La rete telefonica tradizionale è la telefonia vocale a circuito, la banda larga di trasmissione richiesta è di 64 kbit/s. Il cosiddetto VoIP è la rete di scambio di pacchetti IP come piattaforma di trasmissione, la compressione simulata del segnale vocale, il confezionamento e una serie di elaborazioni speciali, in modo che possa utilizzare per la trasmissione il protocollo UDP non connesso.
Per trasmettere segnali vocali su una rete IP sono necessari diversi elementi e funzioni. La forma più semplice della rete è costituita da due o più dispositivi con funzionalità VoIP collegati tramite una rete IP.
1.Trasformazione voce-dati
Il segnale vocale è una forma d'onda analogica, tramite IP per trasmettere la voce, sia nel settore delle applicazioni in tempo reale che in quello delle applicazioni in tempo reale, prima per convertire i dati analogici del segnale vocale, ovvero la quantificazione del segnale vocale analogico 8 o 6, e quindi inviato alla memoria buffer , la dimensione del buffer può essere selezionata in base ai requisiti di ritardo e codifica. Molti codificatori a basso bit rate sono codificati in frame.
La lunghezza tipica del frame variava da 10 a 30 ms. Considerando i costi durante la trasmissione, i pacchetti interlinguistici consistono solitamente di 60, 120 o 240 ms di dati vocali. La digitalizzazione può essere implementata utilizzando vari schemi di codifica vocale e gli attuali standard di codifica vocale sono principalmente ITU-T G.711. Il codificatore vocale nella destinazione sorgente deve implementare lo stesso algoritmo in modo che il dispositivo vocale nella destinazione possa ripristinare il segnale vocale analogico.
2.Conversione dati originale in IP
Una volta che il segnale vocale è stato codificato digitalmente, il passo successivo è comprimere e codificare il pacchetto vocale con una lunghezza di frame specifica. La maggior parte degli encoder hanno una lunghezza di frame specifica. Se un codificatore utilizza frame da 15 ms, il pacchetto da 60 ms viene inizialmente diviso in quattro frame e codificato in sequenza. Ogni frame ha 120 campioni vocali (frequenza di campionamento di 8kHz). Dopo la codifica, i quattro frame compressi sono stati sintetizzati in un pacchetto vocale compresso e inviati al processore di rete. Il processore di rete aggiunge un Baotou, una scala temporale e altre informazioni alla voce e le trasmette all'altro endpoint attraverso la rete.
La rete vocale stabilisce semplicemente una connessione fisica tra i punti terminali di comunicazione (una linea) e trasmette i segnali codificati tra i punti finali. A differenza delle reti a commutazione di circuito, le reti IP non formano connessioni. Richiede che i dati vengano inseriti in report o pacchetti di dati di lunghezza variabile, quindi indirizzino e controllino le informazioni su ciascun datagramma e vengano inviati sulla rete, inoltrati alla destinazione.
3.Trasferimento
In questo canale l'intera rete viene vista come un pacchetto vocale ricevuto dall'ingresso e poi trasmesso all'uscita della rete entro un certo tempo (t). La t può variare in un intervallo completo, riflettendo il jitter nella trasmissione di rete.
Lo stesso nodo nella rete controlla le informazioni di indirizzamento associate a ciascun dato IP e utilizza queste informazioni per inoltrare quel datagramma alla fermata successiva sul percorso di destinazione. Un collegamento di rete può essere qualsiasi topologia o metodo di accesso che supporti i flussi di dati IP.
4.Il pacchetto IP- -la trasformazione dei dati
Il dispositivo VoIP di destinazione riceve questi dati IP e inizia l'elaborazione. Il livello di rete fornisce un buffer di lunghezza variabile utilizzato per regolare il jitter generato dalla rete. Il buffer può contenere molti pacchetti vocali e gli utenti possono scegliere la dimensione del buffer. I buffer piccoli producono meno latenza, ma non regolano il jitter elevato. In secondo luogo, il decodificatore decomprime il pacchetto vocale codificato per produrre un nuovo pacchetto vocale, e questo modulo può anche funzionare per frame, esattamente della stessa lunghezza del decodificatore.
