ISIN网络结构体系与VoIP技术的发展

中国普天信息产业集团公司 李鲁湘 宋健

世纪之初电信网发展五大趋势

　　世纪之交，回顾展望，我们所面对的未来１０年将是世界电信史上技术发展最活跃的时期，也是一百多年电信管理体制全面转轨的时期，两者的结合正在深刻地改变电信网的面貌和未来的技术走向。专家认为，在未来１０年中，电信网的战略发展趋势将集中在５个方向：即网络业务应用的ＩＰ化趋势、网络窄带接入的无线化趋势、网络交换技术的分组化趋势、网络基础设施的宽带化趋势和网络功能结构的扁平化趋势。

新一代综合业务信息网（ＩＳＩＮ）网络体系

　　随着Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的深入应用与发展，ＩＰ将成为未来信息通信的主导技术，各种业务可由ＩＰ包来承载（Ｅｖｅｒｙｔｈｉｎｇ ｏｖｅｒ ＩＰ），而ＩＰ信息流又可以在各种传输媒体中传送（ＩＰ ｏｖｅｒ Ｅｖｅｒｙｔｈｉｎｇ），并以ＩＰ网为基础，最终实现数据、话音、图象业务融合和网络融合。采用统一的技术解决方案（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ）来构建新一代信息网络（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ），以提供话音、数据和图象等综合服务（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ），将成为人们不懈努力的追求目标，代表着二十一世纪新一代通信网络的发展方向。

　　１．ＩＳＩＮ网络体系结构

　　ＩＳＩＮ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｅｒｖｉｃｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ）即综合业务信息网络，以分组包交换技术和提供综合各种服务为基础，建立统一的信息网络，将无缝地兼容现有各种业务。

　　ＩＳＩＮ网络体系由ＩＳＩＮ骨干网（ＢＡＣＫＢＯＮＥ）、ＩＳＩＮ接入网（ＡＣＣＥＳＳ）和ＩＳＩＮ终端系统（ＣＰＥ－Ｃｕｓｔｏｍｅｒ Ｐｒｅｍｉｓｅｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）组成。ＩＳＩＮ是一个完全分组化（Ｐｕｒｅ Ｐａｃｋｅｔ）的数字网络。从ＣＰＥ设备开始，所有用户信息（话音、数据、图象等）皆作分组化处理，采用ＩＰ包或ＡＴＭ信元承载，以ＭＰＬＳ协议作路由传送到接入网和骨干网进行传输与交换。在近阶段，采用ＩＰ包和ＡＴＭ信元兼容处理可以更好地无缝融合现有话音业务，并可实现ＱｏＳ功能，支持ＶｏＩＰ等实时业务。

　　ＩＳＩＮ骨干网的核心设备是ＩＰ交换机（ＩＰ Ｓｗｉｔｃｈ）。ＩＰ交换机实质上是一部功能强大的高速路由器，采用ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＷＤＭ技术，直接以光纤密集波分复用方式组网。在高速骨干网周围，将采用边缘ＩＰ交换机进行网络扩展。

　　ＩＳＩＮ接入网在功能上作为ＣＰＥ设备与骨干网之间的接入设备，向用户提供语音、数据、图像等各种综合业务。在接入网的有关节点（Ｎｏｄｅ）安装各类网关（Ｇａｔｅｗａｙ）与ＰＳＴＮ及其它应用网络互联互通，实现业务逐步从现有分离建设的ＰＳＴＮ网、ＤＤＮ、ＦＲ等网络中转入到一体化ＩＳＩＮ网络中，从而构建统一的ＩＳＩＮ信息网络体系。

　　２．ＩＳＩＮ接入网

　　ＩＳＩＮ接入网设备由接入节点机和各种接口设备组成。节点机采用Ｐａｃｋｅｔ／Ｃｅｌｌ交换核心模块，外围网络侧采用光纤接口互连，用户侧可采用ｘＤＳＬ经ＵＴＰ双绞线传输，或采用Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ经同轴电缆（Ｃｏａｘ）传输，也可以无线（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ）方式或光纤连接到用户终端，从而构成ＩＳＩＮ节点处理设备。节点设备可以安装内置网关模块或连接外部独立网关设备与ＰＳＴＮ等现有网络互联，实现业务互通。同时节点设备配置有ＯＭＣ设备，可与网络管理中心和业务管理中心相连接，完成网络和业务的统一管理。

