一、概述

融合包括有:3C(计算机、通信和消费电子)融合、三网(广电网、通信网和互联网)融合、ICT(IT、通信业)融合、FMC(固网移动网融合)、TMT(通信、媒体和新技术)融合。。。


二、分离的理念

软交换和硬交换

在软交换这个名词诞生之前,根本没有硬交换这个称谓,当软交换技术诞生的时候,为了和过去的技术对比,才有人形象地将过去的程控交换机的交换模式称为硬交换。

所谓的软和硬,都是用来形象地比喻交换的核心部件,交换芯片与控制软件是否分离:如果控制软件独立于交换芯片,则是软交换,反之则是硬交换。

软交换并不是一种简单地提高交换能力、或者用更先进交换原理替代原有交换原理的技术,而是由增值业务的新需求促成的、崭新的电信网体系架构的技术基础。

对电信网来说,应该能够承载在任何目前的传输网络上,也就是说,应该把交换的呼叫控制功能和具体承载在哪种类型的网络上独立开,也就是“呼叫控制与承载分离”。

同样,对电信网来说,应该提供开放的呼叫逻辑接口,供任何第三方调用,使业务真正独立于网络,也就是“业务与呼叫控制分离”。


软交换的理念,更多考虑的是业务的创新速度而非业务本身,从业务本身而言,软交换和硬交换都可以提供数量繁多的增值业务。既然交换的控制部分从交换中独立出来,只要将其标准化,就很容易被更多的人管理和控制。任何人根本不用关心底层交换过程如何,只要有满足市场需求的业务,规划好呼叫流程和商业模式,就可以按照标准定义的函数来写应用了。

以软交换思想为基础,电信专家提出了NGN的概念。


三、几种IP呼叫信令

NGN的承载,将主要采用IP网。

H.323协议简介

H.323是一系列协议组成的框架性结构规范,因为它包含了多种ITU标准。H.323定义了四个主要的组件,终端(Terminal)、网关(Gateway)、关守(Gatekeeper)、多点控制单元(Multi-point Control Unit)。

SIP简介

SIP与IP的关系将发展成为类似HTTP与Internet的关系。


软交换技术中最常用的IP呼叫协议,是H.323和SIP。H.323和SIP分别是通信领域与互联网两大阵营推出的建议。

H.323试图把IP电话当作是众所周知的传统电话,只是传输方式发生了改变,由电路交换变成了分组交换。而SIP侧重于将IP电话作为互联网上的一个应用,较其他应用增加了信令和QoS的要求。

H.323和SIP支持的业务基本相同,也都利用RTP作为媒体传输的协议,但H.323相对复杂。


MGCP与Megaco/H.248

MGCP(媒体网关控制协议)一般应用于分开的多媒体网关单元之间。通过MGCP呼叫组成的网络,有两个基本的部件--负责媒体控制的MGC,负责媒体处理和转换的MG。

MGC执行对媒体网关的管理和控制,而MG执行诸如由TDM语音到VoIP的转化。

Megaco/H.248看做是MGCP的升级版本。

为了实现呼叫和承载分离,网关必须分离,于是H.248和Megaco应运而生。这两个协议对MGCP进行扩展,提供控制媒体的建立、修改和释放机制,同时也可携带某些随路信令,支持传统网络终端的呼叫,是媒体网关和软交换之间的主流协议。

VoIP其实就是将语音的媒体流从TDM转换到IP网络的所有技术体制的总称。


四、NGN

在NGN被提出之前,并没有上一代网络之说,但是逻辑上的上一代网络,应该是以交换能力和封闭的业务功能为核心的电信网络。

NGN采用的核心技术是软交换。主要有两个重要特征:

承载与控制分离

业务与呼叫分离

从发展角度来说,NGN/软交换是从传统的以电路为主的PSTN逐渐迈向以分组交换为主的数据网络的产物,它可以承载原有PSTN的所有业务,并把大量的数据传输卸载到IP/MPLS网络中,以减轻PSTN的重荷,同时又由于采用IP技术而增加和增强了许多新老业务。

从这个意义上讲,NGN/软交换是基于TDM的PSTN语音网络和基于IP/MPLS分组网络融合的产物,它使得大量语音、视频、数据相结合的业务类型在NGN/软交换上得以轻松实现。

软交换的技术实现

最基本的VoIP运营系统就是由软交换、落地和终端组成。绝大部分的VoIP虚拟运营商采用这种简单的体系,向用户提供分支机构互连、拨打固定电话或者移动电话的业务,赚取客户拨打电话费用和运营商落地结算费用之间的差价。


五、RTP

TCP是面向连接的,所有开发VoIP的人往往首先想到TCP,但是由于TCP经常重发IP层因差错而抛弃的部分,这反倒让实时的VoIP通话失败率更高。而恰恰是不被看好的UDP,却承担了VoIP的大任。

UDP是无连接的,使得IP传送语音包经常发生错乱情况,影响语音通信的正常进行。那么就需要一些新的工具,规避或者尽量规避错乱现象的发生,比如在起点给每个语音包打上标签,标上号码,到达终点后按照标签号码重新排列。


六、IP网络的语音编码

在IP网络上传送语音,可以对数字语音编码进行压缩后传送,好处是:节省带宽资源,减少语音时延,在无法保证质量的IP网络上尽可能完好的传送语音信号,让通话双方更满意。但是,节约了带宽,也不可避免地损失了声音的信息,其质量自然会有所损失,无法与非压缩的语音质量相媲美。

G.711

G.711编码是指一个64kbit/s未压缩通道传输语音信号,在IP网络质量完全有保障的情况下,使用G.711格式,音质与PSTN是没有区别的,在IP网络质量无保障的情况下,使用G.711格式会有较大隐患,IP网络稍有问题,如某个时刻发生网络拥塞,语音质量将严重下降。