Se la lunghezza del frame è 15 ms, i pacchetti vocali da 60 ms vengono divisi in 4 frame, quindi vengono decodificati nuovamente in un flusso di dati vocali da 60 ms e inviati al buffer di decodifica. Durante l'elaborazione del rapporto di dati, le informazioni di indirizzamento e di controllo vengono rimosse, i dati originali originali vengono conservati e questi dati originali vengono quindi forniti al decodificatore.
5.Il parlato digitale è stato convertito in parlato analogico
L'unità di riproduzione preleva i campioni vocali (480) dal buffer e li invia alla scheda audio attraverso l'altoparlante ad una frequenza predeterminata (ad es. 8kHz). In breve, la trasmissione dei segnali vocali sulla rete IP passa attraverso la conversione dal segnale analogico al segnale digitale, il confezionamento della voce digitale in un pacchetto IP, la trasmissione dei pacchetti IP attraverso la rete, il spacchettamento dei pacchetti IP e il ripristino della voce digitale su quella analogica. segnale.
In secondo luogo, gli standard tecnici relativi al VoIP
Per le applicazioni multimediali su reti di comunicazione esistenti, l'Unione internazionale delle telecomunicazioni (ITU-T) ha sviluppato il protocollo della serie di comunicazione multimediale H.32x, i seguenti standard principali per una semplice descrizione:
H.320, standard per la comunicazione multimediale sul sistema e terminale videotelefonico a banda stretta (N-ISDN);
H.321, Standard per la comunicazione multimediale sulla B-ISDN;
H.322. Standard per la comunicazione multimediale su LAN garantito da QoS;
H.323. Standard per la comunicazione multimediale su una rete a commutazione di pacchetto senza garanzia QoS;
H.324, uno standard per la comunicazione multimediale su terminali di comunicazione a basso bit rate (PSTN e rete wireless).
Tra gli standard di cui sopra, H. Le reti definite dallo standard 323 sono le più utilizzate, come Ethernet, Token Network, Rete FDDI, ecc. A causa di H. L'applicazione dello standard 323 è naturalmente diventata un punto caldo nel mercato, quindi di seguito ci concentreremo su H.323.H.323 Nella proposta vengono definiti quattro componenti principali: terminale, gateway, software di gestione del gateway (noto anche come gateway o gate) e unità di controllo multipunto.
1.Terminale (Terminale)
Tutti i terminali devono supportare la comunicazione vocale e le funzionalità di comunicazione video e dati sono opzionali. Tutti i terminali H. Il terminale 323 devono supportare anche lo standard H.245, H.245. Lo standard viene utilizzato per controllare l'utilizzo del canale e le prestazioni del canale. H .323 I parametri principali del codec vocale nella comunicazione vocale sono specificati come segue: larghezza di banda vocale consigliata ITU / bit rate di trasmissione KHz / annotazione algoritmo di compressione Kb/s G.711 3.4 56,64 Compressione semplice PCM, applicata alla PSTN in G .728 3.4 16 Qualità vocale LD-CELP come G.711, applicata alla trasmissione a bit rate basso G.722 7 48,56,64 La qualità vocale ADPCM è superiore a G.711, applicata alla trasmissione a bit rate elevato G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ La qualità della voce è accettabile, G.723.1 Adotta una G per il forum VOIP.729G.729A 3.4 8 Il ritardo CS-ACELP è inferiore a G.723.1, La qualità della voce è superiore a G.723.1.
2.Gateway (Gateway)
Questa è un'opzione H.An per il sistema 323. Il gateway può trasformare i protocolli, gli algoritmi di codifica audio e video e i segnali di controllo utilizzati da diversi sistemi per accogliere la comunicazione del terminale del sistema. Come il sistema H.324 basato su PSTN e la banda stretta Sistema H.320 basato su ISDN e H.323 Per la comunicazione del sistema è necessario configurare il gateway;
3. Custodia doganale (guardiano)
Questo è H. Un componente opzionale del sistema 323 è il software per completare la funzione di gestione. Ha due funzioni principali: la prima è quella di gestione dell'applicazione H.323; il secondo è la gestione della comunicazione del terminale attraverso il gateway (come l'instaurazione della chiamata, la rimozione, ecc.). I gestori possono eseguire la conversione dell'indirizzo, il controllo della larghezza di banda, l'autenticazione della chiamata, la registrazione delle chiamate, la registrazione dell'utente, la gestione del dominio di comunicazione e altre funzioni attraverso la dogana keep.one H.323 Il dominio di comunicazione può avere più gateway, ma funziona solo un gateway.
