傳統(tǒng)的語(yǔ)音通信(電話)采用的是電路交換。因?yàn)榛芈吩介L(zhǎng)價(jià)格越高，因此電話呼叫距離越遠(yuǎn)電話費(fèi)就越高。我們可以把VoIP(Voice over IP)簡(jiǎn)單地理解為IP電話，因?yàn)閂oIP的話音數(shù)據(jù)利用IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。而傳統(tǒng)電話和IP電話的一個(gè)顯著區(qū)別就是在電話網(wǎng)里面?zhèn)魉偷氖冀K是模擬(連續(xù))語(yǔ)音信號(hào)，而在IP網(wǎng)里面?zhèn)魉偷氖菙?shù)字(離散)語(yǔ)音信號(hào)。IP網(wǎng)絡(luò)可能是局域網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)絡(luò)甚至是Internet。IP網(wǎng)絡(luò)通過(guò)語(yǔ)音壓縮設(shè)備對(duì)人們的話音進(jìn)行壓縮編碼處理，然后把這些語(yǔ)音數(shù)據(jù)報(bào)經(jīng)不同路由發(fā)送至目的地，再按照原先的順序串接這些數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)解壓解碼后把數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)還原成人們能聽(tīng)到的模擬語(yǔ)音，從而達(dá)到經(jīng)由IP網(wǎng)絡(luò)傳送話音的目的。

VoIP的發(fā)展

1995年以色列的VocalTec公司研制出可通過(guò)Internet網(wǎng)打長(zhǎng)途電話的軟件“Internet Phone”。用戶只要在多媒體PC機(jī)上安裝該軟件，就可以通過(guò)Internet網(wǎng)和其他安裝該軟件的聯(lián)機(jī)用戶進(jìn)行通話。這項(xiàng)技術(shù)上引起了全世界的矚目，其背后的無(wú)限商機(jī)也使許多公司投入此項(xiàng)技術(shù)的研究，從而使IP電話技術(shù)得到迅速發(fā)展，人們把這種在Internet上實(shí)現(xiàn)的電話業(yè)務(wù)稱為“Internet電話”。這是IP電話的雛形。此后，不少公司都推出了類似的軟件，例如微軟的NetMeeting、IDT的Net2Phone、英特爾的Internet Video Phone等。這一時(shí)期的Internet電話，語(yǔ)音質(zhì)量基本沒(méi)什么保證，技術(shù)也不夠成熟。

到上世紀(jì)90年代中后期，電信運(yùn)營(yíng)商認(rèn)識(shí)到利用Internet實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音業(yè)務(wù)的巨大潛力，便開(kāi)始考慮如何將Internet和已有的PSTN(Public Switched Telephone Network，公用電話交換網(wǎng))結(jié)合起來(lái)，從而能更加廣泛地為電話用戶提供業(yè)務(wù)。這時(shí)，IP電話進(jìn)入快速的發(fā)展階段。由于當(dāng)時(shí)利用Internet傳輸實(shí)時(shí)語(yǔ)音存在很多不足，難以保證用戶接受的語(yǔ)音質(zhì)量。因此運(yùn)營(yíng)商建立了專用的IP網(wǎng)或在Internet上構(gòu)建VPN來(lái)提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)較好的語(yǔ)音質(zhì)量，這時(shí)的IP電話就可以真正地稱為IP電話了。

目前，IP電話正處于發(fā)展期，各個(gè)設(shè)備制造商紛紛推出IP電話相關(guān)設(shè)備產(chǎn)品，眾多電信運(yùn)營(yíng)公司也開(kāi)始經(jīng)營(yíng)IP電話業(yè)務(wù)，IP電話正以強(qiáng)大的吸引力吸引著傳統(tǒng)和新型的電信公司。

