（电路与系统专业论文）家用网关若干关键技术的应用[电路与系统专业优秀论文].pdf

家用网关若干关键技术的应用 摘要 目前，在i p 网络上实现语音数据的传输使语音通信变得方便快捷，费用低廉， 随着时间的推移以及互联网的普及，网络语音产品必然将走入普通的家庭。网络语音 产品的研制成为网络通信领域的一个研究热点。本文运用一种家用网关的研制方案， 实现了网络语音产品的软硬件的开发和主要指标的测试。 产品的硬件开发采用了模块化的设计，针对主控制、v o i p 、a d s l 、w i f i 以及路 由器等模块，选择一些设计方案，在其基础上进行电路的修改，并利用p r o t e ld x p 软 件完成整个系统的电路图以及印制板的绘制。在软件上，为分解产品软件设计的工作 量，需要分模块进行设计：包括应用控制、电话接口、用户接口以及h 3 2 3 、s i p 等 模块。本文完成了在v x w o r k s 操作系统上对家用网关h 3 2 3 和s i p 协议栈的移植。软 硬件的分模块方式设计，使得家用网关的设计结构和框架都很清晰，给现行和后续的 开发带来了方便。搭建一个家用网关测试环境，对产品的一些主要指标进行测试。 总之，在文章中运用多种关键技术，实现了一个集多种功能于一体的高端家用网 关产品，这种产品将会在家用网关领域中得到很好的运用。 关键词：网关，v o l p ，软交换，a d s l a p p l i c a t i o no ft h ek e yt e c h n o l o g i e so nt h ef a m i l yg a t e w a y a b s t r a c t a tp r e s e n t ，t h er e a l i z a t i o no fv o i c eo v e rt h ei pn e t w o r km a k e st h ev o i c e c o m m u n i c a t i o nb e c o m em o r ec o n v e n i e n c ea n dc h e a p e na l o n gw i t ht h ep r o c e s so f t i m em a d t h ep o p u l a r i z a t i o no fi n t e r a c t ，t h en e t w o r kv o i c ep r o d u c tw i l l c e r t a i n l yc o m ei n t ot h e c o m m o nf a m i l y t h ed e v e l o p m e n to ft h ev o i c ec o m m u n i c a t i n gp r o d u c ti sb e c o m i n ga h o t s p o ti nt h ef i e l do ft h en e t w o r kc o m m u n i c a t i o n h e r e ，t h i se s s a yu s e sap r o p o s a lo f f a m i l yg a t e w a y , i nw h i c ht h ed e s i g no ft h ec o m m u n i c a t i o nv o i c ep r o d u c ti si m p l e m e n t e d a n dm a i ng u i d e l i n e sa r et e s t e d i nt h eh a r d w a r ed e v e l o p m e n t ，t h es y s t e mi sd i s p a r t e di n t om u l t i m o d u l e ss u c ha st h e m a i nc o n t r o l l i n gm o d u l e ，v o l pm o d u l e ，a d s lm o d u l e ，w i r e l e s sm o d u l ea n dr o u n t e r m o d u l e s e l e c ts o m es i m i l a rd e s i g np r o p o s a l ，a n dm o d i f yt h ec i r c u i t a c c o r d i n gt ot h e p r o p o s a l t h e nt h ec i r c u i td i a g r a mm a dp r i n t e dc i r c u i to fs y s t e mi sa c c o m p l i s h e du s i n gt h e s o f t w a r ep r o t e ld x ri nt h ea s p e c to fs o f t w a r e ，t h el o a do fs o f e w a r