4.Unità di controllo multipunto (Unità di controllo multipunto)
L'MCU consente la comunicazione multipunto su una rete IP e non è richiesta la comunicazione punto a punto. L'intero sistema forma una topologia a stella tramite l'MCU. L'MCU contiene due componenti principali: controller multipunto MC e processore multipunto MP, oppure senza MP.H tra terminali di elaborazione MC.245 Informazioni di controllo per creare un nome pubblico minimo per l'elaborazione audio e video.MC non elabora direttamente alcun flusso di informazioni multimediali, ma lo lascia a MP.MP mescola, commuta ed elabora l'audio , video o informazioni sui dati.
Nel settore esistono due architetture parallele, una è la ITU-TH introdotta sopra. Il protocollo 323 è il protocollo SIP (RFC2543) proposto dalla Internet Engineering Task Force (IETF) e il protocollo SIP è più adatto per terminali intelligenti.
In terzo luogo, l'impulso per lo sviluppo del VoIP
L'uso diffuso del VoIP diventerà rapidamente realtà grazie a numerosi hardware, software, sviluppi correlati e scoperte tecnologiche nel protocollo e negli standard. I progressi tecnologici e gli sviluppi in questi campi svolgono un ruolo trainante nella creazione di una rete VoIP più efficiente, funzionale e interoperabile. I fattori tecnici che promuovono il rapido sviluppo e persino l'applicazione diffusa del VoIP possono essere riassunti nei seguenti aspetti.
1. Processore di segnale digitale
I processori avanzati di segnali digitali (Digital Signal Processor, DSP) eseguono i componenti ad alta intensità di calcolo necessari per l'integrazione di voce e dati. DSP elabora i segnali digitali principalmente per eseguire calcoli complessi che altrimenti dovrebbero essere eseguiti da una CPU universale. La combinazione dei loro processori specializzati la potenza di elaborazione unita al basso costo rende il DSP adatto a svolgere le funzioni di elaborazione del segnale nel sistema VoIP.
Flusso vocale singolo sul G.729 Il costo di elaborazione della compressione vocale è generalmente elevato e richiede 20 MIPS. Se è necessaria una CPU centrale per eseguire funzioni di routing e di gestione del sistema durante l'elaborazione di più flussi vocali, ciò non è realistico. Pertanto, utilizzando uno o più DSP è possibile eliminare l'attività di elaborazione del complesso algoritmo di compressione vocale dalla CPU centrale. Inoltre, il DSP è adatto per il rilevamento dell'attività vocale e la cancellazione dell'eco, consentendo loro di elaborare flussi di dati vocali in tempo reale e di accedere rapidamente memoria integrata, quindi. In questa sezione, descriviamo in dettaglio come implementare la codifica vocale e la cancellazione dell'eco sulla piattaforma TMS320C6201DSP.
Protocollo e software e hardware standard H.323 Metodo di accodamento corretto ponderato DSP MPLS rilevamento precoce casuale ponderato scambio tag ASIC avanzato RTP, RTCP algoritmo generale di velocità cellulare a doppio imbuto DWDM Velocità di accesso nominale RSVP velocità veloce SONET Diffserv, CAR Cisco inoltro rapido Potenza di elaborazione CPU G. 729, G.729a: CS-ACELP Tabella di accesso esteso ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Algoritmo token-barile Multilink PPP Frame Relay Raddrizzatore dati SIP basato sull'integrazione prioritaria del pacchetto CoS su SONET IP e ATM QoS / CoS
2. Circuiti integrati dedicati avanzati
Lo sviluppo dell'ASIC (Application-Specific Integrated Circait) ha prodotto un ASIC più veloce, più complesso e più funzionale. L'ASIC è un chip applicativo specializzato che esegue una singola applicazione o un piccolo insieme di funzioni. Poiché si concentrano su obiettivi applicativi molto ristretti, possono essere altamente ottimizzati per funzioni specifiche, di solito con una CPU a doppio scopo più veloce di uno o più ordini di grandezza.
