadors, que realitzen funcions com la comprovació de la taula d'encaminament, el reenviament de grups, l'ordenació i comprovació de grups i la posada en cua. L'ús d'ASIC ofereix al dispositiu un rendiment més elevat i menys cost. Proporcionen una banda ampla més gran i un millor suport de QoS per a la xarxa, de manera que juguen un gran paper en la promoció del desenvolupament de VoIP.
3.Tecnologia de transmissió IP
La majoria de xarxes de telecomunicacions de transmissió utilitzen multiplexació per divisió de temps, mentre que Internet ha d'adoptar la reutilització estadística i l'intercanvi de paquets llargs. En comparació, aquest últim té una alta taxa d'utilització dels recursos de xarxa, una interconnexió senzilla i eficaç i molt aplicable als serveis de dades, que és una de les raons importants per al ràpid desenvolupament d'Internet. No obstant això, la comunicació de xarxa IP de banda ampla requereix QoS i característiques de retard. , de manera que el desenvolupament de l'intercanvi de paquets de multiplexació estadística ha atret preocupat. Actualment, a més de la nova generació de protocol IP-IPV6, el grup mundial de tasques d'enginyeria d'Internet (IETF) va proposar la tecnologia d'intercanvi d'etiquetes multiprotocol (MPLS), aquesta és una mena de selecció de la capa de xarxa basada en diversos intercanvis d'etiquetes / etiquetes, pot millorar la flexibilitat de la selecció de carreteres, ampliar la capacitat de selecció de la capa de xarxa, simplificar laencaminadori la integració d'intercanvi de canals, millora el rendiment de la xarxa. MPLS pot funcionar com a protocol d'encaminament independent i compatible amb el protocol d'encaminament de xarxa existent, admet diverses funcions d'operació, gestió i manteniment de la xarxa IP, millora molt la QoS, l'encaminament i el rendiment de la senyalització, assolir o apropar-se al nivell de reutilització estadística d'intercanvi de paquets de longitud fixa (ATM) i senzill, eficient, barat i aplicable que l'ATM.
IETF també està captant localment la nova tecnologia d'agrupació, per tal d'aconseguir la selecció de carreteres QoS. La "tecnologia del túnel" s'està estudiant per aconseguir la transmissió de banda ampla d'enllaços unidireccionals. A més, com triar la plataforma de transmissió de xarxa IP també és una important camp d'investigació dels darrers anys, i han aparegut successivament IP sobre ATM, IP sobre SDH, IP sobre DWDM i altres tecnologies.
La capa IP proporciona als usuaris IP serveis d'accés IP d'alta qualitat amb certes garanties de servei. La capa d'usuari proporciona la forma d'accés (accés IP i accés de banda ampla) i la forma de contingut del servei. A la capa bàsica, Ethernet, com a capa física de la xarxa IP, és una cosa natural, però IP overDWDM té l'última tecnologia i té un gran potencial de desenvolupament.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) injecta una nova vida a les xarxes de fibra i proporciona un ample de banda sorprenent a les empreses de telecomunicacions que posen una nova columna vertebral de fibra. La tecnologia DWDM utilitza les capacitats de les fibres òptiques i els equips de transmissió òptica avançats. El nom de la multiplexació per divisió d'ones es deriva per transmetre múltiples longituds d'ona de llum (LASER) d'un sol flux de fibra òptica. Els sistemes actuals poden enviar i reconèixer 16 longituds d'ona, mentre que els sistemes futurs poden suportar de 40 a 96 longituds d'ona completes. Això és important perquè cada longitud d'ona addicional afegeix un flux addicional d'informació. Podeu per tant, amplia la xarxa de 2,6 Gbit/s (OC-48) 16 vegades sense haver de posar noves fibres.
