Rețeaua de telefonie tradițională este un schimb de voce prin circuit, transmisia în bandă largă necesară de 64 kbit/s. Așa-numita VoIP este rețeaua de schimb de pachete IP ca platformă de transmisie, comprimarea semnalului vocal simulat, ambalarea și o serie de procesare speciale, astfel încât să poată utiliza protocolul UDP neconectat pentru transmisie.
Sunt necesare mai multe elemente și funcții pentru a transmite semnale vocale într-o rețea IP. Cea mai simplă formă a rețelei constă din două sau mai multe dispozitive cu capabilități VoIP care sunt conectate printr-o rețea IP.
1. Transformarea Voce-Date
Semnalul vocal este o formă de undă analogică, prin IP pentru a transmite voce, fie că este aplicația în timp real, fie că este aplicația în timp real, mai întâi la conversia datelor analogice a semnalului vocal, și anume cuantificarea semnalului vocal analogic 8 sau 6 și apoi trimis la stocarea tampon , dimensiunea tamponului poate fi selectată în funcție de cerințele de întârziere și codare. Multe codificatoare cu rată scăzută de biți sunt codificate în cadre.
Lungimea tipică a cadrului a variat de la 10 la 30 ms. Luând în considerare costurile în timpul transmisiei, pachetele interlingve constau de obicei din 60, 120 sau 240 ms de date de vorbire. Digitalizarea poate fi implementată folosind diverse scheme de codare a vocii, iar standardele actuale de codare a vocii sunt în principal ITU-T G.711. Codificatorul vocal de la destinația sursă trebuie să implementeze același algoritm, astfel încât dispozitivul de vorbire de la destinație să poată restabili semnalul vocal analogic.
2. Conversie originală de date la IP
Odată ce semnalul de vorbire este codificat digital, următorul pas este comprimarea codificării pachetului de vorbire cu o anumită lungime a cadrului. Majoritatea codificatoarelor au o lungime specifică a cadrului. Dacă un encoder folosește cadre de 15 ms, pachetul de 60 ms este împărțit în patru cadre și codificat în secvență. Fiecare cadru are 120 de mostre de vorbire (rata de eșantionare de 8 kHz). După codificare, cele patru cadre comprimate au fost sintetizate într-un pachet de vorbire comprimat și trimise la procesorul de rețea. Procesorul de rețea adaugă un Baotou, scară de timp și alte informații la voce și le transmite celuilalt punct final prin rețea.
Rețeaua de vorbire pur și simplu stabilește o conexiune fizică între punctele finale de comunicație (o linie) și transmite semnalele codificate între punctele terminale. Spre deosebire de rețelele de comutare de circuite, rețelele IP nu formează conexiuni. Necesită ca datele să fie plasate în rapoarte sau pachete de date lungi variabile, apoi adrese și informații de control către fiecare datagramă și trimise prin rețea, redirecționate către destinație.
3.Transfer
În acest canal, întreaga rețea este privită ca un pachet vocal primit de la intrare și apoi transmis la ieșirea rețelei într-un anumit timp (t). T poate varia într-un interval complet, reflectând fluctuația în transmisia de rețea.
Același nod din rețea verifică informațiile de adresare asociate fiecărei date IP și utilizează aceste informații pentru a transmite datagrama respectivă la următoarea oprire de pe calea de destinație. O legătură de rețea poate fi orice topologie sau metodă de acces care acceptă fluxuri de date IP.
4.Pachetul IP- -transformarea datelor
Dispozitivul VoIP de destinație primește aceste date IP și începe procesarea. Nivelul de rețea oferă un buffer de lungime variabilă utilizat pentru a regla fluctuația generată de rețea. Buffer-ul poate găzdui multe pachete de voce, iar utilizatorii pot alege dimensiunea tamponului. Bufferele mici produc mai puțină latență, dar nu reglează fluctuația mare. În al doilea rând, decodorul decomprimă pachetul de vorbire codificat pentru a produce un nou pachet de vorbire, iar acest modul poate funcționa și pe cadru, exact la aceeași lungime ca și decodorul.