ew o r ki sr e d u c e d a d o p t i n gt h ed e s i g no fm o d e l e ，i n c l u d i n gt h em o d u l e so fa p p l i c a t i o nc o n t o l ，t h ea c c e s so f t e l e p h o n e ，t h ea c c e s so f u s e ra n dt h et r a n s p l a n to f p r o t o c o ls t a c ka n ds oo n i nt h ee s s a y , t h e w o r kf o r c u s e so nt h et r a n s p l a n to ft h eb s pa n d p r o t o c o l s t a c ko v e rt h ev x w o r k s e m b e d d i n go p e r a t i n gs y s t e m t h ed e s i g ni nt h i sw a ym a k e st h ec o n f i g t w a t i o na n df r a m ei s v e r yc l e a r , t h u sw h i c hw i l lb r i n gc o n v e n i e n c et op r e s e n ta n dc o n t i n u o u sd e v e l o p t h et e s t i n g e n v i r o n m e n to f t h eg a t e w a yp r o d u c ti sb u i l d e d ，a n dt h e nt h em a i ng u i d e l i n e so f p r o d u c ta r e t e s t i n g t h e r e f o r e ，i ti st h ea p p l i c a t i o no fm u l t ik e yt e c h n o l o g i e si nt h ee s s a yt h a tm a k e st h e a p p e a r a n c eo fh i g h g r a d ef a m i l yg a t e w a yw i t hm u l t i f u n c t i o n ，w h i c hw i l lb eap e ti nt h i s f i e l d k e yw o r d s ：g a t e w a y , v o l p , s o f t s w i c h ，a d s l 图表清单 软交换的网络体系结构4 基于软交换技术的v o i p 网络结构6 v o i p 传输的基本过程i 0 a d s l 管道1 4 a d s l 2 + 对传输频带的扩展1 7 家用网关功能示意图2 l 家用网关硬件电路总体结构2 2 处理器时钟处理电路2 3 c p u 提供p c i 接口2 4 v o l p 模块硬件接口图2 5 语音协处理电路2 7 双通道s l i c 处理电路2 7 d a a 处理电路2 8 a d s l 电路各电路部分功能示意框图2 8 a d s l 硬件电路3 0 p c i 总线提供的接口图3 0 路由器解决方案框图3 1 以太网变压器硬件电路图3 i 家用网关网络接入模块p c b 图3 2 家用网关v o i p 模块p c b 图3 2 家用网关软件模块3 4 人机交互工具3 9 t o m a d o 集成开发环境3 9 b s p 在系统中的位置4 0 b s p 运行结果4 2 h 3 2 3 协议栈4 3 h 3 2 3 与a p p 的交互流程5 l 网关所用协议软件代码5 6 软件编译过程5 7 软件编译结果5 7 家用网关测试环境示意图5 8 主流a d s l 技术的比较1 7 8 0 2 1 1 a b g3 种标准的比较2 0 ，“ b 勉m“撕撕弛”强”粥暑：洲睨“螂伸悯h犯 酏郾酏即酏酏郾郾郾酊郾郾酊郾郾郾酊酊郾郾卧卧卧卧卧酣酏酣酣酣酗耙规 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得 盒目b 王些盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：、叶斗极 签字日期： 。年7 月) 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒b 兰、业厶堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权盒胆王些友堂可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：i 叶斗极 签字日期：6 年_ 7 月j 日 导师签名 签字日期：名年- 7 | 学位论文作者毕业后去向：窿 数汐白l _ i 龟七融0 今确限仓萄 j 二作单位： 1 器1 上 电话： 啦j j 3 7 i ；1 3 致谢 三年的研究生生活转瞬即逝，虽然短暂如白驹过隙，但却是充实而令我终生难忘 的。 