Traditioneel telefoonnetwerk is een voice-by-circuit-uitwisseling, de vereiste breedbandtransmissie van 64 kbit/s. De zogenaamde VoIP is het IP-pakketuitwisselingsnetwerk als transmissieplatform, de gesimuleerde spraaksignaalcompressie, verpakking en een reeks speciale verwerkingen, zodat het het niet-verbonden UDP-protocol voor transmissie kan gebruiken.
Er zijn verschillende elementen en functies nodig om spraaksignalen op een IP-netwerk te verzenden. De eenvoudigste vorm van het netwerk bestaat uit twee of meer apparaten met VoIP-mogelijkheden die via een IP-netwerk met elkaar zijn verbonden.
1.Voice-datatransformatie
Spraaksignaal is een analoge golfvorm, via IP om spraak te verzenden, of het nu gaat om real-time applicatieactiviteiten of real-time applicatieactiviteiten, eerst naar analoge dataconversie van spraaksignalen, namelijk de kwantificatie van het analoge stemsignaal 8 of 6, en vervolgens naar de bufferopslag gestuurd , kan de grootte van de buffer worden geselecteerd op basis van de vereisten van de vertraging en codering. Veel encoders met een lage bitsnelheid zijn gecodeerd in frames.
Typische framelengte varieerde van 10 tot 30 ms. Rekening houdend met de kosten tijdens de verzending, bestaan interlinguale pakketten gewoonlijk uit 60, 120 of 240 ms aan spraakgegevens. Digitalisering kan worden geïmplementeerd met behulp van verschillende stemcoderingsschema's, en de huidige stemcoderingsstandaarden zijn voornamelijk ITU-T G.711. De stemcodeerder op de bronbestemming moet hetzelfde algoritme implementeren, zodat het spraakapparaat op de bestemming het analoge spraaksignaal kan herstellen.
2. Originele data-naar-IP-conversie
Zodra het spraaksignaal digitaal gecodeerd is, is de volgende stap het comprimeren van het spraakpakket met een specifieke framelengte. De meeste encoders hebben een specifieke framelengte. Als een encoder frames van 15 ms gebruikt, wordt het pakket van 60 ms vanaf de eerste plaats in vier frames verdeeld en op volgorde gecodeerd. Elk frame heeft 120 spraakmonsters (bemonsteringssnelheid van 8 kHz). Na het coderen werden de vier gecomprimeerde frames gesynthetiseerd in een gecomprimeerd spraakpakket en naar de netwerkprocessor gestuurd. De netwerkprocessor voegt een Baotou, tijdschaal en andere informatie toe aan de stem en geeft deze via het netwerk door aan het andere eindpunt.
Het spraaknetwerk brengt eenvoudigweg een fysieke verbinding tot stand tussen de communicatie-eindpunten (één lijn) en verzendt de gecodeerde signalen tussen de eindpunten. In tegenstelling tot circuitgeschakelde netwerken vormen IP-netwerken geen verbindingen. Het vereist dat gegevens in variabele lange gegevensrapporten of -pakketten worden geplaatst, vervolgens de adres- en controle-informatie naar elk datagram sturen en via het netwerk worden verzonden en doorgestuurd naar de bestemming.
3.Overdracht
In dit kanaal wordt het gehele netwerk gezien als een spraakpakket dat wordt ontvangen van de ingang en vervolgens binnen een bepaalde tijd (t) wordt verzonden naar de netwerkuitgang. De t kan over het volledige bereik variëren en weerspiegelt de jitter in de netwerktransmissie.
Hetzelfde knooppunt in het netwerk controleert de adresinformatie die bij elke IP-data hoort en gebruikt deze informatie om dat datagram door te sturen naar de volgende stop op het bestemmingspad. Een netwerkverbinding kan elke topologie of toegangsmethode zijn die IP-gegevensstromen ondersteunt.
4.Het IP-pakket - de transformatie van de gegevens
Het doel-VoIP-apparaat ontvangt deze IP-gegevens en begint met de verwerking. Het netwerkniveau biedt een buffer met variabele lengte die wordt gebruikt om de door het netwerk gegenereerde jitter te reguleren. De buffer is geschikt voor veel spraakpakketten en gebruikers kunnen de grootte van de buffer kiezen. Kleine buffers produceren minder latentie, maar reguleren geen grote jitter. Ten tweede decomprimeert de decoder het gecodeerde spraakpakket om een nieuw spraakpakket te produceren, en deze module kan ook per frame werken, precies dezelfde lengte als de decoder.
