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VoIP基本原理與常見設(shè)備

1995年以色列VocalTec公司所推出的Internet Phone，不但是VoIP網(wǎng)絡(luò)電話的開端，也揭開了電信IP化的序幕。人們從此不但可以享受到更便宜、甚至完全免費的通話及多媒體增值服務(wù)，電信業(yè)的服務(wù)內(nèi)容及面貌也為之劇變。

一開始的網(wǎng)絡(luò)電話是以軟件的形式呈現(xiàn)，同時僅限于PC to PC間的通話，換句話說，人們只要分別在兩端不同的PC上，安裝網(wǎng)絡(luò)電話軟件，即可經(jīng)由IP網(wǎng)絡(luò)進行對話。隨著寬頻普及與相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的演進，網(wǎng)絡(luò)電話也由單純PC to PC的通話形式，發(fā)展出IP to PSTN（公共開關(guān)電話網(wǎng)絡(luò)）、PSTN to IP、PSTN to PSTN及IP to IP等各種形式，當(dāng)然他們的共通點，就是以IP網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介，如此一來，電信業(yè)長久以PSTN電路交換網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)為傳輸媒介的慣例及獨占性也逐漸被打破。

VoIP的原理、架構(gòu)及要求

由Voice over IP的字面意義，可以直譯為透過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼Z音訊號或影像訊號，所以VoIP就是一種可以在IP網(wǎng)絡(luò)上互傳模擬音訊或視訊的一種技術(shù)。簡單地說，它是藉由一連串的轉(zhuǎn)碼、編碼、壓縮、打包等程序，好讓該語音數(shù)據(jù)可以在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)侥康亩?，然后再?jīng)由相反的程序，還原成原來的語音訊號以供接聽者接收。

進一步來說，VoIP大致透過5道程序來互傳語音訊號，首先是將發(fā)話端的模擬語音訊號進行編碼的動作，目前主要是采用ITU-T G.711語音編碼標(biāo)準(zhǔn)來轉(zhuǎn)換。第二道程序則是將語音封包加以壓縮，同時并添加址及控制信息，如此便可以在第三階段中，也就是傳輸IP封包階段，在浩瀚的IP網(wǎng)絡(luò)中尋找到傳送的目的端。到了目的端，IP封包會進行譯碼還原的作業(yè)，最后并轉(zhuǎn)換成喇叭、聽筒或耳機能播放的模擬音訊。

在一個基本的VoIP架構(gòu)之中，大致包含4個基本元素：

(1)媒體網(wǎng)關(guān)器（Media Gateway）：主要扮演將語音訊號轉(zhuǎn)換成為IP封包的角色。

(2)媒體網(wǎng)關(guān)控制器（Media Gateway Controller）：又稱為Gate Keeper或Call Server。主要負(fù)責(zé)管理訊號傳輸與轉(zhuǎn)換的工作。

(3)語音對講服務(wù)器：主要提供電話不通、占線或忙線時的語音響應(yīng)服務(wù)。

(4)信號網(wǎng)關(guān)器（Signaling Gateway）：主要工作是在交換過程中進行相關(guān)控制，以決定通話建立與否，以及提供相關(guān)應(yīng)用的增值服務(wù)。

雖然VoIP擁有許多優(yōu)點，但絕不可能在短期內(nèi)完全取代已有悠久歷史并發(fā)展成熟的PSTN電路交換網(wǎng)，所以現(xiàn)階段兩者勢必會共存一段時間。為了要讓兩者間能相互溝通，勢必要建立一個互通的接口及管道，而媒體網(wǎng)關(guān)器與網(wǎng)關(guān)管理器即扮演了中介的色角，因為他們具備將媒體數(shù)據(jù)流及IP封包轉(zhuǎn)譯成不同網(wǎng)絡(luò)所支持的各類協(xié)議。

其運作原理是，媒體網(wǎng)關(guān)器先將語音轉(zhuǎn)換為IP封包，然后交由媒體網(wǎng)關(guān)控制器加以控制管理，并決定IP封包在網(wǎng)絡(luò)中的傳送路徑。至于信號網(wǎng)關(guān)器則負(fù)責(zé)將SS7信號格式轉(zhuǎn)換為IP封包。

網(wǎng)絡(luò)電話若要走向符合企業(yè)級營運標(biāo)準(zhǔn)，必須達到以下幾個基本要求：

1.服務(wù)品質(zhì)（QoS）之保證：這是由PSTN過渡到VoIP、IP PBX取代PBX的最基本要求。所謂QoS就是要保證達到語音傳輸?shù)淖畹脱舆t率（400毫秒）及封包遺失率（5-8%），如此通話品質(zhì)才能達到現(xiàn)今PSTN的基本要求及水準(zhǔn)，否則VoIP的推行將成問題。

