Traditsiooniline telefonivõrk on kõne ahela vahendusel, nõutav edastuslairiba 64 kbit/s. Niinimetatud VoIP on edastusplatvormina IP-pakettvahetusvõrk, simuleeritud kõnesignaali tihendamine, pakendamine ja rida spetsiaalseid töötlusi, et see saaks edastamiseks kasutada ühendamata UDP-protokolli.
Kõnesignaalide edastamiseks IP-võrgus on vaja mitmeid elemente ja funktsioone. Võrgu lihtsaim vorm koosneb kahest või enamast VoIP-funktsiooniga seadmest, mis on ühendatud IP-võrgu kaudu.
1. Hääle-andmete teisendus
Häälsignaal on analooglainekuju, mille kaudu IP edastatakse häält, olenemata sellest, kas reaalajas rakenduste äri või reaalajas rakenduste äritegevus, esmalt kõnesignaali analoogandmete teisendamine, nimelt analooghäälsignaali 8 või 6 kvantifitseerimine ja seejärel puhvermälu saatmine. , saab puhvri suuruse valida vastavalt viivituse ja kodeerimise nõuetele. Paljud madala bitikiirusega kodeerijad on kodeeritud kaadritesse.
Tüüpiline kaadri pikkus oli vahemikus 10 kuni 30 ms. Arvestades edastuskulusid, koosnevad keeltevahelised paketid tavaliselt 60, 120 või 240 ms kõneandmetest. Digitaliseerimist saab teostada erinevate häälkodeerimisskeemide abil ning praegused kõne kodeerimise standardid on peamiselt ITU-T G.711. Lähte sihtkoha kõnekooder peab rakendama sama algoritmi, et sihtkoha kõneseade saaks taastada analoogkõnesignaali.
2. Algandmete teisendamine IP-ks
Kui kõnesignaal on digitaalselt kodeeritud, on järgmine samm kõnepaketi konkreetse kaadri pikkusega kodeerimise tihendamine. Enamikul kodeerijatel on konkreetne kaadri pikkus. Kui kodeerija kasutab 15 ms kaadreid, jagatakse 60 ms pakett algusest peale neljaks kaadriks ja kodeeritakse järjestikku. Igal kaadril on 120 kõnenäidist (diskreetimissagedus 8kHz). Pärast kodeerimist sünteesiti neli tihendatud kaadrit tihendatud kõnepaketiks ja saadeti võrguprotsessorile. Võrguprotsessor lisab häälele Baotou, ajaskaala ja muu teabe ning edastab selle võrgu kaudu teisele lõpp-punktile.
Kõnevõrk loob lihtsalt füüsilise ühenduse side lõpp-punktide vahel (üks rida) ja edastab kodeeritud signaalid lõpp-punktide vahel. Erinevalt lülitusvõrkudest ei moodusta IP-võrgud ühendusi. See nõuab andmete paigutamist muutuvatesse pikkadesse andmearuannetesse või -pakettidesse, seejärel aadressi- ja juhtimisteabe igale datagrammile ja võrgu kaudu sihtkohta edastamist.
3.Ülekandmine
Selles kanalis vaadeldakse kogu võrku kui sisendist vastuvõetud kõnepaketti ja edastatakse seejärel teatud aja (t) jooksul võrguväljundisse. T võib varieeruda kogu ulatuses, peegeldades võrguedastuse värinat.
Sama võrgusõlm kontrollib iga IP-andmetega seotud adresseerimisteavet ja kasutab seda teavet selle datagrammi edastamiseks sihtkoha tee järgmisse peatusesse. Võrgulink võib olla mis tahes topoloogia või juurdepääsumeetod, mis toetab IP-andmevooge.
4. IP-pakett – andmete teisendamine
Sihtkoha VoIP-seade võtab need IP-andmed vastu ja alustab töötlemist. Võrgu tase pakub muutuva pikkusega puhvrit, mida kasutatakse võrgu tekitatud värina reguleerimiseks. Puhver mahutab palju kõnepakette ja kasutajad saavad valida puhvri suuruse. Väikesed puhvrid toodavad vähem latentsust, kuid ei reguleeri suurt värinat. Teiseks pakkib dekooder lahti kodeeritud kõnepaketi, et luua uus kõnepakett ja see moodul võib töötada ka kaadri kaupa, täpselt sama pikkusega kui dekooder.