VoIP基本原理

VoIP采用無(wú)連接的UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸。從VoIP傳輸基本過(guò)程圖，可以發(fā)現(xiàn)VoIP設(shè)備是如何把模擬語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)流，并把這些數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到IP目的地，IP目的地又把它們轉(zhuǎn)換回到語(yǔ)音信號(hào)。因此我們可以簡(jiǎn)單地將VoIP的傳輸過(guò)程分為以下幾個(gè)階段：
 
1、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換

語(yǔ)音信號(hào)是模擬波形，通過(guò)IP方式來(lái)傳輸語(yǔ)音。不管是實(shí)時(shí)應(yīng)用業(yè)務(wù)還是非實(shí)時(shí)應(yīng)用業(yè)務(wù)，首先要對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換(Analog-Digital Conversion )，也就是對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行的量化(Quantization)，然后送入到緩沖存儲(chǔ)區(qū)中。數(shù)字化可以使用各種語(yǔ)音編碼方案來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前采用的語(yǔ)音編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有ITU-T G.711。另外，目的地的語(yǔ)音解碼器必須使用和源的算法，這樣目的地語(yǔ)音設(shè)備才可把數(shù)據(jù)還原成模擬語(yǔ)音信號(hào)。

2、數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)的IP轉(zhuǎn)換

一旦語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼，下一步就是對(duì)語(yǔ)音包以特定的幀長(zhǎng)進(jìn)行壓縮編碼。大部份的編碼器都有特定的幀長(zhǎng)，若一個(gè)編碼器使用20ms的幀，則把60ms的包分成3幀，并按順序進(jìn)行編碼。若采用8kHz的抽樣率，即每幀有160個(gè)語(yǔ)音樣點(diǎn)。編碼后，將3個(gè)壓縮的幀合成一個(gè)壓縮的語(yǔ)音包送入NPU(網(wǎng)絡(luò)處理器)。NPU為語(yǔ)音添加包頭、時(shí)標(biāo)和其它信息后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到另一端點(diǎn)。語(yǔ)音網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單地建立通信端點(diǎn)之間的物理連接，并在端點(diǎn)之間傳輸編碼的信號(hào)。IP網(wǎng)絡(luò)不像電路交換網(wǎng)絡(luò)，它不形成連接，它要求把數(shù)據(jù)放在可變長(zhǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)或分組中，然后給每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)附帶尋址和控制信息，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，經(jīng)過(guò)多個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。

3、IP數(shù)據(jù)的傳送

TCP/IP協(xié)議負(fù)責(zé)將要傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)分組排隊(duì)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。每個(gè)分組均包含地址及數(shù)據(jù)重組信息，以確保數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)分組交換正確無(wú)誤。在這個(gè)階段，網(wǎng)絡(luò)被看成一個(gè)從輸入端接收語(yǔ)音包，然后在一定時(shí)間內(nèi)將其傳送到網(wǎng)絡(luò)輸出端。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)將檢查每個(gè)IP數(shù)據(jù)附帶的尋址信息，并使這個(gè)信息把該數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)到目的地路徑的下一站。

4、IP包到數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

目的地VoIP設(shè)備接收到IP數(shù)據(jù)并開(kāi)始處理。解碼器將經(jīng)編碼的語(yǔ)音包解壓縮后產(chǎn)生新的語(yǔ)音包，這個(gè)模塊也可以按幀進(jìn)行操作，完全和解碼器的長(zhǎng)度相同。若幀長(zhǎng)度為20ms，60ms的語(yǔ)音包被分成3幀，然后它們被解碼還原成60ms的語(yǔ)音數(shù)據(jù)流送入解碼緩沖器。在數(shù)據(jù)報(bào)的處理過(guò)程中，去掉尋址和控制信息，保留原始的原數(shù)據(jù)，然后把這個(gè)原數(shù)據(jù)提供給解碼器。

