Perinteinen puhelinverkko on puhepiirivaihteinen, tarvittava siirtolaajakaista 64 kbit/s. Ns. VoIP on IP-pakettivaihtoverkko siirtoalustana, simuloitu äänisignaalin pakkaus, pakkaus ja sarja erityisiä käsittelyjä, jotta se voi käyttää siirtoon kytkemätöntä UDP-protokollaa.
Äänisignaalien välittämiseen IP-verkossa tarvitaan useita elementtejä ja toimintoja. Verkon yksinkertaisin muoto koostuu kahdesta tai useammasta laitteesta, joissa on VoIP-ominaisuudet ja jotka on kytketty IP-verkon kautta.
1. Äänitietojen muuntaminen
Äänisignaali on analoginen aaltomuoto, IP:n kautta äänen välittämiseen, olipa kyseessä reaaliaikainen sovellusliiketoiminta tai reaaliaikainen sovellusliiketoiminta, ensin äänisignaalin analoginen datamuunnos, eli analogisen äänisignaalin 8 tai 6 kvantifiointi, ja lähetetään sitten puskurivarastointiin. , puskurin koko voidaan valita viiveen ja koodauksen vaatimusten mukaan. Monet alhaisen bittinopeuden kooderit on koodattu kehyksiin.
Tyypillinen kehyksen pituus oli 10-30 ms. Lähetyksen aikaiset kustannukset huomioon ottaen interlingual-paketit koostuvat yleensä 60, 120 tai 240 ms puhedataa. Digitalisointi voidaan toteuttaa erilaisilla puhekoodausmenetelmillä, ja nykyiset puheenkoodausstandardit ovat pääasiassa ITU-T G.711. Lähdekohteen puhekooderin tulee toteuttaa sama algoritmi, jotta kohteen puhelaite voi palauttaa analogisen puhesignaalin.
2. Alkuperäisten tietojen muuntaminen IP-osoitteeksi
Kun puhesignaali on digitaalisesti koodattu, seuraava vaihe on pakata puhepaketin koodaus tietyllä kehyspituudella. Useimmilla koodereilla on tietty kehyksen pituus. Jos kooderi käyttää 15 ms kehyksiä, 60 ms paketti alun perin jaetaan neljään kehykseen ja koodataan järjestyksessä. Jokaisessa kehyksessä on 120 puhenäytettä (näytteenottotaajuus 8 kHz). Koodauksen jälkeen neljä pakattua kehystä syntetisoitiin pakatuksi puhepaketiksi ja lähetettiin verkkoprosessorille. Verkkoprosessori lisää Baotoun, aika-asteikon ja muita tietoja ääneen ja välittää ne toiseen päätepisteeseen verkon kautta.
Puheverkko yksinkertaisesti muodostaa fyysisen yhteyden viestinnän päätepisteiden välille (yksi rivi) ja lähettää koodatut signaalit päätepisteiden välillä. Toisin kuin piirikytkentäverkot, IP-verkot eivät muodosta yhteyksiä. Se edellyttää, että tiedot sijoitetaan vaihtelevan pituisiin dataraportteihin tai -paketteihin, sitten osoite- ja ohjaustiedot kullekin datagrammille ja lähetetään verkon kautta eteenpäin määränpäähän.
3.Siirto
Tällä kanavalla koko verkkoa tarkastellaan äänipaketina, joka vastaanotetaan tulosta ja lähetetään sitten verkkolähtöön tietyssä ajassa (t). T voi vaihdella täydellä alueella, mikä heijastaa verkkolähetyksen värinää.
Sama solmu verkossa tarkistaa kuhunkin IP-dataan liittyvät osoitetiedot ja käyttää näitä tietoja välittääkseen datagrammin kohdepolun seuraavaan pysäkkiin. Verkkolinkki voi olla mikä tahansa topologia tai pääsymenetelmä, joka tukee IP-tietovirtoja.
