IP电话的原理结构(doc16).doc

IP的原理结构及其关键技术 随着光网络的飞速发展和数字传输技术的应用，原来在数据通信网中被视为应用“瓶颈”的带宽和服务质量等问题一一得到解决，推动了IP技术的飞速发展，带动各种应用向IP靠拢， IP（又称IP PHONE或VoIP）业务就是其中一个典型的应用一、IP的概念 IP是一种利用Internet技术或网络进行语音通信的新业务从网络组织来看，目前比较流行的方式有两种：一种是利用Internet网络进行的语音通信，我们称之为网络；另一种是利用IP技术，电信运行商之间通过专线点对点联结进行的语音通信，有人称之为经济或廉价两者比较，前者具有投资省，价格低等优势，但存在着无服务等级和全程通话质量不能保证等重要缺陷该方式多为计算机公司和数据网络服务公司所采纳后者相对于前者来讲投资较大，价格较高，但因其是专门用于通信的，所以有一定的服务等级，全程通话质量也有一定保证该方式多为电信运行商所采纳 IP与传统具有明显区别首先，传统使用公众网作为语音传输的媒介；而IP则是将语音信号在公众网和Internet之间进行转换，对语音信号进行压缩封装，转换成IP包，同时，IP技术允许多个用户共用同一带宽资源，改变了传统由单个用户独占一个信道的方式，节省了用户使用单独信道的费用。

其次，由于技术和市场的推动，将语音转化成IP包的技术已变得更为实用、便宜，同时，IP的核心元件之一数字信号处理器的价格在下降，从而使费用大大降低，这一点在国际通信费用上尤为明显，这也是IP迅速发展的重要原因 二、IP的基本原理 IP（又称IP PHONE或VoIP）是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术,其基本原理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理,然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包,经过IP网络把数据包传输到接收地,再把这些语音数据包串起来,经过解码解压处理后,恢复成原来的语音信号,从而达到由IP网络传送语音的目的IP系统把普通的模拟信号转换成计算机可联入因特网传送的IP数据包,同时也将收到的IP数据包转换成声音的模拟电信号经过IP系统的转换及压缩处理,每个普通传输速率约占用８～11kbit/s带宽,因此在与普通电信网同样使用传输速率为64kbit/s的带宽时,IP数是原来的5～8倍 IP的核心与关键设备是IP网关IP网关具有路由管理功能,它把各地区区号映射为相应的地区网关IP地址这些信息存放在一个数据库中,有关处理软件完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。

在用户拨打IP时,IP网关根据区号数据库资料,确定相应网关的IP地址,并将此IP地址加入IP数据包中,同时选择最佳路由,以减少传输时延,IP数据包经因特网到达目的地IP网关对于因特网未延伸到或暂时未设立网关的地区,可设置路由,由最近的网关通过长途网转接,实现通信业务 三、IP的基本结构 IP的基本结构由网关（GW）和网守（GK）两部分构成网关的主要功能是信令处理、H.323协议处理、语音编解码和路由协议处理等，对外分别提供与PSTN网连接的中继接口以及与IP网络连接的接口网守的主要功能是用户认证、地址解析、带宽管理、路由管理、安全管理和区域管理一个典型的呼叫过程是：呼叫由PSTN语音交换机发起，通过中继接口接入到网关，网关获得用户希望呼叫的被叫号码后，向网守发出查询信息，网守查找被叫网守的IP地址，并根据网络资源情况来判断是否应该建立连接如果可以建立连接，则将被叫网守的IP地址通知给主叫网关，主叫网关在得到被叫网关的IP地址后，通过IP网络与对方网关建立起呼叫连接，被叫侧网关向PSTN网络发起呼叫并由交换机向被叫用户振铃，被叫摘机后，被叫侧网关和交换机之间的话音通道被连通，网关之间则开始利用H.245协议进行能力交换，确定通话使用的编解码，在能力交换完成后，主被叫方即可开始通话。