首先感谢我的导师昂志敏教授，感谢他对我的悉心栽培，感谢他为我付出的每一 分心血。几年来，我的每一次进步都能迎来昂老师热情的赞扬，提醒我应再接再厉； 而面对失败，昂老师又总会鼓励我吸取教训继续努力。尤其是毕业论文更是凝聚了昂 老师的辛勤与智慧，他引导我顺利的一步步将它完成。昂老师渊博的学术知识和严谨 的治学态度使我受益匪浅，无论是思想上还是做人的态度上昂老师都对我产生了难以 磨灭的影响，无论在学习还是生活中昂老师都为我树立了一个值得我终生学习的高 标。 还要感谢各位师兄弟等给予我的无私的帮助，在此表示衷心的感谢。在课题的 进行过程中我还得到了同学的热情帮助，在此一并加以感谢! 没有他们的协助， 我无法顺利的完成课题研究。对老师和师兄弟们对我的关心和帮助，在此表示衷心 的感谢。 最后感谢我的父母家人，一直以来，他们对我的支持与鼓励，关心与爱护，永远 是我赖以进步的基石，是我不断前进的动力，感谢他们为我所付出的一切。 作者：叶千枝 2 0 0 6 年6 月2 5 日 第一章绪论 i p 电话( 又称i pp h o n e 或v o i p ) ，是建立在i p 技术上的分组化、数字化 传输技术，其基本原理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理， 然后把这些语音数据按i p 等相关协议进行打包，经过i p 网络把数据包传输到 接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语 音信号，从而达到由i p 网络传送语音的目的。其中，经过i p 电话系统的转换 及压缩处理，每个电话传输速率约占用8 1 1 k b i t s 带宽，与普通电信网同样使 用传输速率为6 4 k b i t s 的带宽相比，i p 电话数是原来的5 8 倍，所以，i p 电 话节省了有限的电信资源。由于i p 电话走的是网络免费资源，大大地降低了通 信成本，节省了通话费用。因此，i p 电话成为目前的一个研究热点。同时，为 了迎合用户的多种网络接入方式的现状，增加了a d s l ( a s y m m e t r i c a ld i g i t a l s u b s c r i b e rl i n e ) 接入、无线接入以及路由器功能。所以，该家用网关中集成很 多关键技术：v o l p 、a d s l 接入、w l a n ( w i r e l e s sl o c a la c c e s sn e t w o r k ) 以 及v o l p 赖以运行的软交换技术等。这些关键技术在家用网关中的应用，使该家 用网关将会有很大的市场需求。 1 1 课题的来源和研究背景 本课题来源于安徽四创电子股份有限公司研发中心的项目，目前项目组已 经成功地研发了多种网络语音产品，后续的开发也在跟进。 随着网络的不断发展，互联网在全球范围内全面的铺开，为多媒体业务提 供了良好的发展环境。在这样大的背景上，i p 多媒体电话应运而生。i p 电话以 其新颖的运行方式和低廉的通话费用，引起了大量的关注。目前，我国在i p 电 话开发上，很多的公司开展了这方面的工作，开发了多种i p 系列的产品，如网 关以及i p 电话机等，而且每种产品有着自己的一些特色。但是，这些产品走的 大多都是低价格路线，而在功能上没有太大的突破。所以，这个带有a d s l 路 由器和w l a n 功能的高端网关产品的开发将会有美好的市场前景。 1 2 课题研究的目的和意义 家用网关的研制，为使用i p 电话的家庭用户节省了大量的通话费用，同时， 使用i p 语音产品也节省了电信资源。目前，我国的网络用户的接入方式呈现出 多元化：除了普通的光缆接入以外，还有很大的a d s l 接入群体以及现代的一 些s o h o “无线”一族。针对这些用户需求，应该有一种适合他们接入方式的 i p 语音产品出现。家用网关提供a d s l 以及无线等多种接入方式，满足了需求。 总之，随着v o i p 概念的深入人心，以及网络接入技术自身的成熟和发展，可以 预计这种集多种功能于一体的家用网关将在现代和未来家庭中得到越来越广泛 的应用。 本课题希望在实现传统的家用网关的开发基础上，应用一些关键技术，实 现一个高端家用网关样机的开发。 1 3 主要内容和本文的组织结构 在文中，运用了多种关键技术于家用网关之中，对家用网关进行了软硬件 的设计，根据关键技术的应用，对硬件分模块进行设计，为每个模块电路选择 关键的芯片并进行相应外围电路的设计，最终完成整个家用网关的电路图和印 制板的绘制。针对家用网关的软件系统的工作量非常大的实际情况，分模块设 计是必须的。在本文中，主要是实现对v o l p 功能所使用的h 3 2 3 和s i p 协议栈 进行了移植，根据系统的需要修改相关的参数，最后和整个系统软件的其他部 分进行融合。