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IP電話：業務、技術問題及產品

2019-11-03 09:05:51
字體：大 中 小
來源：轉載
供稿：網友
肖征榮


　　摘要：隨著Internet在近幾年的快速增長，通過Internet傳輸電話業務引起了人們極大的興趣。因為Internet支持數據通信，許多別的業務能夠和ip電話相結合。然而，Internet主要是用于非實時的數據通信的，因此，在Internet成功地用于電話業務之前，有幾個技術問題必須解決。本文討論了IP電話中的新業務，技術問題和解決方案，以及支持IP電話的產品。

1.引言

　　計算機網絡和電信網絡中兩種主要的技術是電路交換和分組交換。當前的電話系統是以電路交換為基礎的，并為用戶提供了服務質量（QoS）保證。在兩個端點開始通信之前建立一個電路。數據通信是非實時的，是通過分組交換網絡運行的，如以TCP/IP協議族為基礎的Internet。

　　Internet在近年來的增長，使得人們對在Internet上傳輸實時的語音業務流產生了興趣。因為Internet最初不是為實時通信設計的，在Internet上傳輸語音產生了許多技術問題，這些問題都需要在IP電話成功部署以前解決。這些技術問題包括在Internet上傳輸語音時，帶寬得不到保障、分組丟失、時延和抖動。

　　然而，IP電話產生了一系列的業務及其綜合業務，這是使用傳統電路交換的電話網絡沒法實現的。它允許在同一個網絡上語音、傳真和數據的綜合。使用IP電話的業務包括：以Web為基礎的呼叫中心、實時記帳、遠程工作、使用共享白板和共享應用的電話會議。

　　商家已經開發了大量的在Internet上進行語音通信的產品，這些產品根據端用戶的不同主要分為三類：通信公司、企業和個人。

2.應用和業務

　　傳統的PSTN和IP電話的主要區別是，IP電話是建立在現有的數據通信業務之上的。因此，IP電話提供的不僅僅是語音業務。數據業務可以與語音業務結合，產生新的業務，這是傳統的電話業務無法實現的。這個新技術所提供的業務有以下幾種：

2.1語音等級

　　PSTN僅支持一種等級的語音，即4kHz的長途電話語音。因此PSTN不適合于高保真度的立體聲和環繞語音。只有IP網絡有足夠的帶寬，IP電話才能支持更高等級的語音。

2.2視頻電話

　　由于IP電話支持視頻傳輸，在IP電話上很容易提供視頻電話。

2.3統一的消息服務

　　大多數雇員有許多通信業務，用以在工作時與客戶或者同事保持聯絡。人們大都有一個E-Mail地址，一個移動電話號碼，一個固定電話號碼，一個傳真號，以便在工作時可以聯絡，或許還有另外的家用電話或傳真號碼。聯系方式的增加，導致用戶更加難于聯絡，因為在某一時刻，他只可能在一個地方。

　　傳統的電話公司提供的消息業務只限于語音郵件，他們并不允許接入傳真或E-Mail。使用IP網絡的分組交換系統，一個統一的消息業務系統就可以實現了。用戶可以在他方便的地方接收發往一個位置的所有消息，家中或工作電話上的語音郵件可以象E-Mail一樣轉發到同一位置。這個特點可以擴展到所有的通信業務使用同一個電話號碼。

2.4虛擬的第二條線路

　　許多家庭Internet用戶使用兩條電話線，一條用于語音業務，另一條用于上網。使用IP電話，家庭用戶就可以在上網的同時打電話。因此IP電話提供了一條虛擬的線路。

2.5以Web為基礎的呼叫中心

　　以Web為基礎的呼叫中心允許用戶瀏覽Internet時，從一個組織的Web站點向呼叫中心發起一個VoIP呼叫。上網時無需停止瀏覽Internet。這種業務有兩個優點：第一，有助于吸引用戶的注意力。許多人或許喜歡網上的商品廣告，但是通過電話訂貨要停止瀏覽，這很不方便，使得他們不愿意繼續。第二，當用戶要求進一步的信息時，通過網上呼叫中心，用戶可以與呼叫中心的工作人員對話，得到更多的信息。

2.6低成本的語音呼叫

　　不像使用電路交換的PSTN，IP電話使用分組交換技術。由于IP電話使用分組交換技術，沒有用于語音呼叫的專用鏈路，所有的呼叫共享網絡資源，這樣就極大地降低了電話呼叫的成本。

