书城计算机网络多媒体技术
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第40章 多媒体通信技术(4)

目前,关于IP电话尚无统一的分类标准。一般可根据其使用的平台、所采用的传输线路、在网络中的位置以及功能的多少进行分类:

①根据其使用平台不同,可分为硬终端和软终端;

②根据其使用的传输线路不同,可分为以太局域网IP电话终端、InternetIP电话终端、ADSLIP电话终端、SDHIP电话终端、ATMIP电话终端、CATVIP电话终端等;

③根据其在网络中的位置不同,可分为用户终端、IP电话集线器和媒体网关;

④根据其采用的主要协议不同,可分为H.323、SIP和媒体网关控制协议(MediaGatewayControlProtocol,MGCP)终端;

⑤根据其功能多少,可分为简单终端、标准终端和增强终端。

1)软终端

软终端是通过运行多媒体终端上相应的IP电话软件来实现语音通信功能的,终端设备本身并不是为IP电话应用而专门设计的。软终端主要包括多媒体计算机IP电话终端和多媒体信息家电终端两大类。

多媒体计算机IP电话终端以计算机为基础,以声卡为语音采集和回放设备,以图像采集卡为图像输入设备,以网卡为高速数据传输设备来实现IP网络的语音通信。用户在多媒体计算机上安装和运行IP电话客户端软件,通过用户界面可快速地进行呼叫,实现PC到PC,PC到电话机的IP语音通信。在计算机上的这种语音通信方式其实并不太符合人们日常打电话的习惯,因此它更多地用于音频或视频聊天。

USB接口IP电话机是一种典型的多媒体计算机IP电话终端,它通过USB接口连接到计算机,和计算机使用同一个IP地址,采用计算机的网卡进行数据传输,从而实现语音通信。在使用时,用户只需在计算机上安装软件,只要计算机工作,就可拨打和接听IP电话,且打电话和计算机上网可同时进行,互不影响。

多媒体信息家电终端是以数字电视接收机为代表的多媒体信息接收设备,具有电视图像接收、图文信息接收、数据广播接收、Internet网页浏览、IP视频会议、IP电话等多种功能,是“三网合一”的主要接收设备。该类设备符合数字电视标准,支持互联网的多数主要协议,采用语音和图像压缩技术,兼容现有的多种音视频压缩标准,提供多种交互式应用服务。

软终端可以采用H.323协议,也可以采用SIP协议。

2)硬终端

采用专用DSP芯片及嵌入式操作系统的IP电话机一般称为硬终端。硬终端按采用的协议也可分为H.323协议终端和SIP协议终端两大类。

H.323协议是目前商用IP电话的主要协议。H.323协议十分庞大,由于采用了传统电信网络烦琐的信令概念,使得H.323终端无论是实现技术手段还是使用和管理方法都十分复杂,但由于其系统具有较强的可管理性,故仍然博得了运营商的青睐,成为目前IP语音通信市场的主流技术。

H.323协议终端根据其对协议支持的程度可分为简单音频终端、标准终端和增强终端。

(1)简单音频终端

简单音频终端有限程度地支持H.323协议,主要提供IP电话应用H.323附件F对音频简单终端的功能和协议过程作出规定。它只需要具有H.323协议的一个子集功能,完全支持IP电话应用,并能和使用常规的H.323v.2协议的设备互操作。

简单音频终端只使用有限的资源(如处理能力、通信带宽、存储容量等);在媒体能力方面,它支持G.711或G.723.1、G.729、GSM语音编解码和基本的数据通信(非T.120功能)。在控制能力方面,它支持H.323v2的快速连接过程,支持呼叫信令信道上隧道传送H.245消息,支持基于UDP的快速连接过程(任选能力);在缺省情况下,音频SUD能参加多点会议,但仅限于电话会议。

以太网接口IP电话机是简单音频终端的代表,其核心是一个H.323标准的音频编解码器。此类终端外形及功能和普通电话机基本相似,不同的是其外线接口为RJ45形式的以太网接口,通过它连接局域网并通过ISP接入互联网,或者连接局域网上的IPPBX来实现IP语音通信。考虑到目前局域网综合布线系统的特点,一般用户房间只有一个桌面或墙面数据接口插座,为此,有的产品在电话机上内置一个三口交换机,外接两个RJ45接口,一个用于连接交换机,一个用于连接PC,方便用户使用。考虑到用户从PSTN到IP网过渡过程中的使用问题,有的产品也保留了PSTN网接口,可在IP与PSTN双网中使用。