Als de framelengte 15 ms is, worden de spraakpakketten van 60 ms verdeeld in 4 frames, en vervolgens worden ze terug gedecodeerd naar een spraakgegevensstroom van 60 ms en naar de decoderingsbuffer gestuurd. Tijdens de verwerking van het datarapport wordt de adresserings- en besturingsinformatie verwijderd, de originele originele data behouden, en deze originele data worden vervolgens aan de decoder geleverd.
5. Digitale spraak is omgezet naar analoge spraak
De afspeeldrive verwijdert de stemsamples (480) uit de buffer en stuurt deze via de luidspreker naar de geluidskaart met een vooraf bepaalde frequentie (bijvoorbeeld 8 kHz). Kortom, de transmissie van spraaksignalen op het IP-netwerk verloopt via de conversie van een analoog signaal naar een digitaal signaal, het verpakken van digitale spraak in een IP-pakket, de overdracht van IP-pakketten via het netwerk, het uitpakken van IP-pakketten en het herstellen van digitale spraak naar het analoge signaal. signaal.
Ten tweede VoIP-gerelateerde technische standaarden
Voor multimediatoepassingen op bestaande communicatienetwerken heeft de International Telecommunication Union (ITU-T) het H.32x Multimedia Communication Series-protocol ontwikkeld, met de volgende hoofdstandaarden voor een eenvoudige beschrijving:
H.320, standaard voor multimediacommunicatie op het smalband videotelefoonsysteem en terminal (N-ISDN);
H.321, Standaard voor multimediacommunicatie op B-ISDN;
H.322. Standaard voor multimediacommunicatie op het LAN gegarandeerd door QoS;
H.323. Standaard voor multimediacommunicatie op een pakketgeschakeld netwerk zonder QoS-garantie;
H.324, een standaard voor multimediacommunicatie op communicatieterminals met lage bitsnelheid (PSTN en draadloos netwerk).
Van de bovenstaande standaarden, H. De 323 standaard gedefinieerde netwerken worden het meest gebruikt, zoals Ethernet, Token Network, FDDI Network, enz. vanwege H. De toepassing van de 323-standaard is natuurlijk een hotspot op de markt geworden, dus hieronder zullen we ons concentreren op H.323.H.323 In het voorstel worden vier hoofdcomponenten gedefinieerd: terminal, gateway, gatewaybeheersoftware (ook bekend als gateway of poort) en meerpuntsbesturingseenheid.
1. Terminal (terminal)
Alle terminals moeten spraakcommunicatie ondersteunen en de video- en datacommunicatiemogelijkheden zijn optioneel. Alle H. De 323-terminal moet ook de H.245-standaard ondersteunen, H.245. De standaard wordt gebruikt om het kanaalgebruik en de kanaalprestaties te regelen.H .323 De belangrijkste parameters van de spraakcodec bij spraakcommunicatie worden als volgt gespecificeerd: Door ITU aanbevolen stembandbreedte / KHz transmissiebitsnelheid / Kb/s compressie-algoritme annotatie G.711 3,4 56,64 PCM eenvoudige compressie, toegepast op de PSTN in G .728 3,4 16 LD-CELP-spraakkwaliteit als G.711, zoals toegepast op transmissie met lage bitsnelheid G.722 7 48,56,64 ADPCM-spraakkwaliteit is hoger dan G.711, toegepast op transmissie met hoge bitsnelheid G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Spraakkwaliteit is acceptabel, G.723.1 Gebruik een G voor het VOIP-forum.729G.729A 3.4 8 CS-ACELP-vertraging is lager dan G.723.1, Spraakkwaliteit is hoger dan de G.723.1。
2.Gateway (Gateway)
Dit is H. Een optie voor het 323-systeem. De gateway kan de protocollen, audio-, videocoderingsalgoritmen en besturingssignalen transformeren die door verschillende systemen worden gebruikt om de systeemterminalcommunicatie mogelijk te maken. Zoals het op PSTN gebaseerde H.324-systeem en smalband Op ISDN gebaseerde H.Het 320-systeem en de H.323 Voor systeemcommunicatie is het noodzakelijk om de gateway te configureren;
3. Douanebewaking (poortwachter)
Dit is H. Een optioneel onderdeel van het 323-systeem is de software om de beheerfunctie te voltooien. Het heeft twee hoofdfuncties: de eerste is voor het H.323-applicatiebeheer; de tweede is het beheer van de terminalcommunicatie via de gateway (zoals het tot stand brengen, verwijderen van oproepen, enz.). Managers kunnen via de douane adresconversie, bandbreedtecontrole, oproepauthenticatie, oproepopname, gebruikersregistratie, communicatiedomeinbeheer en andere functies uitvoeren Keeping.one H.323 Het communicatiedomein kan meerdere gateways hebben, maar er werkt slechts één gateway.
