Tradycyjna sieć telefoniczna to komunikacja głosowa, wymagana transmisja szerokopasmowa o szybkości 64 kbit/s. Tak zwany VoIP to sieć wymiany pakietów IP jako platforma transmisyjna, symulowana kompresja sygnału głosowego, pakowanie i seria specjalnego przetwarzania, dzięki czemu może wykorzystywać do transmisji niepołączony protokół UDP.
Do przesyłania sygnałów głosowych w sieci IP wymaganych jest kilka elementów i funkcji. Najprostsza forma sieci składa się z dwóch lub więcej urządzeń obsługujących technologię VoIP, połączonych za pośrednictwem sieci IP.
1. Transformacja danych głosowych
Sygnał głosowy ma kształt fali analogowej, poprzez IP do przesyłania głosu, niezależnie od tego, czy chodzi o aplikacje w czasie rzeczywistym, czy o aplikacje w czasie rzeczywistym, najpierw do konwersji danych analogowych sygnału głosowego, a mianowicie kwantyfikacji analogowego sygnału głosowego 8 lub 6, a następnie wysyłany do pamięci buforowej , rozmiar bufora można wybrać zgodnie z wymaganiami opóźnienia i kodowania. Wiele koderów o niskiej przepływności jest kodowanych w ramkach.
Typowa długość ramki waha się od 10 do 30 ms. Biorąc pod uwagę koszty transmisji, pakiety międzyjęzykowe zwykle składają się z 60, 120 lub 240 ms danych mowy. Cyfryzację można wdrożyć przy użyciu różnych schematów kodowania głosu, a obecne standardy kodowania głosu to głównie ITU-T G.711. Koder głosu w miejscu docelowym źródłowym musi implementować ten sam algorytm, aby urządzenie mowy w miejscu docelowym mogło przywrócić analogowy sygnał mowy.
2.Oryginalna konwersja danych na IP
Po cyfrowym zakodowaniu sygnału mowy następnym krokiem jest kompresja zakodowania pakietu mowy o określonej długości ramki. Większość koderów ma określoną długość ramki. Jeśli koder wykorzystuje ramki 15 ms, pakiet 60 ms jest w pierwszej kolejności dzielony na cztery ramki i kodowany sekwencyjnie. Każda ramka zawiera 120 próbek mowy (częstotliwość próbkowania 8 kHz). Po zakodowaniu cztery skompresowane ramki zostały zsyntetyzowane w skompresowany pakiet mowy i przesłane do procesora sieciowego. Procesor sieciowy dodaje do głosu Baotou, skalę czasu i inne informacje i przekazuje je do drugiego punktu końcowego za pośrednictwem sieci.
Sieć głosowa po prostu ustanawia fizyczne połączenie pomiędzy punktami końcowymi komunikacji (jedna linia) i przesyła zakodowane sygnały pomiędzy punktami końcowymi. W przeciwieństwie do sieci z przełączaniem obwodów, sieci IP nie tworzą połączeń. Wymaga umieszczenia danych w raportach lub pakietach o zmiennej długości danych, następnie adresowaniu i kontrolowaniu informacji dla każdego datagramu oraz wysyłaniu przez sieć i przekazywaniu do miejsca docelowego.
3.Przeniesienie
W tym kanale cała sieć jest postrzegana jako pakiet głosowy odebrany z wejścia, a następnie w określonym czasie (t) przesłany na wyjście sieci. Wartość t może zmieniać się w pełnym zakresie, odzwierciedlając jitter w transmisji sieciowej.
Ten sam węzeł w sieci sprawdza informacje adresowe powiązane z każdymi danymi IP i wykorzystuje te informacje do przekazania datagramu do następnego przystanku na ścieżce docelowej. Łącze sieciowe może mieć dowolną topologię lub metodę dostępu obsługującą strumienie danych IP.
4.Pakiet IP - -transformacja danych
Docelowe urządzenie VoIP odbiera te dane IP i rozpoczyna przetwarzanie. Poziom sieci zapewnia bufor o zmiennej długości, używany do regulacji fluktuacji generowanej przez sieć. Bufor może pomieścić wiele pakietów głosowych, a użytkownicy mogą wybrać rozmiar bufora. Małe bufory wytwarzają mniejsze opóźnienia, ale nie regulują dużego jittera. Po drugie, dekoder dekompresuje zakodowany pakiet mowy w celu wytworzenia nowego pakietu mowy, a moduł ten może również działać w oparciu o ramki o dokładnie tej samej długości co dekoder.