H.323移动终端(MT)是一种移动IP电话终端,其基本功能和一般的移动终端相同,也包括用户识别模块(SubscriberIdentityModule,SIM),但支持H.323协议。SIM卡可插入任何H.323移动终端,用户利用此卡可在任何终端上发送和接收呼叫。移动终端由国际移动设备标志(InternationalMobileEquipmentIdentity,IMEI)识别,移动用户则由国际移动用户标志(InternationalMobileSubscriberIdentity,IMSI)识别,二者互相独立。SIM卡中写有IMSI、认证密钥和一些必要的用户信息。使用SIM卡需要密码。H.323移动终端支持常用的语音压缩编码,还支持多种数据应用协议,包括短消息业务。

移动IP电话系统还包括无线接入单元(WirelessAccessUnit,WAU)和网守系统。无线接入单元由无线收发信机(WirelessTransceiverSwitcher,WTS)和无线基站控制器(WirelessStationController,WSC)组成,二者通过标准IP接口连接。WTS处理无线链路协议;WSC管理无线资源,处理无线信道建立、跳频和切换。网守系统包括移动服务器网守和访问网守。

(2)标准终端

标准终端完全符合H.323协议,特别是H.323v2版本具有完整的语音呼叫控制能力,在提供电话业务的同时,可选择性地提供图像和数据业务,满足基本语音通信和一般视频通信的使用要求。

标准终端在支持语音的同时,可选择性地支持一定的资源(如处理能力、通信带宽、存储容量等)。在媒体能力方面,它支持G.711、G.723.1、G.729语音编解码和基本的数据通信(T.120)功能,支持H.263视频编解码,支持单播和多播传送。在控制能力方面,它支持所有的远程访问服务(RemoteAccessServices,RAS)信令功能;支持H.323v2的一般呼叫过程;支持H.225.0定义的呼叫信令功能,包括呼叫建立和呼叫释放全过程;呼叫发起时,可以采用一般呼叫建立流程,也可以采用快速连接过程;支持呼叫信令信道上隧道方式传送H.245消息;支持RSVP协议;支持多点会议的H.245消息(可选能力)。

标准终端用于一般的IP电话业务时无须支持安全功能。对于会议应用,终端只提供对网守安全控制机制的响应,从而提供一定程度的安全性保证。

可视电话机是标准终端的代表。可视电话机具有多媒体通信的特点,采用部分多媒体通信协议,功能上以语音通信为主,同时支持低速率(128kbps以下)图像及数据(如文件、传真及图片)传输。图像传输最大速率一般不超过15fps。视频发送和接收由摄像机、视频编解码器和显示器三部分组成。视频输入一般采用内置不带云台的固定焦距摄像机,分辨率较低,具有自动光圈和自动白平衡调整功能。视频编解码器采用H.263协议的专用芯片实现。图像显示器一般采用薄膜晶体管LCD(ThinFilmTransistorLCD,TFTLCD),尺寸为4英寸。在数据功能中也包括用户对电子白板和应用程序的共享,便于用户对文件进行讨论、协商、修改及编辑整理。

可视电话机主要有以太网接口可视电话机和PSTN线路接口可视电话机两种。其核心都是包含音频、视频、数据及系统控制功能的标准的H.323编解码器。以太网接口可视电话机由一个标准的H.323编解码器外加一个或多个以太网接口组成。

PSTN线路接口可视电话机由一个标准的H.323编解码器外加一个调制解调器组成,通常又称为H.324终端。这是因为在H.324建议中规定了PSTN线路接口可视电话的系统框架及各项主要功能,同时也规定了各部分之间的相互关系。

(3)增强终端

增强终端和标准终端基本相同,它提供和标准终端相同的功能时对提供业务的质量有所增强,如高级别QoS的语音传输,支持高速率(384kbps以上)图像传输,不但满足可视电话的要求,而且满足普通视频会议的应用,同时它完全支持多种呼叫补充业务和增值业务,如IP传真业务、Web浏览、收发Email等。在安全性方面,它可支持较高程度的安全性保证机制,如采用H.233加密协议。

2.网关

网关是一台专门的机器运行编码软件,用于控制语音呼叫的打包、压缩和解压缩。它具备与PSTN或者PBX相连的电路接口,以及配有与LAN相连的网络接口卡。此外还有专门的软件负责进程管理,网关与网关、网关与网守之间的通信。

用户通过PSTN本地环路连接到网关,网关负责把模拟信号转换为数字信号并压缩打包,成为可以在IP网上传输的IP分组语音信号,然后通过IP网传送到被叫用户的网关端,由被叫端的网关对IP数据包进行解包、解压和解码,还原为可被识别的模拟语音信号,再通过PSTN传到被叫方的终端。这样就完成了一个完整的电话到电话的IP电话通信过程。

