透视IP电话

信息产业部电信科学技术研究院通信中心 庞杨

信息产业部数据通信科学技术研究所　　 赵强

　　IP网络电话通常被称作Internet（因特网）电话或网络电话，顾名思义，就是通过Internet打电话。它采用压缩编码及统计复用等技术，节省了网络的带宽，降低了通信成本，所以IP网络电话可以为用户提供更经济的电话服务。尤其是更为经济的国际长途电话业务。从广义上说，它应被称为Internet电信（Internet Telephony），因为它还包括语音、传真、视频传输等多种电信业务。

一、ＩＰ电话原理

　　IP网络电话的话音是利用基于路由器/分组交换的IP（Internet/Intranet）数据网进行传输，由于Internet中采用“存储—转发”的方式传递数据包，并不独占电路，并且对语音信号进行了很大的压缩处理，因此IP网络电话占用带宽仅为8kbit/s~10kbit/s，再加上分组交换的计费方式与距离的远近无关，自然大大节省了长途通信费用。

　　Internet是由众多各种不同的计算机网络互联组成的，遍布世界各地，Internet的出现和普及巨大地改变了人们的交流和通讯方式。Internet使用标准的TCP/IP协议来实现各计算机之间的相互通信和数据交换。TCP/IP协议则负责将要传输的IP数据包分组排队发送到网络上。TCP/IP协议将要传输的计算机数据分组排队发送，每个组均包含地址及数据重组信息，以确保数据安全和数据包交换正确无误。IP Telephony就是通过Internet作为主要传输介质进行语音传送的。首先，语音信号通过公用电话网络被传输到IP Telephony网关,然后网关再将语音信号转换压缩成数字信号传递进入Internet,而这些数字信号通过遍及全球而成本低廉的网络将信号传递到对方所在地的网关，再由这个网关将数字信号还原成为模拟信号，输入当地的公共电话网络，最终将语音信号传给收话人。

二、ＩＰ电话的标准

　　目前参与IP电话技术标准开发和推广的组织超过20家，其中最有影响力的IP电话的国际标准化组织主要有四家：国际电信联盟标准化部门（ITU-T）、欧洲电信标准化协会（ETSI）、Internet工程任务组（IETF）和多媒体远程会议集团（IMTC）。ITU-T侧重于电信标准、ETSI侧重商业实现、IETF侧重IP标准、IMTC侧重互操作性。由于IP电话技术标准的开发涉及多个领域，这几家开发组织相互之间建立了比较良好的协作关系，而其他机构主要是发展、充实、实现和推广这些标准。

　　但是由于存在不同国际组织学术上的争议和不同设备制造商利益上的问题，导致了在IP电话的标准问题上莫衷一是，众说纷纭。下面主要介绍了其中两个极具代表性的IP电话标准：H.323协议和SIP（会话初始化协议）。

　　１． Ｈ．３２３协议

　　H.323协议是ITU-T第16研究组（SG-16）为多媒体会议系统提出的一个建议书，并不是为IP电话专门提出的，因而它涉及的范围远比IP电话宽。只是IP电话，特别是电话到电话经由网关的这种IP电话工作方式，可以采用H.323协议来完成它所要求的工作，因而H.323协议被借过来作为IP电话的标准，由于目前IP电话发展很快，而IP网的多媒体会议系统发展的相对比较慢，因此为了适应IP电话的应用，H.323也的确专为IP电话增加了一些新的内容（如呼叫的快速建立过程）。对IP电话来说，它不只用H.323协议，而且用了一系列建议，其中有H.323、H.225、H.245、H.235、H.450和H.341等。只是H.323协议是总的技术要求，因而通常把这种方式的IP电话称为H.323 IP电话。

　　２． ＳＩＰ协议

　　SIP协议是由IETF推出的会话初始协议，是一种基于文本的协议，采用SIP规则资源定位语言描述。

　　SIP协议提出了另外一套IP电话的体系结构，是一个与H.323并列的协议。一个SIP系统主要有两个部分组成：用户代理和网络服务器。网络服务器也分两类，代理服务器（Proxy）和重定位服务器（Redirect）。

