VOIP技术发展与应用

1、交换原理作业 姓名： 班级：通信班 学号： 日期：13/06/28 VoIP技术发展及其应用探讨 (青岛理工大学 通信与电子工程学院，山东 黄岛266500) 摘要： VoIP是一种以IP电话为主，并推出相应的增值业务的技术。VOIP又称IP 电话或IP网络电话，是Voice Over IP的缩写，这种技术通过对语音信号进行编 码数字化、压缩处理成压缩帧，然后转换为IP数据包在IP网络上进行传输，从 而达到了在IP网络上进行语音通信的目的。IP电话最大的优势是能广泛地采用 In ternet和全球IP互连的环境，提供比传统业务便宜、丰富的服务。它极大的 改进了网络带宽的利用率，大大降低了通信的

2、费用，它的广泛应用也促进了宽带 多媒体应用的发展。近年来VoIP获得了快速的发展，但在发展的同时也存在着诸 多的问题。本文首先介绍了 VoIP的基本技术原理、传输过程及其发展，最后分析 了 VoIP技术在未来发展中的应用趋势。 关键词：VoIP，技术原理，发展，应用 引言： VolP(Voice over IP) 是把语音技术集成在IP协议中，通过互联网进行传输 的一种全新的通讯方式。最初VoIP技术只是一种互联网上的增值应用，形式也较 为简单。但是随着互联网在全球范围内的兴起和语音编码技术的飞速发展，VoIP 技术获得了突破性的进展和广泛的实际应用，而且正在逐步占领传统电话PSTN 业务的市

3、场。VoIP最大的优势就是能广泛地利用IP网络，提供比传统业务更多 更好的服务。通过语音业务和数据业务的协同，不但业务提供商可以增加利润， 企业用户也可以节约成本。因此，IP网络低廉的价格使得 VoIP快速进人个人住 宅用户市场，并蚕食着传统PSTN网络的业务量。 在电信数据业务中，IP业务已占95%以上，可以说数据承载网业务已基本 IP化。由此，把语音融入数据是一件很自然的事。VoIP就是一种建立在IP网络 上的分组化、数字化传输技术，与传统电话通信技术不同的是，它是通过数字网 络来传输语音和数据。VoIP自1995年被提出以来，经过几年的持续发展已逐渐 趋向成熟，不仅语音和服务质量得到了改

4、善，终端、接入技求也日臻完善，所提 供的功能不仅限于语音，还增加了文本、视频以及许多与In ternet服务相结合的 新功能。不仅在电信市场，VoIP在企业市场也开始受到了广泛关注，而且发展迅 猛。随着 Internet 的不断发展和语音编码技术的提高以及成本的进一步降低， VoIP 取代传统电话已经成为必然的趋势。 一、VoIP 技术基本原理： VoIP(Voice over Internet Protocol) 是一种以 IP 电话为主，并推出相应的 增值业务的技术。它是建立在 IP 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

5、数据按 IP 等相关协议进行打包，经过 IP 网络把数据包传输到接收目的地，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 IP 网络传送语音的目的。VoIP电话/VoIP网络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 VoIP电话/VoIP网络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811kbit/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，VoIP电话/VoIP网络电话数是原来的58倍。VoIP 电话/VoIP网络电话的核

6、心与关键设备是 VoIP电话/VoIP网络电话网关。VoIP 电话/VoIP网络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VoIP电话/VoIP网络电话时，VoIP 电话/VoIP网络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的 VoIP电话/VoIP网络电话网关。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

7、途电话网转接， 实现通信业务。 VoIP 最大的优势是能广泛地采用 Internet 和全球 IP 互连的环境， 提供比传 统业务更多、更好的服务。 VoIP 可以在 IP 网络上便宜地的传送语音、传真、视 频和数据等业务，比如统一消息、虚拟电话、虚拟语音 / 传真邮箱、查号业务、 Internet 呼叫中心、 Internet 呼叫管理、 电视会议、 电子商务、 传真存储转发和 各种信息的存储转发等。 语音卿关BO 电信接口层 C isco 貉 层 厂二1 vo ip 第三方计费 计费电话机 _硬市终端与计费 计费 V1OJF 单路计费器 图1 VoIP工作原理图 二、VoIP的传输过程：

8、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，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。数字化可以使用各种语音编码方案来实现，目前米用的语音编 码标准主要有ITU-T G.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。大部分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6

9、0ms的包分成4帧，并按顺序进行编码。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个端点。语音网络简单地建立通信端点之间的物理连接，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 内将其传送到网络输出端。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

10、径上的下一站。网络链路可以是支持 IP 数据流的任何拓扑结构或访问方法。 4、IP 包与数据的转换 目的地 VoIP 设备接收这个 IP 数据并开始处理。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 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。 三、VoIP 的发展： 1、发展历程 VoIP产生于1995年，在1997年之前，VoIP只是作为互联网联机应用出现， 那时候只要通话双方拥有同样的客