Jeśli długość ramki wynosi 15 ms, pakiety głosowe o długości 60 ms są dzielone na 4 ramki, a następnie są dekodowane z powrotem do strumienia danych głosowych o długości 60 ms i wysyłane do bufora dekodowania. Podczas przetwarzania raportu danych informacje adresowe i sterujące są usuwane, zachowywane są oryginalne dane, które następnie są przekazywane do dekodera.
5. Mowa cyfrowa została przekonwertowana na mowę analogową
Napęd odtwarzania usuwa próbki głosu (480) z bufora i wysyła je do karty dźwiękowej przez głośnik z określoną częstotliwością (np. 8 kHz). W skrócie transmisja sygnałów głosowych w sieci IP odbywa się poprzez konwersję sygnału analogowego na sygnał cyfrowy, pakowanie głosu cyfrowego do pakietu IP, transmisję pakietu IP przez sieć, rozpakowywanie pakietu IP i przywrócenie głosu cyfrowego do postaci analogowej. sygnał.
Po drugie, standardy techniczne związane z VoIP
Do zastosowań multimedialnych w istniejących sieciach komunikacyjnych Międzynarodowy Związek Telekomunikacyjny (ITU-T) opracował protokół serii komunikacji multimedialnej H.32x, obejmujący następujące główne standardy w celu prostego opisu:
H.320, Standard komunikacji multimedialnej w wąskopasmowym systemie wideotelefonu i terminalu (N-ISDN);
H.321, Standard komunikacji multimedialnej w sieci B-ISDN;
H.322. Standard komunikacji multimedialnej w sieci LAN gwarantowany przez QoS;
H.323. Standard komunikacji multimedialnej w sieci z komutacją pakietów bez gwarancji QoS;
H.324, standard komunikacji multimedialnej na terminalach komunikacyjnych o niskiej przepływności (PSTN i sieć bezprzewodowa).
Wśród powyższych standardów najczęściej stosowane są sieci zdefiniowane w standardzie H. 323, takie jak Ethernet, sieć tokenów, sieć FDDI itp. ze względu na H. Zastosowanie standardu 323 w naturalny sposób stało się gorącym punktem na rynku, dlatego poniżej skupimy się na H.323. H.323 We wniosku zdefiniowano cztery główne komponenty: terminal, bramkę, oprogramowanie do zarządzania bramą (znane również jako bramka lub bramka) oraz wielopunktowa jednostka sterująca.
1.Terminal (Terminal)
Wszystkie terminale muszą obsługiwać komunikację głosową, a możliwości transmisji wideo i danych są opcjonalne. Wszystkie H. Terminal 323 musi także obsługiwać standard H.245, H.245. Standard służy do kontrolowania wykorzystania kanału i wydajności kanału.H .323 Główne parametry kodeka mowy w komunikacji głosowej są określone w następujący sposób: zalecana przez ITU szerokość pasma głosu / przepływność transmisji w kHz / algorytm kompresji Kb/s adnotacja G.711 3.4 56,64 Kompresja prosta PCM stosowana w sieci PSTN w G .728 3,4 16 Jakość głosu LD-CELP jak G.711, w zastosowaniu do transmisji o małej przepływności G.722 7 48,56,64 Jakość głosu ADPCM jest wyższa niż w G.711, w zastosowaniu do transmisji o dużej przepływności G. .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Jakość głosu jest akceptowalna, G.723.1 Zastosuj G dla forum VOIP.729G.729A 3.4 8 Opóźnienie CS-ACELP jest niższe niż G.723.1, Jakość głosu jest wyższa niż G.723.1.
2. Brama (brama)
Jest to opcja H. Opcja dla systemu 323. Bramka może przekształcać protokoły, algorytmy kodowania audio i wideo oraz sygnały sterujące używane przez różne systemy, aby dostosować się do komunikacji terminala systemowego. Takie jak system H.324 oparty na PSTN i wąskopasmowy oparty na ISDN H.The 320 System i H.323. Do komunikacji systemowej konieczna jest konfiguracja bramy;
3. Odprawa celna (Odźwierny)
To jest H. Opcjonalnym elementem systemu 323 jest oprogramowanie uzupełniające funkcję zarządzania. Posiada dwie główne funkcje: pierwsza dotyczy zarządzania aplikacją H.323; drugi to zarządzanie komunikacją terminalową przez bramkę (np. ustanawianie, usuwanie połączeń itp.). Menedżerowie mogą wykonywać konwersję adresów, kontrolę przepustowości, uwierzytelnianie połączeń, nagrywanie rozmów, rejestrację użytkowników, zarządzanie domenami komunikacyjnymi i inne funkcje za pośrednictwem organów celnych keep.one H.323 Domena komunikacyjna może mieć wiele bramek, ale działa tylko jedna bramka.
