VoIP全面详解

VoIP全面详解

一、VoIP定义

V oIP即V oice Over IP，是把话音或传真转换成数据，然后与数据一起共享同一个IP网络（Internet互联网）。

由于话音和传真在Internet上免费搭乘了"顺风车"，所以点对点(网关---网关)国际或国内长途通讯是完全免费的。

IP网络可以是Internet、IPLC(国际专线)、无线网络等，只要是采用IP协议( Internet Protocol ) 就[被屏蔽广告]可以了。VoIP系统就是把传统的电话网与互联网组合搭配在一起。

二、基本原理及其应用

1995年以色列V ocalTec公司所推出的Internet Phone，不但是VoIP网络电话的开端，也揭开了电信IP化的序幕。人们从此不但可以享受到更便宜、甚至完全免费的通话及多媒体增值服务，电信业的服务内容及面貌也为之剧变。

2.1 实现形式

一开始的网络电话是以软件的形式呈现，同时仅限于PC to PC间的通话，换句话说，人们只要分别在两端不同的PC上，安装网络电话软件，即可经由IP网络进行对话。随着宽频普及与相关网络技术的演进，网络电话也由单纯PC to PC的通话形式，发展出IP to PSTN（公共开关电话网络）、PSTN to IP、PSTN to PSTN及IP to IP等各种形式，当然他们的共通点，就是以IP网络为传输媒介，如此一来，电信业长久以PSTN电路交换网网络为传输媒介的惯例及独占性也逐渐被打破。

2..2VoIP的原理、架构及要求

由Voice over IP的字面意义，可以直译为透过IP网络传输的语音讯号或影像讯号，所以VoIP就是一种可以在IP网络上互传模拟音讯或视讯的一种技术。简单地说，它是藉由一连串的转码、编码、压缩、打包等程序，好让该语音数据可以在IP网络上传输到目的端，然后再经由相反的程序，还原成原来的语音讯号以供接听者接收。

进一步来说，V oIP大致透过5道程序来互传语音讯号:

（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。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10～30ms。考虑传输过程中的代价，语音包通常由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-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才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，则把每次60ms的语音包分成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、时标和其他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可以在某个范围内变化，反映了网络传输中的抖动。网络中的每个节点检查每个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 数据流的任何拓扑结构或访问方法。

（4）IP 包—数据的转换。目的地V oIP 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，60ms 的语音包被分成 4 帧，然后它们被解码后还原成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，保留原始的数据，然后把这个数据提供给解码器。

（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。

在一个基本的V oIP架构之中，大致包含4个基本元素：

媒体网关器（Media Gateway）：主要扮演将语音讯号转换成为IP封包的角色。

媒体网关控制器（Media Gateway Controller）：又称为Gate Keeper或Call Server。主要负责管理讯号传输与转换的工作。

语音服务器：主要提供电话不通、占线或忙线时的语音响应服务。

信号网关器（Signaling Gateway）：主要工作是在交换过程中进行相关控制，以决定通话建立与否，以及提供相关应用的增值服务。

虽然V oIP拥有许多优点，但绝不可能在短期内完全取代已有悠久历史并发展成熟的PSTN电路交换网，所以现阶段两者势必会共存一段时间。为了要让两者间能相互沟通，势必要建立一个互通的接口及管道，而媒体网关器与网关管理器即扮演了中介的色角，因为他们具备将媒体数据流及IP封包转译成不同网络所支持的各类协议。

其运作原理是，媒体网关器先将语音转换为IP封包，然后交由媒体网关控制器加以控制管理，并决定IP封包在网络中的传送路径。至于信号网关器则负责将SS7信号格式转换为IP封包。

网络电话若要走向符合企业级营运标准，必须达到以下几个基本要求：

服务品质（QoS）之保证：这是由PSTN过渡到V oIP、IP PBX取代PBX（专用小型交换机）的最基本要求。所谓QoS就是要保证达到语音传输的最低延迟率（400毫秒）及封包遗失率（5-8%），如此通话品质才能达到现今PSTN的基本要求及水准，否则VoIP的推行将成问题。

99.9999％的高可用性（High Available；HA）：虽然网络电话已成今后的必然趋势，但与发展已久的PSTN相较，其成熟度、稳定度、可用性、可管理性，乃至可扩充性等方面，仍有待加强。尤其在电信级的高可用性上，V oIP必须像现今PSTN一样，达到6个9（99.9999%）的基本标准。目前V oIP是以负载平衡、路由备份等技术来解决这方面的要求及问题，总而言之，HA是V oIP必须达到的目标之一。

开放性及兼容性：传统PSTN是属封闭式架构，但IP网络则属开放式架构，如今VoIP 的最大课题之一就是如何在开放架构下，而能达到各家厂商VoIP产品或建设的互通与兼容，同时地造成各家产品在整合测试及验证上的困难度。目前的解决方法是透过国际电信组织不断拟定及修改的标准协议，来达到不同产品间的兼容性问题，以及IP电话与传统电话的互通性。

可管理性与安全性问题：电信服务包罗万象，包括用户管理、异地漫游、可靠计费系统、认证授权等等，所以管理上非常复杂，V oIP营运商必须要有良好的管理工具及设备才能因