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ISIN網(wǎng)絡(luò)體系與VoIP技術(shù)的發(fā)展

李魯湘 宋健 2009/06/25

世紀(jì)之初電信網(wǎng)發(fā)展五大趨勢

　　世紀(jì)之交，回顧展望，我們所面對(duì)的未來10年將是世界電信史上技術(shù)發(fā)展最活躍的時(shí)期，也是一百多年電信管理體制全面轉(zhuǎn)軌的時(shí)期，兩者的結(jié)合正在深刻地改變電信網(wǎng)的面貌和未來的技術(shù)走向。專家認(rèn)為，在未來10年中，電信網(wǎng)的戰(zhàn)略發(fā)展趨勢將集中在5個(gè)方向：即網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用的IP化趨勢、網(wǎng)絡(luò)窄帶接入的無線化趨勢、網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)的分組化趨勢、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的寬帶化趨勢和網(wǎng)絡(luò)功能結(jié)構(gòu)的扁平化趨勢。

新一代綜合業(yè)務(wù)信息網(wǎng)(ISIN)網(wǎng)絡(luò)體系

　　隨著Internet的深入應(yīng)用與發(fā)展，IP將成為未來信息通信的主導(dǎo)技術(shù)，各種業(yè)務(wù)可由IP包來承載(Everything over IP)，而IP信息流又可以在各種傳輸媒體中傳送(IP over Everything)，并以IP網(wǎng)為基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、話音、圖象業(yè)務(wù)融合和網(wǎng)絡(luò)融合。采用統(tǒng)一的技術(shù)解決方案(Integrated Solution)來構(gòu)建新一代信息網(wǎng)絡(luò)(Information Network)，以提供話音、數(shù)據(jù)和圖象等綜合服務(wù)(Integrated Service)，將成為人們不懈努力的追求目標(biāo)，代表著二十一世紀(jì)新一代通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。

　　1.ISIN網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

　　ISIN(Integrated Service of Information Network)即綜合業(yè)務(wù)信息網(wǎng)絡(luò)，以分組包交換技術(shù)和提供綜合各種服務(wù)為基礎(chǔ)，建立統(tǒng)一的信息網(wǎng)絡(luò)，將無縫地兼容現(xiàn)有各種業(yè)務(wù)，其網(wǎng)絡(luò)體系模型由圖1表示。

　　ISIN網(wǎng)絡(luò)體系由ISIN骨干網(wǎng)(BACKBONE)、ISIN接入網(wǎng)(ACCESS)和ISIN終端系統(tǒng)(CPE-Customer Premises Equipment)組成。ISIN是一個(gè)完全分組化(Pure Packet)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。從CPE設(shè)備開始，所有用戶信息(話音、數(shù)據(jù)、圖象等)皆作分組化處理，采用IP包或ATM信元承載，以MPLS協(xié)議作路由傳送到接入網(wǎng)和骨干網(wǎng)進(jìn)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?zé)o縫融合現(xiàn)有話音業(yè)務(wù)，并可實(shí)現(xiàn)QoS功能，支持VoIP等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。

　　ISIN骨干網(wǎng)的核心設(shè)備是IP交換機(jī)(IP Switch)。IP交換機(jī)實(shí)質(zhì)上是一部功能強(qiáng)大的高速路由器，采用IP over DWDM技術(shù)，直接以光纖密集波分復(fù)用方式組網(wǎng)。在高速骨干網(wǎng)周圍，將采用邊緣IP交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。

　　ISIN接入網(wǎng)在功能上作為CPE設(shè)備與骨干網(wǎng)之間的接入設(shè)備，向用戶提供語音、數(shù)據(jù)、圖像等各種綜合業(yè)務(wù)。在接入網(wǎng)的有關(guān)節(jié)點(diǎn)(Node)安裝各類網(wǎng)關(guān)(Gateway)與PSTN及其它應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)逐步從現(xiàn)有分離建設(shè)的PSTN網(wǎng)、DDN、FR等網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)入到一體化ISIN網(wǎng)絡(luò)中，從而構(gòu)建統(tǒng)一的ISIN信息網(wǎng)絡(luò)體系。

　　2.ISIN接入網(wǎng)