2.7實時記帳

　　盡管PSTN的核心網絡使用智能設備已經有幾十年了，這部分對用戶仍然是透明的，尤其是記帳信息。用戶是被動的知道帳目的。這主要是由于傳統電話設備功能的限制，他們大部分仍然是只有12個標準操作鍵。使用VoIP，端用戶使用計算機，就可以實時地接入到記帳信息的網關。事實上，VoIP和Internet都是以IP為基礎的，這或許是某些業務商允許客戶從其網站上得到記帳信息的原因。

2.8遠程工作

　　VoIP的使用也增加了遠程工作者可以使用的資源。遠程工作者需要接入到公司的專用分支交換機（PBX）上，以便可以象在公司的其他人一樣接收和發送呼叫。他們也要求不時地接入到辦公室的LAN上，這些業務可以通過公司的VoIP網關得到。

2.9增強的電話會議

　　在IP電話的概念出現以前就有了電話會議了。然而，IP電話改變了電話會議的方式。傳統的電話會議為了保證圖象質量，，需要在特定的房間里面安裝昂貴的設備。通過IP的電話會議更加靈活,運行用戶可以在好幾個位置舉行會議,而只需要一般的設備如桌面相機和一臺多媒體電腦。隨著視頻編碼技術的改進，移動圖象的質量也在不斷提高。在IP網絡上的電話會議產生了豐富的業務，這些是傳統的電話系統中沒有的。用戶可以通過電子白板共享文獻，他們能夠共享僅僅安裝在一個參與者的計算機上的應用，并且能夠在會議成員間實時地傳輸文件。

3.技術問題

　　IP電話面臨著許多技術問題，如分組丟失、時延和抖動。這一部分主要討論IP電話的技術問題和解決方案。

3.1分組的丟失

　　在所有的分組交換網絡中，包括IP網絡，分組的丟失都是常見的現象。與PSTN不同，IP網絡沒有端到端的物理電路。來自多個源的IP分組在路由器的輸出鏈路上排隊傳輸，從隊列的頭開始，一個一個地傳輸。如果隊列滿了，一個剛到達的分組就要在網絡中丟失。隨著使用Internet的人越來越多，路由器常常阻塞，導致分組的丟失。

　　對IP電話來說，分組的丟失對語音的質量有很大影響。每個IP分組包含有40-80ms的語音信息，與構成語音最重要的單元音素相對應。當一個分組丟失了，相應的音素就丟失了。人的大腦只能重構一句話中少數丟失的音素，太多的分組丟失就使得一句話無法理解了。

　　現在已經有很多技術來解決這個問題，一些技術集中于減少分組的丟失，另外一些集中于修復分組丟失帶來的損害。主要有：網絡升級，噪聲替換，分組重發，分組插補，幀交織，前向糾錯等。

3.2分組的時延

　　時序的安排是語音的一個重要特征，一個詞的兩個音節讀出時有一個間隔，這個間隔同音節一樣，是語音的不可少的一部分。如果音節之間插入了額外的時延，語音的節奏就沒有了。太大的時延在幾個方面影響語音：第一，長時延使得兩個對話者進入了一種半雙工的通信方式。第二，當發端完成傳輸時，反射信號回到發端，長時延加重了回音。

　　問題是，語音時延的閥值為多少才合適？原則上說，大多數應用允許150ms以下的時延。如果時延超過150ms，用戶就會聽到回音，并且干擾別人的發言。然而，對長距離通信來說，如在澳大利亞和紐約之間，150ms-400ms的時延仍然是可以接受的。由于不可避免的信號傳播時延，用戶對較長的時延有思想準備。400ms以上的時延極大地惡化了語音的質量，這在大多數情況下是不能接受的。

　　在當前的電路交換網絡中，如ISDN和PSTN，時延不是一個大問題。這些網絡中主要的時延是分組傳播時延，與距離相關。由于信號以接近光速傳播，即使對長距離的衛星通信來說，時延也在400ms以下。

　　IP電話面臨的一個大問題就是時延。在IP網絡的分組交換網絡中，有許多因素導致時延，主要是隊列時延。而某些時延是固定的和可以預先知道的，另外一些則是變化的和不可預知的?？偟臅r延很容易就超過400ms的界限。

　　IP電話中的主要時延有：編碼解碼器時延、排序時延、排隊時延和傳播時延。IETF正在研究新的機制，如區分服務（DiffServ）和資源保留協議（RSVP），以在語音和其他對時延敏感的應用中，使得語音分組比數據分組有優先權，以減小排隊時延。

