基于NGN软交换的VoIP技术研究

【前言】基于NGN软交换的VoIP技术研究由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。随着软交换网络逐步走向实际应用，未来的VoIP技术将是软交换控制下的VolP技术，基于软交换的VoIP将成为NGN提供业务的最大亮点。 1.VOlP技术简介 VoIP技术是将模拟声音信号进行编码、压缩与封包后，以数据封包的形式在IP网络的环境中传输。VoIP是一种以IP电话为主，并...

摘要：VoIP作为的一种新型网络应用技术，近年来发展迅速，应用广泛。本文介绍了VoIP电话的通信模型、原理和采用协议，阐述了基于ngn软交换的voip系统构成和优势。

关键词：VoIP；协议；软交换；NGN

中图分类号：TN911.7 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2012.07.036

引言

VoIP（Voice Over Internet Protoc01）又称IP电话或网络电话，是目前Internet领域的应用热点。IP电话通过数据网络传送数字语音信号，具有应用创新、效率提升、可与NGN（下一代网络）或传统电话平衡对接、显著降低网络运营成本等优势，在各个领域得到了广泛的应用。

随着软交换网络逐步走向实际应用，未来的VoIP技术将是软交换控制下的VolP技术，基于软交换的VoIP将成为NGN提供业务的最大亮点。

1.VOlP技术简介

VoIP技术是将模拟声音信号进行编码、压缩与封包后，以数据封包的形式在IP网络的环境中传输。VoIP是一种以IP电话为主，并推出相应的增值业务的技术。VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务，VoIP既可以在IP网络上便宜的传送语音、传真，又可提供数据服务，如浏览新闻、查看股票信息、电视会议、电子商务等服务。

IP电话是在计算机网络技术和多媒体技术发展的基础上，尤其是在Internet商业化以后产生和发展起来的。1995年2月以色列VocalTec公司研制出可以通过Internet网打长途电话的软件产品“Internet Phone”。因此，IP电话开始是以软件形式出现的，仅限于PC to PC间的通话。随着宽频普及与相关网络技术的演进，网络电话也由单纯PC to PC的通话形式，发展出IP to PSTN（公共电话网络）、PSTN to IP、PSTN to PSTN及IP to IP等各种形式，经过几年的发展，IP电话作为信息技术的一项新型应用业务在全世界迅速开展，并对传统电话业务形成越来越大的威胁。可以预见，IP电话未来将取代传统电话，VoIP是大势所趋，是话音业务的发展方向。

2.VoIP电话的模型及原理

传统的电话网是以电路交换方式传输语音，所要求的传输宽带为64kbit/s。而所谓的VoIP是以IP分组交换网络为传输平台，对模拟的语音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理，使之可以采用无连接的UDP协议进行传输。IP电话的传输模型如图1所示，可以分为5个传输阶段。

2.1语音-数据转换

语音信号是模拟波形，通过IP方式来传输语音，不管是实时应用业务还是非实时应用业务，首先要对语音信号进行模拟数据转换，也就是对模拟语音信号进行8位或6位的量化，然后送入到缓冲存储区中，缓冲器的大小可以根据延迟和编码的要求选择。许多低比特率的编码器是采取以帧为单位进行编码，典型帧长为10～30ms。考虑传输过程中的代价，语音包通常由60、120或240ms的语音数据组成。数字化可以使用各种语音编码方案来实现，目前采用的语音编码标准主要有ITU-TG.7ll。源和目的地的语音编码器必须实现相同的算法，这样目的地的语音设备才可以还原模拟语音信号。

2.2原数据到IP转换

对语音信号进行数字编码之后，下一步就是对语音包以特定的帧长进行压缩编码。大部份的编码器都有特定的帧长，若一个编码器使用15ms的帧，则把每次60ms的语音包分成4帧，并按顺序进行编码。每个帧合120个语音样点（抽样率为8kHz）。编码后，将4个压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。网络处理器为语音添加包头、时标和其它信息后通过网络传送到另一端点。语音网络简单地建立通信端点之间的物理连接（一条线路），并在端点之间传输编码的信号。IP网络不像电路交换网络，它不形成连接，它要求把数据放在可变长的数据报或分组中，然后给每个数据报附带寻址和控制信息，并通过网络发送，一站一站地转发到目的地。

2.3传送

在IP电话传输通道中，全部网络从输入端接收语音包，然后在一定时间t内将其传送到网络输出端。t可以在某个范围内变化，反映了网络传输中的抖动。网络中的每个节点检查每个IP数据附带的寻址信息，并使用这个信息把该数据报转发到目的地路径上的下一站。网络链路可以是支持IP数据流的任何拓扑结构或访问方法。

2.4IP包一数据的转换

目的地VoIP设备接收这个IP数据并开始处理。网络级提供一个可变长度的缓冲器，用来调节网络产生的抖动。该缓冲器可容纳许多语音包，用户可以选择缓冲器的大小。小的缓冲器产生延迟较小，但不能调节大的抖动。其次，解码器将经编码的语音包解压缩后产生新的语音包，这个模块也可以按帧进行操作，完全和解码器的长度相同。若帧长度为15ms，60ms的语音包被分成4帧，然后它们被解码后还原成60ms的语音数据流送入解码缓冲器。在数据报的处理过程中，去掉寻址和控制信息，保留原始的数据，然后把这个数据提供给解码器。

2.5数字语音转换为模拟语音

播放驱动器将缓冲器中的语音样点（480个）取出送入声卡，通过扬声器按预定的频率（例如8kHz）播出。

3.VoIP采用协议

VoIP通信包含业务和信令协议两大类，IP电话主要遵循H.323、SIP、MGCP和H.248协议在分组网络上实现话音、多媒体等通信业务的传输；信令传送协议采用SIGTRAN。

