网络电话及关键技术.doc

VoIP网络电话实现原理及关键技术日期: 2007年12月1 VoIP的基本原理与实现形式IP电话系统把普通电话的模拟信号转换成计算机可联入因特网传送的IP数据包，同时也将收到的IP数据包转换成声音的模拟电信号。经过IP电话系统的转换及压缩处理，每个普通电话传输速率约占用8-11kbit/s带宽，因此在与普通电信网同样使用传输速率为64kbit/s的带宽时，IP电话数是原来的5-8倍。VoIP的核心与关键设备是IP电话网关。IP电话网关具有路由管理功能，它把各地区电话区号映射为相应的地区网关IP地址。这些信息存放在一个数据库中，有关处理软件完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。在用户拨打IP电话时，IP电话网关根据电话区号数据库资料，确定相应网关的IP地址，并将此IP地址加入IP数据包中，同时选择最佳路由，以减少传输时延，IP数据包经因特网到达目的地IP电话网关。对于因特网未延伸到或暂时未设立网关的地区，可设置路由，由最近的网关通过长途电话网转接，实现通信业务。目前VoIP系统一般由IP电话终端、网关（Gateway）、网守（Gatekeeper）、网管系统、计费系统等几部分组成。IP电话终端包括传统的语音电话机、PC、IP电话机，也可以是集语音、数据和图象于一体的多媒体业务终端。由于不同种类的终端产生的数据源结构是不同的，要在同一个网络上传输，这就要由网关或者是通过一个适配器进行数据转换，形成统一的IP数据包。IP电话网关提供IP网络和电话网之间的接口，用户通过PSTN本地环路连接到IP网络的网关，网关负责把模拟信号转换为数字信号并压缩打包，成为可以在因特网上传输的IP分组语音信号，然后通过因特网传送到被叫用户的网关端，由被叫端的网关对IP数据包进行解包、解压和解码，还原为可被识别的模拟语音信号，再通过PSTN传到被叫方的终端。这样，就完成了一个完整的电话到电话的IP电话的通信过程。网守实际上是IP电话网的智能集线器，是整个系统的服务平台，负责系统的管理、配置和维护。网守提供的功能有拨号方案管理、安全性管理、集中帐务管理、数据库管理和备份、网络管理等等。网管系统的功能是管理整个IP电话系统，包括设备的控制及配置，数据配给，拨号方案管理及负载均衡、远程监控等。计费系统的功能是对用户的呼叫进行费用计算，并提供相应的单据和统计报表。计费系统可以由IP电话系统制造商提供，也可以由第三方制作，但此时需IP电话系统制造商提供其软件数据接口。在实现方式上，VoIP有电话机到电话机、电话机到PC、PC到电话机和PC到PC等4种方式。最初VoIP方式主要是PC到PC，利用IP地址进行呼叫，通过语音压缩、打包传送方式，实现因特网上PC机间的实时话音传送，话音压缩、编解码和打包均通过PC上的处理器、声卡、网卡等硬件资源完成，这种方式和公用电话通信有很大的差异，且限定在因特网内，所以有很大的局限性。电话到电话即普通电话经过电话交换机连到IP电话网关，用电话号码穿过IP网进行呼叫，发送端网关鉴别主叫用户，翻译电话号码网关IP地址，发起IP电话呼叫，连接到最靠近被叫的网关，并完成话音编码和打包，接收端网关实现拆包、解码和连接被叫。对于电话到PC或是PC到电话的情况，是由网关来完成IP地址和电话号码的对应和翻译，以及话音编解码和打包。2 VoIP的关键技术传统的IP网络主要是用来传输数据业务，采用的是尽力而为的、无连接的技术，因此没有服务质量保证，存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况。数据业务对此要求不高，但话音属于实时业务，对时序、时延等有严格的要求。因此必须采取特殊措施来保障一定的业务质量。VoIP的关键技术包括信令技术、编码技术、实时传输技术、服务质量（QOS）保证技术、以及网络传输技术等。2.1信令技术信令技术保证电话呼叫的顺利实现和话音质量，目前被广泛接受的VoIP控制信令体系包括ITU-T的H.323系列（华为公司产品采用）和IETF的会话初始化协议SIP。ITU的H.323系列建议定义了在无业务质量保证的因特网或其它分组网络上多媒体通信的协议及其规程。H.323标准是局域网、广域网、Intranet和Internet上的多媒体提供技术基础保障。