Mạng điện thoại truyền thống là thoại bằng trao đổi mạch, băng thông rộng truyền tải yêu cầu là 64kbit/s. Cái gọi là VoIP là mạng trao đổi gói IP làm nền tảng truyền tải, nén tín hiệu giọng nói mô phỏng, đóng gói và một loạt xử lý đặc biệt, để nó có thể sử dụng giao thức UDP không được kết nối để truyền.
Một số thành phần và chức năng được yêu cầu để truyền tín hiệu thoại trên mạng IP. Dạng đơn giản nhất của mạng bao gồm hai hoặc nhiều thiết bị có khả năng VoIP được kết nối qua mạng IP.
1.Chuyển đổi dữ liệu giọng nói
Tín hiệu giọng nói là dạng sóng tương tự, thông qua IP để truyền giọng nói, cho dù là kinh doanh ứng dụng thời gian thực hay kinh doanh ứng dụng thời gian thực, trước tiên là chuyển đổi dữ liệu tương tự tín hiệu giọng nói, cụ thể là định lượng tín hiệu giọng nói tương tự 8 hoặc 6, sau đó được gửi đến bộ lưu trữ đệm , kích thước của bộ đệm có thể được chọn theo yêu cầu về độ trễ và mã hóa. Nhiều bộ mã hóa tốc độ bit thấp được mã hóa trong khung.
Độ dài khung hình điển hình dao động từ 10 đến 30 ms. Xem xét chi phí trong quá trình truyền, các gói liên ngôn ngữ thường bao gồm 60, 120 hoặc 240ms dữ liệu giọng nói. Số hóa có thể được thực hiện bằng cách sử dụng nhiều sơ đồ mã hóa giọng nói khác nhau và các tiêu chuẩn mã hóa giọng nói hiện tại chủ yếu là ITU-T G.711. Bộ mã hóa giọng nói ở đích nguồn phải thực hiện cùng một thuật toán để thiết bị giọng nói ở đích có thể khôi phục tín hiệu giọng nói tương tự.
2.Chuyển đổi dữ liệu gốc sang IP
Khi tín hiệu giọng nói được mã hóa kỹ thuật số, bước tiếp theo là nén mã hóa gói giọng nói với độ dài khung hình cụ thể. Hầu hết các bộ mã hóa đều có độ dài khung hình cụ thể. Nếu bộ mã hóa sử dụng khung 15ms thì gói 60ms tính từ vị trí đầu tiên sẽ được chia thành bốn khung và được mã hóa theo trình tự. Mỗi khung có 120 mẫu giọng nói (tốc độ lấy mẫu 8kHz). Sau khi mã hóa, bốn khung nén được tổng hợp thành gói giọng nói nén và gửi đến bộ xử lý mạng. Bộ xử lý mạng thêm Baotou, thang thời gian và thông tin khác vào giọng nói và chuyển nó đến điểm cuối khác thông qua mạng.
Mạng thoại chỉ cần thiết lập kết nối vật lý giữa các điểm cuối giao tiếp (một đường) và truyền tín hiệu được mã hóa giữa các điểm cuối. Không giống như mạng chuyển mạch kênh, mạng IP không hình thành các kết nối. Nó yêu cầu dữ liệu phải được đặt trong các báo cáo hoặc gói dữ liệu có độ dài thay đổi, sau đó đánh địa chỉ và thông tin điều khiển tới từng gói dữ liệu và gửi qua mạng, chuyển tiếp đến đích.
3.Chuyển khoản
Trong kênh này, toàn bộ mạng được xem như một gói thoại được nhận từ đầu vào và sau đó được truyền đến đầu ra mạng trong một thời gian nhất định (t). Giá trị t có thể thay đổi trong toàn bộ phạm vi, phản ánh hiện tượng jitter trong quá trình truyền mạng.
Nút tương tự trong mạng sẽ kiểm tra thông tin địa chỉ liên quan đến từng dữ liệu IP và sử dụng thông tin này để chuyển tiếp datagram đó đến điểm dừng tiếp theo trên đường dẫn đích. Liên kết mạng có thể là bất kỳ cấu trúc liên kết hoặc phương thức truy cập nào hỗ trợ luồng dữ liệu IP.