　　SIP协议的出发点是想借鉴WEB业务成功的经验，以现有的Internet为基础来构架IP电话业务网。因此，SIP有着与H.323完全不同的设计思想，它是一个分散式的协议，它将网络设备的复杂性向网络边缘推，使核心网络仍是一个“BestEffort"的传送通道，这就是SIP系统中核心网络服务器可以不保留状态（stateless）的原因（SIP消息本身含有一个呼叫的所有信息），因为核心网络服务器需要处理大量的呼叫，不保留每一呼叫的状态，将大大提高系统的处理能力，为组建大规模的IP电话业务网奠定了基础，而边缘网络服务器可以是有状态的（stateful）。这种stateless和stateful结合的模式既可以充分发挥SIP的特点（如用户定位和查找）又保留了Internet无连接数据报传送的设计思路。与以H.323协议为基础的IP电话相比，SIP协议需要相对智能的终端，即终端需要包含用户代理客户机和用户代理服务器两部分，由这两部分实现呼叫请求、呼叫应答和一些用户的特定需要，正是因为SIP系统有了相对智能的终端系统，所以它才有可能实现用户个性化需求。

三、ＩＰ电话中的关键技术

　　IP电话自身的优越性，决定了其所具有的无比巨大的市场潜力。在市场的驱动之下，各研究机构、国际标准化组织、产品制造商等纷纷投入到IP电话相关技术的开发中，使之很快就达到了商用化的程度。IP电话是一个复杂的系统工程，设计到的技术也很复杂，其中又以以下几种技术的发展最为关键，包括分组语音技术、语音编码和压缩技术、QoS技术、IVR技术等。

　　１． 分组语音技术

　　分组语音技术是将语音信号转化为一定长度的数字化语音包，采用存储转发的方法，以包的形式进行交换和传输的技术。分组语音占用的传输带宽低于传统语音，所以在给定连接线路中可以传输更多的信息。电话技术通常需要64kbit/s以上的带宽，而分组语音需要的带宽不到10kbit/s。

　　在分组语音传输系统中需要解决以下几个问题才能使分组语音服务满足质量上的需要。

　　（1）语音编码。即如何将语音信息转换为分组信息以及如何将分组信息重新转换为语音。其中包括优化编码方案、寻找最佳算法、对语音进行高效、优质的编解码以及语音恢复等等。

　　（2）信令。用于鉴别呼叫方所需要呼叫的对象以及呼叫方在网络中的位置。

　　（3）语音压缩算法。语音压缩是分组语音系统中的重要组成部分。

　　（4）音频回波消除技术。在IP电话的应用中，人们若使用扬声器和麦克风就可能出现回声现象。

　　２． 语音的编码及压缩技术

　　模拟语音信号必须经过处理，转换成适合在IP网络上传输的IP数据包。这个过程需要先进行数字编码，转换为PCM码，然后经过专门的DSP芯片进行数据压缩，最后再打上IP包的标记，形成IP数据包的形式，以适合IP网络上的传输带宽。这其中，涉及到了PCM、DSP、编码、压缩等内容。

　　３． ＩＶＲ技术

　　IVR即交互式语音应答，可以提高呼叫服务的质量并节省费用。随着技术的进步，IVR也有了一定的发展，可以根据用户输入的内容播放有关的信息，可以是操作提示也可以是具体的信息内容。在IP电话中使用的IVR经历了从集中到分布的过程，分布式IVR采用加入智能网关的功能，使得原本远程发送的语音提示信息现在只需要在本地发送，从而既减少了开销又提高了服务质量。

　　４．ＱｏＳ技术

　　QoS即服务质量，是指为保证所提供业务的质量达到相应标准而采取的一系列措施的技术总称。目前，众多国际组织、网络设备制造商和业务提供者纷纷致力于QoS的研究开发和应用，各种协议、标准、产品和解决方案相继出台。IP电话和QoS的联系尤为密切，因为在用户打电话过程中，最关心的就是通话的时延和语音的质量问题，高的时延和失真的语音都会令用户无法忍受。因此，如何确保IP电话的QoS，是IP电话成功与否的关键技术之一。