　　通过功能模块、接口模块和网关模块的独特设计，使ＩＳＩＮ接入设备具有十分灵活便利的组网性能，可以很方便地满足电信部门灵活组网和扩容的要求，实现网络随业务发展不断升级。同样，由于ＩＳＩＮ组网的灵活性和分布适应性，可以根据客户需求，灵活安装节点设备，使用户就近上网，业务就近分流进入新建ＩＳＩＮ网中，从而不干扰现有ＰＳＴＮ网的话音业务。由此可见，ＩＳＩＮ接入网体现了“就近上网、业务综合、自成网络、走向未来”的特征，它代表着网络发展的方向，具有广阔的发展前景。

　　３．ＩＳＩＮ ＣＰＥ用户终端设备

　　在用户侧，包括商业用户和家庭用户，需要安装一个终端设备（ＣＰＥ）和ＩＳＩＮ接入网相连，将分组化、宽带化和智能化直接推进到最终用户。ＣＰＥ设备采用机顶盒ＳＴＢ（Ｓｅｔ Ｔｏｐ Ｂｏｘ）结构，可以是ｘＤＳＬ终端，也可以是Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ 终端或是无线收发终端。可以从单一功能的终端起步，然后升级到具有路由功能的智能接入终端ＩＡＤ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ａｃｃｅｓｓ Ｄｅｖｉｃｅｓ）。ＩＡＤ采用１０／１００Ｍ以太网接口，连接内部局域网，组成ＨｏｍｅＬＡＮ网络，可连接计算机、ＩＰ网络电话、信息家电、家庭监控等终端设备。ＩＡＤ可以采用光纤／ｘＤＳＬ／Ｅ１／Ｖ．３５／Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ等方式，与ＩＳＩＮ接入节点连接，为用户提供话音、数据和图象等信息业务。由此可见，立足ＩＳＩＮ分组化网络，采用以太网接口、功能齐备且使用简便的各种应用终端将展现巨大的市场前景。

ＩＰ电话的技术障碍和实施的关键技术

　　１． 技术障碍

　　因为ＩＰ电话还有一些尚未有效解决的技术问题，这些问题引起的语音质量不够理想、使用不方便，因而还不容易为人们普遍接受。

　　ＩＰ电话的技术障碍目前主要有：

　　ＩＰ交换引起的传输时延无法确定。语音应用对时延有一定要求，人耳对４００毫秒以下的时延反应不甚强烈，但若超过４００毫秒，就会感到断断续续，无法忍受了。解决时延问题是实现和发展ＩＰ电话的关键。

　　无法提供ＱｏＳ保证，造成语音效果无法接受。实现业务传输优先级的保证关键在于引入一种服务质量机制（ＱｏＳ），允许网络将不同类型的业务置于特定的ＱｏＳ队列之中。使得语音业务的传输优先级高于数据业务，从而降低了队列延时，实时性得到保障。

　　带宽限制了应用，接入手段需要极大的改善。足够的带宽也是确保语音数据包无时延地到达目的地所必须的条件。如果网络面临拥塞，就需要更大的网络带宽来解决这个问题，仅仅采用优先机制无法消除分组包的丢失问题，若不希望丢弃任何数据包，就必须增加网络带宽。对于应用者来说，带宽越大越好，５６Ｋ的模拟最大接入已经远远不能达到要求了。

　　２．ＩＰ电话实施的关键技术

　　① 话音压缩技术

　　ＩＰ电话技术的基础是话音压缩技术。１９９５年１１月，经过较长时间的研究，ＩＴＵ（国际电联）批准了一个被称为Ｇ．７２９的新的话音压缩标准。Ｇ．７２９标准采用的算法，可以仅用８Ｋｂｉｔ／ｓ传输话音，话音质量与３２Ｋｂｉｔ／ｓＡＤＰＣＭ（Ｇ．７２４）相同。ＡＤＰＣＭ（差分脉冲编码调制）在全球的公共电话网络中被用于提供长话级话音（Ｔｏｌｌ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｖｏｉｃｅ）。Ｇ．７２９的算法被称作ＣＳ－ＡＣＥＬＰ（Ｃｏｎｊｕｇａｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ－Ａｌｇｅｂｒａｉｃ Ｃｏｄｅ Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ，对生结构代数码激线性预测），它构成了Ｇ．７２９标准的基础。在标准形成的过程中，ＡＴ＆Ｔ、法国电信、日本ＮＴＴ的研究建议对基于该算法的系统性能改进均起了重要作用。

