VoIP技术的发展及应用

鲁 刚（天津港通信导航公司）

一、引言

　　近年来，Internet得到了飞速发展与普及应用，而作为其核心技术的IP协议体系在数据网络架构中的统治地位已得到了广泛认同。同时，随着IP技术框架中汇聚网络研究的发展和VoIP技术的提出，数据网络通信已经融入传统的话音业务领域。

　　从现实情况来看，在电信数据业务中，IP业务已占95%以上，可以说数据承载网业务已基本IP化。近来视讯业务有很好的发展趋势，绝大部分也是IP业务。可以看出，目前电信网中的业务除了传统电话业务外都是IP业务，而电话业务中的长途电话70%已是IP电话。网络的宽带化、IP化成为整个电信网发展的必然趋势。在可见的未来，IP电话将逐步取代传统电话并最终完全IP化。发展和完善VoIP技术以全面取代PSTN则成为当前的一个研究热点。

二、VoIP的基本原理及语音传输

　　传统的电话网是以电路交换方式传输语音，所要求的传输宽带为64kbit/s。而VoIP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，使之可以采用无连接的UDP协议进行传输。

　　VoIP模型的基本结构图可以发现VoIP设备是如何把语音信号转换为IP数据流，并把这些数据流转发到IP目的地，IP目的地又把它们转换回到语音信号。两者之间的网络必须支持IP传输，且可以是IP路由器和网络链路的任意组合。

　　我们可以简单地将VoIP的传输过程分为下列几个阶段。

　　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。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。

　　2. 原数据到IP转换

　　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包或分组中，然后给每个数据包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。网络中的同间节点检查每个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VoIP设备接收这个IP数据并开始处理。在数据报的处理过程中，去掉寻址和控制信息，保留原始的原数据，然后把这个原数据提供给解码器。

　　5. 数字语音转换为模拟语音

　　语音信号在IP网络上的传送要经过从模拟信号到数字信号的转换、数字语音封装成IP分组、IP分组通过网络的传送、IP分组的解包和数字语音还原到模拟信号等过程。

三、VoIP发展的技术基础

　　由于相关的硬件、软件、协议和标准中的许多发展和技术突破，使得VoIP的广泛使用很快就会变成现实。这些领域中的技术进步和发展为创建一个更有效、功能和互操作性更强的VoIP网络起着推波助澜的作用。

　　推动VoIP飞速发展乃至广泛应用的技术因素可以归纳为如下几个方面。

　　1. 数字信号处理器

　　先进的数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）执行语音和数据集成所要求的计算密集的任各。DSP处理数字信号主要用于执行复杂的计算，否则这些计算可能必须由通用CPU执行。它们的专门化的处理能力与低成本的结合使DSP很好地适合于执行VoIP系统中的信号处理功能。

　　2. 高级专用集成电路

　　专用集成电路（Application-Specific Integrated Circait, ASIC）发展产生了更快、更复杂、功能更强的ASIC。ASIC是执行单一应用或很小的一组功能专门的应用芯片。ASIC的使用使设备的性能更高，而成本更低。它们为网络提供增加的宽带和更好的QoS支持。

　　3. IP传输技术

　　宽带IP网络通信对QoS和延迟特性提出了苟刻的要求。目前，除已问世的新一代IP协议--IPV6外，世界因特网工程任务组（IETF）提出了多协议标记交换技术（MPLS），这是一种基于网络层选路的各种标记/标签的交换，能提高选路的灵活性，扩展网络层选路能力，简化路由器和基于信元交换的集成，提高网络性能。MPLS既可以作为独立的选路协议工作，又能与现有的网络选路协议兼容，支持IP网络的各种操作、管理和维护功能，使IP网络通信的QoS、路由、信令等性能大大提高，达到或接近统计复用定长分组交换（ATM）的水平，而又比ATM简单、高效、便宜、适用。