四、ＩＰ电话的业务分析

　　IP电话自面市以来受到广大用户的欢迎和青睐，其低资费的吸引力远远抵消了其话音质量存在的缺陷。随着IP电话的发展，世界主要电信公司的国际电话业务收入的损失不断增加。

　　目前越来越多的电信公司加入到IP电话市场中来，这一方面是为了弥补IP电话带来的损失，另一方面也是为了加强自身在电话市场中的竞争地位。下面是一些电信公司开展IP电话业务的策略。

　　１． ＡＴ＆Ｔ

　　AT&&T在IP电话发展策略上有三个大的步骤。

　　第一， 建立AT&&T全球清算中心。AT&&T通过建立自己的清算中心将网络扩展到其他ISP，利用其全球Internet骨干网和Internet交换设备，AT&&T联合其清算中心成员及新的ISP/PTT合作伙伴，一起成为全球网络的一部分。

　　第二， 简化结算手续。目前众多的ITSP在经营网络电话，但都面临多边结算问题，AT&&T的国际清算中心不仅使ITSP只对AT&&T进行单一结算，免去繁琐的手续，而且能够监控支付，保证了结算安全性。AT&&T清算中心目前已有20个合作伙伴，在全球180个城市建立了落地点。

　　第三， 进行IP Phone运营。AT&&T计划在自己的骨干网上开展电话到电话业务，并限制用户数量，从而提高业务质量。AT&&T在IP电话上的一个重要举措就是积极开辟国外IP市场，在日本，AT&&T早已开始了IP电话的商业服务。1998年6月在旧金山开通试验系统，标志着AT&&T公司在IP电话尝试上又迈上了一个新的台阶。

　　２． 美国Ｓｐｒｉｎｔ公司

　　Sprint公司已在美国5个城市开始了IP电话试验，虽然目前它表面上只是提供便宜的长话服务，但其最终目的是将传统的电话变成可同时处理语音和Internet应用的智能终端。

　　３． 德国电信

　　德国电信是较早关注IP电话的电信运营商，从1995年底开始追踪技术，到1997年7月即开始测试和试验。德国电信重视IP电话的原因不在于其便宜的价格和低廉的网络成本，而是看重了未来电话智能化后带来的多媒体的丰富应用，以及应用所带来的增值服务。

　　４． 加拿大

　　对IP Phone不限制，但要求IP电话运营商对本地网做贡献，收取接续费。

　　５． 欧盟各国

　　欧洲委员会认为，如果IP Phone发展到能够提供实时呼叫，并且电话到电话方式的IP Phone业务成为IP业务提供者的主要业务并得到广泛应用，IP Phone在欧洲大规模发展时，欧洲委员会会对IP Phone采取管制措施，从而保障传统电话公司的利益。

五、ＩＰ电话在中国

　　IP网络电话市场的机遇，在很大程度上是来自传统电话业务的收费机制。近几年我国的电话收费进行了几次调整，但社会上反映电话收费仍然偏高，长途电话收费太高，尤其是国际长途电话费太高的问题一直没有得到解决。我国的电话现状是普及率高，而使用率低。而IP网络电话的最大优势就是价廉。据专家介绍，通过因特网打长途电话的成本仅相当于传统电话的十分之一甚至二十分之一的资费。特别在目前大多采用的以连接时间来度量时，每小时的费用只需十几元甚至几元人民币。这样低的资费，无疑对客户具有很大吸引力。更重要的是通过因特网打电话，没有长途概念，可以大大降低长途花费，这样将会对电信经营者的长途话费收入造成极大影响。

