La red telefónica tradicional es de voz mediante centralita de circuitos, y la transmisión requerida es de banda ancha de 64 kbit/s. La llamada VoIP es la red de intercambio de paquetes IP como plataforma de transmisión, la compresión, el empaquetado y una serie de procesamientos especiales de la señal de voz simulada, de modo que pueda utilizar el protocolo UDP no conectado para la transmisión.
Se requieren varios elementos y funciones para transmitir señales de voz en una red IP. La forma más simple de red consta de dos o más dispositivos con capacidades VoIP que están conectados a través de una red IP.
1.Transformación de voz y datos
La señal de voz es una forma de onda analógica, a través de IP para transmitir voz, ya sea un negocio de aplicaciones en tiempo real o un negocio de aplicaciones en tiempo real, primero a la conversión de datos analógicos de la señal de voz, es decir, la señal de voz analógica 8 o 6 cuantificada, y luego enviada al almacenamiento intermedio , el tamaño del búfer se puede seleccionar de acuerdo con los requisitos de retraso y codificación. Muchos codificadores de baja velocidad de bits están codificados en cuadros.
La longitud típica de la trama osciló entre 10 y 30 ms. Teniendo en cuenta los costes durante la transmisión, los paquetes interlingüísticos suelen constar de 60, 120 o 240 ms de datos de voz. La digitalización se puede implementar utilizando varios esquemas de codificación de voz, y los estándares de codificación de voz actuales son principalmente ITU-T G.711. El codificador de voz en el destino de origen debe implementar el mismo algoritmo para que el dispositivo de voz en el destino pueda restaurar la señal de voz analógica.
2.Conversión de datos originales a IP
Una vez que la señal de voz está codificada digitalmente, el siguiente paso es comprimir y codificar el paquete de voz con una longitud de cuadro específica. La mayoría de los codificadores tienen una longitud de cuadro específica. Si un codificador utiliza fotogramas de 15 ms, el paquete de 60 ms del primer lugar se divide en cuatro fotogramas y se codifica en secuencia. Cada cuadro tiene 120 muestras de voz (frecuencia de muestreo de 8 kHz). Después de la codificación, las cuatro tramas comprimidas se sintetizaron en un paquete de voz comprimido y se enviaron al procesador de red. El procesador de red agrega un Baotou, una escala de tiempo y otra información a la voz y la pasa al otro punto final a través de la red.
La red de voz simplemente establece una conexión física entre los puntos finales de comunicación (una línea) y transmite las señales codificadas entre los puntos finales. A diferencia de las redes de conmutación de circuitos, las redes IP no forman conexiones. Requiere que los datos se coloquen en informes o paquetes de datos de longitud variable, luego direccionen y controlen la información de cada datagrama y se envíen a través de la red, reenviados al destino.
3.Transferencia
En este canal, toda la red se ve como un paquete de voz recibido desde la entrada y luego transmitido a la salida de la red dentro de un cierto tiempo (t). La t puede variar en un rango completo, reflejando la fluctuación en la transmisión de la red.
El mismo nodo en la red verifica la información de direccionamiento asociada con cada dato IP y utiliza esta información para reenviar ese datagrama a la siguiente parada en la ruta de destino. Un enlace de red puede ser cualquier topología o método de acceso que admita flujos de datos IP.
4.El paquete IP: la transformación de los datos.
El dispositivo VoIP de destino recibe estos datos IP y comienza a procesarlos. El nivel de red proporciona un búfer de longitud variable que se utiliza para regular la fluctuación generada por la red. El búfer puede acomodar muchos paquetes de voz y los usuarios pueden elegir el tamaño del búfer. Los buffers pequeños producen menos latencia, pero no regulan la gran fluctuación. En segundo lugar, el decodificador descomprime el paquete de voz codificado para producir un nuevo paquete de voz, y este módulo también puede funcionar por cuadro, exactamente de la misma longitud que el decodificador.
