VoIP與TDMoIP

佘其炯 2002/07/01

　　當(dāng)今，IP上的話音業(yè)務(wù)（VoIP）正在大力發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)正向IP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。但是，VoIP仍需要努力解決服務(wù)質(zhì)量（QoS）和信令問題。

　　一種新的IP上的時(shí)分復(fù)用（TDMoIP）將為IP電話帶來電信級(jí)的質(zhì)量水平。TDMoIP是把IP網(wǎng)絡(luò)作為插入到傳統(tǒng)TDM網(wǎng)絡(luò)中的一種網(wǎng)絡(luò)可以與已有的設(shè)備（如傳統(tǒng)的用戶電話交換機(jī)和交換機(jī)）無縫地連接，并提供和傳統(tǒng)電話一樣的多種業(yè)務(wù)，以及像公用電話交換網(wǎng)（PSTN）那樣的質(zhì)量保證。

1 VoIP

　　VoIP的IP電話基本原理是：首先把PCM的語音放在IP網(wǎng)關(guān)中的內(nèi)存緩沖區(qū)內(nèi)，網(wǎng)關(guān)起到協(xié)議轉(zhuǎn)換的作用，負(fù)責(zé)把該P(yáng)CM話音數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為壓縮的IP包數(shù)據(jù)流。網(wǎng)關(guān)中的緩沖區(qū)使用標(biāo)準(zhǔn)的壓縮算法從PCM中取樣，取樣后形成離散的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，并加上報(bào)頭。在形成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的過程中，任何冗余的數(shù)據(jù)，如語音之間的停頓（靜音）和冗余會(huì)被標(biāo)記出，并可能被壓縮掉。

　　在IP網(wǎng)關(guān)緩沖區(qū)內(nèi)排隊(duì)等待的IP包選擇路由后發(fā)送至目的地。當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)目的地網(wǎng)關(guān)時(shí)，被解壓縮（重新將靜音時(shí)段和冗余話音插入進(jìn)去），并被解碼，恢復(fù)原始發(fā)出的語音信號(hào)。IP網(wǎng)關(guān)起控制及關(guān)守作用，如呼叫控制、呼叫管理、網(wǎng)絡(luò)管理、語音智能交換等。

　　每個(gè)IP網(wǎng)關(guān)有一個(gè)網(wǎng)關(guān)號(hào)，即一個(gè)唯一的IP地址，網(wǎng)關(guān)號(hào)可理解為電話局號(hào)或區(qū)號(hào)。

　　IP電話在現(xiàn)有的電話設(shè)備撥號(hào)后，通過本地IP網(wǎng)關(guān)，在收到呼叫請求后，從其電話目錄數(shù)據(jù)庫中查到目的地網(wǎng)關(guān)號(hào)的IP地址，并向目的地發(fā)出呼叫請求。

　　VoIP中類似于信令的呼叫控制采用的主要協(xié)議是原CCITT H.323，以及H.225、H.245等。

　　VoIP要與傳統(tǒng)電話的TDM網(wǎng)絡(luò)相競爭，需要在QoS保證和信令問題作出努力。在話音業(yè)務(wù)中，低的時(shí)延和正確的信令時(shí)間順序是至關(guān)重要的，這樣能作到即使丟失了幾毫秒的信號(hào)，也影響不大。為了解決這一問題，可以采用隧道和抖動(dòng)緩存技術(shù)。此外，與話音質(zhì)量有關(guān)的回音消除和話音壓縮技術(shù)對于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)并不重要，而對于VoIP卻有需要。

　　信令的基本性能是摘機(jī)、振鈴、正確地把信號(hào)送達(dá)目的地以及計(jì)費(fèi)等。與信令有關(guān)的還有主叫用戶識(shí)別、呼叫轉(zhuǎn)移、會(huì)議電話、智能聯(lián)網(wǎng)等。對于電話網(wǎng)上如此眾多、復(fù)雜的性能，用戶通常并不知道，往往在失去一些用戶習(xí)慣的性能時(shí)，用戶才會(huì)明顯地感覺到。這就要求VoIP還必須處理好IP網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)的接口與協(xié)調(diào)。

2 TDMoIP

　　TDMoIP透明地傳送TDM幀，且無需中斷任何數(shù)據(jù)傳送，無需對數(shù)據(jù)作任何的解釋和翻譯。即使有一部分信道用來傳載數(shù)據(jù)或是所有的幀都是非結(jié)構(gòu)化的比特流時(shí)，TDMoIP都可傳送任意的T1或E1業(yè)務(wù)�；镜腡DMoIP概念可容易地延伸至部分的T1系統(tǒng)或信道化的E1系統(tǒng)。為了減輕業(yè)務(wù)流量的負(fù)荷，只有承載字節(jié)的信息才需要含有IP分組包。