4. Meerpuntsbesturingseenheid (Multipoint-besturingseenheid)
De MCU maakt multi-point communicatie op een IP-netwerk mogelijk, en point-to-point communicatie is niet vereist. Het hele systeem vormt een stertopologie via de MCU. De MCU bevat twee hoofdcomponenten: multipoint-controller MC en multipoint-processor MP, of zonder MP.H tussen MC-verwerkingsterminals.245 Besturingsinformatie om een minimale publieke naamgever te bouwen voor audio- en videoverwerking.MC verwerkt geen enkele media-informatiestroom rechtstreeks, maar laat dit over aan MP. De MP mixt, schakelt en verwerkt de audio , video- of gegevensinformatie.
In de industrie zijn er twee parallelle architecturen, één is de hierboven geïntroduceerde ITU-TH.323 Protocol is het SIP-protocol (RFC2543) voorgesteld door de Internet Engineering Task Force (IETF), en het SIP-protocol is meer geschikt voor intelligente terminals.
Ten derde: de impuls voor de ontwikkeling van VoIP
Het wijdverbreide gebruik van VoIP zal snel werkelijkheid worden dankzij de vele hardware, software, gerelateerde ontwikkelingen en technologische doorbraken in het protocol en de standaarden. Technologische vooruitgang en ontwikkelingen op deze gebieden spelen een drijvende rol bij het creëren van een efficiënter, functioneler en interoperabeler VoIP-netwerk. De technische factoren die de snelle ontwikkeling en zelfs wijdverspreide toepassing van VoIP bevorderen, kunnen in de volgende aspecten worden samengevat.
1. Digitale signaalprocessor
Geavanceerde digitale signaalprocessors (Digital Signal Processor, DSP) voeren de rekenintensieve componenten uit die nodig zijn voor spraak- en data-integratie. DSP verwerkt digitale signalen voornamelijk om complexe berekeningen uit te voeren die anders misschien door een universele CPU zouden moeten worden uitgevoerd. De combinatie van hun gespecialiseerde verwerkingskracht met de lage kosten maakt de DSP zeer geschikt om de signaalverwerkingsfuncties in het VoIP-systeem uit te voeren.
Enkele spraakstream op de G.729 De computerkosten van spraakcompressie zijn doorgaans hoog en vereisen 20MIPS. Als een centrale CPU nodig is om routerings- en systeembeheerfuncties uit te voeren terwijl meerdere spraakstromen worden verwerkt, is dit onrealistisch. Daarom kan het gebruik van een of meer DSP de computertaak van het complexe stemcompressie-algoritme van de centrale CPU verwijderen. Bovendien is DSP geschikt voor detectie van spraakactiviteit en echo-onderdrukking, waardoor ze spraakgegevensstromen in realtime kunnen verwerken en snel toegang kunnen krijgen tot ingebouwd geheugen, dus. In deze sectie leggen we uit hoe u stemcodering en echo-onderdrukking kunt implementeren op het TMS320C6201DSP-platform.
Protocol en standaardsoftware en hardware H.323 Gewogen eerlijke wachtrijmethode DSP MPLS-taguitwisseling gewogen willekeurige vroege detectie geavanceerde ASIC RTP, RTCP dual funnel algemeen celsnelheidsalgoritme DWDM RSVP beoordeelde toegang snelle snelheid SONET Diffserv, CAR Cisco snel vooruitspoelen CPU-verwerkingskracht G. 729, G.729a: CS-ACELP Extended Access Table ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Token-barrel-algoritme Multilink PPP Frame Relay Datagelijkrichter SIP gebaseerd op prioriteitsintegratie van CoS Packet via SONET IP en ATM QoS / CoS
2. Geavanceerde speciale geïntegreerde schakelingen
De Application-Specific Integrated Circait (ASIC)-ontwikkeling heeft een snellere, complexere en functionelere ASIC opgeleverd. ASIC is een gespecialiseerde applicatiechip die een enkele applicatie of een klein aantal functies uitvoert. Omdat ze zich richten op zeer beperkte applicatiedoelen, ze kunnen in hoge mate worden geoptimaliseerd voor specifieke functies, meestal met een dual-purpose CPU die een of meerdere ordes van grootte sneller is.
