A rede telefônica tradicional é uma troca de voz por circuito, a banda larga de transmissão necessária de 64kbit/s. O chamado VoIP é a rede de troca de pacotes IP como plataforma de transmissão, a compressão simulada do sinal de voz, empacotamento e uma série de processamentos especiais, para que possa utilizar o protocolo UDP desconectado para transmissão.
Vários elementos e funções são necessários para transmitir sinais de voz em uma rede IP. A forma mais simples de rede consiste em dois ou mais dispositivos com recursos VoIP conectados por meio de uma rede IP.
1. Transformação de dados de voz
O sinal de voz é uma forma de onda analógica, através de IP para transmitir voz, seja um negócio de aplicação em tempo real ou um negócio de aplicação em tempo real, primeiro para a conversão de dados analógicos do sinal de voz, ou seja, a quantificação do sinal de voz analógico 8 ou 6, e depois enviado para o armazenamento buffer , o tamanho do buffer pode ser selecionado de acordo com os requisitos de atraso e codificação. Muitos codificadores de baixa taxa de bits são codificados em quadros.
O comprimento típico do quadro variou de 10 a 30 ms. Considerando os custos durante a transmissão, os pacotes interlinguais geralmente consistem em 60, 120 ou 240 ms de dados de fala. A digitalização pode ser implementada usando vários esquemas de codificação de voz, e os padrões atuais de codificação de voz são principalmente ITU-T G.711. O codificador de voz no destino de origem deve implementar o mesmo algoritmo para que o dispositivo de fala no destino possa restaurar o sinal de fala analógico.
2. Conversão original de dados para IP
Uma vez que o sinal de voz é codificado digitalmente, o próximo passo é compactar e codificar o pacote de voz com um comprimento de quadro específico. A maioria dos codificadores possui um comprimento de quadro específico. Se um codificador usa quadros de 15ms, o pacote de 60ms do primeiro lugar é dividido em quatro quadros e codificado em sequência. Cada quadro possui 120 amostras de fala (taxa de amostragem de 8kHz). Após a codificação, os quatro quadros compactados foram sintetizados em um pacote de fala compactado e enviados ao processador da rede. O processador de rede adiciona um Baotou, escala de tempo e outras informações à voz e as passa para o outro terminal através da rede.
A rede de voz simplesmente estabelece uma conexão física entre os terminais de comunicação (uma linha) e transmite os sinais codificados entre os terminais. Ao contrário das redes de comutação de circuitos, as redes IP não formam conexões. Requer que os dados sejam colocados em relatórios ou pacotes de dados longos e variáveis, depois endereçam e controlam as informações para cada datagrama e as enviam pela rede, encaminhadas ao destino.
3.Transferência
Neste canal, toda a rede é vista como um pacote de voz recebido da entrada e depois transmitido para a saída da rede dentro de um determinado tempo (t). O t pode variar em uma faixa completa, refletindo o jitter na transmissão da rede.
O mesmo nó na rede verifica as informações de endereçamento associadas a cada dado IP e usa essas informações para encaminhar esse datagrama para a próxima parada no caminho de destino. Um link de rede pode ser qualquer topologia ou método de acesso que suporte fluxos de dados IP.
4.O pacote IP - a transformação dos dados
O dispositivo VoIP de destino recebe esses dados IP e inicia o processamento. O nível da rede fornece um buffer de comprimento variável usado para regular o jitter gerado pela rede. O buffer pode acomodar muitos pacotes de voz e os usuários podem escolher o tamanho do buffer. Buffers pequenos produzem menos latência, mas não regulam jitter grande. Em segundo lugar, o decodificador descompacta o pacote de voz codificado para produzir um novo pacote de voz, e este módulo também pode operar por quadro, exatamente com o mesmo comprimento do decodificador.
Se o comprimento do quadro for 15 ms, os pacotes de voz de 60 ms serão divididos em 4 quadros e, em seguida, serão decodificados de volta para um fluxo de dados de voz de 60 ms e enviados para o buffer de decodificação. Durante o processamento do relatório de dados, as informações de endereçamento e controle são removidas, os dados originais originais são retidos e esses dados originais são então fornecidos ao decodificador.
5. A fala digital foi convertida em fala analógica
O drive de reprodução remove as amostras de voz (480) do buffer e as envia para a placa de som através do alto-falante em uma frequência predeterminada (por exemplo, 8kHz). Em suma, a transmissão de sinais de voz na rede IP passa pela conversão do sinal analógico em sinal digital, empacotamento da voz digital em pacote IP, transmissão do pacote IP pela rede, desempacotamento do pacote IP e restauração da voz digital para analógica. sinal.