　　ISIN接入網(wǎng)設(shè)備由接入節(jié)點(diǎn)機(jī)和各種接口設(shè)備組成。節(jié)點(diǎn)機(jī)采用Packet/Cell交換核心模塊，外圍網(wǎng)絡(luò)側(cè)采用光纖接口互連，用戶側(cè)可采用xDSL經(jīng)UTP雙絞線傳輸，或采用Cable Modem經(jīng)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(gòu)成ISIN節(jié)點(diǎn)處理設(shè)備。節(jié)點(diǎn)設(shè)備可以安裝內(nèi)置網(wǎng)關(guān)模塊或連接外部獨(dú)立網(wǎng)關(guān)設(shè)備與PSTN等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)互通。同時(shí)節(jié)點(diǎn)設(shè)備配置有OMC設(shè)備，可與網(wǎng)絡(luò)管理中心和業(yè)務(wù)管理中心相連接，完成網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理。

　　通過功能模塊、接口模塊和網(wǎng)關(guān)模塊的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使ISIN接入設(shè)備具有十分靈活便利的組網(wǎng)性能，可以很方便地滿足電信部門靈活組網(wǎng)和擴(kuò)容的要求，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隨業(yè)務(wù)發(fā)展不斷升級(jí)。同樣，由于ISIN組網(wǎng)的靈活性和分布適應(yīng)性，可以根據(jù)客戶需求，靈活安裝節(jié)點(diǎn)設(shè)備，使用戶就近上網(wǎng)，業(yè)務(wù)就近分流進(jìn)入新建ISIN網(wǎng)中，從而不干擾現(xiàn)有PSTN網(wǎng)的話音業(yè)務(wù)。由此可見，ISIN接入網(wǎng)體現(xiàn)了“就近上網(wǎng)、業(yè)務(wù)綜合、自成網(wǎng)絡(luò)、走向未來”的特征，它代表著網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向，具有廣闊的發(fā)展前景。

　　3.ISIN CPE用戶終端設(shè)備

　　在用戶側(cè)，包括商業(yè)用戶和家庭用戶，需要安裝一個(gè)終端設(shè)備(CPE)和ISIN接入網(wǎng)相連，將分組化、寬帶化和智能化直接推進(jìn)到最終用戶。CPE設(shè)備采用機(jī)頂盒STB(Set Top Box)結(jié)構(gòu)，可以是xDSL終端，也可以是Cable Modem 終端或是無線收發(fā)終端�？梢詮膯我还δ艿慕K端起步，然后升級(jí)到具有路由功能的智能接入終端IAD(Intelligent Access Devices)。IAD采用10/100M以太網(wǎng)接口，連接內(nèi)部局域網(wǎng)，組成HomeLAN網(wǎng)絡(luò)，可連接計(jì)算機(jī)、IP網(wǎng)絡(luò)電話、信息家電、家庭監(jiān)控等終端設(shè)備。IAD可以采用光纖/xDSL/E1/V.35/Cable Modem/Ethernet等方式，與ISIN接入節(jié)點(diǎn)連接，為用戶提供話音、數(shù)據(jù)和圖象等信息業(yè)務(wù)。由此可見，立足ISIN分組化網(wǎng)絡(luò)，采用以太網(wǎng)接口、功能齊備且使用簡便的各種應(yīng)用終端將展現(xiàn)巨大的市場前景。

IP電話的技術(shù)障礙和實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)

　　1. 技術(shù)障礙

　　因?yàn)镮P電話還有一些尚未有效解決的技術(shù)問題，這些問題引起的語音質(zhì)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(shù)障礙目前主要有：

　　IP交換引起的傳輸時(shí)延無法確定。語音應(yīng)用對(duì)時(shí)延有一定要求，人耳對(duì)400毫秒以下的時(shí)延反應(yīng)不甚強(qiáng)烈，但若超過400毫秒，就會(huì)感到斷斷續(xù)續(xù)，無法忍受了。解決時(shí)延問題是實(shí)現(xiàn)和發(fā)展IP電話的關(guān)鍵。

