Le réseau téléphonique traditionnel est un échange de voix par circuit, le haut débit de transmission requis étant de 64 kbit/s. Ce qu'on appelle VoIP est le réseau d'échange de paquets IP comme plate-forme de transmission, la compression simulée du signal vocal, le packaging et une série de traitements spéciaux, afin qu'il puisse utiliser le protocole UDP non connecté pour la transmission.
Plusieurs éléments et fonctions sont nécessaires pour transmettre des signaux vocaux sur un réseau IP. La forme la plus simple du réseau se compose de deux ou plusieurs appareils dotés de capacités VoIP connectés via un réseau IP.
1. Transformation voix-données
Le signal vocal est une forme d'onde analogique, via IP pour transmettre la voix, qu'il s'agisse d'une application en temps réel ou d'une application en temps réel, d'abord vers la conversion de données analogiques du signal vocal, à savoir la quantification du signal vocal analogique 8 ou 6, puis envoyé au stockage tampon. , la taille du tampon peut être sélectionnée en fonction des exigences de retard et de codage. De nombreux codeurs à faible débit sont codés en trames.
La durée typique d'une trame variait de 10 à 30 ms. Compte tenu des coûts de transmission, les paquets interlingues se composent généralement de 60, 120 ou 240 ms de données vocales. La numérisation peut être mise en œuvre à l'aide de divers schémas de codage vocal, et les normes de codage vocal actuelles sont principalement ITU-T G.711. Le codeur vocal de la destination source doit implémenter le même algorithme afin que le dispositif vocal de la destination puisse restaurer le signal vocal analogique.
2. Conversion originale des données en IP
Une fois le signal vocal codé numériquement, l’étape suivante consiste à compresser et coder le paquet vocal avec une longueur de trame spécifique. La plupart des encodeurs ont une longueur de trame spécifique. Si un encodeur utilise des trames de 15 ms, le package de 60 ms du premier endroit est divisé en quatre trames et codé en séquence. Chaque trame contient 120 échantillons de parole (taux d'échantillonnage de 8 kHz). Après codage, les quatre trames compressées ont été synthétisées dans un package vocal compressé et envoyées au processeur réseau. Le processeur réseau ajoute un Baotou, une échelle de temps et d'autres informations à la voix et les transmet à l'autre point final via le réseau.
Le réseau vocal établit simplement une connexion physique entre les points finaux de communication (une ligne) et transmet les signaux codés entre les points finaux. Contrairement aux réseaux à commutation de circuits, les réseaux IP ne forment pas de connexions. Cela nécessite que les données soient placées dans des rapports ou des paquets de données de longueur variable, puis que les informations d'adresse et de contrôle soient envoyées à chaque datagramme et envoyées sur le réseau, transmises à la destination.
3.Transfert
Dans ce canal, l'ensemble du réseau est considéré comme un paquet vocal reçu de l'entrée puis transmis à la sortie du réseau dans un certain temps (t). Le t peut varier dans une large mesure, reflétant la gigue dans la transmission réseau.
Le même nœud du réseau vérifie les informations d'adressage associées à chaque donnée IP et utilise ces informations pour transmettre ce datagramme à l'arrêt suivant sur le chemin de destination. Une liaison réseau peut être n’importe quelle topologie ou méthode d’accès prenant en charge les flux de données IP.
4.Le package IP - la transformation des données
L'appareil VoIP de destination reçoit ces données IP et commence le traitement. Le niveau réseau fournit un tampon de longueur variable utilisé pour réguler la gigue générée par le réseau. Le tampon peut accueillir de nombreux paquets vocaux et les utilisateurs peuvent choisir la taille du tampon. Les petits tampons produisent moins de latence, mais ne régulent pas la gigue importante. Deuxièmement, le décodeur décompresse le paquet vocal codé pour produire un nouveau paquet vocal, et ce module peut également fonctionner par trame, exactement de la même longueur que le décodeur.
Si la longueur de trame est de 15 ms, les paquets vocaux de 60 ms sont divisés en 4 trames, puis ils sont décodés en un flux de données vocales de 60 ms et envoyés au tampon de décodage. Pendant le traitement du rapport de données, les informations d'adressage et de contrôle sont supprimées, les données originales originales sont conservées, et ces données originales sont ensuite fournies au décodeur.