4.Wielopunktowa jednostka sterująca (Wielopunktowa jednostka sterująca)
Jednostka MCU umożliwia komunikację wielopunktową w sieci IP i nie jest wymagana komunikacja punkt-punkt. Cały system tworzy topologię gwiazdy za pośrednictwem jednostki MCU. Jednostka MCU składa się z dwóch głównych komponentów: sterownika wielopunktowego MC i procesora wielopunktowego MP lub bez MP.H między terminalami przetwarzającymi MC.245 Informacje sterujące w celu zbudowania minimalnej publicznej nazwy dla przetwarzania audio i wideo.MC nie przetwarza bezpośrednio żadnego strumienia informacji o multimediach, ale pozostawia je MP. MP miksuje, przełącza i przetwarza dźwięk , wideo lub dane.
W branży istnieją dwie równoległe architektury, jedna to przedstawiona powyżej ITU-TH. Protokół 323 to protokół SIP (RFC2543) zaproponowany przez Internet Engineering Task Force (IETF), a protokół SIP jest bardziej odpowiedni dla inteligentnych terminali.
Po trzecie, impuls do rozwoju VoIP
Powszechne wykorzystanie VoIP szybko stanie się rzeczywistością dzięki wielu zmianom sprzętu, oprogramowania, powiązanym z nimi zmianom oraz przełomom technologicznym w protokole i standardach. Postęp technologiczny i rozwój w tych dziedzinach odgrywają kluczową rolę w tworzeniu bardziej wydajnej, funkcjonalnej i interoperacyjnej sieci VoIP. Czynniki techniczne sprzyjające szybkiemu rozwojowi, a nawet powszechnemu zastosowaniu VoIP można podsumować w następujących aspektach.
1. Cyfrowy procesor sygnałowy
Zaawansowane cyfrowe procesory sygnałowe (Digital Signal Processor, DSP) wykonują komponenty wymagające intensywnych obliczeń wymagane do integracji głosu i danych. DSP przetwarza sygnały cyfrowe przede wszystkim w celu wykonywania złożonych obliczeń, które w przeciwnym razie musiałyby być wykonywane przez uniwersalny procesor. Połączenie ich wyspecjalizowanych procesorów moc obliczeniowa przy niskim koszcie sprawia, że procesor DSP doskonale nadaje się do realizacji funkcji przetwarzania sygnału w systemie VoIP.
Pojedynczy strumień głosu w G.729 Koszt obliczeniowy kompresji głosu jest zwykle duży i wymaga 20MIPS. Jeśli do wykonywania funkcji routingu i zarządzania systemem podczas przetwarzania wielu strumieni głosu wymagany jest centralny procesor, jest to nierealne. Dlatego użycie jednego lub więcej procesorów DSP może odinstalować zadanie obliczeniowe złożonego algorytmu kompresji głosu z centralnego procesora. Ponadto procesor DSP nadaje się do wykrywania aktywności głosowej i eliminacji echa, umożliwiając przetwarzanie strumieni danych głosowych w czasie rzeczywistym i szybki dostęp wbudowana pamięć, tzw. W tej sekcji szczegółowo opisujemy, jak wdrożyć kodowanie głosu i eliminację echa na platformie TMS320C6201DSP.
Protokół i standardowe oprogramowanie i sprzęt H.323 Metoda ważonego sprawiedliwego kolejkowania DSP MPLS wymiana znaczników ważona losowa wczesna detekcja zaawansowany ASIC RTP, RTCP podwójny lejek ogólny algorytm szybkości komórki DWDM RSVP dostęp oceniany szybka szybkość SONET Diffserv, CAR szybkie przekazywanie Cisco moc obliczeniowa procesora G. 729, G.729a: Tabela rozszerzonego dostępu CS-ACELP ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Algorytm beczki tokenu Multilink PPP Frame Relay Prostownik danych SIP oparty na priorytetowej integracji pakietu CoS przez SONET IP i ATM QoS/CoS
2.Zaawansowane dedykowane układy scalone
W wyniku rozwoju układu scalonego specyficznego dla aplikacji (ASIC) powstał szybszy, bardziej złożony i bardziej funkcjonalny układ ASIC. ASIC to wyspecjalizowany układ aplikacyjny, który wykonuje pojedynczą aplikację lub niewielki zestaw funkcji. Ponieważ skupiają się na bardzo wąskich celach aplikacyjnych, można je wysoce zoptymalizować pod kątem określonych funkcji, zwykle z dwufunkcyjnym procesorem o jeden lub kilka rzędów wielkości szybszym.