　　近一两年来，IP网络电话在包括我国在内的世界各国初露头角。我国有关政府部门对IP网络电话，采取了同引进其它新技术、新业务一样的态度，始终积极跟踪、认真研究。并于1999年4月27日，信息产业部正式批准中国电信、中国联通、中国吉通三家公司进行IP网络电话业务运营试验。试验期为6个月，试验期结束后，信息产业部将根据试验效果，向合乎条件的企业在更大范围发放正式经营许可证。试验期间资费标准暂定为：国际长途电话每分钟4.8元；国内长途电话每分钟0.3元；内地（深圳除外）至香港，内地（中山、珠海除外）至澳门，内地至台湾每分钟2.5元；深圳至香港，中山、珠海至澳门每分钟1.5元。

六、ＩＰ电话的发展前景

　　为什么IP电话在几年间能够脱颖而出，并且得到了飞速的发展呢？主要原因是：IP电话得益于接入方便、覆盖面广和设备需求简单（普通终端即可），这是其它类似技术所不具备的。IP电话选择了因特网作为承载平台，为其快速发展奠定了技术基础，一个有力的证明就是IP电话的发展与因特网的发展几乎是同步的。

　　传统的国内国际长途话费居高不下，同时全球通信业务在不断增长，使用IP电话只需支付市内电话以及相应的服务费就可拨打国际或国内长途。对电信服务提供商来说，投资同样容量的电话公司，网络电话投资远比传统电话便宜。由于网络电话公司的语音信号是通过压缩处理，因此网络电话的带宽利用率要比传统的电话提高数倍，同时由于硬件设备要求简单，这样为提供廉价的电信服务创造了良好的条件。IP电话以其低廉的价格为用户带来了巨大的经济实惠，从而为IP电话的发展带来了机遇。这一点是IP电话发展最核心的动力，也为IP电话的应用提供了广泛的社会基础。

　　当前信源编码技术、传输技术及交换技术的发展，为实现新一代高速宽带网络提供了技术保障。用户和运营商对业务需求的本质有了深入理解，他们明确提出多业务网的需求，即：业务的运作方式由原先运营商提供，用户只能在有限的范围内选择，转变为由用户决定产生何种业务，运营商负责服务和维护。这样，未来的各种新业务就必将如雨后春笋。以业务开发带动技术换代。IP电信业能够提供多样化的通信服务，如：电话到电话、电脑到电话、传真到传真、传真到传真信箱、传真信箱到传真机、传真信箱到网页，PC文件（Excel、Word、E-mail）或图象到传真机、多点视频会议系统、网页电话等等。人们只要拥有一个帐号，便可得到各种类型的通信服务。IP电话将为多业务网初试啼声。

　　电话网、广播电视网、数据网三网合一是二十一世纪通信领域发展的必然趋势。通过多媒体网关的接入，各种通信方式可以统一到以IP为基础的数据网络上，由此大大提高了网络的统一性及运作效率。IP电话系统符合多媒体整合技术发展方向，也符合时代的潮流。

七、结束语

　　IP电话以其低廉的长途电话费受到人们的欢迎，得到了快速发展，根据IDC预测，IP电话的用户将从1995年的40万激增到1999年的1600万。到2001年，全世界IP电话的业务总量将占到电话业务总量的近1%。

　　自去年起，一些西方国家纷纷放开了IP电话业务，我国也在1999年开始了IP电话试验网的工作。去年5月中旬才开始销售的IP电话卡一上市即受到消费者的欢迎。相信，无论是在国外还是在国内，作为给用户提供的一种选择，IP电话业务发展前景是广阔的！而且VoIP网络在提供增值业务方面具有更大的诱惑性和更低的成本。因此当前的IP电话运营商已纷纷开始或正在计划开始不断开发新的增值业务，IP电话除提供传统电话网提供的增值服务外，它所提供的一些新型增值业务是传统电话网所不能提供的。专家们预言，统一未来通信的将是Internet，而IP电话技术的出现和商业应用，则开始把话音和Internet网结合起来。也许在将来的10～15年内，IP电话将与现有的电信话音网综合，形成综合的语音/数据/视频网络。

----《通信世界》