Proprio come il chip RSIC (Thin Instruction Set Computer) si concentra sull'esecuzione rapida di numeri limite, l'ASIC è preprogrammato per eseguire un numero finito di funzioni più velocemente. Una volta completato lo sviluppo, il costo della produzione di massa dell'ASIC è basso e viene utilizzato per dispositivi di rete inclusiroutere switch, che eseguono funzioni come il controllo della tabella di routing, l'inoltro di gruppo, l'ordinamento e il controllo di gruppo e l'accodamento. L'uso dell'ASIC offre al dispositivo prestazioni più elevate e costi inferiori. Forniscono una maggiore banda larga e un migliore supporto QoS per la rete, quindi funzionano un grande ruolo nel promuovere lo sviluppo del VoIP.
Tecnologia di trasmissione 3.IP
La maggior parte delle reti di telecomunicazioni di trasmissione utilizzano il multiplexing a divisione di tempo, mentre Internet deve adottare il riutilizzo statistico e lo scambio di pacchetti lunghi. Rispetto a quest'ultimo, quest'ultimo ha un tasso di utilizzo elevato delle risorse di rete, un'interconnessione semplice ed efficace e molto applicabile ai servizi dati, che è uno dei motivi importanti per il rapido sviluppo di Internet. Tuttavia, la comunicazione di rete IP a banda larga richiede QoS e caratteristiche di ritardo , quindi lo sviluppo dello scambio di pacchetti con multiplexing statistico ha destato preoccupazione. Attualmente, oltre alla nuova generazione di protocollo IP-IPV6, il gruppo di lavoro di ingegneria mondiale di Internet (IETF) ha proposto la tecnologia di scambio di tag multiprotocollo (MPLS), questa è una sorta di selezione del livello di rete basata su vari scambi di tag/etichette, può migliorare la flessibilità della selezione della strada, espandere la capacità di selezione del livello di rete, semplificare ilroutere integrazione dello scambio di canali, migliora le prestazioni della rete. MPLS può funzionare come protocollo di routing indipendente ed è compatibile con il protocollo di routing di rete esistente, supporta varie funzioni di funzionamento, gestione e manutenzione della rete IP, migliora notevolmente le prestazioni di QoS, routing e segnalazione, raggiungere o avvicinarsi al livello di riutilizzo statistico dello scambio di pacchetti a lunghezza fissa (ATM) e semplice, efficiente, economico e applicabile rispetto all'ATM.
IETF sta anche adottando a livello locale la nuova tecnologia di raggruppamento, al fine di ottenere la selezione stradale della QoS. La "tecnologia tunnel" è allo studio per ottenere la trasmissione a banda larga di collegamenti unidirezionali. Inoltre, anche come scegliere la piattaforma di trasmissione della rete IP è un problema importante campo di ricerca negli ultimi anni e successivamente sono apparse IP su ATM, IP su SDH, IP su DWDM e altre tecnologie.
Il livello IP fornisce agli utenti IP servizi di accesso IP di alta qualità con determinate garanzie di servizio. Il livello utente fornisce il modulo di accesso (accesso IP e accesso a banda larga) e il modulo del contenuto del servizio. Nel livello base, Ethernet, come livello fisico di la rete IP è una cosa ovvia, ma IP overDWDM dispone della tecnologia più recente e ha un grande potenziale di sviluppo.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) inietta nuova vita nelle reti in fibra e fornisce una straordinaria larghezza di banda alle società di telecomunicazioni che installano una nuova dorsale in fibra. La tecnologia DWDM utilizza le capacità delle fibre ottiche e delle apparecchiature avanzate di trasmissione ottica. Il nome del multiplexing a divisione d'onda deriva dalla trasmissione multipla lunghezze d'onda della luce (LASER) da un singolo flusso di fibra ottica. I sistemi attuali possono inviare e riconoscere 16 lunghezze d'onda, mentre i sistemi futuri potranno supportare da 40 a 96 lunghezze d'onda complete. Ciò è significativo perché ogni lunghezza d'onda aggiuntiva aggiunge un ulteriore flusso di informazioni. È possibile espandere quindi di 16 volte la rete a 2,6 Gbit/s (OC-48) senza dover posare nuove fibre.
