IP语音通信技术

IP语音通信技术

石晶林

1 IP语音通信发展

随着互联网络覆盖范围的急剧扩大和使用领域的拓展，基于互联网络的IP1语音通信也呈现出一派生机蓬勃的景象。2003年，互联网电话业务占国际长话市场的36％，互联网电话已经对大型的电话公司构成重大威胁。据行业分析公司IDC预测，截止2007 年，V oIP2设备市场总额将达到151 亿美元，年复合增长率为44％。据Gartner Dataquest预测，截止2007年，服务供应商的V oIP 服务市场总额有望达到113 亿美元，平均年复合增长率达到27.2%。而据Frost & Sullivan关于IP 语音的市场数据显示，2001年通过批发、零售方式销售的分组语音通话时间达60~150亿分钟，预测2007年分组语音通话量将达到全部通话量的75%。另据CCID相关数据显示，2005年亚太地区（不包括日本）IP 语音市场规模将达69亿美元。另据IDC预测，美国互联网电话市场将从2003年的2.81亿美元增长到2007年67亿美元；著名咨询公司Analysys也预测，2007年西欧的互联网电话业务收入至少可以达到25亿欧元，占电信市场业务收入的15%；该机构还指出，互联网电话将取代传统交换系统，话音质量最终也可以与传统话音质量相媲美，甚至更好。在亚洲，日本互联网电话业务发展也非常迅速，Y ahoo BB的业务模式受到全球关注。

中国互联网电话网络规模和流量在全球来说也名列前茅，且中国对互联网电话的重视程度很高。目前我国各大电信运营商都已开通互联网电话业务，提供IP语音服务并向规模化的方向发展，这对于每个电信运营商及众多设备厂商来说，无疑是一个巨大的市场契机。

为什么IP语音的发展会有那么迅速呢？这除了归功于高速带宽技术的突破外，另一个基本原因是互联网电话通话费低廉，同时可以保证一定的语音质量。实质上这说明互联网网络利用率和自愈恢复能力要比电路交换网强，除此外，互联网电话可以：

⏹以近乎无限的方式，轻松实现系统扩容。除了通过网络扩容，还可按需要，通过给IP语音网

关添加额外的端口来实现。

⏹通过标准计算机轻松处理数据格式的语音数据。分段传送电话，保存或转发被叫端的应答信息

或语音邮件。

⏹通过软件来实现基于IP的PBX3功能。这意味着无需很大开支就能实现其它功能，如电话会议、

转发和录音电话。

⏹用标准PC组件来设计并部署基于PC的PBX，比传统方式有更大价格优势。

本文将详细介绍IP语音的实现技术、通信控制管理、IPv4向IPv6过渡中的实现方案，最后简单地介绍一下中科院计算所信息网络室在IP语音通信方面所做的工作。

2 当前的IP语音实现技术

IP语音通信根据承载方式的不同，其实现方式也不尽相同。目前主要有两种：V oIP和TDMoIP。其中，V oIP是应用最广的一种IP网上语音通信传输的实现方式。

1Internet Protocol

2V oice over IP

2.1 VoIP

传统的语音通信是以电路交换方式传输语音，所要求的传输宽带为64kbit/s。而V oIP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，然后采用IP 数据报的逐跳路由方式进行传输。主要处理过程是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理(采用的语音编码标准主要是ITU-T G.711)，然后把这些语音数据按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。在V oIP业务的网络环境中，主要有互联网电话终端、网关（Gateway）、网（关）守（Gatekeeper）等几部分组成。互联网电话终端包括传统的语音电话机、PC、互联网电话机，也可以是集语音、数据和图像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。互联网电话网关提供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，成为可以在互联网上传输的IP分组语音信号，然后通过互联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互联网电话通信过程。关守实际上是互联网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。关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。

在实现方式上，V oIP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V oIP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，实现互联网上PC机间的实时语音传送，语音压缩、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，且限定在互联网内，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，发起互联网电话呼叫，连接到最靠近被叫的网关，并完成语音编码和打包。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，以及语音编解码和打包。

从理论上讲，在IP网络上传输语音看起来并不难：数字化后的语音信号只是一种数据，可以和其它数据一样由分组网络传输。电话网络的主要技术成就，如最低成本路由方法，在IP网络中都可以找到与之相对应的部分。然而，如果想与TDM4网络进行竞争，V oIP必须切实解决两个主要问题：即QoS5和信令。

⏹服务质量（QoS）服务质量对于数据业务和语音业务有着完全不同的含义。数据要求正确传

输，对时延要求不高；但语音则对时延十分敏感，丢失几毫秒的信息对语音应用产生的影响倒不易察觉。语音的这个要求与IP网络的原意完全相左。除此以外，有关语音质量的其它技术，如回声抑制、语音压缩，并不是数据网的固有功能，需要对IP网络进行改造才能满足这些方面服务质量的要求。

⏹信令当前几乎所有在V oIP领域的研发努力都集中在解决QoS问题上，而对信令问题的研发几

乎是空白。这里所说的信令问题是指打电话时除了语音之外所需的交换信息。如摘机、震铃等基本的功能，接通正确的号码和记帐所需的更高级的功能，来电显示、呼叫转移、电话会议等复杂的功能，以及目前智能网络新增的功能。这样的功能包括几千种，再加上几十个国家和地区的细微差别，更增加了复杂程度。

4Time Division Multiplexing时分多路复用