5、數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換

播放驅(qū)動(dòng)器將緩沖器中的480個(gè)語(yǔ)音樣點(diǎn)取出送入聲卡，通過(guò)喇叭按預(yù)定的頻率(例如8kHz)播出。簡(jiǎn)言之，語(yǔ)音信號(hào)在IP網(wǎng)絡(luò)上的傳送要經(jīng)過(guò)模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換、數(shù)字語(yǔ)音封裝成IP分組、IP分組的網(wǎng)絡(luò)傳送、IP分組的解碼以及數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換等過(guò)程。

VoIP信令協(xié)議

目前VoIP所采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有兩種：ITU的H.323協(xié)議以及IETF的SIP協(xié)議。H.323和SIP協(xié)議代表著兩種相對(duì)獨(dú)立的發(fā)展趨勢(shì)，是兩種相對(duì)完善的具有語(yǔ)音業(yè)務(wù)信令體系的系統(tǒng)。

1、H.323協(xié)議

ITU的H.323系列建議定義了在無(wú)業(yè)務(wù)質(zhì)量保證的互聯(lián)網(wǎng)或其它分組網(wǎng)絡(luò)上多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)程。H.323標(biāo)準(zhǔn)是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)(intranet)和互聯(lián)網(wǎng)上的多媒體提供技術(shù)基礎(chǔ)保障。它是支持局域網(wǎng)上進(jìn)行視頻(多媒體)通信的一組協(xié)議。1996年公布的第一版中，協(xié)議集規(guī)范了終端、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)守（Gatekeeper）和多點(diǎn)控制單元4個(gè)組成部分的功能，但不能確保不同系統(tǒng)間的互操作能力。為改進(jìn)操作效率，1998年初公布了H.323第二版本，把尋址能力推廣到非H.323的域名查號(hào)和域名訪問(wèn)協(xié)議以及驗(yàn)證授權(quán)功能；此后于1999年公布了面向大范圍網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的H.323第三版本，包括帶寬管理和QoS功能�？偟膩�(lái)說(shuō)，H.323協(xié)議規(guī)范已很成熟，但由于H.323當(dāng)初并非專門針對(duì)電話業(yè)務(wù)特性設(shè)計(jì)的，協(xié)議的媒體管理采用了ISDN的Q.931信令，在尋址建立呼叫和入網(wǎng)登記過(guò)程中，終端和網(wǎng)關(guān)/網(wǎng)守間協(xié)商操作需要數(shù)十次往返交換消息，操作耗時(shí)。而且網(wǎng)絡(luò)規(guī)模愈大，尋址過(guò)程愈復(fù)雜，難于滿足語(yǔ)音實(shí)時(shí)通信的要求。采用H.323技術(shù)體制，VoIP運(yùn)營(yíng)商可以基本上繼承傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商的管理和運(yùn)維模式。

2、SIP協(xié)議

SIP是由IETF倡導(dǎo)的信令協(xié)議，是專門為IP電話，尤其是結(jié)合Internet設(shè)計(jì)的協(xié)議。SIP立足于Web客戶機(jī)/服務(wù)器環(huán)境中主機(jī)間的會(huì)晤啟動(dòng)協(xié)議，利用服務(wù)器或代理方式提供各種服務(wù)。SIP使用登記報(bào)文對(duì)SIP服務(wù)器登記，用請(qǐng)求命令起動(dòng)呼叫，報(bào)文直接送至客戶機(jī)或服務(wù)器，后者取代了H.323網(wǎng)守的功能。SIP協(xié)議一方面借鑒了其他互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的設(shè)計(jì)思想，在風(fēng)格上遵循互聯(lián)網(wǎng)一貫堅(jiān)持的簡(jiǎn)單、開(kāi)放、兼容和可擴(kuò)展等原則，另一方面，它也考慮了對(duì)傳統(tǒng)公眾電話網(wǎng)的各種業(yè)務(wù)，包括IN25（智能網(wǎng)）業(yè)務(wù)和ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）業(yè)務(wù)的支持。同時(shí)，SIP協(xié)議是互聯(lián)網(wǎng)多媒體通信和控制協(xié)議體系的一個(gè)部分。

