ISIN網絡結構體系與VoIP技術的發展

2019-11-03 09:07:22

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供稿：網友

中國普天信息產業集團公司李魯湘宋健

世紀之初電信網發展五大趨勢

　　世紀之交，回顧展望，我們所面對的未來１０年將是世界電信史上技術發展最活躍的時期，也是一百多年電信管理體制全面轉軌的時期，兩者的結合正在深刻地改變電信網的面貌和未來的技術走向。專家認為，在未來１０年中，電信網的戰略發展趨勢將集中在５個方向：即網絡業務應用的ＩＰ化趨勢、網絡窄帶接入的無線化趨勢、網絡交換技術的分組化趨勢、網絡基礎設施的寬帶化趨勢和網絡功能結構的扁平化趨勢。

新一代綜合業務信息網（ＩＳＩＮ）網絡體系

　　隨著Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的深入應用與發展，ＩＰ將成為未來信息通信的主導技術，各種業務可由ＩＰ包來承載（ＥｖｅｒｙｔｈｉｎｇｏｖｅｒＩＰ），而ＩＰ信息流又可以在各種傳輸媒體中傳送（ＩＰｏｖｅｒＥｖｅｒｙｔｈｉｎｇ），并以ＩＰ網為基礎，最終實現數據、話音、圖象業務融合和網絡融合。采用統一的技術解決方案（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｏｌｕｔｉｏｎ）來構建新一代信息網絡（ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋ），以提供話音、數據和圖象等綜合服務（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅ），將成為人們不懈努力的追求目標，代表著二十一世紀新一代通信網絡的發展方向。

　?。保桑樱桑尉W絡體系結構

　　ＩＳＩＮ（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＳｅｒｖｉｃｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋ）即綜合業務信息網絡，以分組包交換技術和提供綜合各種服務為基礎，建立統一的信息網絡，將無縫地兼容現有各種業務。

　?。桑樱桑尉W絡體系由ＩＳＩＮ骨干網（ＢＡＣＫＢＯＮＥ）、ＩＳＩＮ接入網（ＡＣＣＥＳＳ）和ＩＳＩＮ終端系統（ＣＰＥ－ＣｕｓｔｏｍｅｒＰｒｅｍｉｓｅｓＥｑｕｉｐｍｅｎｔ）組成。ＩＳＩＮ是一個完全分組化（ＰｕｒｅＰａｃｋｅｔ）的數字網絡。從ＣＰＥ設備開始，所有用戶信息（話音、數據、圖象等）皆作分組化處理，采用ＩＰ包或ＡＴＭ信元承載，以ＭＰＬＳ協議作路由傳送到接入網和骨干網進行傳輸與交換。在近階段，采用ＩＰ包和ＡＴＭ信元兼容處理可以更好地無縫融合現有話音業務，并可實現ＱｏＳ功能，支持ＶｏＩＰ等實時業務。

　　ＩＳＩＮ骨干網的核心設備是ＩＰ交換機（ＩＰＳｗｉｔｃｈ）。ＩＰ交換機實質上是一部功能強大的高速路由器，采用ＩＰｏｖｅｒＤＷＤＭ技術，直接以光纖密集波分復用方式組網。在高速骨干網周圍，將采用邊緣ＩＰ交換機進行網絡擴展。

　?。桑樱桑谓尤刖W在功能上作為ＣＰＥ設備與骨干網之間的接入設備，向用戶提供語音、數據、圖像等各種綜合業務。在接入網的有關節點（Ｎｏｄｅ）安裝各類網關（Ｇａｔｅｗａｙ）與ＰＳＴＮ及其它應用網絡互聯互通，實現業務逐步從現有分離建設的ＰＳＴＮ網、ＤＤＮ、ＦＲ等網絡中轉入到一體化ＩＳＩＮ網絡中，從而構建統一的ＩＳＩＮ信息網絡體系。

　?。玻桑樱桑谓尤刖W

　?。桑樱桑谓尤刖W設備由接入節點機和各種接口設備組成。節點機采用Ｐａｃｋｅｔ／Ｃｅｌｌ交換核心模塊，外圍網絡側采用光纖接口互連，用戶側可采用ｘＤＳＬ經ＵＴＰ雙絞線傳輸，或采用ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ經同軸電纜（Ｃｏａｘ）傳輸，也可以無線（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ）方式或光纖連接到用戶終端，從而構成ＩＳＩＮ節點處理設備。節點設備可以安裝內置網關模塊或連接外部獨立網關設備與ＰＳＴＮ等現有網絡互聯，實現業務互通。同時節點設備配置有ＯＭＣ設備，可與網絡管理中心和業務管理中心相連接，完成網絡和業務的統一管理。