4.Gói IP- -chuyển đổi dữ liệu
Thiết bị VoIP đích nhận dữ liệu IP này và bắt đầu xử lý. Cấp độ mạng cung cấp bộ đệm có độ dài thay đổi được sử dụng để điều chỉnh jitter do mạng tạo ra. Bộ đệm có thể chứa nhiều gói thoại và người dùng có thể chọn kích thước của bộ đệm. Bộ đệm nhỏ tạo ra độ trễ ít hơn nhưng không điều chỉnh được độ biến động lớn. Thứ hai, bộ giải mã giải nén gói giọng nói được mã hóa để tạo ra gói giọng nói mới và mô-đun này cũng có thể hoạt động theo khung, có cùng độ dài với bộ giải mã.
Nếu độ dài khung là 15ms, các gói thoại 60ms được chia thành 4 khung, sau đó chúng được giải mã trở lại luồng dữ liệu giọng nói 60ms và gửi đến bộ đệm giải mã. Trong quá trình xử lý báo cáo dữ liệu, thông tin địa chỉ và điều khiển sẽ bị xóa, dữ liệu gốc ban đầu được giữ lại và dữ liệu gốc này sau đó được cung cấp cho bộ giải mã.
5. Lời nói kỹ thuật số đã được chuyển đổi thành giọng nói tương tự
Ổ đĩa phát lại sẽ loại bỏ các mẫu giọng nói (480) trong bộ đệm và gửi chúng đến card âm thanh qua loa ở tần số định trước (ví dụ: 8kHz). Nói tóm lại, việc truyền tín hiệu thoại trên mạng IP trải qua quá trình chuyển đổi từ tín hiệu analog sang tín hiệu số, đóng gói giọng nói kỹ thuật số thành gói IP, truyền gói IP qua mạng, giải nén gói IP và khôi phục giọng nói kỹ thuật số sang analog. tín hiệu.
Thứ hai, các tiêu chuẩn kỹ thuật liên quan đến VoIP
Đối với các ứng dụng đa phương tiện trên các mạng truyền thông hiện có, Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU-T) đã phát triển chuỗi giao thức truyền thông Đa phương tiện H.32x, các tiêu chuẩn chính sau đây để mô tả đơn giản:
H.320, Tiêu chuẩn liên lạc đa phương tiện trên hệ thống và thiết bị đầu cuối điện thoại video băng thông hẹp (N-ISDN);
H.321, Tiêu chuẩn truyền thông đa phương tiện trên B-ISDN;
H.322. Tiêu chuẩn truyền thông đa phương tiện trên mạng LAN được đảm bảo bởi QoS;
H.323. Tiêu chuẩn cho giao tiếp đa phương tiện trên mạng chuyển mạch gói không có đảm bảo QoS;
H.324, một tiêu chuẩn cho truyền thông đa phương tiện trên các thiết bị đầu cuối truyền thông tốc độ bit thấp (PSTN và mạng không dây).
Trong số các tiêu chuẩn trên, H. Mạng được xác định theo tiêu chuẩn 323 được sử dụng rộng rãi nhất, chẳng hạn như Ethernet, Mạng Token, Mạng FDDI, v.v. vì H. Việc áp dụng tiêu chuẩn 323 đương nhiên đã trở thành một điểm nóng trên thị trường, vì vậy bên dưới chúng tôi sẽ tập trung vào H.323。H.323 Bốn thành phần chính được xác định trong đề xuất: thiết bị đầu cuối, cổng, phần mềm quản lý cổng (còn được gọi là cổng hoặc cổng) và bộ điều khiển đa điểm.