并搭建了一个家用网关的测试环境，对一些主要指标进行测试。 本文共分为六章。 第一章：对课题的来源、研究背景、研究目的和意义进行阐述。 第二章：对软交换技术、v o l p 、a d s l 接入以及w l a n 技术进行了简单的 介绍，并且将这些技术运用到家用网关中。 第三章：对家用网关进行了硬件设计，采用电路的模块化：有主控制模块、 v o l p 模块、a d s l 路由器模块以及w i f i 无线模块等。在设计中，选择每个模 块的设计方案，根据这些方案修改电路，最后利用p r o t e ld x p 软件完成家用网 关系统的电路图以及印制板的绘制。 第四章：家用网关软件设计的工作量的分解同样通过模块化的设计来实现， 主要有应用控制、电话接口、用户接口以及协议栈移植等模块。本文主要完成 了在v x w o r k s 操作系统上对其b s p ( b o a r ds u p p o r tp a c k a g e ) 代码的读取和h 3 2 3 和s i p 协议栈的移植。 第五章：搭建了一个家用网关产品的测试环境，测试了产品的一些主要指标。 第六章：对本文所做的工作进行了小结，并对家用网关的后续开发提出了 一些想法。 本论文介绍了课题的意义、来源以及结构；应用了一些关键技术；对产品 的软硬件设计做了具体的一些设计工作，并提供一个测试环境对所研究的项目 样机主要指标进行测试。随着网络通信技术的继续发展，可以实现家用网关的 后续开发。 第二章关键技术的应用 2 1 软交换技术 随着计算机和通信技术的不断发展，在一个公共的分组网络中承载话音、 数据和图像等多种业务已经被越来越多的运营商和设备制造商所认同。在这样 的业务驱动和网络融合的趋势下，诞生了下一代网络( n g n ) 模型：实现在分 组网络中，采用分布式的网络结构，有效承载话音、数据和多媒体业务。而作 为n g n 的核心技术，软交换技术的发展因而受到越来越多的关注。 2 1 1 软交换简述 软交换是n g n 呼叫与控制的核心，为n g n 具有实时性要求的业务提供呼 叫控制和连接控制功能。现阶段的软交换至少应具备以下三个基本特点： ( 1 ) 集成分组网世界和电路交换网世界； ( 2 ) 具备汇接局和端局的能力； ( 3 ) 呼叫控制与媒体层和业务层分离。 在n g n 模型中，软交换设备位于控制层，提供多种业务的连接控制、路 由、网络资源管理、计费、认证等功能。软交换设备与各种媒体网关、终端、 应用服务器、其他软交换设备问采用标准协议相互通信。所以，简单的看，软 交换是实现传统程控交换机的“呼叫控制”功能的实体。但传统的“呼叫控制” 功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，这要求 软交换提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制。目前软交换主要完成 以下功能： ( 1 ) 媒体网关接入功能； ( 2 ) 呼叫控制功能： ( 3 ) 业务提供功能； ( 4 )互连互通功能( h 3 2 3 和s i p 、i n ) ： ( 5 ) 支持开放的业务应用接口功能； ( 6 ) 认证与授权功能； ( 7 ) 计费功能； ( 8 ) 资源控制功能和q o s 管理功能； ( 9 ) 协议和接口功能。 因此软交换的技术定义可以从以下几个方面进行描述： 它是一种提供了呼叫控制功能的软件实体： t 它支持所有现有的电话功能及新型会话式多媒体业务； - 它采用标准协议( 如s i p 、h 3 2 3 、m g c p 、m e g a c o h 2 4 8 、s i g t r a n 以及各种其它的数据及i t u 协议) ； 它提供了不同厂商的设备之间的互操作能力 所以，作为传统p s t n 网络与分组交换网络融合的全新解决技术，软交换 将p s t n 的可靠性和数据网的灵活性很好地结合起来，是新兴运营商进入话音 市场的新的技术手段，也是传统话音网络向分组话音演迸的方式。 2 1 2 软交换的体系结构 随着i p 网的迅速发展，软交换体系将以i p 网为骨干，在各种网络相互融 合的基础上，以一种统一的方式灵活地提供业务，是目前颇受推崇的面向网络 融合的新一代多媒体业务整体解决方案。它从功能上可以分为业务平面、控制 平面、传输平面和接入平面。它的网络体系如图2 1 所示。 业莽平面 控制平面 传输平面 接入平面 x 僻a s 图2 - i 软交换的网络体系结构 接入平面提供各种网络和设备接入到核心骨干网的方式和手段，主要包 括信令网关、媒体网关、接入网关等多种接入设备。 传输平面负责提供各种信令和媒体流传输的通道，网络的核心传输网将 是i p 分组网络。 控制平面主要提供呼叫控制、连接控制、协议处理等能力，并为业务平 面提供访问底层各种网络资源的开放接口。该平面的主要组成部分是软交换设 备。 应用平面利用底层的各种网络资源为用户提供丰富多样的网络业务。