H.323是ITU-T有关多媒体通信的一个协议集，包括用于ISND的H.320，用于B-ISDN的H.321和用于PSTN终端的H.324等建议。其编码机制，协议范围和基本操作类似于ISDN的Q.931信令协议的简化版本，并采用了比较传统的电路交换的方法。相关的协议包括用于控制的H.245，用于建立连接的H.225，用于大型会议的H.332，用于补充业务的H.450.1、H.450.2和H.450.3，有关安全的H.235，与电路交换业务互操作的H.246等。H.323提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性。它不依赖于网络结构，独立于操作系统和硬件平台，支持多点功能、组播和带宽管理。H.323具备相当的灵活性，支持包含不同功能的节点之间的会议和不同网络之间的会议。H.323建议的多媒体会议系统中的信息流包括音频、视频、数据和控制信息。信息流采用H.225建议方式来打包和传送。H.323呼叫建立过程涉及到三种信令：RAS(RegistrationAdmissionStatus）信令，H.225呼叫信令和H.245控制信令。RAS信令用来完成终端与网守之间的登记注册、授权许可、带宽改变、状态和脱离解除等过程；H.225呼叫信令用来建立两个终端之间的连接，这个信令使用Q.931消息来控制呼叫的建立和拆除，当系统中没有网守时，呼叫信令信道在呼叫涉及的两个终端之间打开；当系统中包括一个网守时，由网守决定在终端与网守之间或是在两个终端之间开辟呼叫信令信道；H.245控制信令用来传送终端到终端的控制消息，包括主从判别、能力交换、打开和关闭逻辑信道、模式参数请求、流控消息和通用命令与指令等。H.245控制信令信道建立于两个终端之间，或是一个终端与一个网守之间。此外，H.323不支持多点发送（Multicast）议，只能采用多点控制单元（MCU）构成多点会议，因而同时只能支持有限的多点用户。H.323也不支持呼叫转移，且建立呼叫的时间比较长。2.2编码技术话音压缩编码技术是IP电话技术的一个重要组成部分。目前，主要的编码技术有ITU-T定义的G.729、G.723等。其中G.729可将经过采样的64Kbit/s话音以几乎不失真的质量压缩至8Kbit/s。由于在分组交换网络中，业务质量不能得到很好保证，因而需要话音的编码具有一定的灵活性，即编码速率、编码尺度的可变可适应性。G.729原来是8Kbit/s的话音编码标准，现在的工作范围扩展至6.4-11.8Kbit/s，话音质量也在此范围内有一定的变化，但即使是6.4Kbit/s，话音质量也还不错，因而很适合在VoIP系统中使用。G.723.1采用5.3/6.3kbit/s双速率话音编码，其话音质量好，但是处理时延较大，它是目前已标准化的最低速率的话音编码算法。此外，静音检测技术和回声消除技术也是VoIP中十分关键的技术。静音检测技术可有效剔除静默信号，从而使话音信号的占用带宽进一步降低到3.5kbit/s左右；回声消除技术主要利用数字滤波器技术来消除对通话质量影响很大回声干扰，保证通话质量。这点在时延相对较大的IP分组网络中尤为重要。2.3实时传输技术实时传输技术主要是采用实时传输协议RTP。RTP是提供端到端的包括音频在内的实时数据传送的协议。包括数据和控制两部分，后者叫RTCP。RTP提供了时间标签和控制不同数据流同步特性的机制，可以让接收端重组发送端的数据包，可以提供接收端到多点发送组的服务质量包馈。2.4QOS保障技术VoIP中主要采用资源预留协议（RSVP）以及进行服务质量监控的实时传输控制协议RTCP来避免网络拥塞，保障通话质量。2.5网络传输技术VoIP中网络传输技术主要是TCP和UDP，此外还包括网关互联技术、路由选择技术、网络管理技术以及安全认证和计费技术等。由于实时传输协议RTP提供具有实时特征的、端到端的数据传输业务，因此VoIP可用RTP来传送话音数据。在RTP报头中包含装载数据的标识符、序列号、时间戳以及传送监视等，通常RTP协议数据单元是用UDP分组来承载，而且为了尽量减少时延，话音净荷通常都很短。IP、UDP和RTP报头都按最小长度计算。VoIP话音分组开销很大，采用RTP协议的VoIP格式，在这种方式中将多路话音插入话音数据段中，这样提高了传输效率。