3.3網絡抖動

　　在收端，幀間的到達時間的變化就叫抖動。抖動對IP電話的影響比上述的時延還大。由于在網絡中，排隊時延的可變性和使用低軌衛星鏈路的傳播時延，就會產生抖動。IP分組屬于同一業務流，可能在Internet中選取不同的路徑，就有不同的時延。如果一個分組無限度地時延，就不能及時地到達接收端，就會被接收端認為已經丟失了。如果這經常發生，語音的質量就會受到很大影響。

　　為了改善這點，并獲得穩定的分組流，接收端在將第一個分組放出之前，將第一個分組在抖動緩區里保留一定的時間。這個保留時間就是抖動緩沖區大小。例如，一個50ms的保留時間意味著有50ms的抖動緩沖區。

　　抖動緩沖區保留時間增加了總的時延。因此，如果抖動很高的話，即使平均時延很低，總的時延也是很大的。對IP電話系統來說，抖動緩沖區大小的選取是很關鍵的。一般緩沖區的大小從50ms到100ms。Cisco、Hypercom、和Netrix公司的產品都提供了可隨著網絡變化的智能緩沖區。

3.4IP和PSTN的綜合

　　端用戶有幾種體系結構可用。一種是PC-PC，用戶使用與Internet相連的多媒體計算機。所有的取樣、壓縮、編碼和解碼都由計算機完成。用戶間的呼叫都使用IP地址來建立。在這種體系結構中，IP和PSTN獨立運行。PC-電話是另外一種體系結構，它允許一個PC用戶與一個傳統的PSTN電話用戶建立呼叫。這種體系結構導致IP網絡和PSTN的綜合。PC-電話的擴展是電話-Internet-電話，它使用Internet，可以減少傳統電話用戶的費用。在電話-Internet-電話這種結構中，使用傳統的電話設備。當一個用戶想要呼叫另外一個用戶時，就呼叫一個特定的號碼，即PSTN和Internet之間的網關，然后是所需的電話號碼。所有的取樣和編碼由網關完成。語音分組就通過Internet傳送到另外一個用戶的網關。第二個網關完成所有的解碼和轉變為模擬信號，再通過PSTN傳送到第二個用戶。

4.產品和市場

　　在市場上出現的IP電話產品可以分為三個部分：通信公司，企業和單個用戶。通信公司試圖為大眾提供IP電話業務，占據了市場的一大部分。第二個部分是企業，他們想把他們公司內部的電話呼叫從PSTN中轉到他們已有的數據網絡中。使用PCs和傳統電話的單個用戶屬于第三類。下面分別作介紹。

4.1通信公司

　　在IP電話產品中，或許最大的市場部分屬于下一代電信公司，他們的目的是在Internet上傳送語音業務流，傳統電話公司看到了IP電話的潛力，并把它作為他們的一種核心業務。這些通信公司想要將呼叫從現有的PSTN轉到IP網絡中，或者反過來。這部分的產品是PSTN和IP網絡之間的網關。

　　通信公司的另外兩個功能是，提供IP電話業務的網絡管理和IP-PSTN混合網絡的帳目管理。IP電話產品的基本體系結構如圖1。核心模塊的功能是協助不同模塊之間的通信，綜合產品的所有部分，以便其外表只是單個產品。



圖1 通信公司IP電話產品基本結構


　　許多公司發布了IP電話產品，如表1所示。



4.2企業

　　企業這部分市場與通信公司那部分不同。第一，企業不需要運載公眾呼叫，因此產品的規模較小。第二，企業愿意用連接到公司內部網絡的IP電話產品代替傳統的PBXs，因此這部分產品必須提供基本的PBX功能，比如呼叫保持和呼叫轉移。表2是一些相關的產品。

表2.企業產品



4.3單個用戶

　　這部分市場主要是IP電話的客戶而非提供商，包括家庭用戶和只有一兩臺PC的商家。這個市場的產品主要設計來允許呼叫者通過Internet發起PC-PC的長距離呼叫，呼叫者只需瀏覽Internet。隨著技術的改進，使用通信公司提供的網關業務，某些產品也可以提供PC-電話的呼叫。

　　這類產品的基本構成包括PC中的聲卡，有頭戴式耳機和話筒的麥克風，或者連接到聲卡的傳統電話設備，以及PC中安裝的IP電話軟件。用戶需要接入到Internet，不同的平臺上有不同的IP電話軟件，如表3。

表3 IP電話軟件

　　軟件　　　　　　　　　站點

　NetMeeting　　　　　　www.microsoft.com/netmeeting

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