3.1H.323协议

基于H.323体系是第一代IP电话协议，是由ITU-T国际电联制定的，原则上，该协议提供了基础网络（Packet Based Networks；PBN）架构上的多媒体通讯系统标准，并为IP网络上的多媒体通讯应用提供了技术基础。H.323结构为集中式对等结构，比较成熟，为设备的稳定性提供了保证，有助于实现不同厂商设备间的互操作。但是，H.323建议标准过于复杂，产品太昂贵，且不能与SS7（NO.7信令）集成，扩展性较弱，不适用于组建大规模网络，并且没有拥塞控制机制，服务质量得不到保证。

3.2SIP协议

SIP是由IETF制定，属于应用层控制协议，基于客户一服务器概念，终端具有较高的智能型，网络只是为其提供路由、认证等服务，终端完全可以自己发起请求，建立连接SIP协议具备支持用户定位、终端能力检测、组播等能力。SIP协议可支持多媒体会议、远程教学及Internet电话等领域的应用。比起H.323来说，其灵活性与扩展性的表现更好。

3.3MGCP协议

MGCP协议是简单网关控制协议（SGCP）和IP设备控制（IPDC）协议和并的结果，是H.323网关分解的产物，基于主从工作模式。MGCP协议主要用于软交换与媒体网关或软交换与MGCP终端之间的控制过程。由于MGCP更加适应需要中央控管的通讯服务模式，因此更符合电信运营商的需求。

3.4H.248协议

H.248协议主要用于软交换和媒体网关或软交换与H.248终端之间，软交换通过此协议控制媒体网关或H.248终端上的媒体或控制流的连接建立和释放。与MGCP协议类似，H.248协议也是网关分解的产物，也基于主从工作模式，具备有MGCP的所有优点，且H.248独立于承载，支持二进制和文本两种编码格式。H.248已于2000年初被IETF和ITU签署认可，很可能取代MGCP。

3.5SIGTRAN协议

SIGTRAN协议是IETF的信令传送工作组SIGTRAN所建立的一套在IP网络上传送PSTN信令的传输控制协议。SIGTRAN定义了一个比较完善的SIGTRAN协议堆栈，分为IP传输层、信令传输层、信令传输适配层和信令应用层四层，分别采用IP、SCTP、SUA、TCAP等协议。不同的信令应用层需要不同的信令传输适配层，SIGTRAN有效解决了电信网信令在IP网中高可靠性，高实时性传输的问题，保证SCN的信令（主要是七号信令）在IP网络中的可靠传输。

4.基于NGN软交换的VoIP系统

虽然VoIP拥有许多优点，但绝不可能在短期内完全取代已有悠久历史并发展成熟的PSTN电路交换网，VoIP的发展经历三个阶段。

1996年到1999年是VoIP发展的初期阶段。这一阶段VoIP的主要特点为：在企业网、互联网上小规模地提供不保证服务质量的语音通信；信令控制协议主要是H.323、MGCP；单GK（网守）、单MGCP的小业务系统；不与电信网互通，或通过企业小网关作为用户接入电信网；不具有电信运营的OSS（运营支撑系统）；不具有商业运营模式。

1999年到现在是VoIP发展的第二阶段。这一阶段的主要特点为：组建大规模商用的VoIP长途业务网，为公众提供有服务质量保证的长途语音通信；业务网技术体系主要为H.323、H.248，个别小运营商用MGCP或SIP；多组GK多管理域组网解决了业务大网组网问题；特别建设的承载网（承载VPN）解决了VoIP长途语音业务网的OoS（服务质量）问题；较完善的OSS提供了对长途语音基本业务和部分增值业务的支持；具有电信运营模式；与传统电信网实现网间互联互通；作为基本电信业务之一受政府主管部门监管。

从现在开始是VoIP发展的第三阶段，目标是向NGN演进。其主要特征为：把网关向末端延伸，IP到末端提供有服务质量保证的通信业务；向公众提供更丰富的语音增值业务；从单一媒体通信向多媒体通信发展；融合固定通信业务与移动通信业务；融合电信业务和互联网业务；解决组建NGN大网问题，解决网间互联互通互操作问题；解决NGN网内媒体信号处理问题；新的业务网络具有强大的OSS；可监管，可合法监听；具有良好的商业运营模式。

基于软交换的中兴NGN系统架构如图2所示，NGN系统包括业务层、控制层、核心层和接入层。基于软交换技术的NGN网络是业务驱动的网络，通过呼叫控制、媒体交换及承载的分离，实现了开放的分层架构，各层次网络单元通过标准协议互通，可以各自独立演进，以适应未来技术的发展。

基于NGN软交换的VoIP系统由媒体网关（MG）、媒体网关控制器（MGC）、媒体服务器（MS）等部分组成。其中，媒体网关（MG）位于NGN的接入层，包括：AG（接入网关）、TG（中继网关）、SG（信令网关）和IAD（综合接入设备）等，分别完成终端用户接入、媒体流转换、电路交换网信令与包交换网（基于IP）之间的信令的转换功能、小型设备接入等功能；媒体网关控制器（MGC）位于NGN的控制层，主要完成各种媒体网关之间通信业务的呼叫控制和连接管理等功能，媒体服务器（MS）位于NGN的业务层，在呼叫建立的基础上提供额外的增值服务以及运营支撑。

NGN网络架构中的VolP系统实现了全网用户数据统一管理、全网业务统一提供、实现了所有网络的融合、用户接入手段多样性（包括宽带域和窄带域）、用户可全网移动。

经过数年的发展，VoIP作为一项新型电话业务在国际上的运用已足见规模，国内业务市场更是前景无限。目前VoIP系统产业链上的设备生产商、运营商、服务商已将其作为日后发展的一个重点，VoIP具有广阔的发展前景。