Tak jak układ Thin Order Set Computer (RSIC) skupia się na szybkim wykonywaniu liczb granicznych, tak układ ASIC jest zaprogramowany do szybszego wykonywania skończonej liczby funkcji. Po zakończeniu prac rozwojowych koszt masowej produkcji ASIC jest niski i jest on używany dla urządzeń sieciowych, w tymrouteryi przełączniki, realizując takie funkcje, jak sprawdzanie tablicy routingu, przekazywanie grup, sortowanie i sprawdzanie grup oraz tworzenie kolejek. Zastosowanie układu ASIC zapewnia urządzeniu wyższą wydajność i niższe koszty. Zapewniają zwiększone łącze szerokopasmowe i lepszą obsługę QoS dla sieci, więc odtwarzają ogromną rolę w promowaniu rozwoju VoIP.
3.Technologia transmisji IP
Większość transmisyjnych sieci telekomunikacyjnych wykorzystuje multipleksowanie z podziałem czasu, podczas gdy Internet musi przyjmować statystyczne ponowne wykorzystanie i wymianę długich pakietów. W porównaniu, ten ostatni charakteryzuje się wysokim stopniem wykorzystania zasobów sieciowych, prostym i skutecznym połączeniem wzajemnym oraz bardzo przydatnym w przypadku usług transmisji danych, co jest jednym z ważnych powodów szybkiego rozwoju Internetu. Jednak szerokopasmowa komunikacja w sieci IP wymaga charakterystyki QoS i opóźnienia , więc rozwój wymiany pakietów z multipleksacją statystyczną przyciągnął zainteresowane. Obecnie, oprócz nowej generacji protokołu IP-IPV6, światowa grupa zadaniowa ds. Inżynierii Internetu (IETF) zaproponowała technologię wieloprotokołowej wymiany znaczników (MPLS), to jest rodzajem wyboru warstwy sieci opartej na wymianie różnych znaczników/etykiet, może poprawić elastyczność wyboru dróg, rozszerzyć możliwości wyboru warstwy sieci, uprościćrouterai integrację wymiany kanałów, poprawiają wydajność sieci. MPLS może działać jako niezależny protokół routingu i być kompatybilny z istniejącym protokołem routingu sieci, wspierać różne funkcje operacyjne, zarządzania i konserwacji sieci IP, znacznie poprawiać QoS, routing i sygnalizację, osiągnąć lub zbliżyć się do poziomu statystycznego ponownego wykorzystania wymiany pakietów o stałej długości (ATM) oraz jest prosty, wydajny, tani i ma zastosowanie niż ATM.
IETF lokalnie wykorzystuje także nową technologię grupowania, aby zapewnić wybór dróg QoS. Badane są „technologie tunelowe”, aby zapewnić szerokopasmową transmisję łączy jednokierunkowych. Ponadto wybór platformy transmisji w sieci IP jest również kwestią ważnym obszarem badań w ostatnich latach, a sukcesywnie pojawiały się technologie IP over ATM, IP over SDH, IP over DWDM i inne.
Warstwa IP zapewnia użytkownikom IP wysokiej jakości usługi dostępu IP z określonymi gwarancjami usług. Warstwa użytkownika zapewnia formę dostępu (dostęp IP i dostęp szerokopasmowy) oraz formę treści usługi. W warstwie podstawowej Ethernet, jako warstwa fizyczna sieć IP jest oczywistością, jednak IP overDWDM dysponuje najnowocześniejszą technologią i ogromnym potencjałem rozwoju.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) tchnie nowe życie w sieci światłowodowe i zapewnia niesamowitą przepustowość firmom telekomunikacyjnym układającym nowy szkielet światłowodowy. Technologia DWDM wykorzystuje możliwości włókien optycznych i zaawansowanego sprzętu do transmisji optycznej. Nazwa multipleksowania z podziałem fal pochodzi od przesyłania wielu długości fal światła (LASER) z pojedynczego strumienia światłowodu. Obecne systemy mogą wysyłać i rozpoznawać 16 długości fal, podczas gdy przyszłe systemy będą mogły obsługiwać od 40 do 96 pełnych długości fal. Jest to istotne, ponieważ każda dodatkowa długość fali dodaje dodatkowy przepływ informacji. Możesz dlatego 16-krotnie rozbuduj sieć 2,6 Gbit/s (OC-48) bez konieczności układania nowych włókien.
