如何优化VoIP通话系统

随着VoIP技术的不断发展和成熟，网络电话在各种电话话务量中占据着越来越大的比重。VoIP电话占全球国际电话话务量的比例关系，从中可以看出从1998年到2004年VoIP话务量快速增长的趋势：

　　趋势

经过数十年的快速发展，Internet已经发展成足以和电信网抗衡的全球性大网。随着数据业务的成功及网络规模的迅速扩大和成熟，电信业务很快成为Internet力求发展的业务，电信业务中的最大赢利点———电话业务，更成为Internet力求发展的重中之重的业务。自1995年以色列的VocalTec公司推出的客户端软件IP电话"Internet Phone"以来，计算机网络中开始出现以IP为网络层协议进行语音传送的业务。由于计算机网络也称为IP网，因此这项技术被称为VoIP技术。用户只要在多媒体PC机上安装该软件，就可以通过Internet网和任何地方安装同样软件的联机用户进行通话，人们把这种在Internet上实现电话业务称为IP电话。这项技术上的突破引起全世界的瞩目，其背后的无限商机也使许多公司进行此项技术的研究，各式各样的VoIP设备被迅速制造出来，并立刻进入了商用。

随着VoIP技术的不断发展和成熟，网络电话在各种电话话务量中占据着越来越大的比重。VoIP电话占全球国际电话话务量的比例关系，从中可以看出从1998年到2004年VoIP话务量快速增长的趋势：

VoIP电话系统

VoIP电话技术实现了语音在IP网络上的实时传送。其基本原理是：通过IP电话网关或IP电话终端对语音数据编码进行压缩处理，然后将压缩后的语音数据按TCP/IP标准进行打包，经过IP网络把数据包送至接收端，再通过IP电话网关将这些语音数据包进行解压，恢复成原来的语音信号，从而达到由Internet传送语音的目的。一个完整的VoIP电话系统可以由4个基本单元组成：IP电话终端、网关、多点控制单元和网守。

终端设备是一个IP电话客户终端，可以是软件，比如VocalTec公司的IP Phone，Microsoft公司的Netmeeting，或者是专用的硬件IP电话机，IP电话终端可以直接连接在IP网络上进行实时语音或多媒体通信;网关是通过IP网络提供PC-to-Phone、Phone-to-PC、Phone-to-Phone和PC-to-PC语音或多媒体通信的关键设备，目前的IP网关是IP网络和PSTN/ISDN/PBX网络之间的接口和转换设备，未来有可能转变为只带IP网络接口的接入和交换设备;多点控制单元的功能在于利用IP网络实现多点通信，可以实现网络电话会议或多媒体会议这样的应用;网守可以对网关进行管理，并负责用户的注册和管理，主要完成地址映射、呼叫认证、日志和网关管理等功能。

从IP电话系统的基本组成中可以看出，普通电话机通过PSTN网络连接到IP网关上，PSTN网络保证话音的传输质量，IP电话终端通过专用的DSP芯片来实现语音压缩，也可以保证话音的压缩质量。那么，影响VoIP话音质量的主要原因是什么呢?其一是网关和网守硬件设备的性能和设备上运行的VoIP协议和管理软件的效率，分析表明，这种原因对VoIP话音质量的影响是固定和可预见的，并且可以通过升级硬件和优化软件来保证所需的话音质量;其二是Internet网络的质量，而这种原因对VoIP话音质量的影响是随机的，几乎无法预见，实际测试结果表明，只要IP网络设计合理，IP电话的质量完全可以达到传统电话的质量，然而，根据电信业务的要求，当前IP网络在服务质量(QoS)及网络安全性能方面存在的问题是影响VoIP电话完全取代基于电路交换的传统数字电话最关键的原因。

从电信运营的角度来看，目前的电信网是一种过渡型电信网，采用的是TDM电路交换与分组交换相混合的数字通信技术，是多业务网、多业务承载网的体系结构。随着VoIP网络在未来与PSTN网络互通话务量的增多，话务模型会向传统话务模型靠近。与传统电信网承载电话相比，通过IP网络承载语音时如何保证可靠的语音质量是VoIP技术的关键。所谓语音质量，是指复制语音的保真度和可理解性，即从对话中提取话音信息的能力。在VoIP网络中，衡量语音质量的参数主要有以下几个：1)清晰度：指从会话过程中可提取出的信息量，清晰度可通过感知语音质量测量(PSQM)或平均判分(MOS)等方法来测量;2)端到端延迟：指可能影响人们感受的会话延迟;3)DTMF音调分析：如果使用低比特率语音编解码器，DTMF音调就不能正确再现，DTMF重要的失真参数包括放大和频移。