1.Terminal (Thiết bị đầu cuối)
Tất cả các thiết bị đầu cuối phải hỗ trợ giao tiếp bằng giọng nói và khả năng giao tiếp video và dữ liệu là tùy chọn. Tất cả thiết bị đầu cuối H.323 cũng phải hỗ trợ Tiêu chuẩn H.245, H.245. Tiêu chuẩn này được sử dụng để kiểm soát việc sử dụng kênh và hiệu suất kênh.H .323 Các tham số chính của codec giọng nói trong giao tiếp thoại được quy định như sau: Băng thông thoại được ITU khuyến nghị / Tốc độ bit truyền KHz / Chú thích thuật toán nén Kb/s G.711 3.4 Nén đơn giản 56,64 PCM, áp dụng cho PSTN trong G .728 3.4 16 Chất lượng giọng nói LD-CELP như G.711, áp dụng cho truyền tốc độ bit thấp G.722 7 48,56,64 Chất lượng giọng nói ADPCM cao hơn G.711, áp dụng cho truyền tốc độ bit cao G .723.1G.723.0 3.4 6.35.3 LP-MLQ Chất lượng thoại chấp nhận được, G.723.1 Áp dụng G cho diễn đàn VOIP.729G.729A 3.4 8 Độ trễ CS-ACELP thấp hơn G.723.1, Chất lượng thoại cao hơn G.723.1 G.723.1。
2.Gateway (Cổng)
Đây là tùy chọn H.An cho hệ thống 323. Cổng có thể chuyển đổi các giao thức, thuật toán mã hóa âm thanh, video và tín hiệu điều khiển được sử dụng bởi các hệ thống khác nhau để phù hợp với giao tiếp đầu cuối của hệ thống. Chẳng hạn như Hệ thống H.324 và băng thông hẹp dựa trên PSTN H.Hệ thống 320 và H.323 dựa trên ISDN. Để liên lạc với hệ thống, cần phải định cấu hình cổng;
3. Thủ tục hải quan (Gatekeeper)
Đây là H.Thành phần tùy chọn của hệ thống 323 là phần mềm hoàn thiện chức năng quản lý. Nó có hai chức năng chính: thứ nhất là quản lý Ứng dụng H.323; thứ hai là quản lý giao tiếp đầu cuối thông qua cổng (chẳng hạn như thiết lập, xóa cuộc gọi, v.v.). Người quản lý có thể thực hiện chuyển đổi địa chỉ, kiểm soát băng thông, xác thực cuộc gọi, ghi âm cuộc gọi, đăng ký người dùng, quản lý miền liên lạc và các chức năng khác thông qua hải quan keep.one H.323 Miền giao tiếp có thể có nhiều cổng nhưng chỉ có một cổng hoạt động.
4.Bộ điều khiển đa điểm (Multipoint Control Unit)
MCU cho phép giao tiếp đa điểm trên mạng IP và không cần giao tiếp điểm-điểm. Toàn bộ hệ thống hình thành cấu trúc liên kết hình sao thông qua MCU. MCU chứa hai thành phần chính: MC bộ điều khiển đa điểm và MP bộ xử lý đa điểm, hoặc không có MP.H giữa các thiết bị đầu cuối xử lý MC.245 Kiểm soát thông tin để xây dựng tên công khai tối thiểu cho xử lý âm thanh và video.MC không trực tiếp xử lý bất kỳ luồng thông tin đa phương tiện nào mà để lại cho MP. MP trộn, chuyển đổi và xử lý âm thanh , video hoặc thông tin dữ liệu.
Trong ngành có hai kiến trúc song song, một là ITU-T H được giới thiệu ở trên.323 Giao thức là giao thức SIP (RFC2543) do Lực lượng đặc nhiệm kỹ thuật Internet (IETF) đề xuất và giao thức SIP phù hợp hơn cho các thiết bị đầu cuối thông minh.
Thứ ba, Động lực phát triển VoIP
Việc sử dụng rộng rãi VoIP sẽ nhanh chóng trở thành hiện thực nhờ nhiều phần cứng, phần mềm, sự phát triển liên quan và đột phá công nghệ trong giao thức và tiêu chuẩn. Những tiến bộ và phát triển công nghệ trong các lĩnh vực này đóng vai trò thúc đẩy trong việc tạo ra một mạng VoIP hiệu quả, có chức năng và có khả năng tương tác hơn. Các yếu tố kỹ thuật thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng và thậm chí ứng dụng rộng rãi của VoIP có thể được tóm tắt thành các khía cạnh sau.