Większość nowych sieci światłowodowych obsługuje OC-192 z szybkością (9,6 Gbit/s), generując przepustowość ponad 150 Gbit/s na parze włókien w połączeniu z DWDM. Ponadto DWDM zapewnia protokół interfejsu i funkcje niezależne od prędkości, a także obsługuje zarówno ATM , transmisja sygnału SDH i Gigabit Ethernet w jednym włóknie, które może być kompatybilne z istniejącymi sieciami, dzięki czemu DWDM może chronić istniejące zasoby, ale także zapewnić dostawcom usług internetowych i firmom telekomunikacyjnym silniejszy szkielet oraz sprawić, że łącza szerokopasmowe będą tańsze i bardziej dostępne, co zapewnia silne wsparcie dla wymagań przepustowości rozwiązań VoIP.
Zwiększona szybkość transmisji może nie tylko zapewnić grubszy potok z mniejszą szansą na zablokowanie, ale także znacznie zmniejszyć opóźnienie, a tym samym może znacznie zmniejszyć wymagania QoS w sieciach IP.
4. Technologia dostępu szerokopasmowego
Dostęp użytkownika do sieci IP stał się wąskim gardłem ograniczającym rozwój całej sieci. W dłuższej perspektywie ostatecznym celem dostępu użytkownika jest światłowód do domu (FTTH). Ogólnie rzecz biorąc, optyczna sieć dostępowa obejmuje optyczny system nośny pętli cyfrowej i pasywna sieć optyczna. Ta pierwsza znajduje się głównie w Stanach Zjednoczonych, w połączeniu z otwartymi ustami V5.1/V5.2, przesyłając swój zintegrowany system po światłowodzie, wykazując dużą żywotność.
Ten ostatni występuje głównie w kolejności i w Niemczech. Od ponad dekady Japonia podjęła szereg działań mających na celu obniżenie kosztów pasywnych sieci optycznych do poziomu zbliżonego do kabli miedzianych i metalowej skrętki i wykorzystała je. Szczególnie w ostatnich latach ITU zaproponowało pasywną sieć optyczną opartą na ATM (APON), która uzupełnia zalety ATM i pasywnej sieci optycznej. Szybkość dostępu może osiągnąć 622 Mbit/s, co jest bardzo korzystne dla rozwoju szerokopasmowych usług multimedialnych IP, może zmniejszyć awaryjność i liczbę węzłów oraz zwiększyć zasięg. Obecnie ITU zakończyło prace normalizacyjne , producenci aktywnie się rozwijają, na rynku pojawią się towary, staną się głównym kierunkiem rozwoju technologii dostępu szerokopasmowego XXI wieku.
Obecnie głównymi technologiami dostępowymi są: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 oraz Ethernet i kolumna szerokopasmowego systemu dostępu bezprzewodowego itp. Te technologie dostępu mają swoją własną charakterystykę, w tym najszybciej rozwijający się ADSL i CM; CM (Modem kablowy) wykorzystuje kabel koncentryczny, wysoką szybkość transmisji, silne właściwości przeciwzakłóceniowe; ale nie transmisja dwukierunkowa, brak jednolitego standardu. ADSL (Asmetric Digital Loop) zapewnia wyłączny dostęp do łączy szerokopasmowych, w pełni wykorzystując istniejącą sieć telefoniczną i zapewniając asymetryczną szybkość transmisji. Szybkość pobierania po stronie użytkownika może osiągnąć 8 Mbit/s, a prędkość wysyłania po stronie użytkownika może osiągnąć 1 Mbit/s. ADSL zapewnia niezbędne łącze szerokopasmowe dla firm i wszystkich użytkowników oraz znacznie zmniejsza koszty. Korzystanie z tańszego ADSL regionalnych, firmy uzyskują obecnie dostęp do Internetu i opartej na Internecie sieci VPN z większą szybkością, co pozwala na większą przepustowość połączeń VoIP.
5.Technologia jednostki centralnej
Jednostki centralne (CPU) stale ewoluują pod względem funkcji, mocy i szybkości. Umożliwia to szerokie zastosowanie multimedialnych komputerów PC i poprawia wydajność funkcji systemowych ograniczonych mocą procesora. Zdolność komputera PC do przetwarzania strumieniowych danych audio i wideo była od dawna oczekiwana przez użytkowników, dlatego kolejnym celem jest oczywiście realizowanie połączeń głosowych w sieciach transmisji danych. Ta funkcja obliczeniowa umożliwia zarówno zaawansowane multimedialne aplikacje komputerowe, jak i zaawansowane funkcje komponentów sieciowych obsługujące aplikacje głosowe.