G.729

G.729是ITU-T制定的,它提供了分组化语音应用所需的“静音抑制”算法,G.729对语音进行编码和压缩,使语音的传输速率降低为8kbit/s即可。

G.723

G.723也是ITU-T制定的,不过它是双速率语音编码,它可以工作在5.3kbit/s和6.3kbit/s两个方式上。

实际上,大量的VoIP系统都采用G.711、G.723和G.729混合编码。

iLBC

iLBC编码格式是一种特别适合互联网传送的编码方式。无论在高丢包率条件下还是在没有丢包的条件下,iLBC的语音质量都优于目前流行的G.723、G.729等标准的编解码,而且丢包率越大,使用iLBC的语音质量优势越明显。

通常情况下,为了衡量IP网络语音质量,将>=5%丢包率的网络情况定义为VoIP的极限网络条件。经过语音质量测试,即使在5%丢包率的情况下,iLBC仍然能够提供相当于GSM手机的语音质量。

很多人知道iLBC,都是通过Skype这个即时通信软件,正是这种语音编码的巨大优势,是Skype获得了快速发展。

G.726

ITU-T的G.726语音压缩编码,学名“自适应差分脉冲编码调制(ADPCM,Adaptive Differential Pulse Code Modulation)”

ADPCM是针对16位声音波形数据的一种有损压缩算法,它将声音流中每次抽样的16位数据以4位存储,压缩包1:4,压缩/解压缩算法非常简单,是一种低空间消耗、高质量、高效率声音获得的好途径。保存声音的数据文件后缀名为.aud的,大多是用ADPCM压缩的。


VoIP各种编码所需IP带宽计算方法

PCM的语音采用64kbit/s的带宽,这个值非常恒定。但一路VoIP语音的带宽,就没这么简单了。除了语音压缩后本身需要的带宽,还有大量的IP网络的开销也需要算进去。

为了弄清楚每路语音到底占用多大带宽,可以使用下列公式:

带宽 = 包长度 x 每秒包数 = 包长度 x (1/打包周期)

= (Ethernet头 + IP头 + UDP头 + RTP头 + 有效载荷) x (1/打包周期)

= (208bit + 160bit + 64bit + 96bit + 有效载荷) x (1/打包周期)

= (528bit + (打包周期 x 每秒的比特数)) x (1/打包周期)

= (528/打包周期) + 每秒的比特数

按照上面的公式:

G.711: 20ms打包,带宽为 (528/20 + 64)kbit/s = 90.4kbit/s,比64kbit/s高50%。

G.729: 20ms打包,带宽为(528/20 + 8)kbit/s = 34.4kbit/s,约为64kbit/s的一半。

G.723: 5.3kbit/s,30ms打包,带宽为(528/30 + 5.3)kbit/s = 22.9kbit/s,约为64kbit/s的1/3。


七、IMS--移动网中的软交换

承载与控制分离,业务与呼叫分离,这并不是固网的专利,在移动网中,需求同样存在。只是在移动网中,不成为软交换,而叫做IMS(多媒体子系统)。

之所以称为子系统,是从整个移动通信网的总体来讲,IMS只是其中的一个IP多媒体子网,是为移动通信这一大网服务的。

传统的移动网络和PSTN都是“大一统”架构,由交换机和智能网配合,提供增值服务。PSTN已经有了软交换技术解决业务发展的问题,而移动网对应的是IMS,可以将其理解为移动网中的软交换。

由于IMS出现得比软交换要晚一些,因此业界讨论更加充分,规划也更加合理和理性。论据之一就是全部采用SIP作为呼叫控制盒业务控制的信令,而不像软交换那样多协议并存。

如果整个移动网络是一部汽车,那么IMS将成为其增值业务的发动机,是移动数据业务的触发器。

从IMS的技术机理上说,它对控制层功能作了进一步分解,实现了会话控制和承载控制在功能上的分离,使网络架构更为开放、灵活,IMS实际上比传统软交换更软。

IMS是不是只能支持移动的终端呢?其实不然,IMS与软交换一样,采用业务、控制、承载完全分离的水平架构,业务与接入是无关的。移动终端能接入,固定终端、WiFi、LAN、xDSL自然更是没有问题,那么IMS就成了移动-固网融合(FMC)演进的技术支撑和基础。

 

八、IP-PBX

传统的电路交换的语音交换机--PBX发展了几十年,但是已经很难适应新的客户需求。以TCP/IP技术为核心的互联网的高速发展,催生了大量业务,而传统的以TDM为核心的PBX很难满足新时代的需求。

IP的开放性和通用性给PBX的演进带来了新的思路。以IP交换为核心的IP-PBX,不但能够完成传统语音交换功能,实现所有传统PBX支持的业务,如呼叫转移、DID、会议、共振等,还可以实现语音邮箱、按需录音、与CRM等结合、IP旁路、定制彩铃等。

最为重要的一点,在IP-PBX上开发新业务,速度快,效率高,通过与NGN的结合实现业务推送,可以实现更为丰富的增值业务。

全球最流行的通信开源软件Asterisk,为IP-PBX的快速发展提供了重要的来源。据不完全统计,目前全世界有几千个小商家基于Asterisk开发自己的IP-PBX产品。

1999年,一个美国人马克-斯宾塞开发出了最原始的一个软件PBX,他给这个软件起了个名字,叫做星号,即Asterisk,这个名字很有趣,在Linux中,星号是通配符,在电话上也有*键,他起这个名字表达什么都能做的意思。

 

IP技术给我们带来的变化是深刻的,你很难用传统的通信概念来理解今天的基于IP技术的产品,今天我们流行与时俱进,而古人的话则更为简练而深刻,欲穷千里目,更上一层楼。