VoIP系统及相关协议浅析日期: 2007年12月当今VoIP技术正在世界范围内迅速替代传统的固话语音技术，本文从VoIP应用形式、简单的呼叫模型、主要的VoIP协议、技术发展历程等方面进行介绍，全面展示VoIP技术的现状。VoIP（网络电话）是指将模拟的声音讯号经压缩与封包后，以数据封包的形式在IP网络环境中进行语音讯号的传输。目前，国外很多基于互联网运营的VoIP电话系统都已取得成功，其巨大的市场潜力也吸引了众多国际著名厂商，力图在VoIP网络电话市场抢占先机。现以H.323协议为模型，对VoIP系统的原理进行简单说明。1、典型的VoIP网络构成及呼叫过程（1）网络构成VoIP网络主要由主、被叫接入终端；主叫网关、网守；被叫网关、网守组成，如图1所示。图1 VoIP系统结构（以H.323协议为模型）网关的主要功能是实现PSTN网到IP网的转换，包括ISDN信令处理、H.323协议功能、语音编解码和路由协议处理功能等。对外分别提供与PSTN网连接的中继接口以及和IP网络连接的接口。很多网关都支持PPP/PPPOE广域网接入功能，并支持基于WEB的管理方式和具有内建的IP路由、NAT、NAT穿透功能，且很多网关也提供FXS接口，可直接接入普通电话。另外，若主叫本身就是网络电话类的智能终端，一般也都提供支持PP-POE接入的能力，则不再需要源网关。网守的主要功能是用户认证、地址解析、带宽管理、路由管理、安全管理和区域管理。（2）呼叫过程呼叫由PSTN发起，通过中继接口接入到网关，也可能是网关直接连接的普通电话发起。网关获得用户希望呼叫的被叫号码后，向网守发出接入请求，申请地址解析，网守根据被叫号码查找被叫网关的IP地址，并根据网络资源情况来判断是否应该建立连接，若可建立连接，则将被叫网关的IP地址通知给主叫网关。主叫网关在得到被叫网关的IP地址后，通过IP网络与对方网关建立起呼叫连接，被叫侧网关向PSTN网络发起呼叫并由交换机向被叫用户振铃。被叫摘机后，被叫侧网关和交换机之间的话音通道被连通。在以上过程中，若无网守，网关也可单独组网，因为网关本身可配置号码路由，自身完成选路功能。但该路由表容量有限，且这种方式维护比较困难，因此只适合于网关数目较少的情况，以节省网守的成本。网守是管理设备，一般网关规模数在15-20个以上时建议使用网守，便于网络管理维护以及网络扩容。此外，当网关使用拨号方式接入，其IP地址是动态申请的，也必须使用网守，因为网关配置号码路由必须配置静态IP地址，而通过网关向网守动态注册IP地址，可由网守完成呼叫选路。2、VoIP应用形式VoIP的应用形式丰富，目前主要是以下几种：（1）PCTOPHONEPCTOPHONE就是主叫方是PC终端上网，利用VoIP语音软件进行通话，被叫方是普通电话用户。这种应用形式在国外相当流行，代表软件有Net2Phone、VoxBar、Skype等。其特点是发话端是互联网用户，受话端是PSTN电话用户，即“INTERNET+PSTN”形式。需要说明的是，目前已出现了很多功能很好的网络电话机，电话机本身即提供PPPOE拨号功能、配置静态IP地址功能和动态获得IP地址功能。只要接入INTERNET就可以打电话，这种情况也还算此类应用范畴。（2）PHONETOPHONEPHONETOPHONE就是主、被叫方均为PSTN电话用户，主叫用户需拨打短号码并进行卡号和密码认证。这种应用形式出现较早，当前各大电信运营商都提供此类服务，如IP电话卡等。特点是发、受话端均是PSTN电话用户，在主、被叫端之间经有IP网络（既可是专用IP网也可是互联网），即“PSTN+IP网络+PSTN”形式。（3）PCTOPCPCTOPC就是主、被叫方均为PC终端上网，利用即时通讯软件的语音功能进行语音通话。代表软件有QQ、MSN、ICQ、Skype等。（4）企业用户的应用方式当总部城市A的员工需要拨叫企业分部城市B的本地电话时，总部语音网关首先将呼叫转移到分部城市B的语音网关，再由分部城市B网关通过连接在其上的本地PSTN通路发起对被叫方的呼叫。也就是说，若企业所在地安装了VoIP语音网关设备，全国范围内，只要在有分支机构的城市，企业中的任何一人需要给企业有分支机构的任何城市用户打电话，企业所要付出的只是当地的电话费。我国现有很多拥有自己专网的行业和较多分支机构的大企业，如金融、能源、政府机构、跨国公司等，利用电信运营商提供的DDN、帧中继、ATM等网络组网或通过INTERNET建造自己的IPVPN网络实现内部通话。