Net zoals de Thin Instruction Set Computer (RSIC)-chip zich richt op snelle uitvoering van limietgetallen, is de ASIC voorgeprogrammeerd om een eindig aantal functies sneller uit te voeren. Zodra de ontwikkeling is voltooid, zijn de kosten van ASIC-massaproductie laag en wordt deze gebruikt voor netwerkapparaten inclusiefroutersen schakelaars, die functies uitvoeren zoals het controleren van routeringstabellen, het doorsturen van groepen, het sorteren en controleren van groepen, en wachtrijen. Het gebruik van ASIC geeft het apparaat hogere prestaties en minder kosten. Ze bieden meer breedband en betere QoS-ondersteuning voor het netwerk, dus ze spelen een grote rol spelen bij het bevorderen van de ontwikkeling van VoIP.
3.IP-transmissietechnologie
De meeste transmissie-telecomnetwerken maken gebruik van tijdverdeelde multiplexing, terwijl het internet statistisch hergebruik en lange pakketuitwisseling moet toepassen. Vergeleken hiermee heeft laatstgenoemde een hoge benuttingsgraad van netwerkbronnen, eenvoudige en effectieve interconnectie en zeer toepasbaar op datadiensten, wat een van de belangrijke redenen is voor de snelle ontwikkeling van internet. Breedband IP-netwerkcommunicatie vereist echter QoS en vertragingskarakteristieken Daarom heeft de ontwikkeling van statistische multiplexing-pakketuitwisseling aanleiding gegeven tot bezorgdheid. Momenteel heeft de World Internet Engineering Task Group (IETF), naast de nieuwe generatie IP-protocol-IPV6, de multi-protocol tag-uitwisselingstechnologie (MPLS) voorgesteld. is een soort netwerklaagselectie op basis van verschillende tag- / labeluitwisseling, kan de flexibiliteit van wegselectie verbeteren, de selectiecapaciteit van netwerklagen uitbreiden, derouteren kanaaluitwisselingsintegratie, verbetering van de netwerkprestaties. MPLS kan werken als een onafhankelijk routeringsprotocol en compatibel zijn met het bestaande netwerkrouteringsprotocol, ondersteunt verschillende bedienings-, beheer- en onderhoudsfuncties van het IP-netwerk, maakt de QoS, routering en signaleringsprestaties aanzienlijk verbeterd, om het niveau van statistisch hergebruik van pakketuitwisseling met vaste lengte (ATM) te bereiken of dichtbij te brengen, en eenvoudiger, efficiënter, goedkoper en toepasbaar dan ATM.
IETF maakt ook lokaal gebruik van de nieuwe groeperingstechnologie om QoS-wegselectie te bereiken. De “tunneltechnologie” wordt bestudeerd om breedbandtransmissie van eenrichtingsverbindingen te realiseren. Bovendien is de manier waarop het IP-netwerktransmissieplatform moet worden gekozen ook een belangrijk onderzoeksgebied van de afgelopen jaren, en achtereenvolgens zijn IP over ATM, IP over SDH, IP over DWDM en andere technologieën verschenen.
De IP-laag biedt IP-gebruikers hoogwaardige IP-toegangsdiensten met bepaalde servicegaranties. De gebruikerslaag biedt de toegangsvorm (IP-toegang en breedbandtoegang) en de vorm van de service-inhoud. In de basislaag, Ethernet, als de fysieke laag van het IP-netwerk is vanzelfsprekend, maar IP overDWDM beschikt over de nieuwste technologie en heeft een groot ontwikkelingspotentieel.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) blaast glasvezelnetwerken nieuw leven in en biedt verbazingwekkende bandbreedte in telecombedrijven die een nieuwe glasvezelbackbone aanleggen. DWDM-technologie maakt gebruik van de mogelijkheden van optische vezels en geavanceerde optische transmissieapparatuur. De naam golfverdelingsmultiplexing is afgeleid voor het verzenden van meerdere golflengten van licht (LASER) uit een enkele stroom optische vezels. De huidige systemen kunnen 16 golflengten verzenden en herkennen, terwijl toekomstige systemen 40 tot 96 volledige golflengten kunnen ondersteunen. Dit is belangrijk omdat elke extra golflengte een extra informatiestroom toevoegt. U kunt breid daarom het 2,6 Gbit/s (OC-48) netwerk 16 keer uit zonder dat er nieuwe vezels moeten worden aangelegd.