11、户端应用软件就可以在互联网上进行实时通 讯。1997年之后， 一些电信公司开始认识到利用互联网实现语音业务的潜在市场 非常大，他们开始考虑如何将互联网和已有的 PSTN吉合起来，从而向更加广泛的 普通电话用户提供业务。于是，用于连接互联网和PSTN勺网关设备出现了。由于 利用互联网代替传统的长途电话线路可以大大降低成本，许多产品制造商和业务 商看好这一市场并开始制造设备和提供业务。 可以说，这时VoIP进入快速的发展 阶段。由于利用互联网传输实时的语音存在很多不足，难以保证语音质量，这对 一项成熟业务来说显然是不行的。 因此，有很多业务商建立了专用的 IP 网或在互 联网上构建VPN来提供语音

12、业务，从而实现较好的语音质量。这时VoIP才开始真 正向市场发展。不过，直到 2000 年之后， VoIP 技术才开始步人成熟阶段，得到 快速发展，技术更加成熟、标准更加统一、全球网络实现互通、语音质量良好， 大部分传统电信运营商开始提供 VoIP 业务并向 IP 传输多媒体业务过渡。 VoIP 的 服务形式也呈现出多样性。 经过数年的发展， VoIP 作为一项新型电话业务迅速在 全世界展开，并对传统电话业务造成越来越大的冲击。目前全球众多运营商都已 经将 VoIP 业务作为日后发展的一个重点。 2、技术基础 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

13、号处理器 DSP处理数字信号主要用于执行复杂的计算，它们的专门化处理能力与低成 本的结合使DSPm好地适合于执行VoIP系统中的信号处理功能。 （2）高级专用集成电路 专用集成电路（ASIC）的快速发展产生了更快、更复杂、功能更强的 ASICo它 是专门执行单一应用或很小的一组功能的应用芯片。 ASIC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。 （3）IP 传输技术 多协议标记交换技术（MPLS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

14、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。 （4）宽带接入技术 光接入网的快速发展和大量使用，使得网络接入速率大大提高，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。并且能 够满足 VoIP 系统所要求的传输带宽范围。 （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，这使得多媒体PC能 够广泛应用，并提高PC系统功能的性能。PC处理流式音频和视频数据以及多媒 体信息的能力将会在很大程度上得到提高。 四、VoIP 的应用： 随着 IP 电话走向市

15、场， IP 电话运营商为了使其服务受到用户青睐，除了提 供话音邮件、呼叫等待和高速接入服务外，都将推出新的应用。 1、赋予普通电话 IP 功能 IP电话一种新的应用是赋予普通电话以IP能力。例如，Aplio公司最近推出 的 Aplio/Phone2.0 能将普通电话连接至 Internet ，并能与兼容 H.323 标准的 IP 电话和会议软件结合使用。 2、赋予呼叫中心网络能力 有一些厂商（如美国Essl科技公司和NetSpeak公司）开始推出IP电话产品， 这些产品能让用户使用同一条电话线打电话和接入网站，并在呼叫中心向代理商 传送为用户服务的在线请求， 因此，用户无需断开与 Intern

16、et 的连接就能获得对 代理商的实时话音接入。由于呼叫中心在众多企业中起着为用户提供服务的重要 作用，所以网络化的呼叫中心将会得到普遍应用。一体化的消息传递、一体化消 息传递是让用户通过一部电话或 PC接入E-mail、传真和寻呼消息。这种一体化 的消息接入服务现在尽管还不普遍，但是经营 IP 电话网络的业内人士普遍认为， 在今后几年内它将会成为重要的服务方式。 目前，一些 IP 电话厂商正在开发能够 提供一体化消息服务的产品。 3、VoIP技术在可视电话领域的应用 IP网络可视电话是在IP电话的基础上增加了视频传输功能， 是VoIP技术新 的应用。在IP可视电话中，视频编码技术是视频处理的重

17、要组成部分，目前最常 用的视频编码为MPEG及H. 26x系列等。近几年来，IP可视电话凭借其强大的 优势在实际应用中越来越得到普及，其市场份额也越来越大。因此越来越多的商 家投入到 IP 可视电话产品的制造行列。随着 IP 可视电话产品的普及，特别是随 着我国3G 4G牌照的发放，可视电话产品将会得到长足的发展和广泛的应用。 4、VoIP PBX 在电信级的网络电话架构中，IP PBX语音交换机扮演了相当重要的角色，其 不但需要接手传统语音交换机的位置及功能，还要居中成为语音与信息整合的媒 介。IP PBX功能强大且多样化，能透过 Web-Based接口提供使用者一个简单容易 的操作环境。依

18、据思科常久在IP PBX的经验指出，在IP电话网络架构中，IP PBX 是一个可促使语音流量顺利传至所指定终端的设备。 IP 电话将语音讯号转换成为 IP 封装包后，由 IP PBX 通过讯号控制决定其封装包的传输方向。当此通电话终 点为一般电话时，其 IP PBX 便将 IP 封装包送至 VoIP 网关器，然后由 VoIP 网关 器转换IP封装包，再回传到一般TDM的PSTNft路交换网。 总之，对于企业而言，IP PBX具备降低基础建设成本、减低管理成本及增加 工作效率之综合运用、降低转移至 IP 电话系统的风险等优点。 五、总结： 综合上述的分析，可以看出VoIP技术为话音与数据信息流提供了一流的传输 平台，建立于这一技术基础上的企业及运营商在降低运营成本、提供新业务创新 等方面显示了良好的发展前景。VoIP技术作为一种新的通信方式，向我们展示了 美好的发展前景。我们有理由相信，随着技术的进步，VoIP