主 要包括应用服务器( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 、策略管理服务器( p o l i c ys e r v e r ) 、 a a a 服务器( a u t h o r i t ya u t h e n t i c a t i o na n da c c o u n t i n gs e r v e r ) 等。 可以看出，软交换所采用的是分层、开放的体系结构，并将传统交换机的 4 功能模块分离成独立的网络实体，各实体间采用开放的协议或a p i 接口，从而 打破了传统电信网封闭的格局，实现了多种异构网络间的融合。这种网络的体 系通过将业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离，来实现相对独立的业务 体系，使得上层业务与底层的异构网络无关，灵活、有效地实现业务的提供， 从而能够满足用户多样的、不断发展的业务需求。 2 1 3 软交换的主要协议 软件交换技术的目标是建设一个能够提供话音、数据、多媒体等多种业务 的，集通信、信息、电子商务、娱乐于一体，满足自由通信的分组融合网络。 为了实现这一目标，i e t f 、i t u t 、i s c 、i p c c 制定并不断完善系列标准协议， 如h 2 4 8 m e g a c o 、s i p 、b i c c 、s i g t r a n 、h 3 2 3 等。主要协议如下所示： ( 1 ) s i p 协议( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ，会话初始协议) i e t f 制定的 多媒体通信系统框架协议之一，它是一个基于文本的应用层控制协议，独立于 底层协议，用于建立、修改和终止i p 网上的双方或多方多媒体通信，即多媒体 业务域问采用s i p 协议。s i p 是在s m t p ( 简单邮件传送协议) 和h t t p ( 超文 本传送协议) 基础之上建立起来的。s i p 用来生成、修改和终结一个或多个参 与者之间的会话。这些会话包括因特网多媒体会议，因特网( 或任何i p 网络) 电话呼叫和多媒体发布。为了提供电话业务，s i p 还需要不同标准和协议的配 合，例如，实时传输协议( r t p ) 、能够确保语音质量的r s v p 、能够提供目录 服务的l d a p 、能够鉴权用户的r a d i u s ，并实现与当前电话网络的信令互联 等。 s i p 协议借鉴了h t t p 、s m t p 等协议，还与r t c p 、s d p 、r t s p 、d n s 等 协议配合，支持代理、重定向、登记定位用户等功能，支持用户移动。 ( 2 ) b i c c 协议( b e a r e ri n d e p e n d e n tc a l lc o n t r o lp r o t o c o l ，b i c c 协议) 解 决了呼叫控制和承载控制分离的问题，使呼叫控制信令在各种网络上承载，包 括m t ps s 7 网络、a t m 网络、i p 网络。b i c c 协议由i s u p 演变而来，是传统 电信网络向综合多业务网络演迸的重要支撑工具，即电话业务域和多媒体业务 域间采用b i c c 协议。 ( 3 ) h 2 4 8 m e g a e o ( m e d i ag a t a w a yc o n t r o lp r o t o c a l )i e t f 、i t u t 制定 的媒体网关控制协议，用于媒体网关控制器和媒体网关之间的通信。h 2 4 8 协 议又称为m e g a c o h 2 4 8 。 h 2 4 8 m e g a c o 是在m g c p 协议( r f c 2 7 0 5 定义) 的基础上，结合其他媒 体网关控制协议特点发展而成的一种协议，它提供控制媒体的建立、修改和释 放机制，同时也可携带某些随路呼叫信令，支持传统网络终端的呼叫。该协议 在构建开放和多种网络融合的n g n 中，发挥着重要作用。 ( 4 ) s i g t r a ni e t f 的一个工作组，其任务是建立一套在i p 网络上传送 p s t n i s d n 信令的协议，s i g t r a n 协议包括s c t p 、m 2 u a 、m 3 u a ，提供了 和s s 7 m t p 同样的功能。 ( 5 ) h 3 2 3 一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准，提供 v o i p 和多媒体应用，是具有电信网可管理性的i p 电话体系。h 3 2 3 是i t u - t 制定的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议h 3 2 x 的一部分。 总之，基于i p 软交换的网络是一个融合网络，包括p s t n i s d n 、h 3 2 3 、 a t m i p 等各种网络。