　　4. 宽带接入技术

　　IP网络的用户接入已成为制约全网发展的瓶颈。从长期发展看，用户接入的终极目标是光纤到户（FTTH）。光接入网从广义上讲包括光数字环路载波系统和无源光网络两类。前者主要在美国，结合开放口V5.1/V5.2，在光纤上传送其综合系统，显示了很大的生命力。后者主要在日本和德国。日本坚持不懈攻关十多年，采取一系列措施，将无源光网络成本降低至与铜缆和金属双绞线相近的水平，并大量使用。特别是近年ITU提出以ATM为基础的无源光网络（APON），将ATM与无源光网络优势互补，接入速率可达622M bit/s，对宽带IP多媒体业务发展十分有利，且能减少故障率和节点数目，扩大覆盖范围。目前ITU已完成了标准化工作，各厂家正在积极研制，不久会有商品上市，将成为面向21世纪的宽带接入技术的主要发展方向。

　　5. 中央处理单元技术

　　中央处理单元（CPU）在功能、功率和速度方面继续发展。这使多媒体PC能够广泛应用，并提高了受CPU功率限制的系统功能的性能。PC处理流式音频和视频数据的能力在用户中期待已久，所以在数据网络上传送语音呼叫理所当然成为下一步的目标。这个计算功能使先进的多媒体桌面应用和网络组件中的先进功能都支持语音应用。

四、VoIP典型组网方案及应用优势

　　VoIP技术优势显而易见。目前，在越来越多的跨国公司、大中型企业、政府机关、金融、证券行业、军队、电力行业、远程教育机构得到广泛应用。

　　VoIP技术的应用优势还体现在以下几个主要方面：

　　1. 通话费用大大降低。将企事业单位内部的局域网和电话网合一，实现0话费。

　　2. 建设成本大大降低。无需另外布线。

　　3. 功能强大。只需加入相应的软件，可以灵活地提供各种服务功能。

　　4. 独特的网内漫游功能。网络电话机可以插入网内的任何位置的网口（RJ45），其电话号码保持不变。

　　5. 具有加密和防窃听功能。这对保障政府机关，银行和大型企业等重要集团用户的网络语音通信安全有着十分重要的意义。

　　6. 使用方便。网络电话机适用广泛的网络环境，与普通电话的使用习惯一致。

　　7. VoIP产品支持内建代理服务功能；配合代理服务，可以实现局域网之间和局域网内部IP电话的互通；IP电话可以分配保留的私网IP地址，不占用公网IP资源，使应用和组网更加灵活。

五、VoIP应用产品及最新发展方向

　　1. 赋予普通电话IP功能

　　例如，Aplio公司最近推出的Aplio/Phone2.0能将普通电话连接至Internet，并能与兼容H.323标准的IP电话和会议软件结合使用。

　　2. 赋予呼叫中心网络能力

　　有一些厂商开始推出IP电话产品，这些产品能让用户使用同一条电话线打电话和接入网站，并在呼叫中心向代理商传送为用户服务的在线请求，因此，用户无需断开与Internet的连接就能获得对代理商的实时话音接入。由于呼叫中心在众多企业中起着为用户提供服务的重要作用，所以网络化的呼叫中心将会得到普遍应用。这种一体化的消息接入服务现在尽管还不普遍，但是经营IP电话网络的业内人士认为，在今后几年内它将会成为重要的服务方式。一些IP电话厂商目前正在开发能提供一体化消息服务的产品。

　　3. IP可视电话

　　IP电话另一种可能的新应用是改善IP电话呼叫的视频连接。例如，Netspeak公司的WebPhone4.0和VocalTec通信公司的InternetPhone5等产品，都能用作实时可视电话。IP传输视频（Video over IP）与IP电话一样也需要相当的带宽，这一特点有助于这一技术与IP电话的结合，从而有利于那些经常面对带宽限制的家庭和小企业用户。

六、结束语

　　综合前面的论述可以看出，IP技术为话音与数据信息流提供了一流的传输平台。建立于这一基础上的VoIP解决方案为企业及运营商在降低运营成本，提供灵活的新业务创新以及提高投资回报率等方面显示了良好的应用前景。尽管VoIP在许多技术细节问题上还需要进一步的改进，性能还有待进一步提高，我们有理由相信，随着VoIP技术标准的不断发展和完善，其必将在新一代电信网络中得到成功应用。

----《中国数据通信》