Si la longitud de la trama es de 15 ms, los paquetes de voz de 60 ms se dividen en 4 tramas y luego se decodifican nuevamente en un flujo de datos de voz de 60 ms y se envían al búfer de decodificación. Durante el procesamiento del informe de datos, se elimina la información de direccionamiento y control, se retienen los datos originales y luego estos datos originales se proporcionan al decodificador.
5.La voz digital se convirtió en voz analógica.
La unidad de reproducción elimina las muestras de voz (480) en el buffer y las envía a la tarjeta de sonido a través del altavoz a una frecuencia predeterminada (por ejemplo, 8 kHz). En resumen, la transmisión de señales de voz en la red IP pasa por la conversión de señal analógica a señal digital, empaquetado de voz digital en un paquete IP, transmisión de paquetes IP a través de la red, desempaquetado de paquetes IP y restauración de voz digital a analógica. señal.
En segundo lugar, estándares técnicos relacionados con VoIP.
Para aplicaciones multimedia en redes de comunicación existentes, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT-T) ha desarrollado el protocolo de la serie de comunicación multimedia H.32x, los siguientes estándares principales para una descripción simple:
H.320, Estándar para comunicación multimedia en el sistema y terminal de videoteléfono de banda estrecha (N-ISDN);
H.321, Estándar para comunicación multimedia en la RDSI-BA;
H.322. Estándar para comunicación multimedia en la LAN garantizado por QoS;
H.323. Estándar para comunicación multimedia en una red de conmutación de paquetes sin garantía de QoS;
H.324, un estándar para comunicación multimedia en terminales de comunicación de baja velocidad de bits (PSTN y red inalámbrica).
Entre los estándares anteriores, H. Las redes definidas por el estándar 323 son las más utilizadas, como Ethernet, Token Network, FDDI Network, etc. debido a H. La aplicación del estándar 323 se ha convertido naturalmente en un punto caliente en el mercado. así que a continuación nos centraremos en H.323。H.323 En la propuesta se definen cuatro componentes principales: terminal, puerta de enlace, software de gestión de puerta de enlace (también conocido como puerta de enlace o puerta) y unidad de control multipunto.
1.Terminal (Terminal)
Todos los terminales deben admitir comunicación de voz y las capacidades de comunicación de video y datos son opcionales. Todos H. El terminal 323 también debe admitir el estándar H.245. El estándar H.245 se utiliza para controlar el uso y el rendimiento del canal. .323 Los principales parámetros del códec de voz en comunicaciones de voz se especifican de la siguiente manera: Ancho de banda de voz recomendado por la UIT / Velocidad de bits de transmisión KHz / Anotación del algoritmo de compresión Kb/s G.711 3,4 56,64 Compresión simple PCM, aplicada a la PSTN en G .728 3,4 16 Calidad de voz LD-CELP como G.711, aplicada a transmisiones de baja velocidad binaria G.722 7 48,56,64 La calidad de voz MICDA es superior a G.711, aplicada a transmisiones de alta velocidad binaria G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ La calidad de voz es aceptable, G.723.1 Adopte una G para el foro VOIP.729G.729A 3.4 8 El retraso de CS-ACELP es inferior a G.723.1, la calidad de voz es superior a G.723.1。
2.Puerta de enlace (Puerta de enlace)
Esta es una opción H. para el sistema 323. La puerta de enlace puede transformar los protocolos, algoritmos de codificación de audio y video y señales de control utilizados por diferentes sistemas para adaptarse a la comunicación del terminal del sistema. Como el sistema H.324 basado en PSTN y la banda estrecha. H. Basado en RDSI. El Sistema 320 y el H.323. Para la comunicación del sistema, es necesario configurar la puerta de enlace;
3.Guardia de Aduanas (Gatekeeper)
Este es H. Un componente opcional del sistema 323 es el software para completar la función de gestión. Tiene dos funciones principales: la primera es la gestión de la aplicación H.323; el segundo es la gestión de la comunicación del terminal a través de la puerta de enlace (como establecimiento y eliminación de llamadas, etc.). Los administradores pueden realizar conversión de direcciones, control de ancho de banda, autenticación de llamadas, grabación de llamadas, registro de usuarios, gestión de dominios de comunicación y otras funciones a través de la aduana. keep.one H.323 El dominio de comunicación puede tener múltiples puertas de enlace, pero solo funciona una.