它们目前也正是中国VoIP市场的主力，已拥有一套运营级的VoIP网络。3、VoIP协议介绍语音通信仍是电信运营商的主要业务，只有通过为用户提供更个性化、更多样的业务，才能创造新的业务增长点，为企业创造更多利润。本着技术服务于市场的原则，下一代VoIP的发展方向需按业务个性化和多样性的特点发展。选择什么技术，应具备怎样的特点，是运营者必须关注的重点。目前，可用来实现VoIP的协议有H.323、SIP、H.248、MGCP、P2P类语音协议等（1）H.323协议簇国内早期运营商的VoIP网络几乎全部基于H.323协议集构建的。H.323协议集是ITU-T为基于分组交换网络而开发的多媒体通信系统。呼叫控制是其中的重要组成部分，可用以建立点到点的媒体会话和多点间媒体会议，主要应用于视频会议系统。它并不是一个独立的协议，而是由多种协议组成，包括H.225、H.245、RTP、RTCP等。H.323定义了4个主要部件构筑基于网络的通信系统：终端、网关、网守、多点控制单元（MCU）。H.323定义了介于电路交换网和分组交换网之间的H.323网关、用于地址翻译和访问控制的网守、以及后台认证、计费等支撑系统组成。在VoIP系统中，没涉及H.323协议的多点会议控制功能部分功能。网关是完成协议转换和媒体编解码的主要设备，而网守则是完成网关之间的路由交换、用户认证和计费的控制层设备。H.323协议集的设计本身就是从电信级网络的角度出发的，易于构建大规模网络，网络的可运营、可管理性及不同厂商设备之间的互通性较好。H.323在分组网络上模拟了PSTN的结构，本身也是分层、主从、集中式的控制方式。（2）SIP协议SIP（初始会话协议）是IETFSIP工作组提出的基于文本编码的IP电话/多媒体会议应用层控制协议。用于建立、修改并终止多媒体会话。SIP协议还可用于发起会话或邀请成员加入已用其他方式建立的会话。自3GPP在Release5的IMS（IP多媒体子系统）中宣布以SIP为核心协议，及ETSI在其NGN体系中采用IMS以来，SIP协议就成为关注热点。最初只有国外的小厂商将SIP协议开发和使用在企业的小型网络中，以提供电话业务。第二版本发布后，SIP协议得到了更广泛的应用，基于该协议开发的系统，用户终端无论在何处接入互联网，都可通过域名找到其归属的服务器，以进行语音和视频通信。SIP协议的特点如下：既可支持点到点的话音通信或视频通信，也可支持多点参与的话音或视频会议等。透明地支持名字映射和重定向服务，便于实现ISDN，智能网及个人移动业务。可用MCU或全互联的方式代替组播发起多方呼叫，与PSTN相连的IP电话网关也可用SIP协议来建立普通电话用户之间的呼叫。采用基于文本的UTF-8编码方式和ISO10646字符集，易于实现，易于调试、灵活和扩展性好。这种方式理解容易、实现简单，方便设备商的产品开发。对个人移动业务提供了很好的支持。对主叫发出的请求，被叫可以重定向到多个点位，这些点位可以是任意一个URL，并且电话类型（移动、固定）、应用类型（商用、家用）和被叫优先级列表等附加信息将被传回主叫方，这使得主叫方可以灵活地选择与哪一个点位通话。采用Client/Server结构的消息机制，将UA分为两个部分：呼叫方发出邀请（或呼叫）；被叫方接受或拒绝邀请（或呼叫）。这种Client/Server的关系不固定，其工作方式对等，当A向B发送请求消息时，A作为Client，B作为Server。反之，当B向A发起请求时，它们之间的Client-Server关系又相反。低层协议可为SIP协议层提供可靠或非可靠业务，也可为分组或字节流业务。Internet环境下，SIP协议层可使用UDP协议或TCP协议，它首选UDP协议，当不能使用UDP协议时，使用TCP协议。SIP协议的可扩展性主要体现在：不可识别的头域可以忽略；用户可指示SIP服务器必须理解的消息内容；新的头域容易引入；状态码采用分层编码方式进行编码。可见，SIP协议沿用了计算机网络设计的思想。协议设计灵活，可很方便地开展新业务。SIP协议完全传承了Internet的特点，终端高度智能化，网络结构相对简单。智能化有很多智能化的优点：开发众多业务、进行呼叫控制和信令处理、使网络控制简单；但终端智能化也存在缺点：成本高、使用相对复杂、网络控制简单的代价是网络本身不可靠性。