4. IP-paketti- -tietojen muunnos
Kohde-VoIP-laite vastaanottaa nämä IP-tiedot ja aloittaa käsittelyn. Verkkotaso tarjoaa vaihtelevan pituuden puskurin, jota käytetään säätelemään verkon tuottamaa värinää. Puskuriin mahtuu useita äänipaketteja, ja käyttäjät voivat valita puskurin koon. Pienet puskurit tuottavat vähemmän latenssia, mutta eivät säätele suurta värinää. Toiseksi dekooderi purkaa koodatun puhepaketin uuden puhepaketin tuottamiseksi, ja tämä moduuli voi toimia myös kehyksellä, täsmälleen saman pituisena kuin dekooderi.
Jos kehyksen pituus on 15 ms, 60 ms puhepaketit jaetaan 4 kehykseen, jonka jälkeen ne dekoodataan takaisin 60 ms puhedatavirtaan ja lähetetään dekoodauspuskuriin. Tietoraportin käsittelyn aikana osoite- ja ohjaustiedot poistetaan, alkuperäinen alkuperäinen data säilytetään ja tämä alkuperäinen tieto toimitetaan sitten dekooderille.
5.Digitaalinen puhe muutettiin analogiseksi puheeksi
Toistoasema poistaa ääninäytteet (480) puskurista ja lähettää ne äänikortille kaiuttimen kautta ennalta määrätyllä taajuudella (esim. 8kHz). Lyhyesti sanottuna puhesignaalien siirto IP-verkossa tapahtuu muuntamalla analogisesta signaalista digitaaliseksi, digitaalisen äänen pakkaamisen IP-paketiksi, IP-pakettien siirron verkon kautta, IP-pakettien purkamisen ja digitaalisen äänen palauttamisen analogiseksi. signaali.
Toiseksi VoIP:hen liittyvät tekniset standardit
Kansainvälinen televiestintäliitto (ITU-T) on kehittänyt multimediasovelluksiin olemassa olevissa viestintäverkoissa H.32x-multimediaviestintäsarjan protokollan, jossa on seuraavat päästandardit yksinkertaista kuvausta varten:
H.320, standardi multimediaviestintään kapeakaistaisessa videopuhelinjärjestelmässä ja päätelaitteessa (N-ISDN);
H.321, standardi multimediaviestintään B-ISDN:ssä;
H.322. Standardi multimediaviestintään lähiverkossa, jonka takaa QoS;
H.323. Standardi multimediaviestintään pakettikytkentäisessä verkossa ilman QoS-takuuta;
H.324, standardi multimediaviestintään alhaisen bittinopeuden tietoliikennepäätteissä (PSTN ja langaton verkko).
Yllämainituista standardeista H. 323-standardin määrittämät verkot ovat laajimmin käytettyjä, kuten Ethernet, Token Network, FDDI Network jne. H:n takia. 323-standardin soveltamisesta on luonnollisesti tullut markkinoiden kuuma paikka, joten seuraavassa keskitymme H.323:een。H.323 Ehdotuksessa määritellään neljä pääkomponenttia: pääte, yhdyskäytävä, yhdyskäytävän hallintaohjelmisto (tunnetaan myös nimellä yhdyskäytävä tai portti) ja monipisteohjausyksikkö.
1. Pääte (pääte)
Kaikkien päätteiden on tuettava puheviestintää, ja video- ja dataviestintäominaisuudet ovat valinnaisia.kaikki H.323-päätteen on myös tuettava H.245-standardia, H.245 Standardia käytetään kanavan käytön ja kanavan suorituskyvyn ohjaamiseen.H .323 Puhekoodekin pääparametrit puheviestinnässä määritellään seuraavasti: ITU:n suosittelema äänen kaistanleveys / KHz lähetyksen bittinopeus / Kb/s pakkausalgoritmin huomautus G.711 3.4 56,64 PCM yksinkertainen pakkaus, sovelletaan PSTN:ään G:ssä .728 3.4 16 LD-CELP-äänenlaatu G.711, sovellettu alhaisen bittinopeuden lähetykseen G.722 7 48,56,64 ADPCM äänenlaatu on korkeampi kuin G.711, sovellettu korkean bittinopeuden lähetykseen G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Äänenlaatu on hyväksyttävä, G.723.1 Ota G VOIP-foorumiin.729G.729A 3.4 8 CS-ACELP viive on pienempi kuin G.723.1, Äänen laatu on korkeampi kuin G.723.1.