2.99.9999％的高可用性（High AvAIlable；HA）：雖然網(wǎng)絡(luò)電話已成今后的必然趨勢，但與發(fā)展已久的PSTN相較，其成熟度、穩(wěn)定度、可用性、可管理性，乃至可擴充性等方面，仍有待加強。尤其在電信級的高可用性上，VoIP必須像現(xiàn)今PSTN一樣，達到6個9（99.9999%）的基本標(biāo)準(zhǔn)。目前VoIP是以負(fù)載平衡、路由備份等技術(shù)來解決這方面的要求及問題，總而言之，HA是VoIP必須達到的目標(biāo)之一。

3.開放性及兼容性：傳統(tǒng)PSTN是屬封閉式架構(gòu)，但IP網(wǎng)絡(luò)則屬開放式架構(gòu)，如今VoIP的最大課題之一就是如何在開放架構(gòu)下，而能達到各家廠商VoIP產(chǎn)品或建設(shè)的互通與兼容，同時地造成各家產(chǎn)品在整合測試及驗證上的困難度。目前的解決方法是透過國際電信組織不斷擬定及修改的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，來達到不同產(chǎn)品間的兼容性問題，以及IP電話與傳統(tǒng)電話的互通性。

4.可管理性與安全性問題：電信服務(wù)包羅萬象，包括用戶管理、異地漫游、可靠計費系統(tǒng)、認(rèn)證授權(quán)等等，所以管理上非常復(fù)雜，VoIP營運商必須要有良好的管理工具及設(shè)備才能因應(yīng)。同時IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)完全不同于過去的PSTN電路網(wǎng)，而且長久以來具開放性的IP網(wǎng)絡(luò)一直有著極其嚴(yán)重的安全性問題，所以這也形成網(wǎng)絡(luò)電話今后發(fā)展上的重大障礙與首要解決的目標(biāo)。

5.多媒體應(yīng)用：與傳統(tǒng)PSTN相比，網(wǎng)絡(luò)電話今后發(fā)展上的最大特色及區(qū)別，恐怕就在多媒體的應(yīng)用上。在可預(yù)見的未來，VoIP將可提供交互式電子商務(wù)、聯(lián)絡(luò)中心、企業(yè)傳真、多媒體視訊會議、智能代理等應(yīng)用及服務(wù)。過去，VoIP因為價格低廉而受到歡迎及注目，但多媒體應(yīng)用才是VoIP今后蓬勃發(fā)展的最大促因，也是各家積極參與的最大動力。

主宰VoIP走向的三大主流協(xié)定

在浩瀚的IP網(wǎng)絡(luò)中要如何正確的尋找到要通話的對方并建立對答，同時也能依照彼此資料的處理能力來傳送語音數(shù)據(jù)，這中間必須藉由國際電信組織所擬定的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議才能達到。如今，市面上的網(wǎng)絡(luò)電話大致都會遵循H.323、MGCP及SIP等3種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。雖然目前產(chǎn)品仍以支持H.323為多，但SIP的支持將會成為今后主流。

1.H.323

ITU-T 國際電聯(lián)第16研究組首先在1996年通過H.323第一版的制定工作，同時并在1998年完成第二版協(xié)議的擬定。原則上，該協(xié)議提供了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)（Packet Based Networks；PBN）架構(gòu)上的多媒體通訊系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，并為IP網(wǎng)絡(luò)上的多媒體通訊應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

H.323并不依賴于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而是獨立于操作系統(tǒng)和硬件平臺之上，支持多點功能、組播和頻寬管理。H.323具備相當(dāng)?shù)撵`活性，可支持包含不同功能節(jié)點之間的視訊會議和不同網(wǎng)絡(luò)之間的視訊會議。

H.323并不支持群播（Multicast）協(xié)議，只能采用多點控制單元（MCU）構(gòu)成多點會議，因而同時只能支持有限的多點用戶。H.323也不支持呼叫轉(zhuǎn)移，且建立呼叫的時間也比較長。

早期的視訊會議多半支持H.323協(xié)議，例如微軟NetMeeting、Intel Internet Video Phone等都是支持H.323協(xié)議的視訊會議軟件，亦為現(xiàn)今VoIP的前輩。

不過H.323協(xié)議本身具有一些問題，例如采用H.323協(xié)議的IP電話網(wǎng)絡(luò)在接入端仍要經(jīng)過當(dāng)?shù)氐腜STN電路交換網(wǎng)。而之后制定出的MGCP等協(xié)議，目的即在于將H.323網(wǎng)關(guān)進行功能上的分解，也就是劃分成負(fù)責(zé)媒體流處理的媒體網(wǎng)關(guān)（MG），以及掌控呼叫建立與控制的媒體網(wǎng)關(guān)控制器（MGC）兩個部分。

