従来の電話ネットワークは回線交換による音声であり、64 kbit/s のブロードバンド伝送が必要でした。いわゆる VoIP は、伝送プラットフォームとしての IP パケット交換ネットワーク、擬似的な音声信号の圧縮、パッケージ化、および一連の特別な処理を行うことで、接続されていない UDP プロトコルを伝送に使用できるようになります。
IP ネットワーク上で音声信号を送信するには、いくつかの要素と機能が必要です。ネットワークの最も単純な形式は、IP ネットワークを介して接続された VoIP 機能を備えた 2 つ以上のデバイスで構成されます。
1.音声データ変換
音声信号はアナログ波形であり、リアルタイム アプリケーション ビジネスかリアルタイム アプリケーション ビジネスかにかかわらず、IP を介して音声を送信します。最初に音声信号のアナログ データ変換、つまりアナログ音声信号 8 または 6 の定量化が行われ、次にバッファ ストレージに送信されます。 、バッファのサイズは、遅延とコーディングの要件に応じて選択できます。多くの低ビット レート エンコーダはフレーム単位でエンコードされます。
一般的なフレーム長は 10 ～ 30 ミリ秒の範囲です。送信時のコストを考慮すると、言語間パケットは通常、60、120、または 240 ミリ秒の音声データで構成されます。デジタル化はさまざまな音声符号化方式を使用して実装できます。現在の音声符号化規格は主に ITU-T G.711 です。宛先の音声デバイスがアナログ音声信号を復元できるように、ソース宛先の音声エンコーダは同じアルゴリズムを実装する必要があります。
2.オリジナルデータからIPへの変換
音声信号がデジタル的に符号化されると、次のステップは、特定のフレーム長で音声パケットを圧縮符号化することです。ほとんどのエンコーダには特定のフレーム長があります。エンコーダが15msフレームを使用する場合、最初から60msのパッケージを4つのフレームに分割して順番にエンコードします。各フレームには 120 の音声サンプルがあります (サンプリング レート 8kHz)。エンコード後、4 つの圧縮フレームが圧縮音声パッケージに合成され、ネットワーク プロセッサに送信されました。ネットワーク プロセッサは、Baotou、タイム スケール、その他の情報を音声に追加し、ネットワークを通じて他のエンドポイントに渡します。
音声ネットワークは、単純に通信エンドポイント間の物理接続 (1 本の回線) を確立し、エンコードされた信号をエンドポイント間で送信します。回線交換ネットワークとは異なり、IP ネットワークは接続を形成しません。データを可変長のデータ レポートまたはパケットに配置し、アドレス情報と制御情報を各データグラムに付けてネットワーク経由で送信し、宛先に転送する必要があります。
3.転送
このチャネルでは、ネットワーク全体が入力から受信され、一定時間 (t) 以内にネットワーク出力に送信される音声パケットとして見なされます。 t は、ネットワーク伝送のジッターを反映して、全範囲で変化する可能性があります。
ネットワーク内の同じノードは、各 IP データに関連付けられたアドレス指定情報をチェックし、この情報を使用してそのデータグラムを宛先パス上の次のストップに転送します。ネットワーク リンクには、IP データ ストリームをサポートする任意のトポロジまたはアクセス方法を使用できます。
4.IPパッケージ - データの変換
宛先 VoIP デバイスは、この IP データを受信して処理を開始します。ネットワーク レベルは、ネットワークによって生成されるジッターを調整するために使用される可変長のバッファーを提供します。バッファには多くの音声パケットを収容でき、ユーザーはバッファのサイズを選択できます。バッファーが小さいとレイテンシーは少なくなりますが、大きなジッターは規制されません。次に、デコーダは、エンコードされた音声パケットを解凍して新しい音声パッケージを生成します。このモジュールは、デコーダとまったく同じ長さのフレーム単位で動作することもできます。
フレーム長が 15 ミリ秒の場合、60 ミリ秒の音声パケットは 4 つのフレームに分割され、60 ミリ秒の音声データ フローにデコードされてデコード バッファに送信されます。データレポートの処理中に、アドレス指定および制御情報が削除され、元のオリジナルデータが保持され、このオリジナルデータがデコーダに提供されます。
5.デジタル音声をアナログ音声に変換
再生ドライブはバッファ内の音声サンプル (480) を削除し、所定の周波数 (たとえば 8kHz) でスピーカーを介してサウンド カードに送信します。つまり、IP ネットワーク上の音声信号の伝送は、アナログ信号からデジタル信号への変換、デジタル音声の IP パケットへのパッケージング、ネットワークを介した IP パケットの送信、IP パケットのアンパック、およびデジタル音声のアナログへの復元を経ます。信号。
第二に、VoIP関連の技術基準