s i p 协议是n g n 多媒体通信协议，用于软交换、s i p 服 务器和s i p 终端之间的通信控制和信息交互，扩展的s i p t 可使s i p 消息携带 i s u p 信令；在需要媒体转换的地方可设置媒体网关，h 2 4 8 m e g a c o 为媒体网 关控制器( m g c ) ，用于控制媒体网关，完成媒体转换功能，它并不负责呼叫 控制功能：h 3 2 3 也是多媒体通信协议，它比s i p 、h 2 4 8 m e g a c o 的发展历史 更长，是一项复杂的协议，升级和扩展性不是很好，s i p + h 2 4 8 m e g a c o 可取代 h 3 2 3 ，为了与h 3 2 3 网络互通，n g n 必须支持该项协议；s i g t r a n 用于解决 i p 网络承载七号信令的问题，它允许七号信令穿过i p 网络到达目的地；b i c c 可使i s u p 协议在不同承载网络( a t m 、i p 、p s t n ) 上传送。 2 1 4 软交换技术的实现 随着网络通信技术的不断发展和软交换各种标准的制定与补充，不少厂家 都推出了软交换的解决方案，各运营商也在积极进行相关实验。目前，国内外 许多电信设备制造商，如西门子、阿尔卡特、爱立信、北电、中兴等都在积极 发展新的交换机过渡平台，提出了软交换在下一代网络中的解决方案。这里简 要介绍一下软交换在v o l p 系统中的应用，如图2 2 所示。 图2 - 2 基于软交换技术的v o l p 网络结构 从图中可以看出，它的功能非常类似于现行电路交换传送系统，只不过现 在起用中心控制作用的是软交换系统和一组中继网关的组合体，中继网关自身 6 是由软交换技术利用主被叫协议控制。在图2 2 中，可以实现： l 、不同信令体系的i p 电话可以进行通信，即h 3 2 3i p 电话可以和s i pi p 电话之间进行通信； 2 、i p 电话可以和p s t n 网络中的电话进行通信； 3 、由于软交换系统本身支持开放的业务应用接口功能，可以在系统上扩 展新的增值业务。 可以看出，软交换系统作为n g n 的核心技术，实现了网络的融合以及推 动了多媒体业务不断向前的发展。 2 2v o i p 技术 v o l p ，即i p 电话，是建立在i p 技术上的分组化、数字化传输技术，基本 原理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数 据按i p 等相关协议进行打包，经过i p 网络把数据包传输到接收地，再把这些 语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到 由i p 网络传送语音的目的。一句话，v o l p 就是实现语音在i p 网络上传输的技 术。 2 2 1v o lp 技术现状 v o i p ( v o i c eo v e r i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 概念提出至今已1 0 余年了，先前由于通 话质量等各方面存在缺陷，因此端对端的v o l p 电话并没有真正大范围发展起 来。但近两年来，随着全球宽带接入用户的迅猛增长，又有来自政策、投入上 的推动，加之v o l p 技术本身在不断完善，v o i p 这一沉寂多年的技术终于又成 为人们关注的热点之一。 1 、v o l p 技术面临的发展机遇 从字面上可以看出，v o i p 是在i p 的数据网上传送话音业务的技术。它体 现了网络融合基础上的边缘化发展趋势，其最终目的是为消费者提供更加多样 化、简单化、价格低廉的实用业务。 对于企业用户而言，利用企业本身的网络来承载通话，可以免付昂贵的长 途电话费，所以绝大多数的管理人员决定使用或计划使用v o l p 。相对于传统固 定电话运营商而言，v o l p 具备更多的功能和更大的灵活性，可以节省大量成本， 并且将运营、维护、管理和支持等功能合并以减少运维费用。 最典型的是美国电信运营商l e v e l3 通信公司，1 9 9 7 年后连续6 年亏损， 债务达到5 0 _ 3 亿美元，而且其拨号上网业务又不断出现用户流失现象，业务减 少大约三分之一。面对严峻局面，l e v e l3 抓住v o i p 的发展良机，从2 0 0 4 年下 半年开始，增加该项发展建设的支出，转守为攻，积极开拓了v o l p 这块大市场。 2 0 0 4 年的第一季度中，该公司提供的服务市场需求在过去的一年中几乎增长了 两倍，在2 0 0 4 年和2 0 0 5 年v o i p 业务对公司业绩带来重大贡献。 2 、新的管制政策尝试 7 由于v o i p 技术日渐成熟，市场越来越大，i p 电话技术开始向主流演变， 因此美国、日本和新加坡等国家纷纷推出了i p 电话管制政策、“电子号码”管制 架构、i p 电话服务管制架构和i p 电话征询意见等。 