（3）Skype协议卢森堡Skype网络电话公司开发了一种集语音和IM功能于一体私有P2P应用协议，又因其在国外提供了廉价的网络电话服务，语音通话质量较好、使用方便，所以它一出现便广为流传，业务增长迅速，受到业界的普遍关注。从技术上讲，Skype使用P2P原理传输语音，能够轻松通过NAT/防火墙，采用的语音编解码算法具有较高的效率，使用安全性极高的私有加密方法对端到端语音信息加密。Skype以P2P的方式提供四类服务：“PCTOPC”；“PCTO PHONE”；“PHONE TO PC”；“语音信箱”。Skype网络结构是一个由普通主机和超级节点、Skype登陆服务器组成。一个Skype客户端通过监听特殊的端口来接受打入电话，维护一个称作主机缓存的节点表。所谓得主机缓存就是一个超级节点和其开放端口，被定期刷新的列表。使用多种方式的语音编码方式，在本机保留一个好友列表，对信息进行端到端的加密。当Skype客户端被执行后，首先要判断出是否自己在NAT设备，若在，则按不同方式去应对NAT连接造成的问题，Skype客户依据主机缓存地址和端口发送UDP包到超级节点。若UDP包被NAT设备限制，则转而使用TCP协议跨过NAT设备，若采用端口连接无效，就试图分别采取80端口（HTTP端口）和443端口（HTTPS端口）躲过防火墙的干预。Skype被人称道的是其使用AES算法对每个电话和即时信息使用256bit加密，使用1536bit2048bit RSA去协商对称AES密钥。用户的公钥在进行登陆服务认证时鉴定。Skype使用其全局索引技术来搜索Skype用户，并宣称这种技术是分布式的，若用户存在且在最近72小时登陆过，就保证能够查找到。Skype语音信令使用TCP协议来传输，宣称其通信占用带宽只有3Kbit/s16Kbit/s。不同的主、被叫用户的位置情况不同，Skype采用的技术方式也不同，分为：主、被叫用户都使用公网IP地址，信令使用TCP方式连接，媒体流使用UDP方式。主叫用户在端口受限的NAT设备后，接收者是一个公网IP用户，通过已在线的公网的其他Skype节点，以TCP方式转发信令、媒体流，转发信令，以UDP方式转发媒体流。主、被叫用户都在端口受限的NAT设备后，则通过已在线的公网其他Skype节点，以TCP方式来转发信令、媒体流。由于其随机连接其他Skype节点，使用随机IP地址和端口连接Skype网络，有时还使用知名端口（80或443）跳过防火墙联接，因此鉴别Skype流量是很困难的。（4）H.248和MGCP协议H.248和MGCP不能成为独立的VoIP协议，只是软交换的网络中的一种承载控制协议，一种主从协议。所谓软交换，其核心思想是控制、承载和业务分离，采用软交换做控制，不同媒体网关做媒体处理来提供话音、数据、视讯等多媒体业务的实现方式。其核心协议是ITU-T制定的H.248和IETF制定的MGCP。 MGCP是为媒介网关和语音IP终端设备提供信令和呼叫控制的主从设备控制协议（MGC控制MG），是简单网关控制协议和IP设备控制规范的结合。H.248/MeGaCo是MGCP的后继协议和最终替代者，但协议概念完全不同，随NGN的不断发展，MGC与MG之间的媒体控制协议将逐步统一到H.248。 4、结束语目前，VoIP技术还处在关键的发展阶段，并正迅速地向下一代VoIP技术演化。现阶段，以软交换为基础的NGN网络技术得到业界的广泛关注，因此软交换的技术能够实现很多基于IP电话的补充和增值业务，发挥好这种技术优势，大力开发增值业务，才是这一阶段的核心价值。而如何整合数据网络、融合移动业务则是下一阶段的技术核心问题，运营商将在IPDiffServe、MPLS、SIP等技术方面进行大量研究实践为下一步发展做好技术储备。 运营商目前大部分的长途VoIP网、NGN网络等都建设在专用通信网上。IP地址、安全、服务质量这样的问题并不突出。专网的方式只是一个过渡方式，随着三网融合的趋势，IP电话必然要融入到公共IP网当中。无论是长途网还是本地网，这些问题都必须解决。语音网络将变得越来越具有开放性、丰富性，而不仅仅是从电路交换域变为IP交换域。而在享受VoIP技术带来丰富、廉价的同时，如何从政策、技术等层面更好的控制引导便成为VoIP技术发展中应把握的重点。