Kui kaadri pikkus on 15 ms, jagatakse 60 ms kõnepaketid 4 kaadriks, seejärel dekodeeritakse need tagasi 60 ms pikkuseks kõne andmevoogu ja saadetakse dekodeerimispuhvrisse. Andmeraporti töötlemise käigus eemaldatakse adresseerimis- ja juhtimisteave, säilitatakse algsed algandmed ning need algandmed edastatakse seejärel dekoodrile.
5.Digitaalne kõne muudeti analoogkõneks
Taasesitusseade eemaldab puhvris olevad häälenäidised (480) ja saadab need eelnevalt kindlaksmääratud sagedusel (nt 8kHz) kõlari kaudu helikaardile. Lühidalt öeldes toimub kõnesignaalide edastamine IP-võrgus läbi analoogsignaali konverteerimise digitaalsignaaliks, digitaalse kõne pakendamise IP-paketiks, IP-paketi edastamise võrgu kaudu, IP-paketi lahtipakkimise ja digitaalse kõne taastamise analoogsignaaliks. signaali.
Teiseks VoIP-ga seotud tehnilised standardid
Olemasolevate sidevõrkude multimeediumirakenduste jaoks on Rahvusvaheline Telekommunikatsiooni Liit (ITU-T) välja töötanud H.32x multimeediumiseeria protokolli, mille lihtsaks kirjeldamiseks on järgmised peamised standardid:
H.320, standard multimeediumiside jaoks kitsaribavideotelefonisüsteemis ja terminalis (N-ISDN);
H.321, standard multimeediumiside jaoks B-ISDN-is;
H.322. LAN-i multimeediumisuhtluse standard, mille tagab QoS;
H.323. Standardne multimeediumisuhtlus pakettkommutatsioonivõrgus ilma QoS-i garantiita;
H.324, standard multimeediumisuhtluseks madala bitikiirusega sideterminalides (PSTN ja traadita võrk).
Ülaltoodud standardite hulgas on H. 323 standardiga määratletud võrgud on kõige laialdasemalt kasutatavad, nagu Ethernet, Token Network, FDDI võrk jne, kuna H. 323 standardi rakendamine on loomulikult muutunud turul kuumaks kohaks, nii et allpool keskendume H.323-le。H.323 Ettepanekus on määratletud neli põhikomponenti: terminal, lüüs, lüüsi haldustarkvara (tuntud ka kui lüüs või värav) ja mitmepunktiline juhtseade.
1. Terminal (Terminal)
Kõik terminalid peavad toetama kõnesidet ning video- ja andmesidevõimalused on valikulised.kõik H.Terminal 323 peab toetama ka standardit H.245, H.245 Standardit kasutatakse kanali kasutamise ja kanali jõudluse juhtimiseks.H .323 Kõneside kõnekoodeki peamised parameetrid on määratletud järgmiselt: ITU soovitatav kõne ribalaius / KHz ülekande bitikiirus / Kb/s tihendusalgoritmi annotatsioon G.711 3.4 56,64 PCM lihtne tihendus, rakendatud PSTN-ile G-s .728 3.4 16 LD-CELP helikvaliteet kui G.711, mida rakendatakse madala bitikiirusega edastusel G.722 7 48,56,64 ADPCM kõnekvaliteet on kõrgem kui G.711, rakendatakse kõrge bitikiirusega ülekandele G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Häälikvaliteet on vastuvõetav, G.723.1 VOIP-foorumi jaoks G.729G.729A 3.4 8 CS-ACELP viivitus on väiksem kui G.723.1, hääle kvaliteet on kõrgem kui G.723.1.
2. Gateway (Lüüs)
See on H. Valik 323 süsteemi jaoks.Lüüs võib teisendada protokolle, heli, video kodeerimisalgoritme ja juhtsignaale, mida erinevad süsteemid kasutavad, et mahutada süsteemi terminali side.Näiteks PSTN-põhine H.324 System ja kitsasriba ISDN-põhine H.The 320 System ja H.323 Süsteemi side jaoks on vaja lüüsi konfigureerida;
3. Tollipidamine (väravavaht)
See on H.Valikuline osa 323 süsteem on tarkvara, mis täidab haldamise funktsiooni.Sellel on kaks peamist funktsiooni: esimene on H.323 rakenduste haldamine; teine on terminali side haldamine lüüsi kaudu (nagu kõnede loomine, eemaldamine jne). Haldurid saavad tolli kaudu teostada aadressi teisendamist, ribalaiuse kontrolli, kõne autentimist, kõnede salvestamist, kasutaja registreerimist, suhtlusdomeeni haldust ja muid funktsioone. keeping.one H.323 Sidedomeenil võib olla mitu lüüsi, kuid töötab ainult üks lüüs.