IP电话网关具有路由管理功能,它把各地区电话区号映射为相应的地区网关IP地址。这些信息存放在一个数据库中,有关处理软件完成呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能。在用户拨打IP电话时,IP电话网关根据电话区号数据库资料,确定相应网关的IP地址,并将此IP地址加入IP数据包中,同时选择最佳路由,以减少传输时延,IP数据包经因特网到达目的地IP电话网关。

IP网关包括语音接口卡以及一套功能齐备的呼叫软件,类似网络接口卡。每个IP网关都有一个IP地址,和IP电话终端一样在网守中注册登记。软件的功能包括系统配置、呼叫管理、呼叫建立和终止、语音支持、路由器和广域网优先协议以及内嵌的SNMP网络管理等。

1)网关的组成和功能

IP电话网关采用了分层模块化结构,可以分成硬件层、软件模块层、维护管理层、控制接口层几个部分。软件模块层又包括语音信号处理、PSTN呼叫控制、IP呼叫管理、IP呼叫控制、数据传输、DSP管理软件包等。语音信号处理包含语音编解码、回波抵消和DTMF检测等组成功能。IP电话网关的主要功能如下:

①语音分组和号码查询;

②负责完成PSTN、ISDN侧的呼叫建立和释放;

③负责完成IP网络的呼叫建立和释放;

④完成语音编码和打包;

⑤回声消除;

⑥静音检测;

⑦收发端缓存;

⑧语音编码方式的转换,包括G.711、G.723.1、G.729、G.729.A等协议;

⑨采集和传送计费信息;

⑩自动识别语音和传真业务;

B11实现T.30和T.38通信规程;

B12实现H.323、H.245、H.235、RTP、RTCP、TUP、DSSI等协议;

B13提供用户交互信息和查询;

B14具有与网管系统的接口,完成配置、统计、故障查询、报警等功能;

B15具有外同步接口,可与现有同步网连接;

B16提供网络QoS测试。

2)网关分类

目前由于历史和地域的原因,不同国家、不同地区的电话网上使用的协议并不相同。对于不同的业务、不同的IP终端,网关必须提供不同的接口和不同的功能,这样,根据不同的网络特点就需要不同类型、不同规模的各种网关。主要的网关有两种形式:一种是基于工控机平台,通过在主机扩展槽中增加语音卡并配合相应软件构成的网关;另一种为独立的网关设备。网关根据其功能强弱可大致分为以下五类。

①干线网关:它提供PSTN干线交换机与IP电话网的接口,需要完成No.7和H.323信令的转换。

②ATM语音网关:它与干线网关类似,连接ATM和PSTN主干网。

③用户网关:它为传统电话机直接接入IP电话网提供接口,故又称为媒体网关。

用户网关形式很多,如IP电话集线器、IP电话语音卡、调制解调器、机顶盒、ADSL接入设备、宽带无线IP电话接入设备等。

IP电话集线器也称IP电话HUB,通常可接1~4路电话,采用桌面放置方式。

IP电话语音卡一般采用PCI或ISA总线形式,可以插入计算机的扩展槽中。单个语音卡一般具有4路或8路输入端口。端口分FXS(ForeignExchangeStation)接口和FXO(ForeignExchangeOffice)接口两种类型,均采用RJ11接口形式。FXS用于连接普通电话机或小型PBX外线,FXO用于连接PSTN电话线或PBX内线。计算机通过以太网接口连接企业的局域网,与语音卡一起构成了IP电话语音网关,并可以和其他上网设备通过集线器经路由器或Modem与广域网连接,实现设备间的互连和带宽共享。语音网关根据不同需求可以配置单个或多个语音卡。网卡配置一般为一个10/100Mbps自适应以太网卡。

IP电话机顶盒通常用于由CATV改造的IP网络。IP电话机顶盒依照DOCSIS1.1标准设计,除具有一般机顶盒的Cable接口和EthernetRJ45接口外,还内置了电话机功能,具有音频或视频输入发送功能,可以直接作为有线电视网络IP电话终端使用,同时也可连接PC机、以太网IP电话机等终端。

④接入网关提供传统模拟或数字PBX到IP网络的接口,它无须处理No.7信令的转换,一般多是小型的IP电话网关。

⑤企业级网关为IP电话网提供了一个与传统数字交换机的接口,或者一个综合的“软交换机”接口。

3.网守