2. Yhdyskäytävä (yhdyskäytävä)
Tämä on H. Vaihtoehto 323-järjestelmälle. Yhdyskäytävä voi muuntaa eri järjestelmien käyttämiä protokollia, ääni-, videokoodausalgoritmeja ja ohjaussignaaleja järjestelmän pääteviestinnän mukauttamiseksi. Kuten PSTN-pohjainen H.324-järjestelmä ja kapeakaistainen ISDN-pohjainen H.The 320 System ja H.323 Järjestelmäviestintää varten yhdyskäytävä on määritettävä.
3. Tullipito (portinvartija)
Tämä on H.Valinnainen osa 323-järjestelmä on ohjelmisto täydentää hallintatoimintoa.Sillä on kaksi päätehtävää: ensimmäinen on H.323 Sovellusten hallinta; toinen on päätelaitteen viestinnän hallinta yhdyskäytävän kautta (kuten puhelun muodostaminen, poistaminen jne.). Johtajat voivat suorittaa osoitteenmuunnoksen, kaistanleveyden hallinnan, puheluiden todentamisen, puheluiden tallennuksen, käyttäjien rekisteröinnin, viestinnän verkkotunnuksen hallinnan ja muita toimintoja tullin kautta. keeping.one H.323 Viestintätoimialueella voi olla useita yhdyskäytäviä, mutta vain yksi yhdyskäytävä toimii.
4. Monipisteohjausyksikkö (Multipoint Control Unit)
MCU mahdollistaa monipisteviestinnän IP-verkossa, eikä pisteestä pisteeseen tiedonsiirtoa tarvita. Koko järjestelmä muodostaa MCU:n kautta tähtitopologian. MCU sisältää kaksi pääkomponenttia: monipisteohjain MC ja monipisteprosessori MP, tai ilman MP.H:ta MC-käsittelypäätteiden välillä.245 Ohjaustiedot minimaalisen julkisen nimeäjän rakentamiseksi äänen ja videon käsittelyyn.MC ei käsittele suoraan mitään mediatietovirtaa, vaan jättää sen MP:lle. MP miksaa, vaihtaa ja käsittelee ääntä. , video- tai datatiedot.
Alalla on kaksi rinnakkaista arkkitehtuuria, joista toinen on edellä esitelty ITU-T H.323 Protokolla on Internet Engineering Task Forcen (IETF) ehdottama SIP-protokolla (RFC2543), ja SIP-protokolla sopii paremmin älykkäisiin päätelaitteisiin.
Kolmanneksi VoIP-kehityksen sysäys
VoIP:n laaja käyttö tulee nopeasti todeksi monien laitteistojen, ohjelmistojen, niihin liittyvien kehityskulkujen ja protokollan ja standardien teknologisen läpimurron ansiosta. Näiden alojen tekninen kehitys ja kehitys vaikuttavat tehokkaamman, toimivamman ja yhteentoimivamman VoIP-verkon luomiseen. VoIP:n nopeaa kehitystä ja jopa laajaa leviämistä edistävät tekniset tekijät voidaan tiivistää seuraaviin näkökohtiin.
1.Digitaalinen signaaliprosessori
Kehittyneet digitaaliset signaaliprosessorit (Digital Signal Processor, DSP) suorittavat laskentaintensiiviset komponentit, joita tarvitaan äänen ja datan integrointiin.DSP käsittelee digitaalisia signaaleja ensisijaisesti monimutkaisten laskelmien suorittamiseksi, jotka muuten joutuisi suorittamaan yleisprosessorilla. Niiden erikoistuneiden yhdistelmä prosessointiteho alhaisella hinnalla tekee DSP:stä hyvin sopivan suorittamaan signaalinkäsittelytoimintoja VoIP-järjestelmässä.