1. Bộ xử lý tín hiệu số
Bộ xử lý tín hiệu số tiên tiến (Bộ xử lý tín hiệu số, DSP) thực hiện các thành phần tính toán chuyên sâu cần thiết để tích hợp thoại và dữ liệu.DSP xử lý tín hiệu số chủ yếu để thực hiện các phép tính phức tạp mà có thể phải được thực hiện bởi CPU phổ thông. Sự kết hợp giữa các đặc tính chuyên biệt của chúng sức mạnh xử lý với chi phí thấp giúp DSP rất phù hợp để thực hiện các chức năng xử lý tín hiệu trong hệ thống VoIP.
Luồng giọng nói đơn trên G.729 Chi phí tính toán cho việc nén giọng nói thường lớn, cần 20MIPS. Nếu cần có CPU trung tâm để thực hiện các chức năng định tuyến và quản lý hệ thống trong khi xử lý nhiều luồng thoại thì điều này là không thực tế. Do đó, sử dụng một hoặc nhiều DSP có thể gỡ bỏ tác vụ tính toán của thuật toán nén giọng nói phức tạp khỏi CPU trung tâm. Ngoài ra, DSP phù hợp để phát hiện hoạt động giọng nói và khử tiếng vang, cho phép chúng xử lý các luồng dữ liệu giọng nói trong thời gian thực và truy cập nhanh chóng. bộ nhớ tích hợp, vì vậy. Trong phần này, chúng tôi trình bày chi tiết cách triển khai mã hóa giọng nói và khử tiếng vang trên nền tảng TMS320C6201DSP.
Giao thức, phần mềm tiêu chuẩn và phần cứng H.323 Phương pháp xếp hàng công bằng có trọng số DSP MPLS trao đổi thẻ phát hiện sớm ngẫu nhiên có trọng số ASIC RTP tiên tiến, RTCP thuật toán tốc độ ô chung phễu kép DWDM RSVP xếp hạng tốc độ truy cập nhanh SONET Diffserv, CAR Sức mạnh xử lý CPU chuyển tiếp nhanh của Cisco G. 729, G.729a: CS-ACELP Bảng truy cập mở rộng ADSL, RADSL, SDSL FRF.11/FRF.12 Thuật toán thùng mã thông báo Chuyển tiếp khung đa liên kết Bộ chỉnh lưu dữ liệu SIP dựa trên sự tích hợp ưu tiên của Gói CoS qua SONET IP và ATM QoS / CoS
2. Mạch tích hợp chuyên dụng nâng cao
Sự phát triển Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC) đã tạo ra ASIC nhanh hơn, phức tạp hơn và nhiều chức năng hơn. ASIC là một chip ứng dụng chuyên biệt thực hiện một ứng dụng đơn lẻ hoặc một tập hợp nhỏ các chức năng. Bởi vì chúng tập trung vào các mục tiêu ứng dụng rất hẹp, chúng có thể được tối ưu hóa cao độ cho các chức năng cụ thể, thường là với CPU đa năng nhanh hơn một hoặc vài bậc.
Giống như chip Máy tính tập lệnh mỏng (RSIC) tập trung vào việc thực hiện nhanh các số giới hạn, ASIC được lập trình sẵn để thực hiện một số chức năng hữu hạn nhanh hơn. Sau khi quá trình phát triển hoàn tất, chi phí sản xuất hàng loạt ASIC thấp và nó được sử dụng cho các thiết bị mạng bao gồmbộ định tuyếnvà chuyển mạch, thực hiện các chức năng như kiểm tra bảng định tuyến, chuyển tiếp nhóm, sắp xếp và kiểm tra nhóm cũng như xếp hàng. Việc sử dụng ASIC mang lại cho thiết bị hiệu suất cao hơn và ít chi phí hơn. Chúng cung cấp băng thông rộng hơn và hỗ trợ QoS tốt hơn cho mạng, vì vậy chúng phát huy tác dụng đóng vai trò to lớn trong việc thúc đẩy phát triển VoIP.