La maggior parte delle nuove reti in fibra esegue OC-192 a (9,6 Gbit/s), generando capacità superiore a 150 Gbit/s su una coppia di fibre se combinato con DWDM. Inoltre, DWDM fornisce protocollo di interfaccia e funzionalità indipendenti dalla velocità e supporta sia ATM , Trasmissione del segnale SDH e Gigabit Ethernet su una singola fibra, che può essere compatibile con le reti esistenti, in modo che DWDM possa proteggere le risorse esistenti, ma anche fornire agli ISP e alle società di telecomunicazioni una dorsale più forte e rendere la banda larga meno costosa e più accessibile, il che fornisce forte supporto per i requisiti di larghezza di banda delle soluzioni VoIP.
L'aumento della velocità di trasmissione può non solo fornire una pipeline più grossolana con meno possibilità di blocco, ma anche ridurre di molto il ritardo e quindi ridurre notevolmente i requisiti di QoS sulle reti IP.
4.Tecnologia di accesso a banda larga
L'accesso degli utenti alla rete IP è diventato un collo di bottiglia che limita lo sviluppo dell'intera rete. Nel lungo termine, l'obiettivo finale dell'accesso degli utenti è la fibra ottica (FTTH). In generale, la rete di accesso ottico include un sistema di trasporto del circuito digitale ottico. e rete ottica passiva. La prima è principalmente negli Stati Uniti, combinata con la bocca aperta V5.1/V5.2, trasmettendo il suo sistema integrato su fibra ottica, mostrando grande vitalità.
Quest'ultimo è principalmente nell'ordine e in Germania. Per più di un decennio, il Giappone ha adottato una serie di misure per ridurre il costo della rete ottica passiva a un livello simile ai cavi in rame e ai doppini intrecciati metallici, e ne ha fatto uso. Soprattutto Negli ultimi anni, l'ITU ha proposto la rete ottica passiva basata su ATM (APON), che integra i vantaggi dell'ATM e della rete ottica passiva. La velocità di accesso può raggiungere 622 M bit/s, il che è molto vantaggioso per lo sviluppo di servizi multimediali IP a banda larga e può ridurre il tasso di guasto e il numero di nodi ed espandere la copertura. Attualmente, l'ITU ha completato il lavoro di standardizzazione , i produttori si stanno sviluppando attivamente, ci saranno beni sul mercato e diventeranno la principale direzione di sviluppo della tecnologia di accesso a banda larga per il 21° secolo.
Attualmente, le principali tecnologie di accesso sono: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 e colonna di sistema di accesso wireless Ethernet e banda larga, ecc. Queste tecnologie di accesso hanno le proprie caratteristiche, tra cui ADSL e CM a sviluppo più rapido; CM (modem via cavo) utilizza cavo coassiale, elevata velocità di trasmissione, forte capacità anti-interferenza; ma non la trasmissione bidirezionale, nessuno standard uniforme. ADSL (Asymmetrical Digital Loop) ha accesso esclusivo alla banda larga, sfruttando appieno la rete telefonica esistente e fornendo una velocità di trasmissione asimmetrica. La velocità di download lato utente può raggiungere 8 Mbit/s e la velocità di upload lato utente può raggiungere 1 M bit/s. L'ADSL fornisce la banda larga necessaria per le aziende e tutti gli utenti e riduce notevolmente i costi. Utilizzando ADSL a basso costo circuiti regionali, le aziende ora accedono a Internet e alle VPN basate su Internet a velocità più elevate, consentendo una maggiore capacità di chiamate VoIP.
5. Tecnologia dell'unità di elaborazione centrale
Le unità di elaborazione centrale (CPU) continuano ad evolversi in termini di funzioni, potenza e velocità. Ciò consente un'ampia applicazione di PC multimediali e migliora le prestazioni delle funzioni di sistema limitate dalla potenza della CPU. La capacità del PC di elaborare flussi di dati audio e video è attesa da tempo dagli utenti, quindi fornire chiamate vocali su reti di dati è naturalmente il prossimo obiettivo. Questa funzionalità informatica consente sia applicazioni desktop multimediali avanzate che funzionalità avanzate nei componenti di rete per supportare le applicazioni vocali.