既存の通信ネットワーク上のマルチメディア アプリケーション用に、国際電気通信連合 (ITU-T) は H.32x マルチメディア通信シリーズ プロトコルを開発しました。これを簡単に説明すると、主な標準は次のとおりです。
H.320、狭帯域テレビ電話システムおよび端末 (N-ISDN) 上のマルチメディア通信の規格。
H.321、B-ISDN 上のマルチメディア通信の標準。
H.322。 QoSが保証されたLAN上のマルチメディア通信の規格。
H.323。 QoS 保証のないパケット交換ネットワーク上のマルチメディア通信の標準。
H.324、低ビット レートの通信端末 (PSTN および無線ネットワーク) でのマルチメディア通信の規格。
上記の標準の中で、H. イーサネット、トークン ネットワーク、FDDI ネットワークなど、323 標準で定義されたネットワークが最も広く使用されています。H のおかげで、323 標準のアプリケーションは当然市場でホット スポットになっています。 H.323 この提案では、端末、ゲートウェイ、ゲートウェイ管理ソフトウェア (ゲートウェイまたはゲートとも呼ばれる)、およびマルチポイント制御ユニットの 4 つの主要コンポーネントが定義されています。
1.ターミナル（ターミナル）
すべての端末は音声通信をサポートする必要があり、ビデオおよびデータ通信機能はオプションです。すべて H.323 端末は H.245 標準もサポートする必要があります。H.245 標準は、チャネルの使用状況とチャネルのパフォーマンスを制御するために使用されます。H .323 音声通信における音声コーデックの主なパラメータは次のように指定されます: ITU 推奨音声帯域幅 / KHz 伝送ビット レート / Kb/s 圧縮アルゴリズム注釈 G.711 3.4 56,64 PCM 単純圧縮、G の PSTN に適用.728 3.4 16 低ビット レート伝送に適用される G.711 と同様の LD-CELP 音声品質 G.722 7 48,56,64 高ビット レート伝送に適用される ADPCM 音声品質は G.711 よりも高い G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ 音声品質は許容範囲内、G.723.1 VOIP フォーラムに G を採用。729G.729A 3.4 8 CS-ACELP 遅延は G.723.1 より低く、音声品質は G.723.1 よりも高いG.723.1。
2.ゲートウェイ（ゲートウェイ）
これは、323 システムの H.An オプションです。ゲートウェイは、システム端末通信に対応するために、さまざまなシステムで使用されるプロトコル、オーディオ、ビデオ コーディング アルゴリズム、および制御信号を変換できます。PSTN ベースの H.324 システムや狭帯域などISDN ベースの H.The 320 System および H.323 システム通信には、ゲートウェイを設定する必要があります。
3.通関業務（ゲートキーパー）
こちらは H です。323 システムのオプション コンポーネントは、管理機能を完了するためのソフトウェアです。これには 2 つの主な機能があります。1 つ目は H.323 アプリケーション管理です。 2 つ目は、ゲートウェイを介した端末通信の管理 (通話の確立、削除など) です。管理者は、カスタムを通じてアドレス変換、帯域幅制御、通話認証、通話録音、ユーザー登録、通信ドメイン管理などの機能を実行できます。 keep.one H.323 通信ドメインには複数のゲートウェイを含めることができますが、機能するゲートウェイは 1 つだけです。
4.多地点制御ユニット（Multipoint Control Unit）
MCU は、IP ネットワーク上でのマルチポイント通信を可能にし、ポイントツーポイント通信は必要ありません。システム全体は、MCU を通じてスタートポロジを形成します。MCU には、マルチポイント コントローラ MC とマルチポイント プロセッサ MP の 2 つの主要コンポーネントが含まれています。 245 オーディオおよびビデオ処理用の最小限のパブリック ネーマーを構築するための制御情報。MC はメディア情報ストリームを直接処理せず、MP に任せます。MP はオーディオをミキシング、切り替え、および処理します。 、ビデオ、またはデータ情報。
業界には 2 つの並列アーキテクチャがあり、1 つは上で紹介した ITU-TH H です。323 プロトコルは Internet Engineering Task Force (IETF) によって提案された SIP プロトコル (RFC2543) であり、SIP プロトコルはインテリジェント端末により適しています。
第三に、VoIP開発のきっかけ
VoIP の普及は、多くのハードウェア、ソフトウェア、関連開発、プロトコルと標準における技術的進歩によってすぐに実現するでしょう。これらの分野における技術の進歩と開発は、より効率的で機能的で相互運用可能な VoIP ネットワークの構築において推進的な役割を果たします。 VoIP の急速な発展とさらには広範な適用を促進する技術的要因は、次の側面に要約できます。