比較H.323與SIP，H.323顯得更成熟、更穩(wěn)定。H.323第二版與SIP所支持的功能和業(yè)務(wù)是非常接近的，而對(duì)于補(bǔ)充業(yè)務(wù)，H.323定義得更嚴(yán)格，因此在實(shí)現(xiàn)上，H.323很少有互操作方面的問(wèn)題。兩個(gè)協(xié)議在對(duì)QoS的支持上都是可比較的，但H.323第三版將更適合大型電信營(yíng)運(yùn)商的使用。

VoIP軟交換技術(shù)

從廣義上講，所有基于分組交換技術(shù)的話音業(yè)務(wù)電信級(jí)解決方案均可歸為軟交換技術(shù)。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上講，H.323和SIP均可歸為軟交換技術(shù)。相對(duì)于TDM技術(shù)的硬交換，軟交換的概念是伴隨著VoIP技術(shù)的發(fā)展一起成長(zhǎng)和成熟的。支持多種協(xié)議是軟交換的主要特點(diǎn)之一，因此軟交換為VoIP的發(fā)展提供一個(gè)更大的平臺(tái)。軟交換網(wǎng)絡(luò)通過(guò)基于IP傳輸?shù)膮f(xié)議實(shí)現(xiàn)呼叫、業(yè)務(wù)的控制和語(yǔ)音、數(shù)據(jù)的傳輸，不僅解決了目前PSTN存在的問(wèn)題，更重要的是它將交換網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)巧妙有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，并在此基礎(chǔ)上又提出了多種業(yè)務(wù)的提供方式。

VoIP網(wǎng)關(guān)可以分解為單純的MG(媒體網(wǎng)關(guān))和MGC(媒體網(wǎng)關(guān)控制器)，以便集中控制和管理。其間的控制協(xié)議是MGCP。MGCP只是設(shè)備控制協(xié)議，不是一種獨(dú)立的VoIP信令體系技術(shù)，多為運(yùn)營(yíng)商作為軟交換平臺(tái)中的主要支持協(xié)議，因此MGCP只是作為H.323和SIP兩種系統(tǒng)體系的補(bǔ)充協(xié)議而存在。此外，軟交換機(jī)可采用H.323和SIP來(lái)控制帶有呼叫智能VoIP網(wǎng)關(guān)，從而產(chǎn)生H.323軟交換機(jī)和SIP軟交換機(jī)。而將MGCP軟交換機(jī)稱其為單體(Monolithic)軟交換機(jī)。MGCP單體軟交換機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是，它的設(shè)備軟件結(jié)構(gòu)趨向于傳統(tǒng)的交換機(jī)，便于集中式管理。它的弱點(diǎn)是，它不像H.323/SIP那樣把智能推向邊緣，而是高度集中。高度集中帶來(lái)的問(wèn)題就是軟交換機(jī)的性能、功能和價(jià)格會(huì)在大網(wǎng)實(shí)踐中有不小挑戰(zhàn)。更值得注意的是其增值業(yè)務(wù)和組網(wǎng)依賴于軟交換機(jī)，不適宜于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

目前，世界上最大的VoIP網(wǎng)絡(luò)－中國(guó)聯(lián)通VoIP網(wǎng)便是以H.323為基礎(chǔ)，以思科公司針對(duì)中國(guó)獨(dú)創(chuàng)的以分布式軟交換網(wǎng)絡(luò)為核心，軟交換系統(tǒng)和軟交換機(jī)為輔的組網(wǎng)原則組建的。

推動(dòng)VoIP發(fā)展的技術(shù)因素

技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展為創(chuàng)建一個(gè)更有效、功能和互操作性更強(qiáng)的VoIP網(wǎng)絡(luò)起到推波助瀾的作用。推動(dòng)VoIP飛速發(fā)展乃至加速VoIP普及的技術(shù)因素可以歸納為如下幾點(diǎn)。