　　通過功能模塊、接口模塊和網關模塊的獨特設計，使ＩＳＩＮ接入設備具有十分靈活便利的組網性能，可以很方便地滿足電信部門靈活組網和擴容的要求，實現網絡隨業務發展不斷升級。同樣，由于ＩＳＩＮ組網的靈活性和分布適應性，可以根據客戶需求，靈活安裝節點設備，使用戶就近上網，業務就近分流進入新建ＩＳＩＮ網中，從而不干擾現有ＰＳＴＮ網的話音業務。由此可見，ＩＳＩＮ接入網體現了“就近上網、業務綜合、自成網絡、走向未來”的特征，它代表著網絡發展的方向，具有廣闊的發展前景。

　?。常桑樱桑?ＣＰＥ用戶終端設備

　　在用戶側，包括商業用戶和家庭用戶，需要安裝一個終端設備（ＣＰＥ）和ＩＳＩＮ接入網相連，將分組化、寬帶化和智能化直接推進到最終用戶。ＣＰＥ設備采用機頂盒ＳＴＢ（ＳｅｔＴｏｐＢｏｘ）結構，可以是ｘＤＳＬ終端，也可以是ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ終端或是無線收發終端?？梢詮膯我还δ艿慕K端起步，然后升級到具有路由功能的智能接入終端ＩＡＤ（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＡｃｃｅｓｓＤｅｖｉｃｅｓ）。ＩＡＤ采用１０／１００Ｍ以太網接口，連接內部局域網，組成ＨｏｍｅＬＡＮ網絡，可連接計算機、ＩＰ網絡電話、信息家電、家庭監控等終端設備。ＩＡＤ可以采用光纖／ｘＤＳＬ／Ｅ１／Ｖ．３５／ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ等方式，與ＩＳＩＮ接入節點連接，為用戶提供話音、數據和圖象等信息業務。由此可見，立足ＩＳＩＮ分組化網絡，采用以太網接口、功能齊備且使用簡便的各種應用終端將展現巨大的市場前景。

ＩＰ電話的技術障礙和實施的關鍵技術

　　１．技術障礙

　　因為ＩＰ電話還有一些尚未有效解決的技術問題，這些問題引起的語音質量不夠理想、使用不方便，因而還不容易為人們普遍接受。

　　ＩＰ電話的技術障礙目前主要有：

　?。桑薪粨Q引起的傳輸時延無法確定。語音應用對時延有一定要求，人耳對４００毫秒以下的時延反應不甚強烈，但若超過４００毫秒，就會感到斷斷續續，無法忍受了。解決時延問題是實現和發展ＩＰ電話的關鍵?！　o法提供ＱｏＳ保證，造成語音效果無法接受。實現業務傳輸優先級的保證關鍵在于引入一種服務質量機制（ＱｏＳ），允許網絡將不同類型的業務置于特定的ＱｏＳ隊列之中。使得語音業務的傳輸優先級高于數據業務，從而降低了隊列延時，實時性得到保障。

　　帶寬限制了應用，接入手段需要極大的改善。足夠的帶寬也是確保語音數據包無時延地到達目的地所必須的條件。如果網絡面臨擁塞，就需要更大的網絡帶寬來解決這個問題，僅僅采用優先機制無法消除分組包的丟失問題，若不希望丟棄任何數據包，就必須增加網絡帶寬。對于應用者來說，帶寬越大越好，５６Ｋ的模擬最大接入已經遠遠不能達到要求了。

　?。玻桑须娫拰嵤┑年P鍵技術

　?、?話音壓縮技術

　　ＩＰ電話技術的基礎是話音壓縮技術。１９９５年１１月，經過較長時間的研究，ＩＴＵ（國際電聯）批準了一個被稱為Ｇ．７２９的新的話音壓縮標準。Ｇ．７２９標準采用的算法，可以僅用８Ｋｂｉｔ／ｓ傳輸話音，話音質量與３２Ｋｂｉｔ／ｓＡＤＰＣＭ（Ｇ．７２４）相同。ＡＤＰＣＭ（差分脈沖編碼調制）在全球的公共電話網絡中被用于提供長話級話音（ＴｏｌｌＱｕａｌｉｔｙＶｏｉｃｅ）。Ｇ．７２９的算法被稱作ＣＳ－ＡＣＥＬＰ（ＣｏｎｊｕｇａｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄ－ＡｌｇｅｂｒａｉｃＣｏｄｅＥｘｃｉｔｅｄＬｉｎｅａｒＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅ，對生結構代數碼激線性預測），它構成了Ｇ．７２９標準的基礎。在標準形成的過程中，ＡＴ＆Ｔ、法國電信、日本ＮＴＴ的研究建議對基于該算法的系統性能改進均起了重要作用。