　　TDMoIP解決IP網(wǎng)絡(luò)及電話網(wǎng)絡(luò)中的信令方法是：TDMoIP采用帶內(nèi)信令，信令和話音在同一音頻段內(nèi)傳送，由TDMoIP自動(dòng)傳送在TDM時(shí)隙里編碼的可聽的呼叫過程中，并且需要用聲音中繼協(xié)議以保證帶內(nèi)信令功能的正確實(shí)施。

　　在傳統(tǒng)的TDM網(wǎng)絡(luò)中，另一項(xiàng)重要的功能是同步，時(shí)間同步的分層實(shí)施對于全網(wǎng)通信質(zhì)量極為重要。在IP網(wǎng)絡(luò)中，分組到達(dá)目的地的時(shí)延是隨機(jī)的，即熟知的抖動(dòng)。當(dāng)在IP網(wǎng)絡(luò)上仿真TDM時(shí)，通過采用緩存器及合適的時(shí)間參考，可以平滑所有進(jìn)入的數(shù)據(jù)，克服這類隨機(jī)性。

　　把TDMoIP集成到電話網(wǎng)絡(luò)通常有以下兩種方式：

（1）長途電話“繞道”方式

　　運(yùn)營商在兩個(gè)中央交換局間引入基于TDMoIP的備用鏈路。由于成本較低的優(yōu)勢，長途電話“繞道”業(yè)務(wù)可為客戶提供比現(xiàn)今運(yùn)營商便宜的費(fèi)率。在這種方式中，TDMoIP設(shè)備應(yīng)接收來自其所有連接的中央交換局的時(shí)鐘參考信息。

（2）全網(wǎng)方式

　　主要基礎(chǔ)設(shè)施的大部分用TDMoIP網(wǎng)絡(luò)替代，并需要時(shí)間同步。IP網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)絡(luò)定時(shí)協(xié)議（NTP）傳播時(shí)鐘信號(hào)。除非IP網(wǎng)絡(luò)是專用的TDMoIP鏈路，通常在NTP時(shí)鐘和所需的TDM間不建立連接。一種提供時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)的解決方案是為所有TDMoIP設(shè)備提供原子鐘或全球定位系統(tǒng)（GPS）接收器，這樣可以減輕IP網(wǎng)絡(luò)需要發(fā)送同步信息的負(fù)擔(dān)。在不能提供精確的本地時(shí)間參考或費(fèi)用太貴時(shí)，可采用在目的地再生同步時(shí)鐘的方法。

3 TDMoIP和VoIP的比較

　　由于對話音、數(shù)據(jù)信令及協(xié)議的透明，TDMoIP比VoIP簡單。而VoIP卻需要在信令格式間采用新的協(xié)議和翻譯。

　　VoIP尚需開發(fā)許多應(yīng)用，TDMoIP可以自動(dòng)地獲得已有PBX和計(jì)算機(jī)通信集成（CTI）的一些優(yōu)點(diǎn)。兩者另一項(xiàng)重要的差別在于TDMoIP可以提供話音數(shù)據(jù)的混合業(yè)務(wù)。從業(yè)務(wù)提供者的觀點(diǎn)看，TDMoIP和VoIP可互相補(bǔ)充。

　　從用戶側(cè)到運(yùn)營商的業(yè)務(wù)提供點(diǎn)，把TDM中繼線透明地延伸到IP網(wǎng)絡(luò)上，可簡化VoIP在業(yè)務(wù)提供點(diǎn)上部署較大型的、可伸縮的VoIP網(wǎng)關(guān)和軟交換的工作，并可為用戶在住宅側(cè)提供簡單的TDMoIP網(wǎng)絡(luò)的終端單元。這些TDMoIP的終端電路可用來提供除VoIP業(yè)務(wù)外的一些業(yè)務(wù)，如通常的PSTN接入、集中式用戶交換、幀中繼和ISDN等業(yè)務(wù)。

　　參與競爭的本地電話公司可以用TDMoIP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展其市場范圍，可簡單和經(jīng)濟(jì)有效地建立更多的業(yè)務(wù)提供點(diǎn)，提供更多的業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)的本地電話公司可批發(fā)傳輸電路給新的運(yùn)營商，使其能用TDMoIP經(jīng)濟(jì)有效地在光纖或無線鏈路上延伸T1或E1電路。

　　在吸取無線和光纖數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，以及在各設(shè)施間用TDMoIP延伸T1或E1電路時(shí)，新的運(yùn)營商可獲得更多的收入。業(yè)務(wù)提供者還可把除寬帶數(shù)據(jù)外的一些專線業(yè)務(wù)捆綁在一起。