1. CPU

CPU在高功能、低功率和高速度方面繼續(xù)發(fā)展。這使多媒體PC能夠廣泛應(yīng)用，并提高了受CPU功率限制的系統(tǒng)功能的性能。PC處理流媒體的能力在用戶中期待已久，所以在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳送語(yǔ)音呼叫理所當(dāng)然成為下一步的目標(biāo)。這個(gè)計(jì)算功能使先進(jìn)的多媒體桌面應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)組件中的先進(jìn)功能都支持語(yǔ)音應(yīng)用。

2. DSP

DSP (Digital Signal Processor，數(shù)字信號(hào)處理器)用來(lái)執(zhí)行語(yǔ)音和數(shù)據(jù)集成所要求的計(jì)算密集的任務(wù)。它們的專門化的處理能力與低成本的結(jié)合使DSP很好地適合于執(zhí)行VoIP系統(tǒng)中的信號(hào)處理功能。語(yǔ)音壓縮的運(yùn)算開(kāi)銷開(kāi)常大，要求達(dá)到20MIPS。如果要求一個(gè)中央CPU在處理多個(gè)語(yǔ)音流的同時(shí)，還執(zhí)行路由和系統(tǒng)管理功能，將會(huì)大大降低系統(tǒng)的總體性能。因此，使用DSP可以從CPU任務(wù)中分離出其中復(fù)雜的語(yǔ)音壓縮算法的運(yùn)算任務(wù)。

3. ASIC

ASIC (Application Specific Integrated Circuit，專用集成電路)是執(zhí)行單一應(yīng)用或很小的一組功能專門的應(yīng)用芯片。它的發(fā)展產(chǎn)生了更高速、功能更強(qiáng)大的集成電路，同時(shí)使設(shè)備的具有高效的性能，而成本更低。它們?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)提供增加的寬帶和更好的QoS支持，所以對(duì)VoIP發(fā)展起著很大的促進(jìn)作用。

4. IP傳輸技術(shù)

寬帶IP網(wǎng)絡(luò)通信對(duì)QoS和延遲特性提出了茍刻的要求。目前，除已問(wèn)世的IPV6協(xié)議外，IETF提出了MPLS (Mutli-Protocol Label Switching, 多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù))。這是一種基于網(wǎng)絡(luò)層選路各種標(biāo)記的交換技術(shù)，能提高選路的靈活性，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)層選路能力，簡(jiǎn)化路由器和基于信元交換的集成，提高網(wǎng)絡(luò)性能。它既可以作為獨(dú)立的選路協(xié)議工作，又能與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)選路協(xié)議兼容，支持IP網(wǎng)絡(luò)的各種操作、管理和維護(hù)功能，使IP網(wǎng)絡(luò)通信的QoS、路由、信令等性能大大提高，達(dá)到或接近ATM的水平，而又比ATM簡(jiǎn)單、高效、便宜、適用。IETF還抓緊新的分組理論技術(shù)，以便實(shí)現(xiàn)QoS選路。其中“隧道技術(shù)”就是為了實(shí)現(xiàn)單向鏈路的寬帶傳送。

5. 寬帶接入技術(shù)

IP網(wǎng)絡(luò)的用戶接入網(wǎng)已成為制約全網(wǎng)發(fā)展的瓶頸。從長(zhǎng)期發(fā)展看，用戶接入的終極目標(biāo)是光纖到戶(FTTH)。光接入網(wǎng)是業(yè)界的一個(gè)熱點(diǎn)，將成為面向21世紀(jì)寬帶接入技術(shù)的主要發(fā)展方向。在寬帶發(fā)達(dá)國(guó)家，例如日本、韓國(guó)，F(xiàn)TTH已得到普遍應(yīng)用，并在高速發(fā)展中，而我國(guó)的FTTH也正在起步。光接入網(wǎng)絡(luò)將會(huì)為多業(yè)務(wù)服務(wù)的新一代網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)足夠的帶寬。