La majoria de les xarxes de fibra noves funcionen amb OC-192 a (9,6 Gbit/s), generant una capacitat de més de 150 Gbit/s en un parell de fibres quan es combinen amb DWDM. A més, DWDM proporciona un protocol d'interfície i funcions independents de la velocitat, i és compatible amb ATM. Transmissió de senyals , SDH i Gigabit Ethernet en una sola fibra, que pot ser compatible amb les xarxes existents, de manera que DWDM pot protegir els actius existents, però també proporcionar ISP i empreses de telecomunicacions amb una columna vertebral més forta i fer que la banda ampla sigui menys costosa i més accessible, cosa que proporciona un fort suport per als requisits d'ample de banda de les solucions VoIP.
L'augment de la velocitat de transmissió no només pot proporcionar una canonada més gruixuda amb menys possibilitats de bloqueig, sinó que també pot reduir molt el retard i, per tant, pot reduir molt els requisits de QoS a les xarxes IP.
4.Tecnologia d'accés de banda ampla
L'accés dels usuaris a la xarxa IP s'ha convertit en un coll d'ampolla que restringeix el desenvolupament de tota la xarxa. A llarg termini, l'objectiu final de l'accés de l'usuari és la fibra a casa (FTTH). En termes generals, la xarxa d'accés òptic inclou un sistema portador de bucle digital òptic. i xarxa òptica passiva. La primera es troba principalment als Estats Units, combinada amb la boca oberta V5.1/V5.2, transmetent el seu sistema integrat sobre fibra òptica, mostrant una gran vitalitat.
Aquest últim es troba principalment en l'ordre i a Alemanya. Durant més d'una dècada, el Japó ha pres una sèrie de mesures per reduir el cost de la xarxa òptica passiva a un nivell similar als cables de coure i el parell trenat de metall, i l'ha utilitzat per utilitzar-lo. en els últims anys, la ITU ha proposat la xarxa òptica passiva (APON) basada en ATM, que complementa els avantatges de l'ATM i la xarxa òptica passiva. La taxa d'accés pot arribar als 622 M bit/s, que és molt beneficiós per al desenvolupament del servei multimèdia IP de banda ampla, i pot reduir la taxa de fallada i el nombre de nodes i ampliar la cobertura. En l'actualitat, la UIT ha completat el treball d'estandardització , els fabricants s'estan desenvolupant activament, hi haurà productes al mercat, es convertirà en la principal direcció de desenvolupament de la tecnologia d'accés de banda ampla per al segle XXI.
Actualment, les principals tecnologies d'accés són: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 i Ethernet i columna de sistema d'accés sense fils de banda ampla, etc. Aquestes tecnologies d'accés tenen característiques pròpies, entre les quals destaquen les ADSL i CM de més ràpid desenvolupament; CM (mòdem de cable) utilitza cable coaxial, alta velocitat de transmissió, forta capacitat anti-interferències; però no transmissió bidireccional, cap estàndard uniforme. L'ADSL (Asymmetrical Digital Loop) té accés exclusiu a la banda ampla, fent un ús total de la xarxa telefònica existent i proporcionant una velocitat de transmissió asimètrica. La taxa de descàrrega del costat de l'usuari pot arribar als 8 Mbit/s, i la taxa de càrrega del costat de l'usuari pot arribar a 1M bit/s. L'ADSL proporciona la banda ampla necessària per a les empreses i tots els usuaris, i redueix considerablement els costos. L'ús d'ADSL de baix cost circuits regionals, les empreses ara accedeixen a Internet i VPN basades en Internet a velocitats més altes, cosa que permet una capacitat de trucada VoIP més gran.
5.Tecnologia de la unitat central de processament
Les unitats centrals de processament (CPU) continuen evolucionant en funció, potència i velocitat. Això permet una aplicació generalitzada de PC multimèdia i millora el rendiment de les funcions del sistema limitades per la potència de la CPU. La capacitat de l'ordinador per processar dades d'àudio i vídeo en flux s'espera des de fa temps. per part dels usuaris, de manera que lliurar trucades de veu a les xarxes de dades és, naturalment, el següent objectiu. Aquesta funció informàtica permet tant aplicacions d'escriptori multimèdia avançades com funcions avançades en components de xarxa per donar suport a aplicacions de veu.