Công nghệ truyền dẫn 3.IP
Hầu hết các mạng viễn thông truyền dẫn sử dụng ghép kênh phân chia theo thời gian, trong khi Internet phải áp dụng tái sử dụng thống kê và trao đổi gói dài. So sánh, cái sau có tỷ lệ sử dụng tài nguyên mạng cao, kết nối đơn giản và hiệu quả và rất có thể áp dụng cho các dịch vụ dữ liệu, đây là một trong những lý do quan trọng cho sự phát triển nhanh chóng của Internet. Tuy nhiên, truyền thông mạng IP băng thông rộng đòi hỏi các đặc tính QoS và độ trễ , do đó, sự phát triển của trao đổi gói ghép kênh thống kê đã thu hút được sự quan tâm. Hiện tại, ngoài thế hệ giao thức IP mới-IPV6, nhóm đặc nhiệm kỹ thuật Internet thế giới (IETF) đã đề xuất công nghệ trao đổi thẻ đa giao thức (MPLS), điều này là một loại lựa chọn lớp mạng dựa trên trao đổi thẻ / nhãn khác nhau, có thể cải thiện tính linh hoạt của việc chọn đường, mở rộng khả năng lựa chọn lớp mạng, đơn giản hóabộ định tuyếnvà tích hợp trao đổi kênh, cải thiện hiệu suất mạng.MPLS có thể hoạt động như một giao thức định tuyến độc lập và tương thích với giao thức định tuyến mạng hiện có, hỗ trợ các chức năng vận hành, quản lý và bảo trì khác nhau của mạng IP, giúp cải thiện đáng kể hiệu suất QoS, định tuyến, báo hiệu, đạt hoặc gần mức thống kê tái sử dụng trao đổi gói có độ dài cố định (ATM), đơn giản, hiệu quả, rẻ và có tính ứng dụng cao hơn ATM.
IETF cũng đang nắm bắt công nghệ phân nhóm mới tại địa phương để đạt được sự lựa chọn đường QoS. “Công nghệ đường hầm” đang được nghiên cứu để đạt được khả năng truyền tải băng thông rộng của các liên kết một chiều. Ngoài ra, cách chọn nền tảng truyền dẫn mạng IP cũng là một vấn đề lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong những năm gần đây và IP qua ATM, IP qua SDH, IP qua DWDM và các công nghệ khác đã liên tiếp xuất hiện.
Lớp IP cung cấp cho người dùng IP các dịch vụ truy cập IP chất lượng cao với một số đảm bảo dịch vụ nhất định. Lớp người dùng cung cấp biểu mẫu truy cập (truy cập IP và truy cập băng thông rộng) và biểu mẫu nội dung dịch vụ. Trong lớp cơ bản, Ethernet, là lớp vật lý của Mạng IP là điều tất nhiên, nhưng IP overDWDM có công nghệ mới nhất và có tiềm năng phát triển lớn.
MultipLexing phân chia sóng dày đặc (DWDM) mang lại sức sống mới cho mạng cáp quang và cung cấp băng thông đáng kinh ngạc cho các công ty viễn thông đặt đường trục sợi mới. Công nghệ DWDM sử dụng khả năng của sợi quang và thiết bị truyền dẫn quang tiên tiến. Tên của ghép kênh phân chia sóng có nguồn gốc từ việc truyền nhiều kênh bước sóng ánh sáng (LASER) từ một luồng sợi quang. Các hệ thống hiện tại có thể gửi và nhận dạng 16 bước sóng, trong khi các hệ thống trong tương lai có thể hỗ trợ 40 đến 96 bước sóng đầy đủ. Điều này rất quan trọng vì mỗi bước sóng bổ sung sẽ bổ sung thêm một luồng thông tin. Bạn có thể do đó mở rộng mạng 2,6 Gbit/s (OC-48) lên 16 lần mà không cần phải đặt sợi mới.
Hầu hết các mạng cáp quang mới chạy OC-192 ở tốc độ (9,6 Gbit/s), tạo ra công suất trên 150 Gbit/s trên một cặp sợi khi kết hợp với DWDM. Ngoài ra, DWDM còn cung cấp giao thức giao diện và các tính năng không phụ thuộc vào tốc độ, đồng thời hỗ trợ cả ATM , Truyền tín hiệu SDH và Gigabit Ethernet trên một sợi quang, có thể tương thích với các mạng hiện có, do đó DWDM có thể bảo vệ tài sản hiện có, đồng thời cung cấp cho ISP và các công ty viễn thông một đường trục vững chắc hơn, đồng thời làm cho băng thông rộng ít tốn kém hơn và dễ tiếp cận hơn, điều này cung cấp hỗ trợ mạnh mẽ cho các yêu cầu băng thông của giải pháp VoIP.