5. La parole numérique a été convertie en parole analogique
Le lecteur de lecture supprime les échantillons vocaux (480) dans la mémoire tampon et les envoie à la carte son via le haut-parleur à une fréquence prédéterminée (par exemple 8 kHz). En bref, la transmission des signaux vocaux sur le réseau IP passe par la conversion du signal analogique en signal numérique, le conditionnement de la voix numérique en paquet IP, la transmission de paquets IP à travers le réseau, le déballage des paquets IP et la restauration de la voix numérique en analogique. signal.
Deuxièmement, les normes techniques liées à la VoIP
Pour les applications multimédia sur les réseaux de communication existants, l'Union internationale des télécommunications (ITU-T) a développé le protocole de la série de communications multimédia H.32x, les principales normes suivantes pour une description simple :
H.320, Norme pour les communications multimédias sur le système et le terminal de visiophonie à bande étroite (N-RNIS) ;
H.321, Norme pour les communications multimédias sur le RNIS-LB ;
H.322. Norme de communication multimédia sur le LAN garantie par QoS ;
H.323. Norme pour la communication multimédia sur un réseau à commutation de paquets sans garantie QoS ;
H.324, norme de communication multimédia sur terminaux de communication bas débit (RTC et réseau sans fil).
Parmi les normes ci-dessus, H. Les réseaux définis par la norme 323 sont les plus largement utilisés, tels que Ethernet, Token Network, FDDI Network, etc. en raison de H. L'application de la norme 323 est naturellement devenue un point chaud sur le marché, nous nous concentrerons donc ci-dessous sur H.323.H.323 Quatre composants principaux sont définis dans la proposition : le terminal, la passerelle, le logiciel de gestion de passerelle (également appelé passerelle ou porte) et l'unité de contrôle multipoint.
1.Terminal (Terminal)
Tous les terminaux doivent prendre en charge la communication vocale et les capacités de communication vidéo et de données sont facultatives. Tous H. Le terminal 323 doit également prendre en charge la norme H.245, H.245 La norme est utilisée pour contrôler l'utilisation et les performances du canal. .323 Les principaux paramètres du codec vocal dans les communications vocales sont spécifiés comme suit : bande passante vocale recommandée par l'UIT / débit binaire de transmission KHz / annotation de l'algorithme de compression Kb/s G.711 3.4 56,64 Compression simple PCM, appliquée au RTPC en G. .728 3,4 16 Qualité vocale LD-CELP comme G.711, appliquée à la transmission à faible débit G.722 7 48,56,64 La qualité vocale ADPCM est supérieure à G.711, appliquée à la transmission à haut débit G. .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ La qualité de la voix est acceptable, G.723.1 Adopter un G pour le forum VOIP.729G.729A 3.4 8 Le délai CS-ACELP est inférieur à celui de G.723.1, la qualité de la voix est supérieure à celle de G.723.1. G.723.1.
2. Passerelle (passerelle)
Il s'agit d'une option H.An pour le système 323. La passerelle peut transformer les protocoles, les algorithmes de codage audio et vidéo et les signaux de contrôle utilisés par différents systèmes pour s'adapter à la communication du terminal du système. Tel que le système H.324 basé sur PSTN et la bande étroite Système H.320 basé sur RNIS et H.323 Pour la communication du système, il est nécessaire de configurer la passerelle ;
3. Tenue en douane (Gatekeeper)
Il s'agit de H.Un composant optionnel du système 323 est le logiciel permettant de compléter la fonction de gestion. Il a deux fonctions principales : la première concerne la gestion des applications H.323 ; la seconde est la gestion de la communication du terminal via la passerelle (telle que l'établissement, la suppression d'appels, etc.). Les gestionnaires peuvent effectuer la conversion d'adresses, le contrôle de la bande passante, l'authentification des appels, l'enregistrement des appels, l'enregistrement des utilisateurs, la gestion du domaine de communication et d'autres fonctions via les douanes. keep.one H.323 Le domaine de communication peut avoir plusieurs passerelles, mais une seule passerelle fonctionne.