4. Mitmepunktiline juhtseade (Multipoint Control Unit)
MCU võimaldab mitmepunktilist sidet IP-võrgus ja punkt-punkti side pole vajalik.Kogu süsteem moodustab MCU kaudu tähetopoloogia.MCU sisaldab kahte põhikomponenti: mitmepunktikontroller MC ja mitmepunktiprotsessor MP või ilma MP.H-ta MC töötlemisterminalide vahel.245 Juhtteave minimaalse avaliku nimeandja loomiseks heli- ja videotöötluseks.MC ei töötle otseselt ühtegi meediumiteabe voogu, vaid jätab selle MP-le. MP segab, vahetab ja töötleb heli. , video või andmete teave.
Tööstuses on kaks paralleelset arhitektuuri, üks on eespool tutvustatud ITU-T H.323 Protokoll on SIP-protokoll (RFC2543), mille on välja pakkunud Internet Engineering Task Force (IETF) ja SIP-protokoll sobib paremini intelligentsetele terminalidele.
Kolmandaks, VoIP arendamise tõuge
VoIP-i laialdane kasutamine saab kiiresti teoks tänu paljudele riistvarale, tarkvarale, nendega seotud arengutele ja tehnoloogilistele läbimurretele protokollis ja standardites. Tehnoloogilised edusammud ja areng nendes valdkondades mängivad juhtivat rolli tõhusama, funktsionaalsema ja koostalitlusvõimelisema VoIP-võrgu loomisel. Tehnilised tegurid, mis soodustavad VoIP kiiret arengut ja isegi laialdast levikut, võib kokku võtta järgmiste aspektidena.
1. Digitaalne signaaliprotsessor
Täiustatud digitaalsed signaaliprotsessorid (Digital Signal Processor, DSP) täidavad kõne ja andmete integreerimiseks vajalikke arvutusmahukaid komponente.DSP töötleb digitaalseid signaale peamiselt keerukate arvutuste tegemiseks, mida muidu peaks tegema universaalne protsessor. Nende spetsialiseeritud protsessorite kombinatsioon Tänu madalate kuludega töötlemisvõimsusele sobib DSP hästi VoIP-süsteemi signaalitöötlusfunktsioonide täitmiseks.
Üksik häälevoog G.729-l Kõne tihendamise arvutuskulud on tavaliselt suured, nõudes 20 MIPS-i. Kui mitme häälevoo töötlemisel marsruutimise ja süsteemihalduse funktsioonide täitmiseks on vaja keskprotsessorit, on see ebareaalne. Seetõttu saab ühe või mitme DSP-i abil desinstallida keeruka hääle tihendamise algoritmi arvutusülesande kesksest CPU-st.Lisaks sobib DSP kõnetegevuse tuvastamiseks ja kaja tühistamiseks, võimaldades neil reaalajas töödelda hääleandmevooge ja kiiresti juurde pääseda. pardamälu, seega.Selles jaotises kirjeldame üksikasjalikult, kuidas rakendada hääle kodeerimist ja kaja tühistamist platvormil TMS320C6201DSP.
Protokoll ja standardtarkvara ja riistvara H.323 Kaalutud õiglane järjekorra meetod DSP MPLS sildivahetus kaalutud juhuslik varajane tuvastamine täiustatud ASIC RTP, RTCP kahe lehtri üldine rakukiiruse algoritm DWDM RSVP reitinguga juurdepääs kiire kiirusega SONET Diffserv, CAR Cisco kiiredastusprotsessori töötlemisvõimsus G. 729, G.729a: CS-ACELP laiendatud juurdepääsu tabel ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Token barrel algoritm Multilink PPP Frame Relay Andmealaldi SIP, mis põhineb CoS paketi prioriteetsel integreerimisel SONET IP ja ATM QoS / CoS üle
2. Täiustatud spetsiaalsed integraallülitused
Rakendusspetsiifilise integreeritud vooluringi (ASIC) arendus on loonud kiirema, keerukama ja funktsionaalsema ASIC-i. ASIC on spetsiaalne rakenduskiip, mis täidab ühte rakendust või väikest funktsioonide kogumit. Kuna need keskenduvad väga kitsastele rakenduseeesmärkidele, neid saab konkreetsete funktsioonide jaoks väga optimeerida, tavaliselt kaheotstarbelise protsessoriga, mis on üks või mitu suurusjärku kiiremini.