Tốc độ truyền tăng lên không chỉ có thể cung cấp đường truyền thô hơn với ít khả năng bị chặn hơn mà còn giảm độ trễ đi nhiều và do đó có thể giảm đáng kể các yêu cầu QoS trên mạng IP.
4. Công nghệ truy cập băng thông rộng
Quyền truy cập của người dùng vào mạng IP đã trở thành một nút cổ chai hạn chế sự phát triển của toàn mạng. Về lâu dài, mục tiêu cuối cùng của người dùng truy cập là cáp quang đến nhà (FTTH). Nói một cách rộng rãi, mạng truy cập quang bao gồm hệ thống sóng mang vòng lặp kỹ thuật số quang học và mạng quang thụ động. Trước đây chủ yếu ở Hoa Kỳ, kết hợp với miệng mở V5.1/V5.2, truyền hệ thống tích hợp của nó trên cáp quang, cho thấy sức sống tuyệt vời.
Sau này chủ yếu là theo đơn đặt hàng và ở Đức. Trong hơn một thập kỷ, Nhật Bản đã thực hiện một loạt các biện pháp nhằm giảm chi phí của mạng quang thụ động xuống mức tương tự như cáp đồng và cáp xoắn đôi kim loại và đã sử dụng nó. Đặc biệt trong những năm gần đây, ITU đã đề xuất mạng quang thụ động dựa trên ATM (APON), bổ sung cho các ưu điểm của ATM và mạng quang thụ động. Tốc độ truy cập có thể đạt 622 M bit/s, rất có lợi cho việc phát triển dịch vụ đa phương tiện IP băng thông rộng, đồng thời có thể giảm tỷ lệ lỗi và số lượng nút, đồng thời mở rộng vùng phủ sóng. Hiện tại, ITU đã hoàn thành công việc tiêu chuẩn hóa , các nhà sản xuất đang tích cực phát triển, sẽ có hàng hóa trên thị trường, sẽ trở thành hướng phát triển chính của công nghệ truy cập băng thông rộng trong thế kỷ 21.
Hiện nay, các công nghệ truy cập chính là: PSTN, IADN, ADSL, CM, DDN, X.25 và Ethernet và cột hệ thống truy cập không dây băng thông rộng, v.v.. Các công nghệ truy cập này có những đặc điểm riêng, bao gồm ADSL và CM phát triển nhanh nhất; CM (Cable Modem) sử dụng cáp đồng trục, tốc độ truyền cao, khả năng chống nhiễu mạnh; nhưng không truyền tải hai chiều, không có tiêu chuẩn thống nhất. ADSL (Vòng kỹ thuật số bất đối xứng) có quyền truy cập độc quyền vào băng thông rộng, tận dụng tối đa mạng điện thoại hiện có và cung cấp tốc độ truyền không đối xứng. Tốc độ tải xuống ở phía người dùng có thể đạt 8 Mbit/s và tốc độ tải lên ở phía người dùng có thể đạt 1M bit/s.ADSL cung cấp băng thông rộng cần thiết cho doanh nghiệp và tất cả người dùng, đồng thời giảm đáng kể chi phí.Sử dụng ADSL chi phí thấp hơn các tuyến khu vực, các công ty hiện nay có thể truy cập Internet và VPN dựa trên Internet với tốc độ cao hơn, cho phép dung lượng cuộc gọi VoIP cao hơn.
5. Công nghệ bộ xử lý trung tâm
Các bộ xử lý trung tâm (CPU) tiếp tục phát triển về chức năng, sức mạnh và tốc độ. Điều này cho phép ứng dụng rộng rãi PC đa phương tiện và cải thiện hiệu suất của các chức năng hệ thống bị giới hạn bởi nguồn CPU. Khả năng xử lý dữ liệu âm thanh và video truyền phát của PC đã được chờ đợi từ lâu bởi người dùng, do đó việc thực hiện các cuộc gọi thoại trên mạng dữ liệu đương nhiên là mục tiêu tiếp theo. Tính năng điện toán này cho phép cả các ứng dụng máy tính để bàn đa phương tiện tiên tiến và các tính năng nâng cao trong các thành phần mạng hỗ trợ các ứng dụng thoại.