四、IP的优点 IP是语音数据集成与语音/分组技术进展结合的经济优势，从而迎来一个新的网络环境，这个新环境提供了低成本、高灵活性、高生产率及效率的增强应用等优点IP的这些优点使企业、服务供应商和电信运营商们看到了许多美好的前景，把语音和数据集成在一个分组交换网络中的契机是由以下因素推动的： (1)通过统计上的多路复用而提高的效率 (2)通过语音压缩和语音活动检测（安静抑制）等增强功能而提高的效率 (3)通过在私有数据网络上传送呼叫而节省长途费用 (4)通过联合基础设施组件降低管理成本 (5)利用计算机集成的新应用的可能性 (6)数据应用上的语音连接 (7)有效使用新的宽带WAN技术 分组网络提高的效率和在统计学上随数据分组多路复用语音数据流的能力，允许公司最大限度地得到在数据网络基础设施上投资的回报而把语音数据流放到数据网络上也减少了语音专用线路的数目，这些专用线路的价格往往很高LAN，MAN和WAN环境中吉位以太网、密集波分多路复用和Packet over SDH等新技术的实现，以更低的价位为数据网络提高更多的带宽同样，与标准的TDM连接相比，这些技术提供了更好的性价比 五、IP的种类 IP就有4种：到、到PC、PC到和PC到PC。

具体如下： （1）PC到PC：最初IP方式主要是PC到PC,利用IP地址进行呼叫,通过语音压缩、打包传送方式,实现因特网上PC机间的实时话音传送,话音压缩、编解码和打包均通过PC上的处理器、声卡、网卡等硬件资源完成,这种方式和公用通信有很大的差异,且 限定在因特网内,所以有很大的局限性2）到：　到即普通经过交换机连到IP网关,用号码穿过IP网进行呼叫,发送端网关鉴别主叫用户,翻译号码/网关IP地址,发起IP呼叫,连接到最靠近被叫的网关,并完成话音编码和打包,接收端网关实现拆包、解码和连接被叫 （3）到PC ：到PC是由网关来完成IP地址和号码的对应和翻译,以及话音编解码和打包 （4）PC到：PC到也是由网关来完成IP地址和号码的对应和翻译,以及话音编解码和打包 六、IP的关键技术 传统的IP网络主要是用来传输数据业务,采用的是尽力而为的、无连接的技术,因此没有服务质量保证,存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况数据业务对此要求不高,但话音属于实时业务,对时序、时延等有严格的要求因此必须采取特殊措施来保障一定的业务质量IP的关键技术包括：信令技术、编码技术、实时传输技术、服务质量（QoS）保证技术、以及网络传输技术等。

1．信令技术 信令技术保证呼叫的顺利实现和话音质量,目前被广泛接受的VoIP控制信令体系包括ITU－T的H.323系列和IETF的会话初始化协议SIP ITU的H.323系列建议定义了在无业务质量保证的因特网或其它分组网络上多媒体通信的协议及其规程H.323标准是局域网、广域网、INTRANET和Internet上的多媒体提供技术基础保障H.323是ITU－T有关多媒体通信的一个协议集,包括用于ISDN的H.320,用于Ｂ－ISDN的H.321和用于PSTN终端的H.324等建议其编码机制,协议范围和基本操作类似于ISDN的Q.931信令协议的简化版本,并采用了比较传统的电路交换的方法相关的协议包括用于控制的H.245,用于建立连接的H.225.0,用于大型会议的H.332,用于补充业务的H.450.1、H.450.2和H.450.3,有关安全的H.235,与电路交换业务互操作的H.246等H.323提供设备之间、高层应用之间和提供商之间的互操作性它不依赖于网络结构,独立于操作系统和硬件平台,支持多点功能、组播和带宽管理H.323具备相当的灵活性,支持包含不同功能的节点之间的会议和不同网络之间的会议。