De meeste nieuwe glasvezelnetwerken draaien op OC-192 (9,6 Gbit/s) en genereren een capaciteit van meer dan 150 Gbit/s op een paar vezels in combinatie met DWDM. Bovendien biedt DWDM interfaceprotocol- en snelheidsonafhankelijke functies, en ondersteunt het zowel ATM , SDH- en Gigabit Ethernet-signaaloverdracht op één enkele vezel, die compatibel kan zijn met de bestaande netwerken, zodat DWDM bestaande activa kan beschermen, maar ook ISP- en telecombedrijven kan voorzien van een sterkere backbone, en breedband goedkoper en toegankelijker kan maken, wat sterke ondersteuning voor de bandbreedtevereisten van VoIP-oplossingen.
De verhoogde transmissiesnelheid kan niet alleen zorgen voor een grovere pijplijn met minder kans op blokkering, maar ook de vertraging aanzienlijk verminderen, en kan zo de QoS-vereisten op IP-netwerken aanzienlijk verminderen.
4. Breedbandtoegangstechnologie
Gebruikerstoegang tot het IP-netwerk is een knelpunt geworden dat de ontwikkeling van het hele netwerk beperkt. Op de lange termijn is het uiteindelijke doel van gebruikerstoegang fiber-to-home (FTTH). In grote lijnen omvat het optische toegangsnetwerk een optisch digitaal lusdragersysteem en een passief optisch netwerk. De eerste bevindt zich voornamelijk in de Verenigde Staten, gecombineerd met open mond V5.1/V5.2, die het geïntegreerde systeem via optische vezels verzendt, wat een grote vitaliteit laat zien.
Dit laatste is vooral in bestelling en in Duitsland. Al meer dan tien jaar heeft Japan een reeks maatregelen genomen om de kosten van een passief optisch netwerk terug te brengen tot een niveau dat vergelijkbaar is met dat van koperkabels en metalen twisted pairs, en heeft het gebruik ervan gemaakt. de afgelopen jaren heeft ITU het ATM-gebaseerde passieve optische netwerk (APON) voorgesteld, dat de voordelen van ATM en een passief optisch netwerk aanvult. De toegangssnelheid kan 622 M bit/s bereiken, wat zeer gunstig is voor de ontwikkeling van breedband IP-multimediadiensten, en het uitvalpercentage en het aantal knooppunten kan verminderen en de dekking kan uitbreiden. Momenteel heeft ITU het standaardisatiewerk voltooid Fabrikanten ontwikkelen zich actief, er zullen goederen op de markt komen en zullen de belangrijkste ontwikkelingsrichting van breedbandtoegangstechnologie voor de 21e eeuw worden.
Momenteel zijn de belangrijkste toegangstechnologieën: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 en Ethernet en draadloze breedbandtoegangssysteemkolommen, enz. Deze toegangstechnologieën hebben hun eigen kenmerken, waaronder de snelst ontwikkelende ADSL en CM; CM (Kabelmodem) maakt gebruik van coaxkabel, hoge transmissiesnelheid, sterk anti-interferentievermogen; maar geen tweerichtingstransmissie, geen uniforme standaard. ADSL (Asymmetrische Digitale Loop) biedt exclusieve toegang tot breedband, maakt volledig gebruik van het bestaande telefoonnetwerk en biedt een asymmetrische transmissiesnelheid. De downloadsnelheid aan de gebruikerszijde kan oplopen tot 8 Mbit/s, en de uploadsnelheid aan de gebruikerszijde kan oplopen tot 1M bit/s.ADSL biedt de noodzakelijke breedband voor bedrijven en alle gebruikers, en verlaagt de kosten aanzienlijk.Het gebruik van goedkopere ADSL regionale circuits hebben bedrijven nu met hogere snelheden toegang tot internet en op internet gebaseerde VPN, waardoor een hogere VoIP-gesprekscapaciteit mogelijk is.
5. Technologie voor centrale verwerkingseenheden
Centrale verwerkingseenheden (CPU) blijven evolueren in functie, kracht en snelheid. Dit maakt wijdverspreide toepassing van multimedia-pc's mogelijk en verbetert de prestaties van systeemfuncties die beperkt worden door CPU-vermogen. Er werd lang gewacht op het vermogen van de pc om audio- en videogegevens te verwerken. door gebruikers, dus het afleveren van spraakoproepen op datanetwerken is uiteraard het volgende doel. Deze computerfunctie maakt zowel geavanceerde multimedia-desktoptoepassingen mogelijk als geavanceerde functies in netwerkcomponenten ter ondersteuning van spraaktoepassingen.