　　無法提供QoS保證，造成語音效果無法接受。實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)傳輸優(yōu)先級(jí)的保證關(guān)鍵在于引入一種服務(wù)質(zhì)量機(jī)制(QoS)，允許網(wǎng)絡(luò)將不同類型的業(yè)務(wù)置于特定的QoS隊(duì)列之中。使得語音業(yè)務(wù)的傳輸優(yōu)先級(jí)高于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，從而降低了隊(duì)列延時(shí)，實(shí)時(shí)性得到保障。

　　帶寬限制了應(yīng)用，接入手段需要極大的改善。足夠的帶寬也是確保語音數(shù)據(jù)包無時(shí)延地到達(dá)目的地所必須的條件。如果網(wǎng)絡(luò)面臨擁塞，就需要更大的網(wǎng)絡(luò)帶寬來解決這個(gè)問題，僅僅采用優(yōu)先機(jī)制無法消除分組包的丟失問題，若不希望丟棄任何數(shù)據(jù)包，就必須增加網(wǎng)絡(luò)帶寬。對(duì)于應(yīng)用者來說，帶寬越大越好，56K的模擬最大接入已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到要求了。

　　2.IP電話實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)

　　①話音壓縮技術(shù)

　　IP電話技術(shù)的基礎(chǔ)是話音壓縮技術(shù)。1995年11月，經(jīng)過較長時(shí)間的研究，ITU(國際電聯(lián))批準(zhǔn)了一個(gè)被稱為G.729的新的話音壓縮標(biāo)準(zhǔn)。G.729標(biāo)準(zhǔn)采用的算法，可以僅用8Kbit/s傳輸話音，話音質(zhì)量與32Kbit/sADPCM(G.724)相同。ADPCM(差分脈沖編碼調(diào)制)在全球的公共電話網(wǎng)絡(luò)中被用于提供長話級(jí)話音(Toll Quality Voice)。G.729的算法被稱作CS-ACELP(Conjugate Structured-Algebraic Code Excited Linear Predictive，對(duì)生結(jié)構(gòu)代數(shù)碼激線性預(yù)測)，它構(gòu)成了G.729標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。在標(biāo)準(zhǔn)形成的過程中，AT&T、法國電信、日本NTT的研究建議對(duì)基于該算法的系統(tǒng)性能改進(jìn)均起了重要作用。

　　CS-ACELP在標(biāo)準(zhǔn)PCM或線性PCM(Pulsed Code Modulation，脈沖編碼調(diào)制)的話音采樣基礎(chǔ)上，每10ms生成一個(gè)10字節(jié)長的話音幀。這個(gè)算法提供了優(yōu)秀音質(zhì)，且延時(shí)很小。CS-ACELP也是為先進(jìn)的定點(diǎn)運(yùn)算數(shù)字信號(hào)處理器設(shè)計(jì)的，因?yàn)樗髲?qiáng)大的運(yùn)算處理能力。

　　G.729標(biāo)準(zhǔn)后來在1996年又得到了進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)�，F(xiàn)在G.729是最重要的話音壓縮標(biāo)準(zhǔn)，其他的話音壓縮技術(shù)還有幾種，采用較多的是G.729和G.723/G.723.1。

　�、陟o噪抑制技術(shù)

　　所謂靜噪抑制技術(shù)，是指檢測到通話過程或傳真過程中的安靜時(shí)段，并在這些安靜時(shí)候停止發(fā)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(hào)是活動(dòng)的或有效的。當(dāng)一方在講話時(shí)，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(shù)，大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬節(jié)省下來用于其他話音或數(shù)據(jù)通信。

　�、刍芈曄夹g(shù)

　　在PBX或局用交換機(jī)側(cè)，有少量電能未被充分轉(zhuǎn)換而且沿原路返回，形成回聲。如果打電話者離PBX或交換機(jī)不遠(yuǎn)，回聲返回很快，人耳聽不出來，這種情況下無關(guān)緊要。但是當(dāng)回聲返回時(shí)間超過10ms時(shí)，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(shù)，在處理器中有特殊的軟件代碼監(jiān)聽回聲信號(hào)，并將它從聽話人的語音信號(hào)中消除。對(duì)于IP電話設(shè)備，回聲消除技術(shù)是十分重要的，因?yàn)橐话鉏P網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延很容易就達(dá)到40～50ms。

