用于Fusion的Clarent
ThroughPacket IP中繼
一．引言
在過去的幾年里，因特網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展成為全世界普及的網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)基于包的網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)上的IP協(xié)議已經(jīng)成為傳遞所有各類信息（包括數(shù)據(jù)、語音、音樂和圖象）事實(shí)上的傳輸介質(zhì)。
為了利用這個(gè)快速發(fā)展的技術(shù)，許多運(yùn)營商和大公司已經(jīng)建起了私有的基于IP的包網(wǎng)絡(luò)，通過中繼把這些網(wǎng)絡(luò)和公共交換電話網(wǎng)（PSTN）連接起來。近幾年，合并這些完全不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的想法越來越多�；诎腎P網(wǎng)和基于電路的PSTN的匯聚，已經(jīng)引領(lǐng)了一個(gè)對(duì)VoIP網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)（這個(gè)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)能夠通過基于IP的網(wǎng)絡(luò)傳輸PSTN語音數(shù)據(jù)）的正在增長的需求。
二．VoIP網(wǎng)關(guān)的報(bào)頭開銷
在IP網(wǎng)和PSTN之間的網(wǎng)關(guān)使用VoIP技術(shù)橋接這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)世界。源于PSTN側(cè)一個(gè)發(fā)話人的語音數(shù)據(jù)被以一個(gè)連續(xù)流的形式帶到VoIP網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)打斷這個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)流，包裝成包含特定時(shí)間間隔語音數(shù)據(jù)的離散數(shù)據(jù)塊。這些數(shù)據(jù)塊被稱為語音載荷。在以叫作RTP的專用包形式把語音載荷發(fā)送到因特網(wǎng)之前，網(wǎng)關(guān)也可能按照在VoIP使用的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)語音編碼器的要求壓縮這些數(shù)據(jù)。RTP包包含一個(gè)載荷，一個(gè)RTP報(bào)頭，以及一個(gè)IP報(bào)頭。根據(jù)傳送數(shù)據(jù)所用的鏈路和物理層，也可能會(huì)加入其它的報(bào)頭（例如，８０２.２／３以太網(wǎng)報(bào)頭）。RTP包的格式根據(jù)RFC1890為每種類型語音編碼器作了定義。當(dāng)RTP包到達(dá)目的地的時(shí)候（通常是另一個(gè)網(wǎng)關(guān)），會(huì)做相應(yīng)的逆處理。接收VoIP網(wǎng)關(guān)重新裝配語音載荷，在PSTN側(cè)形成一個(gè)連續(xù)的語音數(shù)據(jù)流，并把這個(gè)數(shù)據(jù)流傳遞給受話人。
在源始網(wǎng)關(guān)生成數(shù)據(jù)包的時(shí)候，就在整個(gè)數(shù)據(jù)傳遞過程中引入了一些延遲。在網(wǎng)關(guān)能夠形成并發(fā)送出每一個(gè)包之前，它必須等待從接收載荷的第一個(gè)字節(jié)開始
，到最后一個(gè)載荷字節(jié)結(jié)束那么長的時(shí)間。這就導(dǎo)致至少是載荷間隔周期那么長的延遲。這個(gè)延遲會(huì)隨著載荷間隔的增減而增減。
在一個(gè)減少發(fā)話方和受話方間音頻反應(yīng)時(shí)間的努力中，VoIP網(wǎng)關(guān)通常會(huì)配置成發(fā)送較小的語音數(shù)據(jù)載荷。雖然這樣做通�？梢詼p少聽得見的傳輸延遲，但同時(shí)也增加了一個(gè)給定語音數(shù)據(jù)流需要傳遞的包的數(shù)量。因?yàn)椴还芏嘈〉囊纛l載荷都需要一個(gè)固定大小的包報(bào)頭，網(wǎng)上需要傳遞的數(shù)據(jù)量越大這個(gè)效果越明顯──跟隨的是網(wǎng)絡(luò)包和數(shù)據(jù)流量的相應(yīng)增長。圖１說明了用于傳輸包報(bào)頭的帶寬會(huì)隨著包載荷大小的縮小而增大。
圖1 載荷越小開消就越大
如果帶寬是免費(fèi)的話，那報(bào)頭的開銷無關(guān)緊要。但事實(shí)并非如此，報(bào)頭的開銷減少和由此導(dǎo)致的帶寬效率的提升正是網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。本文描述了NMS通信Fusion４.２
VoP網(wǎng)關(guān)平臺(tái)上使用的語音通道復(fù)用技術(shù)。這種技術(shù)減少了包報(bào)頭開銷，提高了基于Fusion的VoP網(wǎng)關(guān)的效益／成本和質(zhì)量。
三．Clarent ThroughPacket技術(shù)
Clarent ThroughPacket是Clarent公司擁有專利權(quán)的IP多路復(fù)用算法，提供了一個(gè)讓數(shù)據(jù)和包的速率失效的解決方案。Clarent ThroughPacket通過把來自多個(gè)Fusion語音通道的語音載荷組合進(jìn)一個(gè)大包來實(shí)現(xiàn)這一功能。需要說明的是：Clarent ThroughPacket是Clarent公司和NMS公司合作開發(fā)的，NMS公司完全有權(quán)把這一技術(shù)應(yīng)用于Fusion平臺(tái)以及其它的NMS產(chǎn)品之中。