Yksittäinen äänivirta G.729:ssä Äänenpakkauksen laskentakustannukset ovat yleensä suuret, vaatien 20MIPS:n. Jos keskussuoritinta vaaditaan suorittamaan reititys- ja järjestelmänhallintatoimintoja, kun käsitellään useita äänivirtoja, tämä on epärealistista. Siksi yhden tai useamman DSP:n käyttäminen voi poistaa monimutkaisen äänenpakkausalgoritmin laskentatehtävän keskusprosessorista.Lisäksi DSP soveltuu puhetoiminnan havaitsemiseen ja kaiun poistoon, jolloin ne voivat käsitellä äänidatavirtoja reaaliajassa ja käyttää niitä nopeasti. sisäinen muisti, joten tässä osiossa kerromme yksityiskohtaisesti, kuinka äänikoodaus ja kaiunpoisto toteutetaan TMS320C6201DSP-alustalla.
Protokolla ja standardiohjelmistot ja -laitteistot H.323 Painotettu reilu jonotusmenetelmä DSP MPLS -tunnisteen vaihto painotettu satunnainen varhainen havaitseminen kehittynyt ASIC RTP, RTCP kaksoissuppilo yleinen solunopeusalgoritmi DWDM RSVP mitoitettu pääsy nopea SONET Diffserv, CAR Cisco pikalähetys suorittimen prosessointiteho G. 729, G.729a: CS-ACELP Extended Access Table ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Token barrel -algoritmi Multilink PPP Frame Relay Data Rectifier SIP perustuu CoS-paketin prioriteettiintegraatioon SONET IP:n ja ATM QoS / CoS:n yli
2. Kehittyneet erilliset integroidut piirit
Application-Specific Integrated Circait (ASIC) -kehitys on tuottanut nopeamman, monimutkaisemman ja toimivamman ASIC:n. ASIC on erikoistunut sovellussiru, joka suorittaa yhden sovelluksen tai pienen joukon toimintoja. Koska ne keskittyvät hyvin kapeisiin sovellustavoitteisiin, ne voidaan optimoida erittäin hyvin tiettyjä toimintoja varten, yleensä kaksikäyttöisellä CPU:lla, joka on yhtä tai useampaa suuruusluokkaa nopeampi.
Aivan kuten Thin Instruction Set Computer (RSIC) -siru keskittyy rajalukujen nopeaan suorittamiseen, ASIC on esiohjelmoitu suorittamaan rajallinen määrä toimintoja nopeammin. Kun kehitys on valmis, ASIC-massatuotannon kustannukset ovat alhaiset ja sitä käytetään verkkolaitteille, mukaan lukienreitittimetja kytkimet, jotka suorittavat toimintoja, kuten reititystaulukon tarkistusta, ryhmän edelleenlähetystä, ryhmien lajittelua ja tarkistusta sekä jonotusta.ASIC:n käyttö parantaa laitteen suorituskykyä ja vähentää kustannuksia.Ne tarjoavat paremman laajakaistan ja paremman QoS-tuen verkolle, joten ne pelaavat merkittävä rooli VoIP-kehityksen edistämisessä.