美国f c c 于2 0 0 3 年1 2 月成立专门小组，研究v o l p 的管制问题；2 0 0 4 年 2 月，决定将v o l p 定位为“信息服务”，规定其业务是一种不受制于传统电信法 规的“信息服务”，从而迈出了v o l p 政策制定的第一步。 日本和英国从一开始就把i p 电话纳入到现有的电信管理体系中进行管制。 日本政府于1 9 9 7 年决定开放i p 电话业务，并在2 0 0 1 年6 月成立了“i p 网络技 术相关研究会”，2 0 0 3 年9 月总务省规定提供“0 5 0 ”、“0 9 0 ”电话号码前缀分别给 宽带i p 和移动i p 电话使用，从政策方面全力支持其发展，截至2 0 0 3 年1 2 月 底，已经分配了9 0 0 万个“0 5 0 ”号码，加速了日本i p 电话的发展。 新加坡已经把原先只有3 5 家运营商提供i p 电话服务的规定扩大到6 0 0 多 家，推动i p 电话业务的发展。 我国台湾省对i p 电话持积极扶持态度，规定以“0 7 0 ”的号码前缀进行宽带 电话互联互通，计划到2 0 0 8 年使其用户超过5 0 0 万。 这些新的政策的尝试，为v o l p 的发展铺开了道路，减少了阻力，使得v o l p 技术朝着未来的主流方向发展。 3 、v o l p 市场的发展现状 3 1美国 美国的v o i p 网络发展很快。开拓v o i p 消费市场是一个重要的发展机遇， 美国所有的主要电信运营商以及有线电视运营商都公布了v o i p 计划。a t & t 在 2 0 0 4 年大举发展v o i p 业务，而t i 也与该行业领头羊v o n a g e 公司结成联盟， 共同开拓v o i p 市场。2 0 0 4 年6 月，美国一家电信公司推出了v o i p 服务，用户 在普通电话机和宽带网之间安装一个转换器，便成为这家公司的v o l p 用户。用 户用手机通过网络打长途电话时，要先拨家里的v o i p 号码，转换器自动进行识 别，向手机发出信号，此时用户就可以用手机拨打长途电话了，从而大幅度节 省了长途电话费。这项用网络实现长途通话的服务，费用明显低于移动运营商 的收费标准。 随着v o l p 市场的发展，许多小型厂商在2 0 0 4 年春季网络声讯( v o n ) 贸易 展览会上也纷纷表示正在研究s i p 、v o i c e x m l 以及其他一些行业标准。例如， 温哥华的c o n v e d i a 公司与p o i n t o n e 达成合作协议，准备构建一个遍布美国的 v o l p 网络，把9 0 个美国城市连接起来，并打入几处国际市场。美国汽车巨头 福特公司计划安装5 万部v o l p 电话，费用高达1 亿美元；美国美洲银行将安装 18 万部v o l p 电话，将成为美国最大的i p 电话用户之一。 v o l p 打破了美国电信业格局。据a n a l y s y s 公司预测，2 0 0 4 年底美国使用 v o l p 服务的宽带家庭用户将接近1 0 0 万，到2 0 0 8 年前，将有1 1 7 0 万宽带家庭 用户成为v o i p 服务的成员，占美国家庭用户总数的1 7 ，届时还有8 0 万的小 型企业也将使用v o i p 服务；个人和小型企业用户每年在v o i p 服务方面支付的 费用可望达到5 7 亿美元；v o i p 运营商的总收入将增加1 0 0 多倍。 3 2 欧洲 欧洲一些国家的固定电话运营商开始大规模地更新网络，并在2 0 0 4 年中推 出了与最新手机功能同步的新款家用多媒体固定电话机。例如，英国电信在 2 0 0 4 年4 月推出了彩显家用固定电话机，用户可以插入有联系信息的手机智能 卡，将这些信息输入到家用固定电话机上使用：法国电信公司在巴黎、里昂、 图卢兹3 个城市进行了彩屏手机和固定电话机间的图像通信试验，计划推出能 与最新款的3 g 手机实现完全交互的可视固定电话机。 3 3 中国 我国从2 0 0 2 年开始，陆续在广州、北京、青岛、苏州等经济发达城市安装 了多媒体信息公话，这是一种集语音通话、网络信息服务、广告发布于一体的 新一代公用数字通信终端设备。 4 、发展趋势 v o l p 的不断发展，已经形成了一定的规模，它的发展趋势主要表现在如下 几个方面： ( 1 )v o l p 市场竞争加剧 目前，全球许多国家已经对固定电话的功能进行了改革创新，用户可以在 家罩使用固定电话机进行v o i p 通信，如收发文字信息、下载铃声、从手机上的 通信录中接收数据、发送彩色图片信息。据预测，在不久的将来，众多的竞争 者将会涌入v o i p 市场，加剧这方面的竞争。 ( 2 )市场在迅速扩大 v o i p 市场正在持续扩大，逐步获得市场认同。全球下一代语音产品2 0 0 4 年第3 季度总收入达4 5 2 亿美元，比第2 季度增长l3 ，比去年同期增长6 9 。 预计到2 0 0 7 年这个市场的年收入将达到4 8 亿美元。行业分析家预计，v o i p 在 2 0 0 8 年前将占全球电话用户的4 0 。 