在Fusion網(wǎng)關(guān)的發(fā)送側(cè)，Clarent ThroughPacket系統(tǒng)取出從多個(gè)Fusion語音通道送來并要發(fā)往同一個(gè)目的地的載荷，把它們組合成一個(gè)大的復(fù)合包。這些復(fù)合包被以Clarent
ThroughPacket格式數(shù)據(jù)報(bào)流的形式，通過包網(wǎng)絡(luò)傳送到接收網(wǎng)關(guān)。
在接收一邊，另一個(gè)Fusion網(wǎng)關(guān)把每一個(gè)復(fù)合包解復(fù)用成分離的組成載荷。然后，這些載荷被導(dǎo)向到對(duì)應(yīng)的Fusion接收通道。Clarent
ThroughPacket包報(bào)頭包含有Fusion網(wǎng)關(guān)把復(fù)合包解復(fù)用成不同F(xiàn)usion通道上載荷所需的所有信息。
由于每個(gè)包承載著好幾個(gè)獨(dú)立會(huì)話的復(fù)合載荷，應(yīng)用不但要發(fā)送數(shù)量較少的總包，還要貢獻(xiàn)出相對(duì)于總體包大小較小比例的空間來傳送報(bào)頭信息。圖２顯示出一個(gè)Fusion網(wǎng)關(guān)利用Clarent
ThroughPacket多路復(fù)用方法在一個(gè)共同的包里發(fā)送來自多個(gè)會(huì)話的載荷。
圖2 Clarent ThroughPacket包和普通RTP／UDP包的比較
Clarent ThroughPacket在傳送數(shù)據(jù)時(shí)的增強(qiáng)效率減少了系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)傳送包化語音數(shù)據(jù)所需的總的帶寬。通過復(fù)用許多RTP數(shù)據(jù)流，一個(gè)Fusion
VoIP網(wǎng)關(guān)使用Clarent ThroughPacket技術(shù)能夠提供兩個(gè)主要好處：
· 降低數(shù)據(jù)速率
· 降低包速率
在一個(gè)VoIP系統(tǒng)中用Clarent ThroughPacket代替RTP充分地減少了和數(shù)據(jù)包有關(guān)的大量報(bào)頭信息，從而降低廣域網(wǎng)上的數(shù)據(jù)速率，數(shù)據(jù)速率的降低通常會(huì)帶來WAN成本的減少，這通常既是合計(jì)的數(shù)據(jù)速率，又是長途的數(shù)據(jù)速率。利用Clarent
ThroughPacket設(shè)計(jì)的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)通常都通過長途IP部分實(shí)現(xiàn)了真正的成本節(jié)省。
表１說明了使用Clarent ThroughPacket技術(shù)能降低的數(shù)據(jù)速率。
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語音編碼器類型
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語音編碼器速率 （kbit/s） |
默認(rèn)載荷 （ms） |
120個(gè)RTP流的數(shù)據(jù)速率 （kbit/s） |
同等TPKT流的數(shù)據(jù)速率 （kbit/s） |
TPKT數(shù)據(jù)速率效率因子 |
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G.711
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64.00
|
20
|
9600.00
|
8640.00
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1.11
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| G.726 | 32.00 | 20 | 5760.00 | 4320.00 | 1.33 |
| G.723.1 | 6.40 | 30 | 2048.00 | 940.41 | 2.18 |
| G.723.1 | 5.33 | 30 | 1920.00 | 808.42 | 2.37 |
| G.729A | 8.00 | 20 | 2880.00 | 1212.63 | 2.38 |
表中TPKT數(shù)據(jù)速率效率因子列提供了Clarent ThroughPacket通過使用各種標(biāo)準(zhǔn)VoIP語音編碼器高效利用可用帶寬的能力測度。最節(jié)省帶寬的是使用低比特率語音編碼器的時(shí)候，比如Ｇ.７２３.和Ｇ.７２９Ａ。
例如，在一個(gè)使用了１２０個(gè)Ｇ.７２９Ａ語音編碼端口的網(wǎng)關(guān)中，RTP數(shù)據(jù)速率是承載類似語音通道的一個(gè)Clarent ThroughPacket流數(shù)據(jù)速率的兩倍多（也就是要乘一個(gè)２.３８的因子）。這些數(shù)是對(duì)１２０個(gè)單純的Ｇ.７２９通道計(jì)算得來的，沒有使用語音活動(dòng)性檢測（VAD）。當(dāng)在兩種情況（RTP和Clarent
ThroughPacket）中都使用了VAD時(shí)，得出的TPKT數(shù)據(jù)速率因子會(huì)更大。