3.IP-siirtotekniikka
Useimmat siirtotietoliikenneverkot käyttävät aikajakoista multipleksointia, kun taas Internetin on omaksuttava tilastollinen uudelleenkäyttö ja pitkä pakettien vaihto. Verrattuna viimeksi mainitulla on korkea verkkoresurssien käyttöaste, yksinkertainen ja tehokas yhteenliittäminen ja erittäin soveltuva datapalveluihin, mikä on yksi tärkeimmistä syistä Internetin nopeaan kehitykseen. Laajakaistainen IP-verkkoviestintä vaatii kuitenkin QoS- ja viiveominaisuuksia. , joten tilastollisen multipleksauksen pakettivaihdon kehittäminen on herättänyt huolta.Tällä hetkellä uuden sukupolven IP-protokollan-IPV6:n lisäksi maailman Internet-suunnittelutyöryhmä (IETF) ehdotti moniprotokollallista tunnistevaihtotekniikkaa (MPLS), tämä on eräänlainen verkkokerroksen valinta, joka perustuu erilaisiin tunnisteiden / etikettien vaihtoon, voi parantaa tien valinnan joustavuutta, laajentaa verkkokerroksen valintakykyä, yksinkertaistaareititinja kanavanvaihdon integrointi, parantaa verkon suorituskykyä.MPLS voi toimia itsenäisenä reititysprotokollana, ja se on yhteensopiva nykyisen verkon reititysprotokollan kanssa, tukee IP-verkon erilaisia käyttö-, hallinta- ja ylläpitotoimintoja, tekee QoS:stä, reitityksestä, signaloinnin suorituskyvystä parantunut huomattavasti, saavuttaa tai lähellä tilastollisen uudelleenkäytön tasoa kiinteän pituisten pakettien vaihtamiseen (ATM) ja yksinkertainen, tehokas, halpa ja käyttökelpoinen kuin ATM.
IETF on myös paikallisesti tarttumassa uuteen ryhmittelytekniikkaan, jotta voidaan saavuttaa QoS-tien valinta. "Tunnelitekniikkaa" tutkitaan yksisuuntaisten linkkien laajakaistasiirron saavuttamiseksi. Lisäksi IP-verkon siirtoalustan valinta on myös tärkeä tutkimusala viime vuosina, ja IP over ATM, IP over SDH, IP over DWDM ja muut tekniikat ovat ilmestyneet peräkkäin.
IP-kerros tarjoaa IP-käyttäjille korkealaatuisia IP-käyttöpalveluita tietyin palvelutakuin.Käyttäjäkerros tarjoaa pääsylomakkeen (IP-yhteys ja laajakaistayhteys) ja palvelun sisältölomakkeen. Peruskerroksessa Ethernet fyysisenä kerroksena IP-verkko, on itsestäänselvyys, mutta IP overDWDM:ssä on viimeisin teknologia ja sillä on suuri kehityspotentiaali.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) tuo uutta elämää kuituverkkoihin ja tarjoaa hämmästyttävän kaistanleveyden tietoliikenneyrityksissä, jotka rakentavat uutta kuiturunkoa. DWDM-tekniikka hyödyntää optisten kuitujen ja kehittyneiden optisten siirtolaitteiden kykyjä. valon aallonpituudet (LASER) yhdestä valokuituvirrasta.Nykyiset järjestelmät voivat lähettää ja tunnistaa 16 aallonpituutta, kun taas tulevat järjestelmät voivat tukea 40–96 täyttä aallonpituutta. Tämä on merkittävää, koska jokainen ylimääräinen aallonpituus lisää ylimääräistä tietovirtaa. Laajenna siksi 2,6 Gbit/s (OC-48) -verkkoa 16-kertaiseksi ilman uusia kuituja.
Useimmat uudet kuituverkot käyttävät OC-192:ta nopeudella (9,6 Gbit/s) ja tuottavat yli 150 Gbit/s kapasiteettia kuituparille yhdistettynä DWDM:ään. Lisäksi DWDM tarjoaa liitäntäprotokollasta ja nopeudesta riippumattomia ominaisuuksia ja tukee molempia ATM:itä , SDH ja Gigabit Ethernet signaalinsiirto yhdellä kuidulla, joka voi olla yhteensopiva olemassa olevien verkkojen kanssa, joten DWDM voi suojata olemassa olevaa omaisuutta, mutta myös tarjota Internet-palveluntarjoajille ja teleyrityksille vahvemman runkoverkon ja tehdä laajakaistasta halvempaa ja helpompaa, mikä tarjoaa vahva tuki VoIP-ratkaisujen kaistanleveysvaatimuksille.