Dacă lungimea cadrului este de 15 ms, pachetele de voce de 60 ms sunt împărțite în 4 cadre, apoi sunt decodificate înapoi într-un flux de date vocale de 60 ms și trimise în memoria tampon de decodare. În timpul procesării raportului de date, informațiile de adresare și control sunt eliminate, datele originale originale sunt reținute, iar aceste date originale sunt apoi furnizate decodorului.
5.Discursul digital a fost convertit în vorbire analogică
Unitatea de redare elimină mostrele de voce (480) din buffer și le trimite către placa de sunet prin difuzor la o frecvență predeterminată (de exemplu, 8 kHz). Pe scurt, transmisia de semnale vocale în rețeaua IP trece prin conversia de la semnal analogic la semnal digital, ambalarea vocii digitale într-un pachet IP, transmisia pachetelor IP prin rețea, despachetarea pachetelor IP și restabilirea vocii digitale la analog. semnal.
În al doilea rând, standardele tehnice legate de VoIP
Pentru aplicațiile multimedia din rețelele de comunicații existente, Uniunea Internațională de Telecomunicații (ITU-T) a dezvoltat protocolul seriei de comunicații H.32x Multimedia, următoarele standarde principale pentru o descriere simplă:
H.320, Standard pentru comunicații multimedia pe sistemul și terminalul video de bandă îngustă (N-ISDN);
H.321, Standard pentru comunicații multimedia pe B-ISDN;
H.322. Standard pentru comunicare multimedia pe LAN garantat de QoS;
H.323. Standard pentru comunicații multimedia într-o rețea de comutare de pachete fără garanție QoS;
H.324, un standard pentru comunicații multimedia pe terminale de comunicații cu rată redusă de biți (PSTN și rețea fără fir).
Dintre standardele de mai sus, H. Rețelele definite de standard 323 sunt cele mai utilizate, cum ar fi Ethernet, Rețeaua Token, Rețeaua FDDI etc., din cauza H. Aplicarea standardului 323 a devenit în mod natural un punct fierbinte pe piață, deci mai jos ne vom concentra pe H.323。H.323 Patru componente principale sunt definite în propunere: terminal, gateway, software de gestionare a gateway-ului (cunoscut și ca gateway sau gate) și unitate de control multi-punct.
1.Terminal (Terminal)
Toate terminalele trebuie să accepte comunicarea vocală, iar capabilitățile de comunicare video și de date sunt opționale. toate terminalele H. Terminalul 323 trebuie să accepte și standardul H.245, standardul H.245 este utilizat pentru a controla utilizarea canalului și performanța canalului.H .323 Parametrii principali ai codecului de vorbire în comunicarea vocală sunt specificați după cum urmează: Lățimea de bandă vocală recomandată de ITU / Rata de transmisie KHz / Adnotarea algoritmului de compresie Kb/s G.711 3.4 56,64 Compresie simplă PCM, aplicată la PSTN în G. .728 3.4 16 Calitatea vocii LD-CELP ca G.711, aplicată transmisiei cu rată de biți scăzută G.722 7 48,56,64 Calitatea vocii ADPCM este mai mare decât G.711, aplicată transmisiei cu rată de biți mare G. .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Calitatea vocii este acceptabilă, G.723.1 Adoptă un G pentru forumul VOIP.729G.729A 3.4 8 Întârzierea CS-ACELP este mai mică decât G.723.1, calitatea vocii este mai mare decât G.723.1.
2.Gateway (Gateway)
Aceasta este o opțiune H. pentru sistemul 323. Gateway-ul poate transforma protocoalele, algoritmii de codare audio, video și semnalele de control utilizate de diferite sisteme pentru a găzdui comunicația cu terminalul sistemului. Cum ar fi sistemul H.324 bazat pe PSTN și bandă îngustă. Sistemul H.The 320 bazat pe ISDN și H.323 Pentru comunicarea sistemului, este necesară configurarea gateway-ului;
3. Păstrarea vămii (Gatekeeper)
Acesta este H. O componentă opțională a sistemului 323 este software-ul pentru a finaliza funcția de management. Are două funcții principale: prima este pentru gestionarea aplicației H.323; al doilea este gestionarea comunicației terminalului prin gateway (cum ar fi stabilirea apelurilor, eliminarea, etc.). Managerii pot efectua conversia adresei, controlul lățimii de bandă, autentificarea apelurilor, înregistrarea apelurilor, înregistrarea utilizatorilor, gestionarea domeniului de comunicare și alte funcții prin vamă. keeping.one H.323 Domeniul de comunicație poate avea mai multe gateway-uri, dar funcționează doar un gateway.