Nii nagu Thin Instruction set Computer (RSIC) kiip keskendub limiitarvude kiirele täitmisele, on ASIC eelprogrammeeritud täitma piiratud arvu funktsioone kiiremini. Kui arendus on lõppenud, on ASIC masstootmise kulud madalad ja seda kasutatakse võrguseadmete jaoks, sealhulgasruuteridja lülitid, mis täidavad selliseid funktsioone nagu marsruutimistabeli kontrollimine, rühmade edastamine, rühmade sortimine ja kontrollimine ning järjekordade seadmine.ASIC-i kasutamine annab seadmele suurema jõudluse ja väiksemad kulud.Need pakuvad võrgule suuremat lairibaühendust ja paremat QoS-i tuge, nii et nad mängivad suur roll VoIP arendamise edendamisel.
3.IP edastustehnoloogia
Enamik edastustelekommunikatsioonivõrke kasutab ajajaotusega multipleksimist, samas kui Internet peab vastu võtma statistilise taaskasutamise ja pika pakettvahetuse. Võrreldes on viimasel kõrge võrguressursside kasutusmäär, lihtne ja tõhus ühendus ning väga hästi kasutatav andmeteenustele, mis on Interneti kiire arengu üks olulisi põhjusi. Lairiba IP-võrgusuhtlus nõuab aga QoS-i ja viivitusomadusi. , nii et statistilise multipleksimise pakettvahetuse areng on huvitanud.Praegu tegi maailma Interneti-tehnoloogia töörühm (IETF) lisaks uue põlvkonna IP-protokolli-IPV6-le ettepaneku kasutada mitme protokolli sildivahetustehnoloogiat (MPLS). on omamoodi võrgukihi valik, mis põhineb erinevatel siltide / siltide vahetamisel, võib parandada teede valimise paindlikkust, laiendada võrgukihi valikuvõimalust, lihtsustadaruuterja kanalivahetuse integreerimine, parandab võrgu jõudlust.MPLS võib töötada sõltumatu marsruutimisprotokollina ja ühildub olemasoleva võrgu marsruutimisprotokolliga, toetab IP-võrgu erinevaid toimimis-, haldus- ja hooldusfunktsioone, muudab QoS-i, marsruutimise ja signaalimise jõudluse oluliselt paremaks, jõuda statistilise korduskasutamise tasemeni või selle lähedale fikseeritud pikkusega pakettvahetuse (ATM) ning lihtne, tõhus, odav ja rakendatav kui ATM.
IETF on ka kohalikul tasandil haaranud uuest rühmitustehnoloogiast, et saavutada QoS-i teede valik. "Tunnelitehnoloogiat" uuritakse, et saavutada ühesuunaliste ühenduste lairibaedastus.Lisaks on see, kuidas valida IP-võrgu edastusplatvormi. Viimaste aastate oluline uurimisvaldkond ning järjest on ilmunud IP üle ATM, IP üle SDH, IP üle DWDM ja muud tehnoloogiad.
IP-kiht pakub IP-kasutajatele kvaliteetseid IP-juurdepääsu teenuseid teatud teenusegarantiidega.Kasutajakiht pakub juurdepääsuvormi (IP-juurdepääs ja lairibajuurdepääs) ja teenuse sisuvormi. Põhikihis on Ethernet kui võrgu füüsiline kiht. IP-võrk, on iseenesestmõistetav, kuid IP overDWDM-il on uusim tehnoloogia ja sellel on suur arengupotentsiaal.
Tihe lainejaotusega multipleksimine (DWDM) annab uue elu kiudoptilistele võrkudele ja pakub telekommunikatsiooniettevõtetele hämmastavat ribalaiust, mis loovad uue kiu põhivõrgu. DWDM-tehnoloogia kasutab optiliste kiudude ja täiustatud optiliste edastusseadmete võimalusi. Lainejaotusmultipleksimise nimi on tuletatud mitmete kiudude edastamiseks. valguse lainepikkused (LASER) ühest optilise kiu voost.Praegused süsteemid suudavad saata ja tuvastada 16 lainepikkust, tulevased süsteemid aga 40–96 täislainepikkust.See on oluline, kuna iga täiendav lainepikkus lisab täiendavat teabevoogu. seetõttu laiendage 2,6 Gbit/s (OC-48) võrku 16 korda ilma uusi kiude paigaldamata.
