书城计算机网络多媒体技术
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第41章 多媒体通信技术(5)

网守是多点IP电话系统组成的主要组件,相当于网络中的智能集线器,它把各个终端及网关智能地结合在一起,统一进行管理、维护、配置和开发。网守具有呼叫控制、地址翻译、带宽管理、拨号计划管理、网络管理和维护、数据库管理及集中账务和计费管理功能。

网守的主要功能如下。

1)呼叫控制

网守对呼叫终端进行身份和密码验证,只有注册登记的合法用户才被允许通过,并给予一个可连接的网关地址,完成呼叫的初始化。目前的网守支持IP到IP、IP到网关和网关到网关的连接控制。

2)地址翻译

基于H.323标准的IP电话系统中,在IP网络范围的呼叫,可以用一个别名来标记其目的终端的地址;而对于来自网络外的呼叫,如PSTN,当呼叫到达网关时,网关会收到一个符合E.164标准的号码地址来表示目的终端的地址。网守的地址翻译功能就是把这个别名或者E.164号码地址转换成可以识别的IP地址,方便网络寻址和路由选择。

3)带宽管理

网守可以通过发送RAS消息来支持对带宽的控制功能,这里的RAS消息包括带宽请求(BandwidthRequest,BRQ)、带宽确认(BandwidthConfirm,BCF)和带宽丢弃(BandwidthReject,BRJ)等。通过带宽的管理,可以限制网络可分配的最大带宽,为网络的IP语音传输预留资源。

4)拨号计划管理

拨号计划管理的功能在于,网守能够通过对拨号的管理,实现对呼叫路由的全面控制和维护,进而达到为不同的用户提供不同类型的业务,充分利用每个可到达的网关的功能,最大限度地发挥整个网络的效益。

5)数据库管理

在一个IP电话系统中,包含大量的数据信息,如系统的初始化信息、网络结构信息、网关配置信息、网络连接信息、用户信息和呼叫记录信息等。网络连接信息和呼叫记录信息的数据量都相当大,并且动态增加,这就要求必须有一个性能稳定、安全可靠的大型数据库来支撑,进行关键数据的备份,从而保证系统运行的安全性。

数据库管理是网守的一大功能。一般来讲,网守多数都通过集成现有数据库厂商的产品来提供数据库管理功能。

6)集中账务和计费管理

网守可以为所有的呼叫详细记录提供集中、开放的接口,支持储值卡和预付费方式的计费。

4.MCU

MCU使IP电话在IP网络中可实现多点通信,支持网络会议的多点应用,详细原理见9.2.4。

5.网管、计费及增值业务服务器

管理服务器是为网络管理人员提供的一种管理工具,采用开放式结构。IP电话网络管理人员可以通过它对各种组件进行管理。各种组件包括终端、网关、网守等;管理的功能包括设备控制、参数配置、端口配置、状态监测、拨号方案设置、负载均衡、鉴权及安全管理等。

计费服务器主要利用网守提供的标准、开放的数据接口收集用户每一次呼叫产生的详细记录并上传到本地数据库,形成计费信息。通过对计费信息的整理,可自动生成计费清单,为用户提供收费单据。计费服务器并不一定需要IP电话系统制造商提供。

9.4.3IP电话的实现方式

1.PC到PC

这是IP电话最早、也是目前最容易实现的一种方式,它相当于一种联机应用,用户使用专用客户端IP电话软件,再配备麦克风、音箱、声卡等设备就可通过IP网实现这种应用。

2.电话到电话

这是IP电话最主要的应用方式,IP电话市场收入的主要来源。这种应用需要通过网关将PSTN与IP网连接,网关的功能和质量至关重要。

3.PC机到电话

它属于IP电话的附加应用,主要是为满足不同用户的需求,吸引更多用户而开展的。它需要客户端软件和网关双方的支持。

4.电话到PC

它也属于IP电话附加的应用。但这种应用自身存在一些缺陷,开展较困难。主要是通话前要进行预约,而且预约非常不方便;本地网关与PC机上的应用软件之间互通不易实现。

5.通过Web网页连接呼叫中心

实现方式是在Web网页上建立一个与电话中心连接的图标,用户只需单击这个图标就可以通过Internet连接到呼叫中心并实现通话。这种方式对那些有服务中心、技术支持和产品介绍的公司和企业来说非常有用,它加强了用户与企业之间的联系。

6.传真机到传真机

IP电话网关通常还带有传真功能,网关可以辨别呼叫是电话还是传真从而分别处理。对于IP电话的业务商来说,IP传真已成为一项非常重要的收入来源。

9.4.4IP电话系统的相关技术标准

1.国际标准化组织

IP电话的国际标准化组织主要有ITUT(国际电联标准化部门)、ETSI(欧洲电信标准协会)、IETF(Internet工程任务组)和IMTC(多媒体远程会议集团)。

1)ITUTSG16研究组

主要从事多媒体终端和安全问题的研究,研究组最主要的工作就是制定H.323系列协议。

2)ETSITIPHON工程组

主要任务是规定一套业务互操作性要求,确定接口和功能方面的体系结构,对呼叫控制程序、信息流和协议作出规定,研究端到端服务质量参数及E.164地址与IP地址之间的转换,同时规定计费和安全方面的问题,目的是向各类网络运营者提供面向业务的解决方案,其工作基于H.323和现有电路交换网标准。

3)IETF

主要工作是制定新的信令协议,包括会话初始协议(SessionInitiationProtocol,SIP)、Internet和PSTN的网络互通。其IPTEL工作组负责制定相关协议和框架文件,包括呼叫处理语法等。该工作组还写出了一些业务模型文件,描述由呼叫处理语法实现的业务,并讨论语法的使用方法。