4. Unitate de control multipunct (unitate de control multipunct)
MCU permite comunicarea în mai multe puncte într-o rețea IP, iar comunicarea punct la punct nu este necesară. Întregul sistem formează o topologie stea prin MCU. MCU conține două componente principale: controler multipunct MC și procesor multipunct MP, sau fără MP.H între terminalele de procesare MC.245 Controlați informațiile pentru a crea un nume public minim pentru procesarea audio și video.MC nu procesează direct niciun flux de informații media, ci îl lasă în sarcina lui MP. MP mixează, comută și procesează audio , informații video sau date.
În industrie există două arhitecturi paralele, una este ITU-T H introdusă mai sus. Protocolul 323 este protocolul SIP (RFC2543) propus de Internet Engineering Task Force (IETF), iar protocolul SIP este mai potrivit pentru terminalele inteligente.
În al treilea rând, impulsul pentru dezvoltarea VoIP
Utilizarea pe scară largă a VoIP va deveni rapid realitate datorită multor hardware, software, dezvoltări aferente și descoperiri tehnologice în protocol și standarde. Progresele și evoluțiile tehnologice din aceste domenii joacă un rol motor în crearea unei rețele VoIP mai eficiente, funcționale și interoperabile. Factorii tehnici care promovează dezvoltarea rapidă și chiar aplicarea pe scară largă a VoIP pot fi rezumați în următoarele aspecte.
1.Procesor de semnal digital
Procesoarele avansate de semnal digital (Digital Signal Processor, DSP) efectuează componentele intensive de calcul necesare pentru integrarea vocii și a datelor. DSP procesează semnale digitale în primul rând pentru a efectua calcule complexe care altfel ar putea fi efectuate de un CPU universal. puterea de procesare cu costul redus face ca DSP-ul să fie bine potrivit pentru a îndeplini funcțiile de procesare a semnalului în sistemul VoIP.
Flux de voce unic pe G.729 Costul de calcul al compresiei vocii este de obicei mare, necesitând 20 MIPS. Dacă este necesar un CPU central pentru a efectua funcții de rutare și de gestionare a sistemului în timp ce procesează mai multe fluxuri de voce, acest lucru este nerealist. Prin urmare, utilizarea unuia sau mai multor DSP poate dezinstala sarcina de calcul a algoritmului complex de compresie a vocii din CPU central. În plus, DSP este potrivit pentru detectarea activității vocale și anularea ecoului, permițându-le să proceseze fluxurile de date vocale în timp real și să acceseze rapid memorie de bord, deci. În această secțiune, detaliem cum să implementăm codarea vocii și anularea ecoului pe platforma TMS320C6201DSP.
Protocol și software și hardware standard H.323 Metodă de așteptare corectă ponderată DSP MPLS schimb de etichete ponderat aleatoriu detecție timpurie avansat ASIC RTP, RTCP algoritm de rată generală a celulelor cu pâlnie duală DWDM RSVP rata de acces evaluat viteză rapidă SONET Diffserv, CAR Cisco redirecționare rapidă putere de procesare a CPU G. 729, G.729a: CS-ACELP Extended Access Table ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Algoritm token baril Multilink PPP Frame Relay Redresor de date SIP bazat pe integrarea prioritară a pachetului CoS peste SONET IP și ATM QoS/CoS
2.Circuite integrate dedicate avansate
Dezvoltarea Application-Specific Integrated Circait (ASIC) a produs un ASIC mai rapid, mai complex și mai funcțional. ASIC este un cip de aplicație specializat care realizează o singură aplicație sau un set mic de funcții. ele pot fi foarte optimizate pentru funcții specifice, de obicei cu un procesor cu scop dublu cu unul sau mai multe ordine de mărime mai rapid.