VoIP的原理及技术知识全方位讲解日期: 2007年12月通过因特网进行语音通信是一个非常复杂的系统工程，其应用面很广，因此涉及的技术也特别多，其中最根本的技术是VoIP(VoiceoverIP)技术，可以说，因特网语音通信是VoIP技术的一个最典型的、也是最有前景的应用领域。因此在讨论用因特网进行语音通信之前，有必要首先分析VoIP的基本原理，以及VoIP中的相关技术问题。一、VoIP的基本传输过程传统的电话网是以电路交换方式传输语音，所要求的传输宽带为64kbit/s。而所谓的VoIP是以IP分组交换网络为传输平台，对模拟的语音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理，使之可以采用无连接的UDP协议进行传输。为了在一个IP网络上传输语音信号，要求几个元素和功能。最简单形式的网络由两个或多个具有VoIP功能的设备组成，这一设备通过一个IP网络连接。VoIP模型的基本结构图如图下图所示。从图中可以发现VoIP设备是如何把语音信号转换为IP数据流，并把这些数据流转发到IP目的地，IP目的地又把它们转换回到语音信号。两者之音的网络必须支持IP传输，且可以是IP路由器和网络链路的任意组合。因此可以简单地将VoIP的传输过程分为下列几个阶段。1、语音-数据转换语音信号是模拟波形，通过IP方式来传输语音，不管是实时应用业务还是非实时应用业务，道貌岸首先要对语音信号进行模拟数据转换，也就是对模拟语音信号进行8位或6位的量化，然后送入到缓冲存储区中，缓冲器的大小可以根据延迟和编码的要求选择。许多低比特率的编码器是采取以帧为单位进行编码。典型帧长为1030ms。考虑传输过程中的代价，语间包通常由60、120或240ms的语音数据组成。数字化可以使用各种语音编码方案来实现，目前采用的语音编码标准主要有ITU-TG.711。源和目的地的语音编码器必须实现相同的算法，这样目的地的语音设备帮可以还原模拟语音信号。2、原数据到IP转换一旦语音信号进行数字编码，下一步就是对语音包以特定的帧长进行压缩编码。大部份的编码器都有特定的帧长，若一个编码器使用15ms的帧，则把从第一来的60ms的包分成4帧，并按顺序进行编码。每个帧合120个语音样点（抽样率为8kHz）。编码后，将4个压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。网络处理器为语音添加包头、时标和其它信息后通过网络传送到另一端点。语音网络简单地建立通信端点之间的物理连接（一条线路），并在端点之间传输编码的信号。IP网络不像电路交换网络，它不形成连接，它要求把数据放在可变长的数据报或分组中，然后给每个数据报附带寻址和控制信息，并通过网络发送，一站一站地转发到目的地。3、传送在这个通道中，全部网络被看成一个从输入端接收语音包，然后在一定时间（t）内将其传送到网络输出端。t可以在某全范围内变化，反映了网络传输中的抖动。网络中的同间节点检查每个IP数据附带的寻址信息，并使用这个信息把该数据报转发到目的地路径上的下一站。网络链路可以是支持IP数据流的任何拓结构或访问方法。4、IP包-数据的转换目的地VoIP设备接收这个IP数据并开始处理。网络级提供一个可变长度的缓冲器，用来调节网络产生的抖动。该缓冲器可容纳许多语音包，用户可以选择缓冲器的大小。小的缓冲器产生延迟较小，但不能调节大的抖动。其次，解码器将经编码的语音包解压缩后产生新的语音包，这个模块也可以按帧进行操作，完全和解码器的长度相同。若帧长度为15ms，是60ms的语音包被分成4帧，然后它们被解码还原成60ms的语音数据流送入解码缓冲器。在数据报的处理过程中，去掉寻址和控制信息，保留原始的原数据，然后把这个原数据提供给解码器。5、数字语音转换为模拟语音播放驱动器将缓冲器中的语音样点（480个）取出送入声卡，通过扬声器按预定的频率（例如8kHz）播出。简而言之，语音信号在IP网络上的传送要经过从模拟信号到数字信号的转换、数字语音封装成IP分组、IP分组通过网络的传送、IP分组的解包和数字语音还原到模拟信号等过程。整个过程如图下图所示。二、推动VoIP发展的动力由于相关的硬件、软件、协议和标准中的许多发展和技术突破，使得VoIP的广泛使用很快就会变成现实。这些领域中的技术进步和发展为创建一个更有效、功能和互操作性更强的VoIP网络起着推波助澜的作用。表2-2简单列出了这些领域中的主要发展。从表中可以看出，推动VoIP飞速发展乃至广泛应用的技术因素可以归纳为如下几个方面。