4.Unité de contrôle multipoint (unité de contrôle multipoint)
Le MCU permet une communication multipoint sur un réseau IP et une communication point à point n'est pas requise. L'ensemble du système forme une topologie en étoile via le MCU. Le MCU contient deux composants principaux : le contrôleur multipoint MC et le processeur multipoint MP, ou sans MP.H entre les terminaux de traitement MC.245 Contrôlez les informations pour créer un nom public minimal pour le traitement audio et vidéo. MC ne traite directement aucun flux d'informations multimédia, mais le laisse à MP. Le MP mélange, commute et traite l'audio. , vidéo ou informations de données.
Dans l'industrie, il existe deux architectures parallèles, l'une est l'ITU-T H présentée ci-dessus. Le protocole 323 est le protocole SIP (RFC2543) proposé par l'Internet Engineering Task Force (IETF), et le protocole SIP est plus adapté aux terminaux intelligents.
Troisièmement, l'impulsion du développement de la VoIP
L'utilisation généralisée de la VoIP deviendra rapidement réalité grâce aux nombreux développements matériels, logiciels, connexes et aux avancées technologiques dans les protocoles et les normes. Les avancées et développements technologiques dans ces domaines jouent un rôle moteur dans la création d'un réseau VoIP plus efficace, fonctionnel et interopérable. Les facteurs techniques qui favorisent le développement rapide et même l’application généralisée de la VoIP peuvent être résumés dans les aspects suivants.
1. Processeur de signal numérique
Les processeurs de signaux numériques avancés (Digital Signal Processor, DSP) effectuent les composants à forte intensité de calcul requis pour l'intégration de la voix et des données. Le DSP traite les signaux numériques principalement pour effectuer des calculs complexes qui pourraient autrement devoir être effectués par un processeur universel. La combinaison de leurs processeurs spécialisés La puissance de traitement et le faible coût rendent le DSP bien adapté pour exécuter les fonctions de traitement du signal dans le système VoIP.
Flux vocal unique sur le G.729 Le coût informatique de la compression vocale est généralement élevé, nécessitant 20 MIPS. Si un processeur central est nécessaire pour exécuter les fonctions de routage et de gestion du système tout en traitant plusieurs flux vocaux, cela est irréaliste. Par conséquent, l'utilisation d'un ou plusieurs DSP peut désinstaller la tâche informatique de l'algorithme complexe de compression vocale du processeur central. De plus, le DSP convient à la détection de l'activité vocale et à l'annulation de l'écho, leur permettant de traiter les flux de données vocales en temps réel et d'y accéder rapidement. mémoire embarquée, donc. Dans cette section, nous détaillons comment implémenter le codage vocal et l'annulation d'écho sur la plateforme TMS320C6201DSP.
Protocole et logiciel et matériel standard Méthode de mise en file d'attente équitable pondérée H.323 Échange de balises DSP MPLS Détection précoce aléatoire pondérée ASIC avancé RTP, RTCP Algorithme de débit cellulaire général à double entonnoir DWDM RSVP Accès évalué à débit rapide SONET Diffserv, CAR Cisco à transfert rapide Puissance de traitement du processeur G. 729, G.729a : CS-ACELP Extended Access Table ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Algorithme de barillet de jeton Multilink PPP Frame Relay Redresseur de données SIP basé sur l'intégration prioritaire du paquet CoS sur SONET IP et ATM QoS/CoS
2. Circuits intégrés dédiés avancés
Le développement de l'ASIC (Application-Specific Integrated Circait) a produit un ASIC plus rapide, plus complexe et plus fonctionnel. L'ASIC est une puce d'application spécialisée qui exécute une seule application ou un petit ensemble de fonctions. Parce qu'ils se concentrent sur des objectifs d'application très étroits, ils peuvent être hautement optimisés pour des fonctions spécifiques, généralement avec un processeur à double usage un ou plusieurs ordres de grandeur plus rapide.