4.Unidad de control multipunto (Unidad de control multipunto)
La MCU permite la comunicación multipunto en una red IP y no se requiere comunicación punto a punto. Todo el sistema forma una topología en estrella a través de la MCU. La MCU contiene dos componentes principales: el controlador multipunto MC y el procesador multipunto MP, o sin MP.H entre los terminales de procesamiento de MC.245 Controle la información para crear un nombre público mínimo para el procesamiento de audio y video.MC no procesa directamente ningún flujo de información multimedia, sino que se lo deja a MP.El MP mezcla, cambia y procesa el audio , vídeo o información de datos.
En la industria existen dos arquitecturas paralelas, una es la ITU-T H presentada anteriormente. El protocolo 323 es el protocolo SIP (RFC2543) propuesto por el Grupo de Trabajo de Ingeniería de Internet (IETF), y el protocolo SIP es más adecuado para terminales inteligentes.
En tercer lugar, el impulso para el desarrollo de VoIP.
El uso generalizado de VoIP se hará realidad rápidamente debido a muchos hardware, software, desarrollos relacionados y avances tecnológicos en el protocolo y los estándares. Los avances tecnológicos y los desarrollos en estos campos desempeñan un papel impulsor en la creación de una red VoIP más eficiente, funcional e interoperable. Los factores técnicos que promueven el rápido desarrollo e incluso la aplicación generalizada de VoIP se pueden resumir en los siguientes aspectos.
1.Procesador de señal digital
Los procesadores de señales digitales avanzados (Procesador de señales digitales, DSP) realizan los componentes de computación intensiva necesarios para la integración de voz y datos. El DSP procesa señales digitales principalmente para realizar cálculos complejos que de otro modo tendrían que ser realizados por una CPU universal. La combinación de sus funciones especializadas La potencia de procesamiento con el bajo costo hace que el DSP sea muy adecuado para realizar las funciones de procesamiento de señales en el sistema VoIP.
Transmisión de voz única en el G.729 El costo informático de la compresión de voz suele ser elevado y requiere 20 MIPS. Si se requiere una CPU central para realizar funciones de enrutamiento y administración del sistema mientras se procesan múltiples flujos de voz, esto no es realista. Por lo tanto, el uso de uno o más DSP puede desinstalar la tarea informática del complejo algoritmo de compresión de voz de la CPU central. Además, el DSP es adecuado para la detección de actividad de voz y cancelación de eco, lo que les permite procesar flujos de datos de voz en tiempo real y acceder rápidamente. memoria integrada, entonces. En esta sección, detallamos cómo implementar la codificación de voz y la cancelación de eco en la plataforma TMS320C6201DSP.
Protocolo y software y hardware estándar H.323 Método de cola justa ponderada DSP MPLS intercambio de etiquetas detección temprana aleatoria ponderada ASIC avanzado RTP, RTCP algoritmo de velocidad de celda general de doble embudo DWDM RSVP acceso clasificado velocidad rápida SONET Diffserv, CAR Cisco reenvío rápido Potencia de procesamiento de CPU G. 729, G.729a: Tabla de acceso extendido CS-ACELP ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Algoritmo de barril de token Multienlace PPP Frame Relay Rectificador de datos SIP basado en integración prioritaria de paquetes CoS sobre SONET IP y QoS/CoS ATM
2.Circuitos integrados dedicados avanzados
El desarrollo de Circait integrado específico de la aplicación (ASIC) ha producido un ASIC más rápido, más complejo y más funcional. ASIC es un chip de aplicación especializado que realiza una sola aplicación o un pequeño conjunto de funciones. Debido a que se centran en objetivos de aplicación muy limitados, se pueden optimizar altamente para funciones específicas, generalmente con una CPU de doble propósito uno o varios órdenes de magnitud más rápido.