　　TDMoIP使所有T1或E1電路上運(yùn)行的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)均可自動(dòng)地被IP支持。它不僅包括簡單的PSTN接入，還有一次群業(yè)務(wù)、集中式用戶交換、VoIP的話音業(yè)務(wù)，以及ATM幀中繼、點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議（PPP）、ISDN、同步網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)（SNA）和X.25業(yè)務(wù)。

4 TDMoIP用于移動(dòng)通信

　　蜂窩移動(dòng)運(yùn)營商可利用TDMoIP技術(shù)在TDM微波鏈路、T1或E1租用線路上作各基站間、基站控制器和移動(dòng)交換中心間的連接。

　　迄今為止，ATM仍是最好的一種技術(shù)，而微波和租用線路都比較貴。在千兆以太網(wǎng)上引入QoS保證，以及采用TDMoIP將是一種可優(yōu)先選擇的方案。

　　第三代移動(dòng)通信運(yùn)營商在發(fā)展過程中，對于蜂窩骨干網(wǎng)絡(luò)上的IP網(wǎng)絡(luò)也可采用TDMoIP解決方案。展望未來，不論是現(xiàn)有的設(shè)備，還是第三代蜂窩網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都將能共存地接入到基于IP的骨干網(wǎng)絡(luò)。

5 TDMoIP的應(yīng)用

　　由于TDMoIP的一些特點(diǎn)，在全球大力發(fā)展VoIP的同時(shí)，也有運(yùn)營商采用TDMoIP布署其網(wǎng)絡(luò)。例如瑞典UTFOR公司就是一個(gè)例子。

　　UTFOR公司于2000年建設(shè)了4500km長的寬帶光纖數(shù)據(jù)和電話網(wǎng)絡(luò)，采用TDMoIP技術(shù)為客戶提供先進(jìn)的服務(wù)。該公司采用RAD數(shù)據(jù)通信公司的IPmuｘ產(chǎn)品，基于其IP、以太網(wǎng)和DWDM網(wǎng)絡(luò)、旁路幀中繼、ATM和SDH，提供一種純粹的IP業(yè)務(wù)。

　　該公司的光纖網(wǎng)絡(luò)將瑞典南部和中部的50個(gè)城鎮(zhèn)與挪威的奧斯陸、丹麥的哥本哈根及芬蘭的赫爾辛基連接。該網(wǎng)絡(luò)的初期傳輸容量為1.2Tbit/s，初期的路由交換能力大于2Tbit/s。

　　IPmuｘ把數(shù)據(jù)或話音的同步數(shù)據(jù)流插入到分組包中，并加上IP報(bào)頭。該分組包通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送到目的地，在目的地去掉IP報(bào)頭，還原成原來的數(shù)據(jù)流再發(fā)出。

　　不論是運(yùn)營商還是用戶，都期望把已有的電路交換資源與新的IP網(wǎng)絡(luò)緊密地結(jié)合起來。

　　雖然目前全球正在采用VoIP，但是其標(biāo)準(zhǔn)化程度尚不成熟。把ATM和VoIP相比較，TDMoIP不失為一種較好且不太復(fù)雜的系統(tǒng)，由于保持了成幀或未成幀E1／T1電路的整合，因而沒有削弱其質(zhì)量。UTFOR公司決定采用TDMoIP的另一個(gè)因素是，從運(yùn)營商的角度來看，VoIP尚不夠規(guī)�；�。

　　UTFOR公司通過TDMoIP為其用戶提供Internet連接、透明的局域網(wǎng)業(yè)務(wù)、在IP上實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的高質(zhì)量的電話。

　　IP mux可以把企業(yè)用戶的PBX連接到IP網(wǎng)絡(luò)，在用來傳送數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施上提供傳統(tǒng)的話音通信。該產(chǎn)品還使UTFOR公司可提供公司內(nèi)部的免費(fèi)電話，以及用作Internet接入的100Mbit/s的IP端口虛擬專用網(wǎng)（VPN）業(yè)務(wù)。

　　UTFOR公司可以在一個(gè)接入口上替代租用線、幀中繼和SDH結(jié)構(gòu)。也就是說可以用一個(gè)IP端口為其客戶提供Internet接入、話音交換、VPN和IP-VPN等所有業(yè)務(wù)。該公司將在下一步的TDMoIP業(yè)務(wù)中，逐步以成本較低的容量推出視頻和多播業(yè)務(wù)。

　　佘其炯 1953年畢業(yè)于上海交通大學(xué)，中國電信教授級(jí)主任高級(jí)工程師。曾在前蘇聯(lián)學(xué)習(xí)電信專業(yè)及擔(dān)任碩士生導(dǎo)師、在越南參加援越電信建設(shè)工作。多年來從事科研、技術(shù)管理及培養(yǎng)研究生工作。擔(dān)任過部軟件中心副主任及網(wǎng)管中心主任等一些技術(shù)管理工作。

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