Lisääntynyt siirtonopeus ei voi ainoastaan tarjota karkeampaa putkistoa, jolla on vähemmän tukoksia, vaan myös vähentää viivettä paljon, ja näin ollen voi merkittävästi vähentää QoS-vaatimuksia IP-verkoissa.
4. Laajakaistayhteystekniikka
IP-verkon käyttäjien pääsystä on muodostunut pullonkaula, joka rajoittaa koko verkon kehitystä. Pitkällä aikavälillä käyttäjien pääsyn perimmäinen tavoite on kuitu kotiin (FTTH). Laajasti ottaen optinen liityntäverkko sisältää optisen digitaalisen silmukan kantoaaltojärjestelmän. ja passiivinen optinen verkko.Entinen on pääasiassa Yhdysvalloissa yhdistettynä avoimeen suuhun V5.1/V5.2, joka lähettää integroidun järjestelmänsä optisella kuidulla, mikä osoittaa suurta elinvoimaa.
Jälkimmäinen on pääasiassa järjestyksessä ja Saksassa.Japani on yli vuosikymmenen ajan toteuttanut joukon toimenpiteitä passiivisen optisen verkon kustannusten alentamiseksi kuparikaapeleiden ja metallisen kierretyn parin kaltaiselle tasolle ja käyttänyt sitä. ITU on viime vuosina ehdottanut ATM-pohjaista passiivista optista verkkoa (APON), joka täydentää ATM:n ja passiivisen optisen verkon etuja. Pääsynopeus voi olla 622 M bit/s, mikä on erittäin hyödyllistä laajakaistaisen IP-multimediapalvelun kehittämisen kannalta ja voi vähentää vikatiheyttä ja solmujen määrää sekä laajentaa kattavuutta. Tällä hetkellä ITU on saanut standardointityöt päätökseen. , valmistajat kehittävät aktiivisesti, markkinoille tulee tavaroita, siitä tulee 2000-luvun laajakaistaliityntäteknologian tärkein kehityssuunta.
Tällä hetkellä tärkeimmät liityntätekniikat ovat: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 ja Ethernet ja langattoman laajakaistaliityntäjärjestelmän sarake jne. Näillä pääsytekniikoilla on omat ominaisuutensa, mukaan lukien nopeimmin kehittyvät ADSL ja CM; CM (kaapelimodeemi) käyttää koaksiaalikaapelia, korkeaa siirtonopeutta, vahvaa häiriönestokykyä; mutta ei kaksisuuntaista lähetystä, ei yhtenäistä standardia. ADSL:llä (Asymmetrical Digital Loop) on yksinomainen pääsy laajakaistaan, mikä hyödyntää täysimääräisesti olemassa olevaa puhelinverkkoa ja tarjoaa epäsymmetrisen siirtonopeuden. Latausnopeus käyttäjäpuolella voi olla 8 Mbit/s ja latausnopeus käyttäjäpuolella 1M bit/s.ADSL tarjoaa tarvittavan laajakaistan yrityksille ja kaikille käyttäjille ja vähentää huomattavasti kustannuksia.Halpaisemman ADSL:n käyttö alueelliset piirit, yritykset käyttävät nyt Internetiä ja Internet-pohjaista VPN:ää suuremmilla nopeuksilla, mikä mahdollistaa suuremman VoIP-puhelukapasiteetin.
5. Keskusyksikkötekniikka
Keskusyksiköiden (CPU) toimintojen, tehon ja nopeuden kehitys jatkuu. Tämä mahdollistaa multimediatietokoneiden laajan käytön ja parantaa suorittimen tehon rajoittamien järjestelmätoimintojen suorituskykyä. PC:n kykyä käsitellä ääni- ja videodataa on odotettu pitkään. käyttäjien toimesta, joten äänipuhelujen välittäminen dataverkoissa on luonnollisesti seuraava tavoite. Tämä laskentaominaisuus mahdollistaa sekä edistyneet multimediatyöpöytäsovellukset että verkkokomponenttien edistyneet ominaisuudet, jotka tukevat äänisovelluksia.