1.デジタルシグナルプロセッサー
高度なデジタル シグナル プロセッサ (デジタル シグナル プロセッサ、DSP) は、音声とデータの統合に必要な計算集約型コンポーネントを実行します。DSP は主に、汎用 CPU で実行する必要がある複雑な計算を実行するためにデジタル信号を処理します。低コストで処理能力が高い DSP は、VoIP システムでの信号処理機能の実行に適しています。
G.729 上の単一音声ストリーム 音声圧縮のコンピューティング コストは通常大きく、20MIPS が必要です。中央の CPU が複数の音声ストリームを処理しながらルーティングおよびシステム管理機能を実行する必要がある場合、これは非現実的です。したがって、1 つ以上の DSP を使用すると、複雑な音声圧縮アルゴリズムの計算タスクを中央 CPU からアンインストールできます。さらに、DSP は音声アクティビティの検出とエコー キャンセルに適しており、音声データ ストリームをリアルタイムで処理し、迅速にアクセスできます。このセクションでは、TMS320C6201DSP プラットフォームで音声コーディングとエコー キャンセルを実装する方法について詳しく説明します。
プロトコルおよび標準ソフトウェアおよびハードウェア H.323 重み付け公平キューイング方式 DSP MPLS タグ交換重み付けランダム早期検出 高度な ASIC RTP、RTCP デュアル ファネル 一般セル レート アルゴリズム DWDM RSVP 定格アクセス高速レート SONET Diffserv、CAR Cisco 高速転送 CPU 処理能力 G. 729、G.729a: CS-ACELP 拡張アクセス テーブル ADSL、RADSL、SDSL FRF.11/FRF.12 トークン バレル アルゴリズム マルチリンク PPP フレーム リレー データ整流器 CoS の優先統合に基づく SIP Packet over SONET IP および ATM QoS / CoS
2.高度な専用集積回路
特定用途向け集積回路 (ASIC) の開発により、より高速で、より複雑で、より機能的な ASIC が生み出されました。ASIC は、単一のアプリケーションまたは小規模な機能セットを実行する特殊なアプリケーション チップです。それらは非常に狭いアプリケーション目標に焦点を当てているため、通常は 1 桁または数桁高速な兼用 CPU を使用して、特定の機能に合わせて高度に最適化できます。
シン命令セット コンピュータ (RSIC) チップが制限数の迅速な実行に重点を置いているのと同様に、ASIC は有限数の機能をより速く実行するように事前にプログラムされています。開発が完了すると、ASIC の量産コストは低くなり、使用されます。ネットワークデバイス向けルーターおよびスイッチは、ルーティング テーブルのチェック、グループ転送、グループの並べ替えとチェック、キューイングなどの機能を実行します。ASIC の使用により、デバイスのパフォーマンスが向上し、コストが削減されます。ネットワークのブロードバンドの向上と優れた QoS サポートが提供されるため、ASIC はデバイスのパフォーマンスを向上させます。 VoIP の開発を促進する上で大きな役割を果たします。
3.IP伝送技術
ほとんどの伝送通信ネットワークは時分割多重化を使用しますが、インターネットでは統計的再利用と長時間のパケット交換を採用する必要があります。比較すると、後者はネットワーク リソースの利用率が高く、シンプルかつ効果的な相互接続であり、データ サービスに非常に適用可能であり、これがインターネットの急速な発展の重要な理由の 1 つです。ただし、ブロードバンド IP ネットワーク通信には QoS と遅延特性が必要です。現在、新世代の IP プロトコルである IPV6 に加えて、ワールド インターネット エンジニアリング タスク グループ (IETF) はマルチプロトコル タグ交換技術 (MPLS) を提案しています。これは、さまざまなタグ/ラベル交換に基づく一種のネットワーク層選択であり、道路選択の柔軟性を向上させ、ネットワーク層選択機能を拡張し、道路選択を簡素化できます。ルーターMPLS は、独立したルーティング プロトコルとして機能し、既存のネットワーク ルーティング プロトコルと互換性があり、IP ネットワークのさまざまな運用、管理、保守機能をサポートし、QoS、ルーティング、シグナリングのパフォーマンスを大幅に向上させます。統計的再利用の固定長パケット交換 (ATM) のレベルに達するか、それに近いレベルであり、ATM よりもシンプル、効率的、安価で適用可能です。
IETFは、QoS道路選択を実現するための新しいグループ化技術も現地で把握しています。片方向リンクのブロードバンド伝送を実現する「トンネル技術」も研究されています。また、IPネットワーク伝送プラットフォームをどのように選択するかも重要です。近年では重要な研究分野となっており、IP over ATM、IP over SDH、IP over DWDMなどの技術が次々と登場しています。