Em segundo lugar, padrões técnicos relacionados ao VoIP
Para aplicações multimídia em redes de comunicação existentes, a União Internacional de Telecomunicações (ITU-T) desenvolveu o protocolo da série de comunicação multimídia H.32x, os seguintes padrões principais para uma descrição simples:
H.320, Padrão para comunicação multimídia no sistema e terminal de videotelefonia de banda estreita (N-ISDN);
H.321, Padrão para comunicação multimídia em B-ISDN;
H.322. Padrão para comunicação multimídia na LAN garantida por QoS;
H.323. Padrão para comunicação multimídia em rede de comutação de pacotes sem garantia de QoS;
H.324, um padrão para comunicação multimídia em terminais de comunicação de baixa taxa de bits (PSTN e rede sem fio).
Entre os padrões acima, H. As redes definidas pelo padrão 323 são as mais amplamente utilizadas, como Ethernet, Token Network, Rede FDDI, etc. por causa de H. A aplicação do padrão 323 tornou-se naturalmente um ponto quente no mercado, portanto, a seguir nos concentraremos em H.323。H.323 Quatro componentes principais são definidos na proposta: terminal, gateway, software de gerenciamento de gateway (também conhecido como gateway ou portão) e unidade de controle multiponto.
1.Terminal (Terminal)
Todos os terminais devem suportar comunicação de voz, e os recursos de comunicação de vídeo e dados são opcionais.todos H.O terminal 323 também deve suportar o padrão H.245, H.245 O padrão é usado para controlar o uso do canal e o desempenho do canal.H .323 Os principais parâmetros do codec de voz na comunicação de voz são especificados a seguir: Largura de banda de voz recomendada pela ITU / Taxa de bits de transmissão de KHz / Anotação do algoritmo de compressão de Kb/s G.711 3.4 56,64 Compressão simples PCM, aplicada ao PSTN em G. 0,728 3,4 16 Qualidade de voz LD-CELP como G.711, aplicada à transmissão de baixa taxa de bits G.722 7 48,56,64 A qualidade de voz ADPCM é superior a G.711, aplicada à transmissão de alta taxa de bits G. .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ A qualidade da voz é aceitável, G.723.1 Adote um G para o fórum VOIP.729G.729A 3.4 8 O atraso do CS-ACELP é inferior ao G.723.1, a qualidade da voz é superior ao G.723.1。
2.Gateway (Gateway)
Esta é uma opção H.Uma para o sistema 323. O gateway pode transformar os protocolos, algoritmos de codificação de áudio, vídeo e sinais de controle usados por diferentes sistemas para acomodar a comunicação do terminal do sistema. Sistema H.The 320 baseado em ISDN e H.323 Para comunicação do sistema é necessário configurar o gateway;
3. Manutenção alfandegária (Gatekeeper)
Este é H.Um componente opcional do sistema 323 é o software para completar a função de gerenciamento.Ele tem duas funções principais: a primeira é o gerenciamento de aplicativos H.323; o segundo é o gerenciamento da comunicação do terminal através do gateway (como estabelecimento de chamadas, remoção, etc.). Os gerentes podem realizar conversão de endereços, controle de largura de banda, autenticação de chamadas, gravação de chamadas, registro de usuários, gerenciamento de domínio de comunicação e outras funções através da alfândega keep.one H.323 O domínio de comunicação pode ter vários gateways, mas apenas um gateway funciona.
4. Unidade de controle multiponto (Unidade de controle multiponto)
O MCU permite a comunicação multiponto em uma rede IP e a comunicação ponto a ponto não é necessária. Todo o sistema forma uma topologia em estrela por meio do MCU. O MCU contém dois componentes principais: controlador multiponto MC e processador multiponto MP, ou sem MP.H entre terminais de processamento MC.245 Informações de controle para construir um nome público mínimo para processamento de áudio e vídeo.MC não processa diretamente nenhum fluxo de informações de mídia, mas deixa-o para MP.O MP mistura, alterna e processa o áudio , vídeo ou informações de dados.
Na indústria existem duas arquiteturas paralelas, uma é a ITU-TH introduzida acima. O protocolo 323 é o protocolo SIP (RFC2543) proposto pela Internet Engineering Task Force (IETF), e o protocolo SIP é mais adequado para terminais inteligentes.
Terceiro, o ímpeto para o desenvolvimento de VoIP
O uso generalizado de VoIP se tornará realidade rapidamente devido a muitos hardwares, softwares, desenvolvimentos relacionados e avanços tecnológicos no protocolo e nos padrões. Os avanços e desenvolvimentos tecnológicos nessas áreas desempenham um papel determinante na criação de uma rede VoIP mais eficiente, funcional e interoperável. Os fatores técnicos que promovem o rápido desenvolvimento e até mesmo a aplicação generalizada do VoIP podem ser resumidos nos seguintes aspectos.