1、数字信号处理器先进的数字信号处理器（DigitalSignal Processor ,DSP）执行语音和数据集成所要求的计算密集的任各。DSP处理数字信号主要用于执行复杂的计算，否则这些计算可能必须由通用CPU执行。它们的专门化的处理能力与低成本的结合使DSP很好地适合于执行VoIP系统中的信号处理功能。单个语音流上G.729语音压缩的计算开销开常大，要求达到20MIPS，如果要求一个中央CPU在处理多个语音流的同时，还执行路由和系统管理功能，这是不现实的，因此，使用一个或多个DSP可以从中央CPU卸载其中的复杂语音压缩算法的计算任务。另外，DSP还适合于语音的活动检测和回声取消这样的功能，困为它们实时处理语音数据流，并能快速访问板上内存，因此。在本章节中，比较详细地介绍如何在TMS320C6201DSP平台来实现语音编码和回声抵消的功能。2、高级专用集成电路专用集成电路（Application-SpecificIntegrated Circait, ASIC）发展产生了更快、更复杂、功能更强的ASIC。ASIC是执行单一应用或很小的一组功能专门的应用芯片。由于集中于很窄的应用目标，故它们可以对特定的功能进行高度的优化，通常双通用CPU快一个或几个数量级。就像精简指令集计算机（RSIC）芯片集中于快速执行扔限数目的操作一样，ASIC被预先编程、使其能更快地执行有限数目的功能。一旦开发完成，ASIC批量生产的成本并不高，被用于包括路由器和交换机这样的网络设备，执行路由查表、分组转发、分组分类和检查以及排队等功能。ASIC的使用使设备的性能更高，而成本更低。它们为网络提供增加的宽带和更好的QoS支持，所以对VoIP发展起着很大的促进作用。3、IP传输持术传输电信网大多采用时分多路复用方式，因特网须采用的是统计复用变长分组交换方式，二者相比，后者对网络资源利用率高，互连互通简便有效、对数据业务十分适用，这是因特网得以飞速发展的重要原因之一。但是，宽带IP网络通信对QoS和延迟特性提出了苟刻的要求，因此，统计复用变长分组交换的技术发展为人们所关注。目前，除已问世的新一代IP协议-IPV6外，世界因特网工程任务组（IETF）提出了多协议标记交换技术（MPLS），这是一种基于网络层选路的各种标记/标签的交换，能提高选路的灵活性，扩展网络层选路能力，简化路由器和基于信元交换的集成，提高网络性能。MPLS既可以作为独立的选路协议工作，又能与现有的网络选路协议兼容，支持IP网络的各种操作、管理和维护功能，使IP网络通信的QoS、路由、信令等性能大大提高，达到或接近统计复用定长分组交换（ATM）的水平，而又比ATM简单、高效、便宜、适用。IETF还地抓紧新的分组理理持术，以便实现QoS选路。其中正在研究隧道技术就是为了实现单向链路的宽带传送。另外，如何选择IP网络传输平台也是近年来研究的一个重要领域，先后出现了IP over ATM、IP over SDH、IP over DWDM等技术，目前公认的宽带网络分析模型如图所示。第一层是基层础，提供高速的数据传输骨干。IP层向IP用户提供高质量的，具有一定服务保证的IP接入服务。用户层提供接入形式（IP接入和宽带接入）和服务内容形式。在基础层，以太网作为IP网络的物理层，是理所当然的事情，但是IPoverDWDM却上最新技术，并具有很大的发展潜力。密集波分多路复用（DenseWaveDivisionMultipLexing,DWDM）为光纤网络注入新的活力，并在电信公司铺设新的光纤主干网中提供惊人的带宽。DWDM技术利用光纤的能力和先进的光传输设备。波分多路复用的名称是从单股光纤上传送多个波长的光（LASER）而得来的。目前的系统能够发送和识别16个波长，而将来的系统能够支持4096全波长。这具有重要意义，因为每增加一个波长，就增加了一个信息流。因此可以将2.6Gbit/s（OC-48）网络扩大16倍，而不必铺设新的光纤。大多数新的光纤网络以（9.6Gbit/s）的速度运行OC-192，在与DWDM结合时，在一对光纤上产生150Gbit/s以上的容量。另外，DWDM提供了接口的协议和速度无关的特征，在一条光纤上可同时支持ATM、SDH和千兆以太网信号的传输，这样和现在已建成的各种网络都可以兼容，因此DWDM既可以保护已有的设资，还可以以其巨大带宽为ISP和电信公司提供了功能更强的主干网，并使宽带成本更低和访问性更强，这对VoIP解决方案的带宽要求提供强有力的支持。