专家们认为在2 0 0 8 年前，美国v o l p 业务的总收入将增加1 0 0 倍以上，用 户数量到2 0 0 7 年底将从2 0 0 4 年的8 0 万增加到1 0 0 0 万以上。 ( 3 )下一代设备增长迅速 v o l p 技术有着广阔的发展前景，能够帮助企业将运行工具和信息统一协调 应用，能够集成语音应用与数据库等。据咨询机构i d c 最新出炉的研究报告， 到2 0 0 8 年全球v o l p 半导体市场收入将达到1 7 亿美元，2 0 0 3 。2 0 0 8 年该市场年 复合平均增长率达到4 8 。这份研究报告涵盖了面向语音处理的v o l p 半导体 芯片市场，包括数字信号处理器d s p s 、a s s p a s i c s 、p l d s 以及相关的模拟电 子器件。 v o i p 已在企业市场取得持续、快速发展，2 0 0 4 年第3 季度全球v o l p 线路 交付量达到2 1 0 万线，比第2 季度增长1 4 。v o i p 正在对企业传统的通信方式 和线路形成替代，2 0 0 4 年同期传统线路的交付量仅增长4 ，为9 6 0 万线。多 数v o i p 设备类别都比上季度有所增长，其中语音应用服务器、话路边界控制器 和软交换机f 特别是5 类许可证和收入) 增长最快。这表明服务商正在真正着手 改变策略，从投资基础设施向投资下一代设备转移。d e l l o r o 集团i p 电话研究 总监s t e v er a a b 说，目前每交付5 条线路就有l 条是v o l p ，这表明v o i p 获得 了市场认可。因此，v o l p 具有很大的发展前景，将会给全球固话运营商和固话 设备制造商带来无限商机。 2 2 2v o i p 工作原理 在一个i p 网络上传输语音信号时，最简单的形式是网络由两个或多个具有v o i p 功能的设备组成，通过一个i p 网络连接，两个之间进行通信。在通信中v o l p 设备把语音信号转换为i p 数据流，并把这些数据流转发到i p 目的地，i p 目的 地又把它们转换回到语音信号。两者之间的网络必须支持i p 传输，且可以是i p 路由器和网络链路的任意组合。一个v o i p 的传输过程可以简单地如图2 3 所示。 图2 3v o l p 传输的基本过程 上图中，语音信号的传输过程可以表示为以下几个阶段： 1 、模拟语音一数字语音的转换 语音信号是模拟波形，通过i p 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，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1 0 - 3 0 m s 。考虑传输过程中的代价，语音包通常由6 0 、1 2 0 或2 4 0 m s 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i t u tg 7 1 1 、g 7 2 3 以及g 7 2 9 等。源和目的地的语音编码器 必须灾现相同的算法，这样目的地的语音设备才可以准确地还原模拟语音信号。 2 、语音数据i p 包的转换 对语音信号进行数字编码即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1 5 m s 的帧，则把从第一来的 6 0 m s 的包分成4 帧，并按顺序进行编码。每个帧有1 2 0 个语音样点( 抽样率为 8 k h z ) 。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。i p 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 间内将其传送到网络输出端。这个时间可以在某个范围内变化，反映了网络传 输中的抖动。网络中的节点检查每个i p 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i p 数据流的任 何拓扑结构或访问方法。 4 、i p 包语音数据的转换 目的地v o i p 设备接收这个i p 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1 5 m s ，是6 0 m s 的语音包被分成 4 帧，然后它们被解码还原成6 0 m s 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( 4 8 0 个) 取出送入声卡，通过扬声器 按预定的频率( 例如8 k h z ) 播出。简而言之，语音信号在i p 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i p 分组、i p 分组通过网 络的传送、i p 分组的解包和数字语音还原到模拟信号等过程。 所以，一个典型的v o l p 呼叫过程是：呼叫由p s t n 语音交换机发起，通过 中继接口接入到网关，网关获得用户希望呼叫的被叫号码后，向网守发出查