Enamik uusi fiiberoptvõrke töötab OC-192 kiirusega (9,6 Gbit/s), genereerides DWDM-iga kombineerituna paari kiudude võimsust üle 150 Gbit/s. Lisaks pakub DWDM liideseprotokollist ja kiirusest sõltumatuid funktsioone ning toetab mõlemat ATM-i. , SDH ja Gigabit Etherneti signaaliedastus ühe kiu kaudu, mis võib ühilduda olemasolevate võrkudega, nii et DWDM saab kaitsta olemasolevaid varasid, aga pakkuda ka Interneti-teenuse pakkujatele ja telekommunikatsiooniettevõtetele tugevamat magistraati ning muuta lairibaühendus odavamaks ja kättesaadavamaks, mis tagab tugev tugi VoIP-lahenduste ribalaiuse nõuetele.
Suurenenud edastuskiirus ei võimalda mitte ainult pakkuda jämedamat konveieri väiksema blokeerimisvõimalusega, vaid ka vähendada viivitust palju ja seega oluliselt vähendada IP-võrkude QoS-i nõudeid.
4. Lairiba juurdepääsu tehnoloogia
Kasutaja juurdepääs IP-võrgule on muutunud kitsaskohaks, mis piirab kogu võrgu arengut. Pikemas perspektiivis on kasutaja juurdepääsu lõppeesmärk kiudoptiline koduvõrk (FTTH). Laias laastus hõlmab optiline juurdepääsuvõrk optilise digitaalse ahela kandesüsteemi. ja passiivne optiline võrk.Esimene on peamiselt Ameerika Ühendriikides koos avatud suuga V5.1/V5.2, edastades oma integreeritud süsteemi optilise kiu kaudu, mis näitab suurt elujõudu.
Viimane on peamiselt järjekorras ja Saksamaal.Jaapan on juba üle kümne aasta võtnud meetmeid passiivse optilise võrgu kulude vähendamiseks vaskkaablite ja metallist keerdpaaridega sarnasele tasemele ning kasutanud seda kasutada. Viimastel aastatel on ITU välja pakkunud ATM-põhise passiivse optilise võrgu (APON), mis täiendab ATM-i ja passiivse optilise võrgu eeliseid. Juurdepääsukiirus võib ulatuda 622 M bit/s, mis on lairiba IP-multimeediumiteenuse arendamisel väga kasulik ning võib vähendada rikete määra ja sõlmede arvu ning laiendada leviala. Praegu on ITU standardimistöö lõpetanud. , tootjad arenevad aktiivselt, turule tuleb kaupu, sellest saab 21. sajandi lairibajuurdepääsu tehnoloogia peamine arengusuund.
Praegu on peamised juurdepääsutehnoloogiad järgmised: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 ja Ethernet ja lairiba traadita juurdepääsusüsteemi veerg jne. Nendel juurdepääsutehnoloogiatel on oma omadused, sealhulgas kõige kiiremini arenevad ADSL ja CM; CM (kaabelmodem) kasutab koaksiaalkaablit, suurt edastuskiirust, tugevat häiretevastast võimet; kuid mitte kahesuunaline ülekanne, ühtne standard puudub. ADSL-il (Asymmetrical Digital Loop) on eksklusiivne juurdepääs lairibaühendusele, kasutades täielikult ära olemasolevat telefonivõrku ja pakkudes asümmeetrilist edastuskiirust. Kasutajapoolse allalaadimiskiirus võib ulatuda 8 Mbit/s ja kasutajapoolse üleslaadimiskiiruseni 1M bit/s.ADSL pakub ettevõtetele ja kõikidele kasutajatele vajalikku lairibaühendust ning vähendab oluliselt kulusid.Madalama hinnaga ADSL-i kasutamine piirkondlike ahelate kaudu pääsevad ettevõtted nüüd Internetile ja Interneti-põhisele VPN-ile suurema kiirusega, võimaldades suuremat VoIP-kõnede mahtu.
5. Keskprotsessori tehnoloogia
Keskprotsessorite (CPU) funktsioonid, võimsus ja kiirus arenevad jätkuvalt.See võimaldab multimeediumiarvutite laialdast kasutamist ja parandab protsessori võimsusega piiratud süsteemifunktsioonide jõudlust.Arvuti võimet töödelda heli- ja videoandmeid on juba ammu oodatud kasutajate poolt, seega on järgmiseks eesmärgiks loomulikult häälkõnede edastamine andmevõrkudes. See andmetöötlusfunktsioon võimaldab nii täiustatud multimeedia töölauarakendusi kui ka võrgukomponentide täiustatud funktsioone kõnerakenduste toetamiseks.