Tout comme la puce RSIC (Thin Instruction Set Computer) se concentre sur l'exécution rapide de nombres limites, l'ASIC est préprogrammé pour exécuter un nombre fini de fonctions plus rapidement. Une fois le développement terminé, le coût de production en série de l'ASIC est faible et il est utilisé pour les périphériques réseau, y comprisrouteurset des commutateurs, exécutant des fonctions telles que la vérification de la table de routage, le transfert de groupe, le tri et la vérification des groupes et la mise en file d'attente. L'utilisation de l'ASIC donne à l'appareil des performances supérieures et un coût moindre. Ils offrent un haut débit accru et une meilleure prise en charge de la QoS pour le réseau, de sorte qu'ils jouent un grand rôle dans la promotion du développement de la VoIP.
Technologie de transmission 3.IP
La plupart des réseaux de télécommunications de transmission utilisent le multiplexage temporel, tandis qu'Internet doit adopter la réutilisation statistique et l'échange de paquets longs. En comparaison, ce dernier présente un taux d'utilisation élevé des ressources du réseau, une interconnexion simple et efficace et est très applicable aux services de données, ce qui est l'une des raisons importantes du développement rapide d'Internet. Cependant, la communication sur réseau IP à large bande nécessite des caractéristiques de qualité de service et de retard. , de sorte que le développement de l'échange de paquets de multiplexage statistique a suscité des inquiétudes. À l'heure actuelle, en plus de la nouvelle génération de protocole IP-IPV6, le groupe de travail mondial d'ingénierie Internet (IETF) a proposé la technologie d'échange de balises multi-protocoles (MPLS), cette est une sorte de sélection de couche réseau basée sur divers échanges d'étiquettes/étiquettes, peut améliorer la flexibilité de la sélection de route, étendre la capacité de sélection de couche réseau, simplifier lerouteuret l'intégration d'échange de canaux, améliorent les performances du réseau. MPLS peut fonctionner comme un protocole de routage indépendant et compatible avec le protocole de routage réseau existant, prendre en charge diverses fonctions d'exploitation, de gestion et de maintenance du réseau IP, améliorer considérablement les performances de QoS, de routage et de signalisation, pour atteindre ou s'approcher du niveau de réutilisation statistique des échanges de paquets de longueur fixe (ATM), et simple, efficace, bon marché et applicable que l'ATM.
L'IETF s'approprie également localement la nouvelle technologie de regroupement, afin de parvenir à une sélection de route QoS. La « technologie tunnel » est à l'étude pour réaliser une transmission à large bande de liaisons unidirectionnelles. De plus, le choix de la plate-forme de transmission sur réseau IP est également un domaine de recherche important ces dernières années, et IP sur ATM, IP sur SDH, IP sur DWDM et d'autres technologies sont apparues successivement.
La couche IP fournit aux utilisateurs IP des services d'accès IP de haute qualité avec certaines garanties de service. La couche utilisateur fournit la forme d'accès (accès IP et accès haut débit) et la forme de contenu du service. Dans la couche de base, Ethernet, en tant que couche physique de Le réseau IP est une évidence, mais IP overDWDM dispose de la technologie la plus récente et présente un grand potentiel de développement.
Le Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) injecte une nouvelle vie dans les réseaux de fibres et fournit une bande passante incroyable aux entreprises de télécommunications qui posent une nouvelle structure de fibre optique. La technologie DWDM utilise les capacités des fibres optiques et des équipements de transmission optique avancés. Le nom de multiplexage par répartition par ondes est dérivé de la transmission de plusieurs longueurs d'onde de lumière (LASER) à partir d'un seul flux de fibre optique. Les systèmes actuels peuvent envoyer et reconnaître 16 longueurs d'onde, tandis que les futurs systèmes pourront prendre en charge 40 à 96 longueurs d'onde complètes. Ceci est important car chaque longueur d'onde supplémentaire ajoute un flux d'informations supplémentaire. Vous pouvez étendez donc le réseau 2,6 Gbit/s (OC-48) par 16 sans avoir à poser de nouvelles fibres.