Clarent ThroughPacket本質(zhì)上是一種中繼技術(shù)，它把來自多個(gè)通道的數(shù)據(jù)連接成一個(gè)單獨(dú)的包。這明顯地減少了網(wǎng)關(guān)每時(shí)每刻都要傳送的包數(shù)量。由于發(fā)送更少的包穿過網(wǎng)絡(luò)，Clarent
ThroughPacket減少了加在網(wǎng)絡(luò)路由上的負(fù)荷。因?yàn)槁酚尚阅埽ɡ缍秳?dòng)和丟包）會(huì)隨著包速率的增加而下降，所以Clarent ThroughPacket能夠減少路由損耗和提升語音質(zhì)量。由于IP網(wǎng)絡(luò)的包流量具有突發(fā)性，所以任何方向上包速率的降低都能夠減少由于路由器峰值瞬間擁塞造成的包丟失可能。
表２比較了１２０個(gè)單純RTP流的包速率和單個(gè)復(fù)用了１２０個(gè)語音流的Clarent ThroughPacket流的包速率。TPKT包速率效率因子列顯示出使用不同標(biāo)準(zhǔn)語音編碼器的結(jié)果。又一次，最好的情況出現(xiàn)在使用低比特率語音編碼器的時(shí)候。
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語音編碼器類型
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語音編碼器速率 （kbit/s） |
默認(rèn)載荷 （ms） |
120個(gè)RTP流的包速率（kbit/s） | 同等TPKT流的包速率（kbit/s） | TPKT包速率效率因子 |
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G.711
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64.00
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20
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6000.00
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750.00
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8.00
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| G.726 | 32.00 | 20 | 6000.00 | 375.00 | 16.00 |
| G.723.1 | 6.40 | 30 | 4000.00 | 81.63 | 49.00 |
| G.723.1 | 5.33 | 30 | 4000.00 | 70.18 | 57.00 |
| G.729A | 8.00 | 20 | 6000.00 | 105.26 | 57.00 |
四．Clarent ThroughPacket應(yīng)用
雖然Clarent ThroughPacket對(duì)大多數(shù)基于Fusion的VoP應(yīng)用都是有用的，但仍有它不適宜的情形。應(yīng)用開發(fā)商和系統(tǒng)集成商弄清楚那里最適合使用Clarent ThroughPacket很重要。不適宜的使用或配置錯(cuò)誤，Clarent ThroughPacket都可能實(shí)際上增加了網(wǎng)絡(luò)流量。
Clarent ThroughPacket是一個(gè)私有的VoIP包復(fù)用方案。到目前為止，還沒有標(biāo)準(zhǔn)定義這種形式的復(fù)用，以確保和其它VoIP端點(diǎn)系統(tǒng)協(xié)同工作。在過去的三年里，IETF的音頻視頻傳輸工作組（AVT）已經(jīng)致力于找到一個(gè)復(fù)用RTP流的一致方法來減少包和數(shù)據(jù)占用的帶寬。由于IETF的六個(gè)月就過期的規(guī)定，這些草案已經(jīng)再也找不到，即使是在IETF網(wǎng)站。AVT在兩個(gè)方面特別難決斷：
1．商定復(fù)用方案要達(dá)到的目的和量度標(biāo)準(zhǔn)，以及
2．決定在ＩＳＯ協(xié)議棧的哪一層上實(shí)現(xiàn)復(fù)用。
在舍棄了許多技術(shù)之后，AVT最終得出了一個(gè)叫作TCRTP的草案。因?yàn)檫@個(gè)草案設(shè)想成集合現(xiàn)有RFC的所有方法來實(shí)現(xiàn)帶寬節(jié)省，目的是要把它設(shè)計(jì)成一個(gè)IETF的最好公共實(shí)驗(yàn),
而不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)跟蹤ＲFC。
TCRTP按照RFC2508使用報(bào)頭壓縮。它也使用PPP的復(fù)用格式，然后，得出的復(fù)用PPP載荷能夠使用第二層隧道協(xié)議（或叫L2TP）在兩個(gè)RTP端點(diǎn)系統(tǒng)間傳遞。由于大部分網(wǎng)關(guān)都不使用PPP或L2TP，所以TCRTP的使用也是不適宜的。
這個(gè)時(shí)候，似乎沒有復(fù)用方案能夠讓VoIP和其它類型的媒體網(wǎng)關(guān)之間協(xié)同工作。NMS一直在跟蹤并參與AVT工作組的工作，并會(huì)繼續(xù)下去。Clarent ThroughPacket代表著在明確定義的VoIP網(wǎng)絡(luò)場合中的一種可行的技術(shù)。若IETF集中到一個(gè)適宜的復(fù)用技術(shù)上，由于NMS在內(nèi)部消化、測試和特征化Clarent ThroughPacket技術(shù)的過程中獲得了豐富的經(jīng)驗(yàn)，利用這些經(jīng)驗(yàn)NMS能很快推出和新的復(fù)用技術(shù)相兼容的產(chǎn)品。
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