　　ＣＳ－ＡＣＥＬＰ在标准ＰＣＭ或线性ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅｄ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，脉冲编码调制）的话音采样基础上，每１０ｍｓ生成一个１０字节长的话音帧。这个算法提供了优秀音质，且延时很小。ＣＳ－ＡＣＥＬＰ也是为先进的定点运算数字信号处理器设计的，因为它要求强大的运算处理能力。

　　Ｇ．７２９标准后来在１９９６年又得到了进一步的优化改进。现在Ｇ．７２９是最重要的话音压缩标准，其他的话音压缩技术还有几种，采用较多的是Ｇ．７２９和Ｇ．７２３／Ｇ．７２３．１。

　　② 静噪抑制技术

　　所谓静噪抑制技术，是指检测到通话过程或传真过程中的安静时段，并在这些安静时候停止发送语音包。大量的研究表明，在一路全双工电话交谈中，只有３６％～４０％的信号是活动的或有效的。当一方在讲话时，另一方在听，而且讲话过程中有大量显著的停顿。通过静噪抑制技术，大量的网络带宽节省下来用于其他话音或数据通信。

　　③ 回声消除技术

　　在ＰＢＸ或局用交换机侧，有少量电能未被充分转换而且沿原路返回，形成回声。如果打电话者离ＰＢＸ或交换机不远，回声返回很快，人耳听不出来，这种情况下无关紧要。但是当回声返回时间超过１０ｍｓ时，人耳就可听到明显的回声了。为了防止回声，一般需要回声消除技术，在处理器中有特殊的软件代码监听回声信号，并将它从听话人的语音信号中消除。对于ＩＰ电话设备，回声消除技术是十分重要的，因为一般ＩＰ网络的时延很容易就达到４０～５０ｍｓ。

　　④ 话音抖动处理技术

　　ＩＰ网络的一个特征就是网络延时与网络抖动，这可能导致ＩＰ电话音质下降。网络延时是指一个ＩＰ包在网络上传输平均所需的时间，网络抖动是指ＩＰ包传输时间的长短变化。当网络上的话音延时（加上声音采样、数字化、压缩、延时）超过２００ｍｓ时，通话双方一般就愿意倾向采用半双工的通话方式，一方说完后另一方再说。另一方面，如果网络抖动较严重，那么有的话音包因迟到被丢弃，会产生话音的断续及部份失真，严重影响音质。为了防止这种抖动，人们采用了抖动缓冲技术，即在接收方设定一个缓冲池，话音包到达时首先进入缓冲池暂存，系统以稳定平滑的速率将话音包从缓冲池中取出、解压、播放给受话者。这种缓冲技术可以在一定限度内有效处理话音抖动，并提高音质。

　　⑤ 话音优先技术

　　话音通信实时性要求较高。为了保证提供高音质的ＩＰ电话通信，在广域网带宽不足（拥挤）的ＩＰ网络上，一般需要话音优先技术。

　　当ＷＡＮ带宽低于５１２Ｋｂｉｔ／ｓ时，一般在ＩＰ网络路由器中设定话音包的优先级为最高，这样，路由器一旦发现话音包，就会将它们插入到ＩＰ包队列的最前面优先发送。这样，网络的延时与抖动情况对话音通信的影响均将得到改善。

　　另一种技术是采用资源预留协议（ＲＳＶＰ）为话音通信预留带宽。只要有话音呼叫请求，网络就根据规则为话音通信预留出设定带宽，直到通话结束，带宽才释放。

　　但是，在企业ＩＰ网上，人们一般并不使用ＲＳＶＰ，而一般采用优先级技术。几乎所有品牌的路由器均支持一些优先级技术。

　　将话音包的优先级定为最高级别，任何时候路由器只要发现有话音包就将延迟对数据包的发送。这对于ＬＡＮ数据包的影响可以忽略，因为话音的１５Ｋｂｉｔ／ｓ与ＬＡＮ的１０～１００Ｍｂｉｔ／ｓ带宽相比是极少的，而且在ＬＡＮ上没有话音包优先。