IP層は、IPユーザーに一定のサービス保証を伴う高品質なIPアクセスサービスを提供します。ユーザー層は、アクセス形態（IPアクセスおよびブロードバンドアクセス）とサービスコンテンツ形態を提供します。基本層では、物理層としてイーサネットが使用されます。 IPネットワークは当然のことですが、IP overDWDMは最新の技術であり、大きな発展の可能性を秘めています。
高密度波長分割多重 (DWDM) は、ファイバー ネットワークに新たな命を吹き込み、新しいファイバー バックボーンを敷設する通信会社に驚異的な帯域幅を提供します。DWDM テクノロジーは、光ファイバーと高度な光伝送装置の機能を利用します。波分割多重の名前は、複数の光ファイバーを伝送するために由来しています。現在のシステムは 16 の波長を送信して認識できますが、将来のシステムは 40 ～ 96 の完全な波長をサポートできるようになります。波長が追加されるたびに情報の流れが追加されるため、これは重要です。したがって、新しいファイバーを敷設することなく、2.6 Gbit/s (OC-48) ネットワークを 16 倍に拡張できます。
ほとんどの新しいファイバー ネットワークは OC-192 を (9.6 Gbit/s) で実行し、DWDM と組み合わせると、ファイバーのペアで 150 Gbit/s を超える容量を生成します。さらに、DWDM はインターフェイス プロトコルと速度に依存しない機能を提供し、両方の ATM をサポートします。 、SDH およびギガビット イーサネットの信号伝送は 1 本のファイバーで行われ、既存のネットワークと互換性があるため、DWDM は既存の資産を保護できるだけでなく、ISP や通信会社に強力なバックボーンを提供し、ブロードバンドをより安価でアクセスしやすくします。 VoIP ソリューションの帯域幅要件を強力にサポートします。
伝送速度の向上により、ブロッキングの可能性が少なくなったパイプラインが粗くなるだけでなく、遅延が大幅に減少するため、IP ネットワーク上の QoS 要件が大幅に軽減されます。
4.ブロードバンドアクセス技術
IP ネットワークのユーザー アクセスは、ネットワーク全体の発展を制限するボトルネックとなっています。長期的には、ユーザー アクセスの最終目標は、ファイバー ツー ホーム (FTTH) です。広義には、光アクセス ネットワークには、光デジタル ループ キャリア システムが含まれます。前者は主に米国で、オープンマウス V5.1/V5.2 と組み合わせて、その統合システムを光ファイバーで伝送し、大きな活力を示しています。
後者は主にドイツでの注文です。日本は10年以上にわたり、パッシブ光ネットワークのコストを銅ケーブルやメタルツイストペアと同程度のレベルまで下げるための一連の措置を講じ、それを使用してきました。特に、近年、ITU は、ATM とパッシブ光ネットワークの利点を補完する、ATM ベースのパッシブ光ネットワーク (APON) を提案しました。アクセス速度は622Mビット/秒に達し、ブロードバンドIPマルチメディアサービスの開発に非常に有益であり、障害率とノード数を削減し、サービス範囲を拡大できます。現在、ITUは標準化作業を完了しています。 、メーカーが積極的に開発しており、市場に製品が登場し、21世紀のブロードバンドアクセス技術の主な開発方向になるでしょう。
現在、主なアクセス技術は、PSTN、IADN、ADSL、CM、DDN、X.25、イーサネット、ブロードバンド無線アクセス システムなどです。これらのアクセス技術には、最も急速に発展している ADSL と CM など、独自の特徴があります。 CM (ケーブルモデム) は同軸ケーブルを使用し、高い伝送速度、強力な耐干渉能力を備えています。しかし双方向伝送ではなく、統一規格もありません。 ADSL (非対称デジタル ループ) はブロードバンドへの排他的アクセスを備え、既存の電話ネットワークを最大限に活用し、非対称の伝送速度を提供します。ユーザー側のダウンロード速度は 8 Mbit/s、ユーザー側のアップロード速度は 1M bit/s に達します。ADSL は企業とすべてのユーザーに必要なブロードバンドを提供し、コストを大幅に削減します。低コストの ADSL の使用地域回線を利用することで、企業はインターネットやインターネット ベースの VPN に高速でアクセスできるようになり、VoIP 通話容量が増加します。
5.中央処理装置技術
中央処理装置 (CPU) は、機能、パワー、速度において進化を続けています。これにより、マルチメディア PC の広範な適用が可能になり、CPU パワーによって制限されるシステム機能のパフォーマンスが向上します。ストリーム オーディオおよびビデオ データを処理する PC の機能は、長い間待望されていました。このコンピューティング機能により、高度なマルチメディア デスクトップ アプリケーションとネットワーク コンポーネントの高度な機能の両方が音声アプリケーションをサポートできるようになります。