4)IMTC

该集团由来自北美、欧洲和亚太地区的150多个成员组成,旨在建立开放的国际标准,推动交互式多媒体远程会议解决方案的应用和实现。其VoIP论坛不定期地进行一些活动来制定标准,促进IP电话业务。

2.IP电话技术的协议和标准

IP电话协议主要分为H.323协议和SIP协议两大类,二者的主要区别在于呼叫建立和控制方面。目前各组织对IP网络上承载实时业务(话音、视频等)的方式并无不同,均是利用了源自IETF的RTP协议。SIP比H.323简单、灵活,但尚处于IETF的标准化阶段,支持厂家很少。ITUT于1996年11月通过了H.323标准,目的是使不同厂商的IP电话产品之间有良好的互连性。H.323标准描述了IP电话系统的基本构成和各部分功能。它支持点对点通信及在MCU支持下的多点通信协议。

1)H.323协议

为使各厂家的IP电话能够相互通信,相应的国际标准应运而出。在Intel和Microsoft的倡导下,由ITU推荐的H.323协议作为IP电话的基础协议。目前许多公司已向H.323靠拢,它们的产品均支持H.323协议。我国采用H.323作为IP电话的国内标准。H.323协议是ITU多媒体通信协议族H.32x中的1个,它提供了窄带可视电话的技术要求,包括基于X.25网的语音、视频、数据和控制等协议。H.323协议支持点到点通信和点到多点通信。H.323包括如下子协议。

①图像压缩解压协议:H.261、H.263。

②语音压缩解压协议:G.711、G.722、G.728、G.729、G.723、MPEG1。

③数据通信协议:T.120(资源共享)。

④呼叫控制协议:H.225(信令、注册、媒体同步、分组打包)。

⑤系统控制协议:H.245(打开和关闭呼叫功能协商)。

图像压缩解压和数据通信协议不对IP电话作出要求,但它们处于H.32x同一标准框架中。H.323本是通过与PSTN相连进行多媒体通信的LAN标准,对于不同带宽和不同时延的Internet,使用H.323协议使得其中许多部分成为无用成分。H.323协议规定的电话压缩解压协议是G.711,但G.711要求的6kbps带宽对Internet来说无法实现。因此,带宽为8kbps的G.729协议和带宽为5.3kbps、6.3kbps的G.723.1协议,更经常作为Internet的电话压缩解压协议,它们非常适合于Internet语音数据包的传输。H.323协议为IP电话提供了很好的协议基础,但它本身起源于计算机网络领域,在它的协议框架内,仍有许多地方需要改进,例如,H.323不支持呼叫转移,多点间通信过程复杂,采用H.323协议的用户,只有先与MCU连接,才能进行多点通信,并且进行多点通信的用户数上限受限制。此外,端到端传送DTMF(DTMF信号不容易编码、打包、拆包和解码)信号的协议以及PSTN到Internet的用户呼叫等问题也未解决。

2)VoIP论坛的协议

就上述H.323的不足,一些大公司,如Cisco、Microsoft、Dialogic等成立了VoIP(VoiceoverInternetProtocol)论坛。VoIP立足于现有的H.32x协议系列和电路交换网协议,并对它们进行完善。H.32x的目标是规定和发展基于开放性和一致性的通信规则,用于保证IP协议数据网上的、无缝电话通信设备间的互操作性和服务质量。

3)SIP协议

H.323提供了窄带多媒体通信所需要的所有子协议,但它的控制协议非常复杂。而SIP只是简单的呼叫控制协议,仅提供了呼叫的建立、控制和拆除等功能。SIP工作在应用层上,可采用TCP或UDP作为其传输协议。由于SIP仅用于初始化呼叫,不涉及数据传输过程,因而造成的附加传输代价远远小于H.323。SIP是一种基于文本的协议,它由SIP规则资源定位语言描述,可嵌入web页面或其他超文本链接中,用户只需用鼠标一点就可发出一个呼叫。

9.4.5IP电话系统的关键技术

对于IP电话系统,除了上述的网络传输、呼叫控制信令、资源预留协议等,还包括一些在IP电话端设备中广泛使用的其他技术,如语音压缩编解码、静音抑制、回声消除和QoS保证等。

1.语音压缩编解码器

语音压缩是IP电话终端的核心技术。IP电话系统通常采用低比特率的语音编解码器,主要有G.723.1和G.729两种。

2.静音抑制和舒适噪声生成技术

静音抑制技术是指检测通话过程或传真过程中的安静时段,并在这些安静时段中停止发送语音数据包。大量统计分析表明,在一路全双工电话交谈中,只有三分之一的时间内信号是活动的或有效的。当一方在讲话时,另一方在接听,而且讲话过程中有大量的停顿时间。

采用静音抑制控制,当通话终端双方在不讲话时,由于没有数据发送和接受,因而在终端中没有一点声音,这与接听传统电话静音期间的效果完全不同。为了满足人们长期使用传统电话形成的这一条件反射,一般在静音期间由终端通过舒适噪声生成(ComfortableNoiseGeneration,CNG)技术产生固定电平的舒适噪声送给受话器。

3.回声消除技术

对于IP电话终端设备,回声消除(AcousticEchoCancellation,AEC)技术是十分重要的,因为IP网络的时延较大,一般情况下时延很容易就达到40~50ms,这很容易引起回声,特别是在IP电话终端处于免提通话方式或在会议室环境应用时,会严重影响通话的语音质量。

1)IP网语音通信中回声的特点