　�、茉捯舳秳�(dòng)處理技術(shù)

　　IP網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)特征就是網(wǎng)絡(luò)延時(shí)與網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)，這可能導(dǎo)致IP電話音質(zhì)下降。網(wǎng)絡(luò)延時(shí)是指一個(gè)IP包在網(wǎng)絡(luò)上傳輸平均所需的時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)是指IP包傳輸時(shí)間的長短變化。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的話音延時(shí)(加上聲音采樣、數(shù)字化、壓縮、延時(shí))超過200ms時(shí)，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(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)較嚴(yán)重，那么有的話音包因遲到被丟棄，會(huì)產(chǎn)生話音的斷續(xù)及部份失真，嚴(yán)重影響音質(zhì)。為了防止這種抖動(dòng)，人們采用了抖動(dòng)緩沖技術(shù)，即在接收方設(shè)定一個(gè)緩沖池，話音包到達(dá)時(shí)首先進(jìn)入緩沖池暫存，系統(tǒng)以穩(wěn)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(shù)可以在一定限度內(nèi)有效處理話音抖動(dòng)，并提高音質(zhì)。

　�、菰捯魞�(yōu)先技術(shù)

　　話音通信實(shí)時(shí)性要求較高。為了保證提供高音質(zhì)的IP電話通信，在廣域網(wǎng)帶寬不足(擁擠)的IP網(wǎng)絡(luò)上，一般需要話音優(yōu)先技術(shù)。

　　當(dāng)WAN帶寬低于512Kbit/s時(shí)，一般在IP網(wǎng)絡(luò)路由器中設(shè)定話音包的優(yōu)先級(jí)為最高，這樣，路由器一旦發(fā)現(xiàn)話音包，就會(huì)將它們插入到IP包隊(duì)列的最前面優(yōu)先發(fā)送。這樣，網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)與抖動(dòng)情況對(duì)話音通信的影響均將得到改善。

　　另一種技術(shù)是采用資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)為話音通信預(yù)留帶寬。只要有話音呼叫請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)就根據(jù)規(guī)則為話音通信預(yù)留出設(shè)定帶寬，直到通話結(jié)束，帶寬才釋放。

　　但是，在企業(yè)IP網(wǎng)上，人們一般并不使用RSVP，而一般采用優(yōu)先級(jí)技術(shù)。幾乎所有品牌的路由器均支持一些優(yōu)先級(jí)技術(shù)。

　　將話音包的優(yōu)先級(jí)定為最高級(jí)別，任何時(shí)候路由器只要發(fā)現(xiàn)有話音包就將延遲對(duì)數(shù)據(jù)包的發(fā)送。這對(duì)于LAN數(shù)據(jù)包的影響可以忽略，因?yàn)樵捯舻?5Kbit/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(yōu)先。

　　對(duì)于WAN數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懢涂淳唧w情況了，在低速的WAN鏈路上(28.8Kbit/s～256Kbit/s)，數(shù)據(jù)一般是非實(shí)時(shí)的，如電子郵件或文件傳輸，對(duì)數(shù)據(jù)包的延遲并不在意。對(duì)于相對(duì)較高速的WAN鏈路(256Kbit/s以上)，數(shù)據(jù)可能有實(shí)時(shí)性要求，如通過WAN進(jìn)行記錄級(jí)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(gè)百分點(diǎn)，話音包的流量與WAN帶寬相比是可以忽略的。

　　實(shí)際上，對(duì)IP包采取優(yōu)先級(jí)規(guī)則，在WAN上有機(jī)地結(jié)合數(shù)據(jù)與話音通信，是對(duì)WAN帶寬的更充分有效的利用。在低速鏈路上，數(shù)據(jù)一般是非實(shí)時(shí)的、后臺(tái)的，在較高速鏈路上，不會(huì)有大量的實(shí)時(shí)話音流量與大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流量相沖突。

　�、轎P包分割技術(shù)