1. Processador de sinal digital
Processadores avançados de sinais digitais (Digital Signal Processor, DSP) executam os componentes de computação intensiva necessários para integração de voz e dados. O DSP processa sinais digitais principalmente para realizar cálculos complexos que, de outra forma, teriam que ser realizados por uma CPU universal. poder de processamento com baixo custo torna o DSP adequado para executar as funções de processamento de sinal no sistema VoIP.
Fluxo de voz único no G.729 O custo computacional da compressão de voz é geralmente alto, exigindo 20MIPS. Se uma CPU central for necessária para executar funções de roteamento e gerenciamento de sistema durante o processamento de múltiplos fluxos de voz, isso não será realista. Portanto, o uso de um ou mais DSP pode desinstalar a tarefa de computação do complexo algoritmo de compressão de voz da CPU central. Além disso, o DSP é adequado para detecção de atividade de voz e cancelamento de eco, permitindo processar fluxos de dados de voz em tempo real e acessar rapidamente memória on-board, então. Nesta seção, detalhamos como implementar codificação de voz e cancelamento de eco na plataforma TMS320C6201DSP.
Protocolo e software e hardware padrão H.323 Método de enfileiramento justo ponderado DSP Troca de tags MPLS detecção precoce aleatória ponderada ASIC avançado RTP, RTCP algoritmo de taxa de célula geral de funil duplo DWDM RSVP taxa rápida de acesso SONET Diffserv, CAR Cisco avanço rápido poder de processamento de CPU G. 729, G.729a: Tabela de acesso estendido CS-ACELP ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Algoritmo de barril de token Multilink PPP Frame Relay Retificador de dados SIP baseado na integração prioritária de pacotes CoS sobre SONET IP e ATM QoS/CoS
2.Circuitos integrados dedicados avançados
O desenvolvimento do Application-Specific Integrated Circait (ASIC) produziu um ASIC mais rápido, mais complexo e mais funcional. ASIC é um chip de aplicação especializado que executa uma única aplicação ou um pequeno conjunto de funções. eles podem ser altamente otimizados para funções específicas, geralmente com uma CPU de dupla finalidade, uma ou várias ordens de magnitude mais rápida.
Assim como o chip Thin Instruction Set Computer (RSIC) se concentra na execução rápida de números limite, o ASIC é pré-programado para executar um número finito de funções com mais rapidez. Uma vez concluído o desenvolvimento, o custo de produção em massa do ASIC é baixo e é usado para dispositivos de rede, incluindoroteadorese switches, executando funções como verificação de tabela de roteamento, encaminhamento de grupo, classificação e verificação de grupo e enfileiramento. O uso de ASIC proporciona ao dispositivo maior desempenho e menor custo. um grande papel na promoção do desenvolvimento de VoIP.
3. Tecnologia de transmissão IP
A maioria das redes de telecomunicações de transmissão usa multiplexação por divisão de tempo, enquanto a Internet deve adotar a reutilização estatística e a troca de pacotes longos. Comparado, este último possui alta taxa de utilização de recursos de rede, interconexão simples e eficaz e muito aplicável a serviços de dados, o que é uma das razões importantes para o rápido desenvolvimento da Internet. No entanto, a comunicação em rede IP de banda larga requer QoS e características de atraso , portanto, o desenvolvimento da troca de pacotes de multiplexação estatística atraiu preocupações. Atualmente, além da nova geração do protocolo IP-IPV6, o grupo mundial de tarefas de engenharia da Internet (IETF) propôs a tecnologia de troca de tags multiprotocolo (MPLS), esta é um tipo de seleção de camada de rede baseada em várias trocas de tags/rótulos, pode melhorar a flexibilidade da seleção de estradas, expandir a capacidade de seleção da camada de rede, simplificar oroteadore integração de troca de canal, melhora o desempenho da rede. MPLS pode funcionar como um protocolo de roteamento independente e compatível com o protocolo de roteamento de rede existente, suporta várias funções de operação, gerenciamento e manutenção da rede IP, torna o QoS, roteamento e desempenho de sinalização muito melhorados, para atingir ou próximo do nível de reutilização estatística de troca de pacotes de comprimento fixo (ATM), e simples, eficiente, barato e aplicável do que ATM.
A IETF também está adotando localmente a nova tecnologia de agrupamento, a fim de obter a seleção de estradas de QoS.A “tecnologia de túnel” está sendo estudada para obter transmissão de banda larga de links unidirecionais.Além disso, como escolher a plataforma de transmissão de rede IP também é uma questão importante campo de pesquisa nos últimos anos, e IP sobre ATM, IP sobre SDH, IP sobre DWDM e outras tecnologias surgiram sucessivamente.