目前的VoIP电话系统主要采用两类方法来保证话音质量，第一类是在VoIP电话终端上采用相关技术：因为IP电话是在IP网络中实现传输和交换，对数据的带宽和时延有严格的要求。传统电话网上采用64kb/s的PCM技术和32kb/s的ADPCM技术，而IP电话的语音带宽一般要小于上述数值，为了不影响通话的质量，VoIP系统中采用了语音压缩、静噪抑制、回声消除和抖动处理技术;第二类是在IP网络上采用适用于VoIP的QoS技术，这个问题是影响VoIP话音质量的最根本的原因，也是数十年来互联网研究和应用领域的重点。

服务质量要求

传统的Internet是一种尽力而为的服务方式，很难适应IP电话等实时多媒体业务的服务质量要求。人们为了解决IP网络的QoS问题进行了十多年的研究，很多解决方案都基于IETF提出的两种Internet QoS业务模型：一种是综合服务模型(IntServ)，采用RSVP协议实现;另一种是区分服务模型(DiffServ)。

综合服务模型以RSVP协议为基础，RSVP协议是为改善网络对业务流的控制能力而设计的资源预留协议，这种协议在网络的各个节点之间交换信息，数据发送端将其服务请求通过RSVP协议发送给网络，服务请求通过网络中的路由协议传递到目的节点，传递过程中RSVP协议收集各个节点的可用资源情况，目的节点根据这些信息以及接受到的QoS请求在返回的信息中在各个节点上申请预留资源，并在无法提供足够的资源预留时发出错误信息。

对于VoIP网络而言，目前大部分的商业网是建立在H.323体系结构下的，要想在H.323体系结构下应用RSVP协议，首先要对通信双方的QoS能力进行评估，也就是说，通过H.323协议建立QoS机制，实现方法是通过H.245协议的交互操作来实现QoS参数的交换;其次是通过H.323的呼叫建立过程建立满足QoS请求的连接，可以通过H.225协议实现，当H.323终端与网守进行呼叫请求时，必须在H.225协议消息中提供资源预留信息，由网守和H.323终端进行协商来确认预留的资源。

区分服务模型是为了解决综合服务模型的扩展性差和管理困难等问题而提出的，是一种更简单的QoS解决方案。在区分服务模型中，作为边缘路由器的网关和路由器设备与Internet上的核心交换设备被区别对待，边缘路由器将根据各种状态信息确定业务的服务级别，并在IP数据包的TOS字段进行标记，而Internet上的核心交换设备则根据这些信息判断业务的服务级别，并进行相应的转发处理。对VoIP话音而言，也就是为VoIP实时处理数据包划分比较高的等级，这样可以保证数据包的传输特性。

我们在IP网络中应用QoS策略的目的是为了提供高品质的VoIP通话质量，其关键特征在于网络所能提供的带宽、延时和抖动特性。

从通信网的综合成本来考虑，VoIP以降低传输资源的使用效率达到降低网络节点设备复杂度的方法，也达到了降低通信网的综合成本的目的，是一种十分合理的选择。但是，对电信商业网来说，决不能只顾网络系统的价格便宜，而不顾作为商业网必须考虑的问题，VoIP话音的服务质量(QoS)问题、网络的安全性和可信任性问题等是必须考虑并予以解决的。

多年来，IT界一直在努力改进IP网络的性能，相应标准与设备产品也不断制造出来，一切努力都没有使问题发生本质上的改变，反复研究表明，IP技术在电信业务中遇到的问题不是出在IP技术本身，而是出在Internet的设计理念与电信网设计理念之间的差距。Internet是以用户为核心，以用户自律为基础的非赢利性网络，没有中心，无需管理，网络的运营者不负责网络的安全，也不负责业务的赢利。而电信网则一开始就是以商业经营为目的的网络，它必须具有商业经营所必备的全部属性。这二者的差异决定了从Internet到用于电信目的的IP网络，不会是一个简单的借用过程，在设计上必需发生质的改变，建立优质量的IP网络是VoIP电话得以商用、推广并彻底取代传统电话的一个重要前提。

作者：北京邮电大学宽带通信网络实验室 来源：通信产业报