La plupart des nouveaux réseaux de fibre utilisent l'OC-192 à (9,6 Gbit/s), générant une capacité supérieure à 150 Gbit/s sur une paire de fibres lorsqu'il est combiné avec DWDM. De plus, DWDM fournit un protocole d'interface et des fonctionnalités indépendantes de la vitesse, et prend en charge à la fois ATM , Transmission de signaux SDH et Gigabit Ethernet sur une seule fibre, qui peut être compatible avec les réseaux existants, de sorte que DWDM peut protéger les actifs existants, mais également fournir aux FAI et aux entreprises de télécommunications une épine dorsale plus solide et rendre le haut débit moins cher et plus accessible, ce qui fournit prise en charge solide des exigences de bande passante des solutions VoIP.
L'augmentation du taux de transmission peut non seulement fournir un pipeline plus grossier avec moins de risques de blocage, mais également réduire considérablement le délai, et ainsi réduire considérablement les exigences de qualité de service sur les réseaux IP.
4. Technologie d'accès à large bande
L'accès des utilisateurs au réseau IP est devenu un goulot d'étranglement limitant le développement de l'ensemble du réseau. À long terme, l'objectif ultime de l'accès des utilisateurs est la fibre optique jusqu'au domicile (FTTH). D'une manière générale, le réseau d'accès optique comprend un système de support de boucle numérique optique. et réseau optique passif. Le premier est principalement aux États-Unis, combiné avec la bouche ouverte V5.1/V5.2, transmettant son système intégré sur fibre optique, faisant preuve d'une grande vitalité.
Ce dernier est principalement dans l'ordre et en Allemagne.Depuis plus d'une décennie, le Japon a pris une série de mesures pour réduire le coût du réseau optique passif à un niveau similaire à celui des câbles en cuivre et des paires torsadées métalliques, et l'a utilisé.En particulier ces dernières années, l'UIT a proposé le réseau optique passif basé sur l'ATM (APON), qui complète les avantages de l'ATM et du réseau optique passif. Le débit d'accès peut atteindre 622 M bit/s, ce qui est très bénéfique pour le développement du service multimédia IP à large bande, et peut réduire le taux de défaillance et le nombre de nœuds, et étendre la couverture. À l'heure actuelle, l'UIT a terminé les travaux de normalisation , les fabricants se développent activement, il y aura des produits sur le marché, deviendra la principale direction de développement de la technologie d'accès à large bande pour le 21e siècle.
À l'heure actuelle, les principales technologies d'accès sont : PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 et Ethernet et colonne de système d'accès sans fil à large bande, etc. Ces technologies d'accès ont leurs propres caractéristiques, y compris l'ADSL et le CM qui se développent le plus rapidement ; CM (modem câble) utilise un câble coaxial, un taux de transmission élevé, une forte capacité anti-interférence ; mais pas de transmission bidirectionnelle, pas de norme uniforme. L'ADSL (Asymétrique Digital Loop) bénéficie d'un accès exclusif au haut débit, exploitant pleinement le réseau téléphonique existant et offrant un débit de transmission asymétrique. Le taux de téléchargement côté utilisateur peut atteindre 8 Mbit/s et le taux de téléchargement côté utilisateur peut atteindre 1 M bit/s. L'ADSL fournit le haut débit nécessaire aux entreprises et à tous les utilisateurs et réduit considérablement les coûts. Utiliser l'ADSL à moindre coût Grâce aux circuits régionaux, les entreprises accèdent désormais à Internet et aux VPN basés sur Internet à des vitesses plus élevées, permettant une plus grande capacité d'appels VoIP.
5. Technologie d'unité centrale de traitement
Les unités centrales de traitement (CPU) continuent d'évoluer en termes de fonction, de puissance et de vitesse. Cela permet une application généralisée des PC multimédia et améliore les performances des fonctions système limitées par la puissance du CPU. La capacité du PC à traiter des flux de données audio et vidéo est attendue depuis longtemps. par les utilisateurs, la fourniture d'appels vocaux sur les réseaux de données est donc naturellement le prochain objectif. Cette fonctionnalité informatique permet à la fois des applications de bureau multimédia avancées et des fonctionnalités avancées dans les composants réseau de prendre en charge les applications vocales.