雖然如今微軟的Windows Mesenger則已改采SIP標(biāo)準(zhǔn)，且SIP標(biāo)準(zhǔn)隱隱具有取代H.323的勢頭。但目前仍有許多網(wǎng)絡(luò)電話產(chǎn)品依舊支持H.323協(xié)定。

2.SIP（Session Initiation Protocol）

SIP是由IETF所制定，其特性幾乎與H.323相反，原則上它是一種比較簡單的會話初始化協(xié)議，也就是只提供會話或呼叫的建立與控制功能。SIP協(xié)議可支持多媒體會議、遠程教學(xué)及Internet電話等領(lǐng)域的應(yīng)用。

SIP同時支持單點播送（Unicast）及群播功能，換句話說，使用者可以隨時加入一個已存在的視訊會議之中。在網(wǎng)絡(luò)OSI屬性上，SIP屬于應(yīng)用層協(xié)議，所以可透過UDP或TCP協(xié)議進行傳輸。

SIP另一個重要特點就是它屬于一種基于文本的協(xié)議，采用SIP規(guī)則資源定位語言描述（SIP Uniform Resource Locators），因此可方便地進行撰改或測試作業(yè)，所以比起H.323來說，其靈活性與擴展性的表現(xiàn)較好。

SIP的URL甚至可以嵌入到Web頁面或其它超文本連結(jié)之中，用戶只需用鼠標(biāo)一點即可發(fā)出呼叫。所以與H.323相比，SIP具備了快速建立呼叫快與支持電話號碼之傳送等特點。

3.MGCP

原則上，MGCP協(xié)定與前兩者皆不同，H.323和SIP協(xié)議是專門針對網(wǎng)絡(luò)電話及IP網(wǎng)絡(luò)所提出的兩套各自獨立的標(biāo)準(zhǔn)，兩者間并不兼容及互通。反觀MGCP協(xié)議，則與IP電話網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，而只牽涉到網(wǎng)關(guān)分解上的問題，也因為如此，該協(xié)議可同時適用于支持H.323或SIP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)電話系統(tǒng)。

MGCP協(xié)議制定的主要目的即在于將網(wǎng)關(guān)功能分解成負(fù)責(zé)媒體流處理的媒體網(wǎng)關(guān)（MG），以及掌控呼叫建立與控制的媒體網(wǎng)關(guān)控制器（MGC）兩大部分。同時MG在MGC的控制下，實現(xiàn)跨網(wǎng)域的多媒體電信業(yè)務(wù)。

由于MGCP更加適應(yīng)需要中央控管的通訊服務(wù)模式，因此更符合電信營運商的需求。在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)電話網(wǎng)中，集中控管是件非常重要的事情，透過MGCP則可利用MGC統(tǒng)一處理分發(fā)不同的服務(wù)給MG。

4.其它重要協(xié)議及技術(shù)

除了上述3大協(xié)議之外，還有許多左右VoIP通話品質(zhì)及傳輸效率的重要協(xié)議與技術(shù)。在語音壓縮編碼技術(shù)方面，主要有ITU-T定義的G.729、G.723等技術(shù)，其中G.729提供了將原有64Kbit/s PSTN模擬語音，壓縮到只有8Kbit/s，而同時符合不失真需求的能力。

在實時傳輸技術(shù)方面，目前網(wǎng)絡(luò)電話主要支持RTP傳輸協(xié)議。RTP協(xié)議是一種能提供端點間語音數(shù)據(jù)實時傳送的一種標(biāo)準(zhǔn)。該協(xié)議的主要工作在于提供時間標(biāo)簽和不同數(shù)據(jù)流同步化控制作業(yè)，收話端可以藉由RTP重組發(fā)話端的語音數(shù)據(jù)。除此之外，在網(wǎng)絡(luò)傳輸方面，尚包括了TCP、UDP、網(wǎng)關(guān)互聯(lián)、路由選擇、網(wǎng)絡(luò)管理、安全認(rèn)證及計費等相關(guān)技術(shù)。

VoIP各項產(chǎn)品及設(shè)備的類型

和許多早期網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一樣，VoIP最早是以軟件的形態(tài)問世的，也就是純粹PC to PC功能的產(chǎn)品。為了能貼近過去傳統(tǒng)模擬電話的使用習(xí)慣及經(jīng)驗，之后才漸漸有電話形態(tài)的產(chǎn)品出現(xiàn)。對于企業(yè)而言，為了追求成本、語音及網(wǎng)絡(luò)的整合、多媒體增值功能、更方便的集中式管理，而陸續(xù)出現(xiàn)了VoIP網(wǎng)關(guān)、IP PBX或其它整合型的VoIP設(shè)備等解決方案。以下就這幾種類型的VoIP產(chǎn)品做一簡單介紹。

標(biāo)簽：常德巴中酒泉六盤水海西焦作玉樹保定

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