H.323建议的多媒体会议系统中的信息流包括音频、视频、数据和控制信息信息流采用H.225.0建议方式来打包和传送 H.323呼叫建立过程涉及到三种信令：ＲＡS信令（R=注册：Registration、A=许可：Admission和S=状态：Status）,H.225.0呼叫信令和H.245控制信令其中ＲＡS信令用来完成终端与网守之间的登记注册、授权许可、带宽改变、状态和脱离解除等过程；H.225.0呼叫信令用来建立两个终端之间的连接,这个信令使用Q.931消息来控制呼叫的建立和拆除,当系统中没有网守时,呼叫信令信道在呼叫涉及的两个终端之间打开；当系统中包括一个网守时,由网守决定在终端与网守之间或是在两个终端之间开辟呼叫信令信道；H.245控制信令用来传送终端到终端的控制消息,包括主从判别、能力交换、打开和关闭逻辑信道、模式参数请求、流控消息和通用命令与指令等H.245控制信令信道建立于两个终端之间,或是一个终端与一个网守之间 虽然H.323提供了窄带多媒体通信所需要的所有子协议,但H.323的控制协议非常复杂此外,H.323不支持多点发送（Multicast）协议,只能采用多点控制单元（ＭＣＵ）构成多点会议,因而同时只能支持有限的多点用户。

H.323也不支持呼叫转移,且建立呼叫的时间比较长与H.323相反,SIP是一种比较简单的会话初始化协议它不像H.323那样提供所有的通信协议,而是只提供会话或呼叫的建立与控制功能SIP可以应用于多媒体会议、远程教学及Internet等领域SIP既支持单点发送（Unicast）也支持多点发送,会话参加者和媒体种类可以随时加入一个已存在的会议SIP可以用来呼叫人或机器设备,如呼叫一个媒体存储设备记录一个会议,或呼叫一个点播电视服务器向会议播放视频信号 SIP是一种应用层协议,可以用UDP或TCP作为其传输协议与H.323不同的是：SIP是一种基于文本的协议,用SIP规则资源定位语言描述（SIP Uniform Resource Locators）,这样易于实现和调试,更重要的是灵活性和扩展性好由于SIP仅作于初始化呼叫,而不是传输媒体数据,因而造成的附加传输代价也不大SIP的URLL甚至可以嵌入到web页或其它超文本链路中,用户只需用鼠标一点即可发出一个呼叫与H.323相比,SIP还有建立呼叫快,支持传送号码的特点 2．编码技术 话音压缩编码技术是IP技术的一个重要组成部分目前,主要的编码技术有ITU－T 定义的G.729、G.723(G.723.1)等。

其中G.729可将经过采样的64kbit/s话音以几乎不失真的质量压缩至8kbit/s由于在分组交换网络中,业务质量不能得到很好保证,因而需要话音的编码具有一定的灵活性,即编码速率、编码尺度的可变可适应性G.729原来是8kbit/s的话音编码标准,现在的工作范围扩展至6.4～11.8kbit/s,话音质量也在此范围内有一定的变化,但即使是6.4kbit/s,话音质量也还不错,因而很适合在VoIP系统中使用G723.1采用5.3/6.3K bit/s双速率话音编码,其话音质量好,但是处理时延较大,它是目前已标准化的最低速率的话音编码算法 3．实时传输技术 实时传输技术主要是采用实时传输协议RTPRTP是提供端到端的包括音频在内的实时数据传送的协议RTP包括数据和控制两部分,后者叫RTCPRTP提供了时间标签和控制不同数据流同步特性的机制,可以让接收端重组发送端的数据包,可以提供接收端到多点发送组的服务质量反馈 4．服务质量（QoS）保证技术 IP中主要采用资源预留协议(RSVP)以及进行服务质量监控的实时传输控制协议RTCP来避免网络 拥塞,保障通话质量5．网络传。