Así como el chip de computadora con conjunto de instrucciones delgadas (RSIC) se enfoca en la ejecución rápida de números límite, el ASIC está preprogramado para realizar un número finito de funciones más rápido. Una vez que se completa el desarrollo, el costo de producción en masa del ASIC es bajo y se utiliza para dispositivos de red, incluidosenrutadoresy conmutadores, que realizan funciones como verificación de la tabla de enrutamiento, reenvío de grupos, clasificación y verificación de grupos y puesta en cola. El uso de ASIC le da al dispositivo un mayor rendimiento y menos costo. Proporcionan mayor banda ancha y mejor soporte de QoS para la red, por lo que juegan un gran papel en la promoción del desarrollo de VoIP.
3.Tecnología de transmisión IP
La mayoría de las redes de transmisión de telecomunicaciones utilizan multiplexación por división de tiempo, mientras que Internet debe adoptar la reutilización estadística y el intercambio de paquetes largos. En comparación, este último tiene una alta tasa de utilización de los recursos de la red, una interconexión simple y efectiva y es muy aplicable a los servicios de datos, lo cual es una de las razones importantes para el rápido desarrollo de Internet. Sin embargo, la comunicación de la red IP de banda ancha requiere QoS y características de retardo. , por lo que el desarrollo del intercambio de paquetes de multiplexación estadística ha despertado preocupación. En la actualidad, además de la nueva generación del protocolo IP, IPV6, el grupo de trabajo mundial de ingeniería de Internet (IETF) propuso la tecnología de intercambio de etiquetas multiprotocolo (MPLS), esta es un tipo de selección de capa de red basada en el intercambio de varias etiquetas/etiquetas, que puede mejorar la flexibilidad de la selección de carreteras, ampliar la capacidad de selección de la capa de red y simplificar laenrutadore integración de intercambio de canales, mejora el rendimiento de la red. MPLS puede funcionar como un protocolo de enrutamiento independiente y es compatible con el protocolo de enrutamiento de red existente, admite varias funciones de operación, administración y mantenimiento de la red IP, mejora considerablemente el rendimiento de QoS, enrutamiento y señalización. para alcanzar o acercarse al nivel de reutilización estadística del intercambio de paquetes de longitud fija (ATM), y es simple, eficiente, barato y aplicable que ATM.
El IETF también está aprovechando localmente la nueva tecnología de agrupación para lograr la selección de carreteras con QoS. Se está estudiando la "tecnología de túnel" para lograr la transmisión de banda ancha de enlaces unidireccionales. Además, cómo elegir la plataforma de transmisión de la red IP también es una cuestión importante campo de investigación en los últimos años, y han aparecido sucesivamente IP sobre ATM, IP sobre SDH, IP sobre DWDM y otras tecnologías.
La capa IP proporciona a los usuarios de IP servicios de acceso IP de alta calidad con ciertas garantías de servicio. La capa de usuario proporciona la forma de acceso (acceso IP y acceso de banda ancha) y la forma del contenido del servicio. En la capa básica, Ethernet, como capa física de La red IP es algo natural, pero IP overDWDM tiene la última tecnología y tiene un gran potencial de desarrollo.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) inyecta nueva vida a las redes de fibra y proporciona un ancho de banda sorprendente en las empresas de telecomunicaciones que instalan una nueva red troncal de fibra. La tecnología DWDM utiliza las capacidades de las fibras ópticas y los equipos de transmisión óptica avanzados. El nombre de multiplexación por división de ondas se deriva de la transmisión de múltiples longitudes de onda de luz (LÁSER) a partir de un único flujo de fibra óptica. Los sistemas actuales pueden enviar y reconocer 16 longitudes de onda, mientras que los sistemas futuros podrán admitir de 40 a 96 longitudes de onda completas. Esto es importante porque cada longitud de onda adicional agrega un flujo adicional de información. Por tanto, ampliar 16 veces la red de 2,6 Gbit/s (OC-48) sin tener que tender nuevas fibras.