　?。茫樱粒茫牛蹋性跇藴剩校茫突蚓€性ＰＣＭ（ＰｕｌｓｅｄＣｏｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ，脈沖編碼調制）的話音采樣基礎上，每１０ｍｓ生成一個１０字節長的話音幀。這個算法提供了優秀音質，且延時很小。ＣＳ－ＡＣＥＬＰ也是為先進的定點運算數字信號處理器設計的，因為它要求強大的運算處理能力。

　?。牵罚玻箻藴屎髞碓冢保梗梗赌暧值玫搅诉M一步的優化改進?，F在Ｇ．７２９是最重要的話音壓縮標準，其他的話音壓縮技術還有幾種，采用較多的是Ｇ．７２９和Ｇ．７２３／Ｇ．７２３．１。

　?、?靜噪抑制技術

　　所謂靜噪抑制技術，是指檢測到通話過程或傳真過程中的安靜時段，并在這些安靜時候停止發送語音包。大量的研究表明，在一路全雙工電話交談中，只有３６％～４０％的信號是活動的或有效的。當一方在講話時，另一方在聽，而且講話過程中有大量顯著的停頓。通過靜噪抑制技術，大量的網絡帶寬節省下來用于其他話音或數據通信。

　?、?回聲消除技術

　　在ＰＢＸ或局用交換機側，有少量電能未被充分轉換而且沿原路返回，形成回聲。如果打電話者離ＰＢＸ或交換機不遠，回聲返回很快，人耳聽不出來，這種情況下無關緊要。但是當回聲返回時間超過１０ｍｓ時，人耳就可聽到明顯的回聲了。為了防止回聲，一般需要回聲消除技術，在處理器中有特殊的軟件代碼監聽回聲信號，并將它從聽話人的語音信號中消除。對于ＩＰ電話設備，回聲消除技術是十分重要的，因為一般ＩＰ網絡的時延很容易就達到４０～５０ｍｓ。

　?、?話音抖動處理技術

　?。桑芯W絡的一個特征就是網絡延時與網絡抖動，這可能導致ＩＰ電話音質下降。網絡延時是指一個ＩＰ包在網絡上傳輸平均所需的時間，網絡抖動是指ＩＰ包傳輸時間的長短變化。當網絡上的話音延時（加上聲音采樣、數字化、壓縮、延時）超過２００ｍｓ時，通話雙方一般就愿意傾向采用半雙工的通話方式，一方說完后另一方再說。另一方面，如果網絡抖動較嚴重，那么有的話音包因遲到被丟棄，會產生話音的斷續及部份失真，嚴重影響音質。為了防止這種抖動，人們采用了抖動緩沖技術，即在接收方設定一個緩沖池，話音包到達時首先進入緩沖池暫存，系統以穩定平滑的速率將話音包從緩沖池中取出、解壓、播放給受話者。這種緩沖技術可以在一定限度內有效處理話音抖動，并提高音質。

　?、?話音優先技術

　　話音通信實時性要求較高。為了保證提供高音質的ＩＰ電話通信，在廣域網帶寬不足（擁擠）的ＩＰ網絡上，一般需要話音優先技術。

　　當ＷＡＮ帶寬低于５１２Ｋｂｉｔ／ｓ時，一般在ＩＰ網絡路由器中設定話音包的優先級為最高，這樣，路由器一旦發現話音包，就會將它們插入到ＩＰ包隊列的最前面優先發送。這樣，網絡的延時與抖動情況對話音通信的影響均將得到改善。

　　另一種技術是采用資源預留協議（ＲＳＶＰ）為話音通信預留帶寬。只要有話音呼叫請求，網絡就根據規則為話音通信預留出設定帶寬，直到通話結束，帶寬才釋放。

　　但是，在企業ＩＰ網上，人們一般并不使用ＲＳＶＰ，而一般采用優先級技術。幾乎所有品牌的路由器均支持一些優先級技術。

　　將話音包的優先級定為最高級別，任何時候路由器只要發現有話音包就將延遲對數據包的發送。這對于ＬＡＮ數據包的影響可以忽略，因為話音的１５Ｋｂｉｔ／ｓ與ＬＡＮ的１０～１００Ｍｂｉｔ／ｓ帶寬相比是極少的，而且在ＬＡＮ上沒有話音包優先。

　　對于ＷＡＮ數據傳輸的影響就看具體情況了，在低速的ＷＡＮ鏈路上（２８．８Ｋｂｉｔ／ｓ～２５６Ｋｂｉｔ／ｓ），數據一般是非實時的，如電子郵件或文件傳輸，對數據包的延遲并不在意。對于相對較高速的ＷＡＮ鏈路（２５６Ｋｂｉｔ／ｓ以上），數據可能有實時性要求，如通過ＷＡＮ進行記錄級的文件操作。但話音通信所占的帶寬僅占整條ＷＡＮ鏈路的幾個百分點，話音包的流量與ＷＡＮ帶寬相比是可以忽略的。

