IP電話概述

一、IP電話概述

IP電話(IP Phone)，又稱VoIP (Voice over IP)，是隨著Internet的迅速發(fā)展而出現(xiàn)的一門新興的通信技術，指將語音進行編碼和打包等處理，通過IP網(wǎng)絡進行傳輸，然后在接收端還原出語音的一種語音傳輸方式[1-3]，即通過Internet傳送聲音信號，從廣義上講是通過Internet傳送多媒體信息。IP電話是以IP為標志的分組網(wǎng)絡和以多媒體為目標的綜合業(yè)務網(wǎng)絡兩大主流技術融合的結果。

IP電話與傳統(tǒng)電話具有明顯區(qū)別。首先，傳統(tǒng)電話使用公眾電話網(wǎng)作為語音傳輸?shù)拿浇�；而IP電話則是將語音信號在公眾電話網(wǎng)和Internet之間進行轉(zhuǎn)換，對語音信號進行壓縮封裝，轉(zhuǎn)換成IP包，同時，IP技術允許多個用戶共用同一帶寬資源，改變了傳統(tǒng)電話由單個用戶獨占一個信道的方式，節(jié)省了用戶使用單獨信道的費用。其次，由于技術和市場的推動，將語音轉(zhuǎn)化成IP包的技術已變得更為實用、便宜，同時，IP電話的核心元件之一數(shù)字信號處理器的價格在下降，從而使電話費用大大降低，這一點在國際電話通信費用上尤為明顯，這也是IP電話迅速發(fā)展的重要原因。

早在上個世紀中期Intenret開始流行的時候，VoIP技術就被提上日程，通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸語音被業(yè)界認為是一個前途無量的應用。而到九十代末，VoIP技術更是被炒作得異常火爆，但受限于當時的網(wǎng)絡條件，通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸語音幾乎不具多少實用價值。此后的數(shù)年中，都無法突破網(wǎng)絡帶寬狹窄的瓶頸，語音質(zhì)量差、聲音延遲的缺陷依然限制著VoIP技術的應用。近年來，隨著Internet的飛速發(fā)展和語音編碼技術的發(fā)展，IP分組話音通信技術獲得了突破性的進展和實際應用。VoIP技術已經(jīng)成為IT領域的一項熱門技術，在不斷發(fā)展進步中日益成熟，行業(yè)標準越來越規(guī)范，在這種形勢下，IP電話應運而生。

IP電話以其經(jīng)濟、高效率和超時代的技術發(fā)展等特點，自1995年以來得到了迅猛發(fā)展，目前己成為數(shù)據(jù)語音通信中最有競爭力的技術之一，對傳統(tǒng)的電信業(yè)務造成了巨大的沖擊。許多國家開通了IP電話的運營業(yè)務。我國的IP電話試運營工作也己經(jīng)起步，IP電話技術正呈現(xiàn)出蓬勃的生命力，必定推動信息產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。

從90年代初發(fā)展至今，已由初期的IP電話軟件時期進入到IP電話網(wǎng)關時期。網(wǎng)絡設備及通信設備廠商競相在這個市場中取得立足之地，將VoIP功能盡可能地內(nèi)置到每個網(wǎng)絡設備中。目前的VoIP技術已從具有語音服務的PC初級產(chǎn)品和僅限定在IP網(wǎng)絡內(nèi)部范圍，發(fā)展到多業(yè)務、高可靠性以及較好服務質(zhì)量的含話音、傳真、數(shù)據(jù)傳送功能的電信業(yè)務等。

如今各國電信運營商都積極投入到VoIP網(wǎng)絡系統(tǒng)的建設中，而正在發(fā)展的下一代網(wǎng)絡標準更是將VoIP應用提高到?jīng)Q定性的高度，將在一個IP網(wǎng)絡上同時實現(xiàn)視頻/語音通訊以及數(shù)據(jù)業(yè)務，把傳統(tǒng)的電話網(wǎng)絡和IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡合而為一，這也能夠大幅度降低運營商的營運成本。

1.1 IP電話的基本原理

IP電話是在因特網(wǎng)上采用IP包(分組)為單位的包交換方式傳送的語音業(yè)務，采用分組交換技術，其基本原理[4-10]是：通過語音壓縮算法對語音數(shù)據(jù)進行壓縮編碼處理，然后把這些語音數(shù)據(jù)按IP等相關協(xié)議進行打包，經(jīng)過IP網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)包傳輸?shù)浇邮盏�，再把這些語音數(shù)據(jù)包串起來，經(jīng)過解碼解壓處理后，恢復成原來的語音信號，從而達到由IP網(wǎng)絡傳送語音的目的。IP電話系統(tǒng)把普通電話的模擬信號轉(zhuǎn)換成計算機可聯(lián)入因特網(wǎng)傳送的IP數(shù)據(jù)包，同時也將收到的IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成聲音的模擬電信號。經(jīng)過IP電話系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換及壓縮處理，每個普通電話傳輸速率約占用8~11kbit/s帶寬，因此在與普通電信網(wǎng)同樣使用傳輸速率為64kbit/s的帶寬時，IP電話數(shù)是原來的5~8倍[11-13]。

圖2-1是IP電話的典型應用。IP電話供一體化的語音和數(shù)據(jù)服務，LAN是用于連接工作站和電話的企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡。