　　如果WAN鏈路為64Kbpit/，為更好地保證IP電話的音質(zhì)，應(yīng)將IP包大小限制為不超過256字節(jié)。

　　⑦VoIP前向糾錯(cuò)技術(shù)-FEC

　　一般企業(yè)網(wǎng)絡(luò)均有較低的丟包率/錯(cuò)包率，因而IP電話網(wǎng)關(guān)僅需將話音包回放為聲音即可。公共Internet網(wǎng)絡(luò)往往有較高的丟包率，這不足以維持高質(zhì)量的話音通信。在這種情況下，F(xiàn)EC技術(shù)就能夠發(fā)揮重要作用。FEC技術(shù)有兩級(jí)，第一級(jí)是Intra-Packet，第二級(jí)是Extra-Packet。第一級(jí)是在同一包內(nèi)加冗余數(shù)據(jù)，以便接收方糾錯(cuò)、恢復(fù)、還原話音數(shù)據(jù)，保證音質(zhì)。第二級(jí)是在每一個(gè)話音包中存放后續(xù)包的冗余數(shù)據(jù)，以便接收方從已經(jīng)接收到的包中恢復(fù)出錯(cuò)或丟失的話音包。

　　FEC可以降低10%～20%的丟包率，保持高音質(zhì)。但是FEC要多消耗多達(dá)30%的網(wǎng)絡(luò)帶寬，因此在企業(yè)網(wǎng)內(nèi)部一般不采用FEC。

　IP電話領(lǐng)域的四個(gè)最新發(fā)展方向

　　隨著IP電話走向市場，IP電話運(yùn)營商為使其服務(wù)受用戶青睞，除提供話音郵件、呼叫等待和高速ADSL接入服務(wù)外，都將推出新的應(yīng)用。

　　1.賦予普通電話IP功能

　　IP電話又一種新的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的IP電話和會(huì)議軟件相結(jié)合使用。

　　2.賦予呼叫中心網(wǎng)絡(luò)能力

　　現(xiàn)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(chǎn)品，這些產(chǎn)品能讓用戶使用同一條電話線打電話和接入網(wǎng)站，并在呼叫中心向代理商傳送為用戶服務(wù)的在線請(qǐng)求，因此用戶無需斷開與Internet的連接就能獲得對(duì)代理商的實(shí)時(shí)話音接入。由于呼叫中心在眾多企業(yè)中起著為用戶提供服務(wù)的重要作用，所以網(wǎng)絡(luò)化的呼叫中心將會(huì)得到普遍應(yīng)用。

　　3.一體化的消息傳遞

　　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(wù)現(xiàn)在盡管還不普遍，但是經(jīng)營IP電話網(wǎng)絡(luò)的業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，在今后幾年內(nèi)它將會(huì)成為重要的服務(wù)方式。一些IP電話廠商目前正在開發(fā)能提供一體化消息服務(wù)的產(chǎn)品。

　　4.IP電視電話

　　IP電話另一種可能的新應(yīng)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(chǎn)品，都能用作實(shí)時(shí)電視電話。IP傳輸視頻(Video over IP)與IP電話一樣也需要相當(dāng)?shù)膸�，這一特點(diǎn)有助于這一技術(shù)與IP電話相結(jié)合，從而有利于那些經(jīng)常面對(duì)帶寬限制的家庭和小企業(yè)用戶。

ISIN網(wǎng)絡(luò)體系展望

　　ISIN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型可以描述未來信息網(wǎng)絡(luò)的需求與發(fā)展，ISIN代表著未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向，ISIN網(wǎng)絡(luò)體系的建立將是一個(gè)長期的研發(fā)和積累進(jìn)程。因此，ISIN網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)用來對(duì)新一代寬帶信息網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)，將有很好的規(guī)劃指導(dǎo)意義。

　　圍繞ISIN網(wǎng)絡(luò)體系，在ISIN結(jié)構(gòu)模型涵蓋下，不斷豐富產(chǎn)品系列，每一個(gè)新產(chǎn)品都應(yīng)定位明確，適應(yīng)市場，并逐步積累完善，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。可以預(yù)計(jì)，新一代綜合業(yè)務(wù)信息網(wǎng)絡(luò)(ISIN)將在未來的技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)中得到不斷豐富和完善，將為我國信息產(chǎn)業(yè)帶來顯著的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)效益。

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