　　實際上，對ＩＰ包采取優先級規則，在ＷＡＮ上有機地結合數據與話音通信，是對ＷＡＮ帶寬的更充分有效的利用。在低速鏈路上，數據一般是非實時的、后臺的，在較高速鏈路上，不會有大量的實時話音流量與大量的實時數據流量相沖突。

　?、?ＩＰ包分割技術

　　如果ＷＡＮ鏈路為６４Ｋｂｐｉｔ／，為更好地保證ＩＰ電話的音質，應將ＩＰ包大小限制為不超過２５６字節。

　?、?ＶｏＩＰ前向糾錯技術－ＦＥＣ

　　一般企業網絡均有較低的丟包率／錯包率，因而ＩＰ電話網關僅需將話音包回放為聲音即可。公共Ｉｎｔｅｒｎｅｔ網絡往往有較高的丟包率，這不足以維持高質量的話音通信。在這種情況下，ＦＥＣ技術就能夠發揮重要作用。ＦＥＣ技術有兩級，第一級是Ｉｎｔｒａ－Ｐａｃｋｅｔ，第二級是Ｅｘｔｒａ－Ｐａｃｋｅｔ。第一級是在同一包內加冗余數據，以便接收方糾錯、恢復、還原話音數據，保證音質。第二級是在每一個話音包中存放后續包的冗余數據，以便接收方從已經接收到的包中恢復出錯或丟失的話音包。

　　ＦＥＣ可以降低１０％～２０％的丟包率，保持高音質。但是ＦＥＣ要多消耗多達３０％的網絡帶寬，因此在企業網內部一般不采用ＦＥＣ。

ＩＰ電話領域的四個最新發展方向

　　隨著ＩＰ電話走向市場，ＩＰ電話運營商為使其服務受用戶青睞，除提供話音郵件、呼叫等待和高速ＡＤＳＬ接入服務外，都將推出新的應用。

　　１．賦予普通電話ＩＰ功能

　?。桑须娫捰忠环N新的應用是賦予普通電話以ＩＰ能力。例如，Ａｐｌｉｏ公司最近推出的Ａｐｌｉｏ／Ｐｈｏｎｅ２．０能將普通電話連接至Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，并能與兼容Ｈ．３２３標準的ＩＰ電話和會議軟件相結合使用。

　　２．賦予呼叫中心網絡能力

　　現在已有一些廠商（如美國Ｅｓｓｌ科技公司和ＮｅｔＳｐｅａｋ公司）開始推出ＩＰ電話產品，這些產品能讓用戶使用同一條電話線打電話和接入網站，并在呼叫中心向代理商傳送為用戶服務的在線請求，因此用戶無需斷開與Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的連接就能獲得對代理商的實時話音接入。由于呼叫中心在眾多企業中起著為用戶提供服務的重要作用，所以網絡化的呼叫中心將會得到普遍應用。

　?。常惑w化的消息傳遞

　　一體化消息傳遞是讓用戶通過一部電話或ＰＣ接入Ｅ－ｍａｉｌ、傳真和尋呼消息。這種一體化的消息接入服務現在盡管還不普遍，但是經營ＩＰ電話網絡的業內人士認為，在今后幾年內它將會成為重要的服務方式。一些ＩＰ電話廠商目前正在開發能提供一體化消息服務的產品。

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　?。桑须娫捔硪环N可能的新應用是改善ＩＰ電話呼叫的視頻連接。例如，Ｎｅｔｓｐｅａｋ公司的ＷｅｂＰｈｏｎｅ４．０和ＶｏｃａｌＴｅｃ通信公司的ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｈｏｎｅ５等產品，都能用作實時電視電話。ＩＰ傳輸視頻（ＶｉｄｅｏｏｖｅｒＩＰ）與ＩＰ電話一樣也需要相當的帶寬，這一特點有助于這一技術與ＩＰ電話相結合，從而有利于那些經常面對帶寬限制的家庭和小企業用戶。

ＩＳＩＮ網絡體系展望

　?。桑樱桑尉W絡結構模型可以描述未來信息網絡的需求與發展，ＩＳＩＮ代表著未來網絡發展的方向，ＩＳＩＮ網絡體系的建立將是一個長期的研發和積累進程。因此，ＩＳＩＮ網絡體系結構用來對新一代寬帶信息網絡的技術研究和產品開發，將有很好的規劃指導意義。

　　圍繞ＩＳＩＮ網絡體系，在ＩＳＩＮ結構模型涵蓋下，不斷豐富產品系列，每一個新產品都應定位明確，適應市場，并逐步積累完善，實現產業化?？梢灶A計，新一代綜合業務信息網絡（ＩＳＩＮ）將在未來的技術研究和產品開發中得到不斷豐富和完善，將為我國信息產業帶來顯著的技術優勢和經濟效益。

----《通信世界》