La mayoría de las redes de fibra nuevas ejecutan OC-192 a (9,6 Gbit/s), generando una capacidad de más de 150 Gbit/s en un par de fibras cuando se combinan con DWDM. Además, DWDM proporciona protocolo de interfaz y funciones independientes de la velocidad, y admite ATM , Transmisión de señales SDH y Gigabit Ethernet en una única fibra, que puede ser compatible con las redes existentes, por lo que DWDM puede proteger los activos existentes, pero también proporcionar a los ISP y a las empresas de telecomunicaciones una red troncal más sólida y hacer que la banda ancha sea menos costosa y más accesible, lo que proporciona fuerte soporte para los requisitos de ancho de banda de las soluciones VoIP.
El aumento de la velocidad de transmisión no sólo puede proporcionar una canalización más gruesa con menos posibilidades de bloqueo, sino que también puede reducir mucho el retraso y, por lo tanto, puede reducir en gran medida los requisitos de QoS en las redes IP.
4.Tecnología de acceso de banda ancha
El acceso de los usuarios a la red IP se ha convertido en un cuello de botella que restringe el desarrollo de toda la red. A largo plazo, el objetivo final del acceso de los usuarios es la fibra hasta el hogar (FTTH). En términos generales, la red de acceso óptico incluye un sistema portador de bucle digital óptico. y red óptica pasiva. La primera se encuentra principalmente en Estados Unidos, combinada con boca abierta V5.1/V5.2, transmitiendo su sistema integrado sobre fibra óptica, mostrando gran vitalidad.
Este último se encuentra principalmente en el orden y en Alemania. Durante más de una década, Japón ha tomado una serie de medidas para reducir el costo de la red óptica pasiva a un nivel similar al de los cables de cobre y el par trenzado de metal, y lo ha utilizado. Especialmente En los últimos años, la UIT ha propuesto la red óptica pasiva basada en ATM (APON), que complementa las ventajas de la ATM y la red óptica pasiva. La velocidad de acceso puede alcanzar los 622 M bit/s, lo que es muy beneficioso para el desarrollo del servicio multimedia IP de banda ancha y puede reducir la tasa de fallas y el número de nodos, y ampliar la cobertura. Actualmente, la UIT ha completado el trabajo de estandarización. , los fabricantes se están desarrollando activamente, habrá productos en el mercado, se convertirá en la principal dirección de desarrollo de la tecnología de acceso de banda ancha para el siglo XXI.
En la actualidad, las principales tecnologías de acceso son: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 y Ethernet y columna de sistema de acceso inalámbrico de banda ancha, etc. Estas tecnologías de acceso tienen sus propias características, incluidas ADSL y CM de más rápido desarrollo; CM (Módem por cable) utiliza cable coaxial, alta velocidad de transmisión y gran capacidad antiinterferencias; pero no transmisión bidireccional, ni norma uniforme. ADSL (Ametrical Digital Loop) tiene acceso exclusivo a la banda ancha, aprovechando al máximo la red telefónica existente y proporcionando una velocidad de transmisión asimétrica. La velocidad de descarga en el lado del usuario puede alcanzar los 8 Mbit/s y la velocidad de carga en el lado del usuario puede alcanzar 1 M bit/s. ADSL proporciona la banda ancha necesaria para las empresas y todos los usuarios, y reduce en gran medida los costos. Uso de ADSL de menor costo En los circuitos regionales, las empresas ahora acceden a Internet y a VPN basadas en Internet a velocidades más altas, lo que permite una mayor capacidad de llamadas VoIP.
5.Tecnología de unidad central de procesamiento
Las unidades centrales de procesamiento (CPU) continúan evolucionando en función, potencia y velocidad. Esto permite una aplicación generalizada de PC multimedia y mejora el rendimiento de las funciones del sistema limitadas por la potencia de la CPU. La capacidad de la PC para procesar secuencias de datos de audio y video se ha esperado durante mucho tiempo. por los usuarios, por lo que realizar llamadas de voz en redes de datos es, naturalmente, el próximo objetivo. Esta función informática permite aplicaciones de escritorio multimedia avanzadas y funciones avanzadas en componentes de red para admitir aplicaciones de voz.