　　对于ＷＡＮ数据传输的影响就看具体情况了，在低速的ＷＡＮ链路上（２８．８Ｋｂｉｔ／ｓ～２５６Ｋｂｉｔ／ｓ），数据一般是非实时的，如电子邮件或文件传输，对数据包的延迟并不在意。对于相对较高速的ＷＡＮ链路（２５６Ｋｂｉｔ／ｓ以上），数据可能有实时性要求，如通过ＷＡＮ进行记录级的文件操作。但话音通信所占的带宽仅占整条ＷＡＮ链路的几个百分点，话音包的流量与ＷＡＮ带宽相比是可以忽略的。

　　实际上，对ＩＰ包采取优先级规则，在ＷＡＮ上有机地结合数据与话音通信，是对ＷＡＮ带宽的更充分有效的利用。在低速链路上，数据一般是非实时的、后台的，在较高速链路上，不会有大量的实时话音流量与大量的实时数据流量相冲突。

　　⑥ ＩＰ包分割技术

　　如果ＷＡＮ链路为６４Ｋｂｐｉｔ／，为更好地保证ＩＰ电话的音质，应将ＩＰ包大小限制为不超过２５６字节。

　　⑦ ＶｏＩＰ前向纠错技术－ＦＥＣ

　　一般企业网络均有较低的丢包率／错包率，因而ＩＰ电话网关仅需将话音包回放为声音即可。公共Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络往往有较高的丢包率，这不足以维持高质量的话音通信。在这种情况下，ＦＥＣ技术就能够发挥重要作用。ＦＥＣ技术有两级，第一级是Ｉｎｔｒａ－Ｐａｃｋｅｔ，第二级是Ｅｘｔｒａ－Ｐａｃｋｅｔ。第一级是在同一包内加冗余数据，以便接收方纠错、恢复、还原话音数据，保证音质。第二级是在每一个话音包中存放后续包的冗余数据，以便接收方从已经接收到的包中恢复出错或丢失的话音包。

　　ＦＥＣ可以降低１０％～２０％的丢包率，保持高音质。但是ＦＥＣ要多消耗多达３０％的网络带宽，因此在企业网内部一般不采用ＦＥＣ。

ＩＰ电话领域的四个最新发展方向

　　随着ＩＰ电话走向市场，ＩＰ电话运营商为使其服务受用户青睐，除提供话音邮件、呼叫等待和高速ＡＤＳＬ接入服务外，都将推出新的应用。

　　１．赋予普通电话ＩＰ功能

　　ＩＰ电话又一种新的应用是赋予普通电话以ＩＰ能力。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电话和会议软件相结合使用。

　　２．赋予呼叫中心网络能力

　　现在已有一些厂商（如美国Ｅｓｓｌ科技公司和ＮｅｔＳｐｅａｋ公司）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。

　　３．一体化的消息传递

　　一体化消息传递是让用户通过一部电话或ＰＣ接入Ｅ－ｍａｉｌ、传真和寻呼消息。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。

　　４．ＩＰ电视电话

　　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，都能用作实时电视电话。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电话相结合，从而有利于那些经常面对带宽限制的家庭和小企业用户。

ＩＳＩＮ网络体系展望

　　ＩＳＩＮ网络结构模型可以描述未来信息网络的需求与发展，ＩＳＩＮ代表着未来网络发展的方向，ＩＳＩＮ网络体系的建立将是一个长期的研发和积累进程。因此，ＩＳＩＮ网络体系结构用来对新一代宽带信息网络的技术研究和产品开发，将有很好的规划指导意义。

　　围绕ＩＳＩＮ网络体系，在ＩＳＩＮ结构模型涵盖下，不断丰富产品系列，每一个新产品都应定位明确，适应市场，并逐步积累完善，实现产业化。可以预计，新一代综合业务信息网络（ＩＳＩＮ）将在未来的技术研究和产品开发中得到不断丰富和完善，将为我国信息产业带来显著的技术优势和经济效益。

----《通信世界》