La fel cum cipul Thin Instruction Set Computer (RSC) se concentrează pe execuția rapidă a numerelor limită, ASIC-ul este preprogramat pentru a îndeplini mai rapid un număr finit de funcții. Odată ce dezvoltarea este finalizată, costul producției în masă ASIC este scăzut și este utilizat. pentru dispozitivele de rețea inclusivroutereși comutatoare, efectuând funcții precum verificarea tabelului de rutare, redirecționarea grupurilor, sortarea și verificarea grupurilor și coada de așteptare. Utilizarea ASIC oferă dispozitivului performanțe mai mari și costuri mai mici. Oferă o bandă largă sporită și un suport QoS mai bun pentru rețea, astfel încât să se joace un rol important în promovarea dezvoltării VoIP.
3.Tehnologia de transmisie IP
Majoritatea rețelelor de telecomunicații de transmisie utilizează multiplexarea prin diviziune în timp, în timp ce Internetul trebuie să adopte reutilizarea statistică și schimbul de pachete lungi. În comparație, acesta din urmă are o rată ridicată de utilizare a resurselor de rețea, o interconectare simplă și eficientă și foarte aplicabilă serviciilor de date, care este unul dintre motivele importante pentru dezvoltarea rapidă a Internetului. Cu toate acestea, comunicarea în rețea IP în bandă largă necesită QoS și caracteristici de întârziere. , astfel încât dezvoltarea schimbului de pachete de multiplexare statistică a atras îngrijorarea. În prezent, pe lângă noua generație de protocol IP-IPV6, grupul mondial de activitate de inginerie Internet (IETF) a propus tehnologia de schimb de etichete multi-protocol (MPLS), aceasta este un fel de selecție a stratului de rețea bazat pe diferite schimburi de etichete/etichete, poate îmbunătăți flexibilitatea selecției drumului, poate extinde capacitatea de selecție a stratului de rețea, poate simplificarouterși integrarea schimbului de canale, îmbunătățește performanța rețelei. MPLS poate funcționa ca un protocol de rutare independent și compatibil cu protocolul de rutare al rețelei existent, suportă diverse funcții de operare, gestionare și întreținere a rețelei IP, îmbunătățește foarte mult QoS, rutare, performanța de semnalizare, pentru a atinge sau aproape de nivelul de reutilizare statistică a schimbului de pachete cu lungime fixă (ATM) și simplu, eficient, ieftin și aplicabil decât ATM.
IETF înțeleg, de asemenea, la nivel local noua tehnologie de grupare, pentru a realiza selecția drumului QoS. „Tehnologia tunelului” este studiată pentru a realiza transmisia în bandă largă a legăturilor unidirecționale. În plus, modul de a alege platforma de transmisie a rețelei IP este, de asemenea, un domeniu important de cercetare în ultimii ani, și IP over ATM, IP over SDH, IP over DWDM și alte tehnologii au apărut succesiv.
Stratul IP oferă utilizatorilor IP servicii de acces IP de înaltă calitate cu anumite garanții de servicii. Stratul de utilizator oferă formularul de acces (acces IP și acces în bandă largă) și forma de conținut al serviciului. În stratul de bază, Ethernet, ca strat fizic de rețeaua IP, este o chestiune desigur, dar IP overDWDM are cea mai recentă tehnologie și are un mare potențial de dezvoltare.
Dense Wave Division MultipLexing (DWDM) injectează o nouă viață rețelelor de fibră și oferă o lățime de bandă uimitoare companiilor de telecomunicații care stabilesc o nouă coloană vertebrală a fibrelor. Tehnologia DWDM utilizează capacitățile fibrelor optice și ale echipamentelor de transmisie optică avansată. lungimi de undă de lumină (LASER) dintr-un singur flux de fibră optică. Sistemele actuale pot trimite și recunoaște 16 lungimi de undă, în timp ce sistemele viitoare pot suporta 40 până la 96 lungimi de undă complete. Acest lucru este semnificativ deoarece fiecare lungime de undă suplimentară adaugă un flux suplimentar de informații. Puteți prin urmare, extindeți rețeaua de 2,6 Gbit/s (OC-48) de 16 ori fără a fi nevoie să instalați noi fibre.