增加的传输速率不仅可以提供更粗的管道，使阻塞的机会更少，而且使延时降低了许多，因此可以在很大程度上减少IP网络上的QoS要求。4、宽带接入技术IP网络的用户接入已成为制约全网发展的瓶颈。从长期发展看，用户接入的终极目标是光纤到户（FTTH）。光接入网从广义上讲包括光数字环路载波系统和无源光网络两类。前者主要在美国，结合开放口V5.1/V5.2，在光纤上传送其综合系统，显示了很大的生命力。后者主要在目本和德国。日本坚持不懈攻关十多年，采取一系列措施，将无源光网络成本降低至与铜缆和金属双绞线相近的水平，并大量使用。特别是近年ITU提出以ATM为基础的无源光网络（APON），将ATM与无源光网络优势互补，接入速率可达622Mbit/s，对宽带IP多媒体业务发展十分有利，且能减少故障率和节点数目，扩大覆盖范围。目前ITU已完成了标准化工作，各厂家正在积极研制，不久会有商品上市，将成为面向21世纪的宽带接入技术的主要发展方向。目前主要采用的接入技术有:PSTN、IADN、ADSL、CM、DDN、X.25和Ethernet以及宽带无线接入系统列等。这些接入技术各有特点，其中发展最快的是ADSL和CM；CM(CableModem)采用同轴电缆，传输速率高、抗干扰能力强；但是不能双向传输，无统一标准。ADSL（Asymmetrical Digital Loop）独享接入宽带， 充分利有现有电话网，提供非对称的传输速率，用户侧的下载速率可以达到8 Mbit/s，用户侧的上载速率可以达到1M bit/s。ADSL为企业和各个用户提供必要的宽带，并极大地降低成本。使用较低成本的ADSL地区环路，现在公司能以更高的速度访问因特网和基于因特网服务供应商的VPN，允许更高的VoIP呼叫容量。5、中央处理单元技术中央处理单元（CPU）在功能、功率和速度方面继续发展。这使多媒体PC能够广泛应用，并提高了受CPU功率限制的系统功能的性能。PC处理流式音频和视频数据的能力在用户中期待已久，所以在数据网络上传送语音呼叫理所当然成为下一步的目标。这个计算功能使先进的多媒体桌面应用和网络组件中的先进功能都支持语音应用。用现有的本地电话交换机接入本地电话用户,然CJFD2005而网络电话是使用网络数字电话机,将语音信号变为数字信号,并产生适合IP网络传输的分组数据包,直接经由互联网传递给对方。其结构如图2所示CJFD2005基于Internet的IP电话设计IP电话的发展已经历了三代。第三代IP电话是Internet普及的产物，目前，以太网接口直接入户已经越来越普遍，有必要开发一种带有RJ-45以太网接口、直接连入Internet、使用更加方便的IP电话。用户在打电话时，可以直接拨叫远端的电话号码，通过网闸把所拨的电话号码转换成远端IP电话的IP地址，从而建立起通话连接。与第二代IP电话终端不同的是，第三代IP电话终端直接把输入语音信号数字化，并按照一定的语音压缩编码标准算法(如G.728，G.729等)完成对输入语音信号的实时压缩，使带宽从64kbps降低到8kbps甚至8kbps以下，大大提高了信道的利用率，IP电话终端遵循SIP(或者H.323)协议。第三代IP电话系统通过网关，可实现IP电话和普通电话的互通。系统介绍整体概述IP电话系统有4个基本组件：网络电话机(IP Phone)，网关(Gateway)，多点控制单元MCU(MultIPoint Control Unit)和网闸(Gatekeeper)。(1)网络电话机：是一个IP电话客户终端，多以硬件形式出现。它可以直接连接在IP刚上，实现实时的语音或多媒体通信。(2)网关：是通过IP网络提供PHONE-TO-PHONE语音通信的关键设备，是IP网络和PSTN/ISDN/PBX网络接口设备。(3)网闸：又称网守或关守，用来提供对整个电话系统端点和呼叫的管理功能。主要功能包括地址翻译、呼叫接纳控制、呼叫管理、呼叫权限。在H.323建议中，网闸是一个可选部分，但是对于实际运行的局域网IP电话系统来说，网闸是个重要部件。在本系统中，网闸设立在IP地址的一个终端上。网闸对所有终端用户的姓名和IP地址进行统一登记和管理，并预先给每个终端用户分配一个类似电话分机的虚拟电话号码，以便其他终端用户进行呼叫。主叫用户无需知道被叫用户终端的IP