A camada IP fornece aos usuários IP serviços de acesso IP de alta qualidade com certas garantias de serviço. A camada do usuário fornece a forma de acesso (acesso IP e acesso banda larga) e a forma de conteúdo do serviço. a rede IP, é algo natural, mas o IP overDWDM possui tecnologia de ponta e tem grande potencial de desenvolvimento.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) injeta nova vida em redes de fibra e fornece largura de banda incrível em empresas de telecomunicações que estabelecem um novo backbone de fibra. A tecnologia DWDM utiliza os recursos de fibras ópticas e equipamentos avançados de transmissão óptica. comprimentos de onda de luz (LASER) de um único fluxo de fibra óptica. Os sistemas atuais podem enviar e reconhecer 16 comprimentos de onda, enquanto os sistemas futuros podem suportar de 40 a 96 comprimentos de onda completos. portanto, expanda a rede de 2,6 Gbit/s (OC-48) em 16 vezes sem precisar instalar novas fibras.
A maioria das novas redes de fibra executa OC-192 a (9,6 Gbit/s), gerando capacidade superior a 150 Gbit/s em um par de fibras quando combinada com DWDM. Além disso, o DWDM fornece protocolo de interface e recursos independentes de velocidade, e suporta ATM , transmissão de sinal SDH e Gigabit Ethernet em uma única fibra, que pode ser compatível com as redes existentes, para que o DWDM possa proteger os ativos existentes, mas também fornecer às empresas de ISP e telecomunicações um backbone mais forte e tornar a banda larga mais barata e mais acessível, o que fornece forte suporte para os requisitos de largura de banda das soluções VoIP.
O aumento da taxa de transmissão pode não apenas fornecer um pipeline mais grosseiro com menos chance de bloqueio, mas também reduzir muito o atraso e, portanto, pode reduzir bastante os requisitos de QoS nas redes IP.
4.Tecnologia de acesso em banda larga
O acesso do usuário à rede IP tornou-se um gargalo que restringe o desenvolvimento de toda a rede.No longo prazo, o objetivo final do acesso do usuário é fibra para casa (FTTH).Em termos gerais, a rede de acesso óptico inclui sistema de portadora de loop digital óptico e rede óptica passiva.A primeira está principalmente nos Estados Unidos, combinada com boca aberta V5.1/V5.2, transmitindo seu sistema integrado em fibra óptica, mostrando grande vitalidade.
Este último está principalmente na ordem e na Alemanha.Por mais de uma década, o Japão tomou uma série de medidas para reduzir o custo da rede óptica passiva a um nível semelhante ao dos cabos de cobre e do par trançado metálico, e usou-o.Especialmente nos últimos anos, a ITU propôs a rede óptica passiva baseada em ATM (APON), que complementa as vantagens do ATM e da rede óptica passiva. A taxa de acesso pode chegar a 622 M bit/s, o que é muito benéfico para o desenvolvimento do serviço multimídia IP de banda larga, podendo reduzir a taxa de falhas e o número de nós, além de expandir a cobertura.Atualmente, a ITU concluiu o trabalho de padronização , os fabricantes estão se desenvolvendo ativamente, haverá produtos no mercado, se tornará a principal direção de desenvolvimento da tecnologia de acesso em banda larga para o século XXI.
Actualmente, as principais tecnologias de acesso são: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 e Ethernet e coluna de sistema de acesso sem fios de banda larga, etc.Estas tecnologias de acesso têm características próprias, incluindo o ADSL e CM de desenvolvimento mais rápido; CM (Cable Modem) usa cabo coaxial, alta taxa de transmissão, forte capacidade anti-interferência; mas não transmissão bidirecional, nenhum padrão uniforme. O ADSL (Laço Digital Assimétrico) tem acesso exclusivo à banda larga, aproveitando ao máximo a rede telefônica existente e proporcionando taxa de transmissão assimétrica. A taxa de download do lado do usuário pode chegar a 8 Mbit/s, e a taxa de upload do lado do usuário pode chegar a 1 M bit/s.ADSL fornece a banda larga necessária para empresas e todos os usuários e reduz bastante os custos.Usando ADSL de baixo custo circuitos regionais, as empresas agora acessam a Internet e VPN baseada na Internet em velocidades mais altas, permitindo maior capacidade de chamadas VoIP.
5.Tecnologia da unidade de processamento central
As unidades centrais de processamento (CPU) continuam a evoluir em função, potência e velocidade. Isso permite a ampla aplicação de PC multimídia e melhora o desempenho das funções do sistema limitadas pela potência da CPU. pelos usuários, portanto, fornecer chamadas de voz em redes de dados é naturalmente o próximo objetivo. Esse recurso de computação permite que aplicativos de desktop multimídia avançados e recursos avançados em componentes de rede suportem aplicativos de voz.