Majoritatea rețelelor noi de fibră rulează OC-192 la (9,6 Gbit/s), generând o capacitate de peste 150 Gbit/s pe o pereche de fibre atunci când sunt combinate cu DWDM. În plus, DWDM oferă protocol de interfață și funcții independente de viteză și acceptă atât ATM Transmisia semnalului , SDH și Gigabit Ethernet pe o singură fibră, care poate fi compatibilă cu rețelele existente, astfel încât DWDM poate proteja activele existente, dar și să ofere ISP și companiilor de telecomunicații o coloană vertebrală mai puternică și să facă banda largă mai puțin costisitoare și mai accesibilă, ceea ce oferă suport puternic pentru cerințele de lățime de bandă ale soluțiilor VoIP.
Rata de transmisie crescută nu numai că poate oferi o conductă mai grosieră cu șanse mai mici de blocare, ci și poate reduce întârzierea cu mult și, astfel, poate reduce foarte mult cerințele QoS pe rețelele IP.
4.Tehnologia de acces în bandă largă
Accesul utilizatorilor la rețeaua IP a devenit un blocaj care limitează dezvoltarea întregii rețele. Pe termen lung, obiectivul final al accesului utilizatorului este fibră la domiciliu (FTTH). În linii mari, rețeaua de acces optic include un sistem de transport cu buclă digitală optică. și rețea optică pasivă. Primul se află în principal în Statele Unite, combinat cu gura deschisă V5.1/V5.2, transmitând sistemul său integrat pe fibră optică, dând dovadă de o mare vitalitate.
Acesta din urmă este în principal în comandă și în Germania. Timp de mai bine de un deceniu, Japonia a luat o serie de măsuri pentru a reduce costul rețelei optice pasive la un nivel similar cu cablurile de cupru și perechea torsadată de metal și a folosit-o pentru utilizare. În special în ultimii ani, ITU a propus rețeaua optică pasivă bazată pe ATM (APON), care completează avantajele ATM-ului și rețelei optice pasive. Rata de acces poate ajunge la 622 M biți/s, ceea ce este foarte benefic pentru dezvoltarea serviciului multimedia IP în bandă largă și poate reduce rata de eșec și numărul de noduri și poate extinde acoperirea. În prezent, ITU a finalizat munca de standardizare , producătorii se dezvoltă în mod activ, vor exista bunuri pe piață, va deveni principala direcție de dezvoltare a tehnologiei de acces în bandă largă pentru secolul 21.
În prezent, principalele tehnologii de acces sunt: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 și Ethernet și coloana sistem de acces wireless în bandă largă, etc. Aceste tehnologii de acces au propriile caracteristici, inclusiv ADSL și CM cu cea mai rapidă dezvoltare; CM (Modem prin cablu) folosește cablu coaxial, viteză mare de transmisie, capacitate puternică anti-interferență; dar nu transmisie în două sensuri, nici un standard uniform. ADSL (Asymmetrical Digital Loop) are acces exclusiv la bandă largă, utilizând pe deplin rețeaua telefonică existentă și oferind o rată de transmisie asimetrică. Rata de descărcare din partea utilizatorului poate ajunge la 8 Mbit/s, iar rata de încărcare din partea utilizatorului poate ajunge la 1M biți/s.ADSL oferă banda largă necesară pentru companii și toți utilizatorii și reduce considerabil costurile. Folosind ADSL cu costuri mai mici circuitele regionale, companiile accesează acum internetul și VPN-ul bazat pe Internet la viteze mai mari, permițând o capacitate de apel VoIP mai mare.
5.Tehnologia unității centrale de procesare
Unitățile centrale de procesare (CPU) continuă să evolueze în funcție de funcție, putere și viteză. Acest lucru permite aplicarea pe scară largă a PC-ului multimedia și îmbunătățește performanța funcțiilor sistemului limitate de puterea procesorului. Capacitatea PC-ului de a procesa flux de date audio și video a fost așteptată de mult timp de către utilizatori, astfel încât livrarea apelurilor vocale pe rețelele de date este în mod natural următorul obiectiv. Această caracteristică de calcul permite atât aplicații desktop multimedia avansate, cât și funcții avansate ale componentelor de rețea pentru a susține aplicațiile de voce.