圖2-1 IP電話的典型應用

IP電話的話音利用基于路由器/分組交換的IP( Intemet/Intranet)數(shù)據(jù)網(wǎng)進行傳輸。由于Internet中采用“存儲一轉(zhuǎn)發(fā)”的方式傳遞數(shù)據(jù)包，并不獨占電路，并且對語音信號進行了很大的壓縮處理，再加上分組交換的計費方式與距離的遠近無關，自然大大節(jié)省了長途通信費用[14-15]。IP電話以Internet作為主要傳輸介質(zhì)進行語音傳送。首先，語音信號通過公用電話網(wǎng)絡被傳輸?shù)絀P電話網(wǎng)關；然后網(wǎng)關再將話音信號轉(zhuǎn)換壓縮成數(shù)字信號傳遞進入Internet。而這些數(shù)字信號通過遍及全球而成本低廉的網(wǎng)絡將信號傳遞到對方所在地的網(wǎng)關，再由這個網(wǎng)關將數(shù)字信號還原成為模擬信號，輸入到當?shù)氐墓�共電話網(wǎng)絡，最終將語音信號傳給被叫方。IP語音分組的基本處理過程包括五個階段：語音道數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、原數(shù)據(jù)到IP語音包的轉(zhuǎn)換、傳送、IP包到數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、數(shù)字語音轉(zhuǎn)換為模擬語音。整個過程如圖2-2所示。

圖2-2 IP電話的語音傳輸原理

1.2 IP電話的基本結構

IP電話的系統(tǒng)一般由三個部分組成：電話終端(Phone Terimanl)、網(wǎng)關(Gatewav)和用戶管理系統(tǒng)和關守(Gatekeeper)組成。

(1)電話終端(PhoneTerminal)

終端是一個IP電話客戶終端，可以是軟件(如VocalTec公司的Internet Phone和microsoft公司的Netmeeting)或者是硬件(如專用的Interne七Phone)，可以直接連接在IP網(wǎng)上進行實時的語音或者多媒體通信。

終端的功能主要完成：音頻解碼器發(fā)送麥克風的音頻信號編碼，并將收到的信號解碼輸出到揚聲器；系統(tǒng)控制單元終端提供信令控制。它提供對呼叫控制、功能交換、傳送指令、描述邏輯通路等功能的支持，將音頻、數(shù)據(jù)和控制信息流分組封裝成消息輸出到網(wǎng)絡接口，并將從網(wǎng)絡接口收到的消息還原成音頻、數(shù)據(jù)和控制信息流，實現(xiàn)邏輯幀、順序編號、檢錯和糾錯功能。IP 電話終端也是本文將要實現(xiàn)的部分，將在后續(xù)中加以詳細論述。

(2)網(wǎng)關 (Gateway)

網(wǎng)關是通過IP 網(wǎng)絡提供電話到電話，完成話音通信的關鍵設備，即Internet網(wǎng)絡與電話網(wǎng)、一線通SDN網(wǎng)之間的接口設備。網(wǎng)關的一邊連接到傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)，如PSTN，可以與外部的任意一臺電話機通信；當網(wǎng)關完成當?shù)仉娫捑W(wǎng)與Internet的接入與轉(zhuǎn)換處理等。網(wǎng)關接收到標準電話信號以后，經(jīng)數(shù)字化、編碼、壓縮處理，按IP 打包到Internet上，根據(jù)傳輸路由，通過Internet發(fā)送到接收端網(wǎng)關；反之，網(wǎng)關接收到Internet傳送來的IP包，經(jīng)解壓縮處理后還原成模擬語音信號再轉(zhuǎn)往電話網(wǎng)系統(tǒng)。網(wǎng)關可以同時接入和轉(zhuǎn)出電話語音信號，實現(xiàn)全雙工通信。網(wǎng)關的基本組成模塊包括數(shù)據(jù)處理主機、語音模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)接續(xù)模塊和管理軟件模塊等。網(wǎng)關具有路由管理功能，它把各地區(qū)電話區(qū)號映射為相應地區(qū)網(wǎng)關的IP地址，這些信息存放在一個數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)接續(xù)模塊完成呼叫處理、數(shù)字語音打包、路由管理等功能。在用戶撥打長途電話時，網(wǎng)關根據(jù)電話區(qū)號數(shù)據(jù)庫資料，確定相應網(wǎng)關的IP地址，并將此IP地址加入IP數(shù)據(jù)包中，同時選擇最佳路由以減少傳輸延遲，IP數(shù)據(jù)包經(jīng)Internet到達目的網(wǎng)關。在一些Internet尚未延伸到或暫時未設立網(wǎng)關的地區(qū)，可設置路由，由距離最近的網(wǎng)關通過長途電話網(wǎng)進行轉(zhuǎn)接。

(3)用戶管理系統(tǒng)

用戶管理系統(tǒng)是為網(wǎng)絡管理員提供的一種管理工具，IP 電話網(wǎng)絡管理員可以通過它對各種組件進行管理，這些組件包括終端、網(wǎng)關、網(wǎng)守等。管理的功能包括設備控制、參數(shù)配置、端口配置、狀態(tài)監(jiān)測、撥號方案設置、均衡、鑒權及安全管理等。同時收集用戶每一次呼叫產(chǎn)生的詳細記錄并上傳到本地數(shù)據(jù)庫，形成計費信息。負擔對通話費用進行記錄和整理，自動生成計費清單并為用戶提供收費單據(jù)。

來源：全球IP通信聯(lián)盟