IP電話的關鍵技術

像我們做通信設備的。經常接觸到電話光端機，所以對于IP電話的關鍵技術還是比較熟悉的。

傳統的IP網絡主要是用來傳輸數據業務,采用的是盡力而為的、無連接的IP路由器技術,因此沒有服務質量保證,存在分組丟失、失序到達和時延抖動等情況。數據業務對此要求不高,但話音屬于實時業務,對時序、時延等有嚴格的要求。因此必須采取特殊措施來保障一定的業務質量。IP電話的關鍵技術包括：信令技術、編碼技術、實時傳輸技術、服務質量(QoS)保證技術、以及網絡傳輸技術等。

1.信令技術

信令技術保證電話呼叫的順利實現和話音質量,目前被廣泛接受的VoIP控制信令體系包括ITU-T的H.323系列和IETF的會話初始化協議SIP。

ITU的H.323系列建議定義了在無業務質量保證的因特網或其它分組網絡上多媒體通信的協議及其規程。H.323標準是局域網、廣域網、INTRANET和Internet上的多媒體提供IP路由器技術基礎保障。H.323是ITU-T有關多媒體通信的一個協議集,包括用于ISDN的H.320,用于B-ISDN的H.321和用于PSTN終端的H.324等建議。其編碼機制,協議范圍和基本操作類似于ISDN的Q.931信令協議的簡化版本,并采用了比較傳統的電路交換的方法。相關的協議包括用于控制的H.245,用于建立連接的H.225.0,用于大型會議的H.332,用于補充業務的H.450.1、H.450.2和H.450.3,有關安全的H.235,與電路交換業務互操作的H.246等。H.323提供設備之間、高層應用之間和提供商之間的互操作性。它不依賴于網絡結構,獨立于操作系統和硬件平臺,支持多點功能、組播和帶寬管理。H.323具備相當的靈活性,支持包含不同功能的節點之間的會議和不同網絡之間的會議。H.323建議的多媒體會議系統中的信息流包括音頻、視頻、數據和控制信息。信息流采用H.225.0建議方式來打包和傳送。

H.323呼叫建立過程涉及到三種信令：RAS信令(R=注冊：Registration、A=許可：Admission和S=狀態：Status),H.225.0呼叫信令和H.245控制信令。其中RAS信令用來完成終端與網守之間的登記注冊、授權許可、帶寬改變、狀態和脫離解除等過程;H.225.0呼叫信令用來建立兩個終端之間的連接,這個信令使用Q.931消息來控制呼叫的建立和拆除,當系統中沒有網守時,呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個終端之間打開;當系統中包括一個網守時,由網守決定在終端與網守之間或是在兩個終端之間開辟呼叫信令信道;H.245控制信令用來傳送終端到終端的控制消息,包括主從判別、能力交換、打開和關閉邏輯信道、模式參數請求、流控消息和通用命令與指令等。H.245控制信令信道建立于兩個終端之間,或是一個終端與一個網守之間。

雖然H.323提供了窄帶多媒體通信所需要的所有子協議,但H.323的控制協議非常復雜。此外,H.323不支持多點發送(Multicast)協議,只能采用多點控制單元(MCU)構成多點會議,因而同時只能支持有限的多點用戶。H.323也不支持呼叫轉移,且建立呼叫的時間比較長。與H.323相反,SIP是一種比較簡單的會話初始化協議。它不像H.323那樣提供所有的通信協議,而是只提供會話或呼叫的建立與控制功能。SIP可以應用于多媒體會議、遠程教學及Internet電話等領域。SIP既支持單點發送(Unicast)也支持多點發送,會話參加者和媒體種類可以隨時加入一個已存在的會議。SIP可以用來呼叫人或機器設備,如呼叫一個媒體存儲設備記錄一個會議,或呼叫一個點播電視服務器向會議播放視頻信號。

SIP是一種應用層協議,可以用UDP或TCP作為其傳輸協議。與H.323不同的是：SIP是一種基于文本的協議,用SIP規則資源定位語言描述(SIPUniformResourceLocators),這樣易于實現和調試,更重要的是靈活性和擴展性好。由于SIP僅作于初始化呼叫,而不是傳輸媒體數據,因而造成的附加傳輸代價也不大。SIP的URLL甚至可以嵌入到web頁或其它超文本鏈路中,用戶只需用鼠標一點即可發出一個呼叫。與H.323相比,SIP還有建立呼叫快,支持傳送電話號碼的特點。

2.編碼技術

話音壓縮編碼技術是IP電話技術的一個重要組成部分。目前,主要的編碼技術有ITU-T定義的G.729、G.723(G.723.1)等。其中G.729可將經過采樣的64kbit/s話音以幾乎不失真的質量壓縮至8kbit/s。由于在分組交換網絡中,業務質量不能得到很好保證,因而需要話音的編碼具有一定的靈活性,即編碼速率、編碼尺度的可變可適應性。G.729原來是8kbit/s的話音編碼標準,現在的工作范圍擴展至6.4～11.8kbit/s,話音質量也在此范圍內有一定的變化,但即使是6.4kbit/s,話音質量也還不錯,因而很適合在VoIP系統中使用。G723.1采用5.3/6.3Kbit/s雙速率話音編碼,其話音質量好,但是處理時延較大,它是目前已標準化的最低速率的話音編碼算法。

3.實時傳輸技術

實時傳輸IP路由器技術主要是采用實時傳輸協議RTP。RTP是提供端到端的包括音頻在內的實時數據傳送的協議。RTP包括數據和控制兩部分,后者叫RTCP。RTP提供了時間標簽和控制不同數據流同步特性的機制,可以讓接收端重組發送端的數據包,可以提供接收端到多點發送組的服務質量反饋。

4.服務質量(QoS)保證技術

IP電話中主要采用資源預留協議(RSVP)以及進行服務質量監控的實時傳輸控制協議RTCP來避免網絡擁塞,保障通話質量。

5.網絡傳輸技術

IP電話中網絡傳輸IP路由器技術主要是TCP和UDP,此外還包括網關互聯技術、路由選擇技術、網絡管理技術以及安全認證和計費技術等。由于實時傳輸協議RTP提供具有實時特征的、端到端的數據傳輸業務,因此IP電話中可用RTP來傳送話音數據。在RTP報頭中包含裝載數據的標識符、序列號、時間戳以及傳送監視等,通常RTP協議數據單元是用UDP分組來承載,而且為了盡量減少時延,話音凈荷通常都很短。IP、UDP和RTP報頭都按最小長度計算。VoIP話音分組開銷很大,采用RTP協議的IP電話格式,在這種方式中將多路話音插入話音數據段中,這樣提高了傳輸效率。此外,靜音檢測技術和回聲消除技術也是IP電話中十分關鍵的IP路由器技術。靜音檢測技術可有效剔除靜默信號,從而使話音信號的占用帶寬進一步降低到3.5kbit/s左右;回聲消除技術主要利用數字濾波器技術來消除對通話質量影響很大回聲干擾,保證通話質量。