摘要  本文分析了数字电话技术VoIP的基本原理和系统组成，针对VoIP的几个关键技术进行分析讨论，在此基础上根据企业网络的不同构成情况，提出了两种基本的企业VoIP技术解决方案，最后对企业VoIP的发展进行了展望。     关键词  VoIP；PSTN；LAN；PBX 0 引言      近几年,互联网发展迅速，并逐渐渗入生活的各个领域，网络新技术也不断涌现，VoIP(Voice over Internet Protocal)就是其中之一。VoIP是一种数字电话技术,从字面意思理解就是通过IP网络来传输语音信号。它集成了语音压缩/解压缩、数据存储与交换及路由分配等多项信息处理技术，因其能利用现有网络资源提供廉价甚至免费的语音服务，最近几年得到广泛的应用，成为传统PSTN的强劲对手。在网上迅速走红的Skype软件就是最好的证明。如今，这项技术也引发了一轮企业通信革命。传统企业一般采用PSTN来进行语音交流，采用LAN来传送数据，这样不仅会产生大量的通信费用，增加企业运营成本，而且会浪费巨大的网络资源。运用VoIP技术，通过技术整合，将传统企业PSTN语音业务与传统LAN数据业务合二为一，不仅大大降低了企业的通信成本，而且变革了企业内部的网络架构,进一步提高了企业的工作效率。本文根据企业网络的不同构成情况，提出了两种基本的企业VoIP技术解决方案。1 基于VoIP的关键技术及体系结构      传统的电话网是以电路交换方式传输语音，一旦连接建立，这条电话将一直为这次通话服务，直到通话一方释放连接。而VoIP是以IP分组交换网络为传输平台，先把从终端取得的模拟信号转换为数字信号，通过语音压缩算法对语音数字信号进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按TCP/IP标准进行打包，形成统一的IP数据包，经过网络把语音数据送至接收端，接收端把这些语音数据按照时间先后串起来，经过解码解压缩后恢复成原来的语音信号，从而达到通过互联网传送语音的目的。传输使用的是无连接的UDP协议[1]，使用尽力而为的方式。其数据传送过程示意图如图1。图1  VoIP数据传送模型图1.1 VoIP关键技术分析      VoIP要实现的是通过网络来传输语音，通过分组交换来传送信息，不可避免的会出现分组丢失、失序到达和抖动等情况，造成语音质量下降，因此必须通过一定的技术来解决这些问题。在VoIP中，采用的关键技术主要有编码技术、信令技术和QoS保障技术等。1.1.1语音编码      在VoIP的通信过程中，语音压缩编码是至关重要的一环。它的作用就是把用户语音的PCM（脉冲编码调制）抽样编码成少量比特的语音帧，从而大大地节省了网络的带宽，而且使得语音在链路产生误码、网络抖动和突发传输时具有很强的健壮性。      语音编码算法需要考虑三个方面的问题：编码比特率、语音质量和算法复杂度，但这些指标时互相影响的。比特率越低，线路利用率越高，但语音质量会受到影响；在同样比特率的情况下，算法设计越复杂，语音质量会有所提高，但延时会增加。实际的编码方案和算法就是在上述三个指标中取得折中。      目前应用于VoIP通信中的编码技术主要是由ITU-T建议的应用于低速率多媒体服务中语音信号的压缩算法，如G.723,G.729等。1.1.2信令技术      信令控制技术是保证VoIP 建立呼叫和传输数据等环节正常运行的基础。信令在通信网中实现认证、资源分配和计费等功能，信令系统的体系结构和复杂程度在很大程度上决定了网络的可扩展能力、互通能力和业务提供能力。目前。工业上主要采用的协议为ITU-T公布的H.323协议。      H.323是有关“基于分组的多媒体通信系统”的系统协议簇，它涉及通信控制、网络接口和终端设备等，实际上是一个框架性的系列协议。在信令控制方面，主要是通过H.225.0 和H.245实现的。H.225.0的作用是把要传输的音频、数据和控制流格式化成为消息输出到网络接口，同时还要从网络接口输入的消息中检索出音频、数据和控制流。而且，它还能实现适合于各媒体类型的逻辑成帧、序列编号等。H.245是多媒体控制协议，主要是用来传送终端到终端的控制消息，包括打开和关闭逻辑信道、模式参数请求等。1.1.3 QoS服务质量保障技术      在VoIP的通信流程中，模拟的语音信号需要被压缩编码、打包、IP网上传输和语音恢复等。这些过程都是有一定延迟时间的。所有的这些延迟加起来就构成了VoIP的总时延。为了保证通话质量，VoIP系统的总时延要求在400ms以下。相比较而言，语音编解码过程的时延较小，产生延迟的主要原因还是IP网络上的传输延迟。为了防止网络传输时延过大影响通话效果，目前常采用资源预留协议（RSVP）来减小时延。RSVP协议要求每台参与VoIP业务的机器都必须预留必要的资源来保障VoIP性能。      另一方面，语音包从源端传送到目的端的传输时间不同会引起通话时延抖动问题。这种时延抖动问题是由在接收端增加消抖动缓存器来解决的。在缓存器中延迟的时间要恰到好处，时间太短，一些语音包没有到达，没有起到消除抖动的目的;时间太长，这将会增加VoIP语音传输总的时延。所以通常采用自适应延迟算法，它是根据RTP报文中的时戳和丢包率来判断当前网络的抖动情况，自动调节每一个包的延迟。      此外，IP网络总是存在着阻塞现象，基于UDP传输协议的RTP语音包不可避免会存在传输丢包现象。通常情况下，都是单个丢包现象为主，两个或两个以上包丢失的比率要比单包丢失的比率小得多，大量连续得丢包现象更是少见。对单包丢失情况可以采用前向纠错法（FEC）来解决丢包引起得通话质量问题，即在每次传输时，都多携带前面一个或几个的语音包的冗余信息，当接收端发现当前的包丢失时，就有可能利用后续到来的包携带的信息对当前包进行恢复[2]。      除了上述通过解决时延、抖动、丢包问题来保证VoIP服务质量外，，静音检测技术和回声消除技术也十分关键。静音检测技术可以有效剔除静默信号，减少话音信号占用带宽。回声消除技术主要利用数字滤波技术来消除对通话质量影响很大的回声干扰问题，以保证通话质量。1.2VoIP体系结构      一个典型的VoIP系统主要由终端、网守、网关等组成，简单的可实现VoIP模型不具有QoS控制机制，从实用的角度出发，下面分析一种QoS增强的VoIP体系结构如图2，并分析其具体实现。                                          图2  QoS增强的VoIP体系结构图      终端设备可以是普通的电话机、电脑，也可以是集语音、数据和图像于一体的多媒体业务终端。不同的终端产生的语音信号数据结构是不同的，而这些信号需要在同一个网络上按照同样的标准传输，这就需要由网关或者一个适配器来进行数据转换，形成统一的IP数据包。这种数据转换包括模数转换和压缩编码。VoIP电话系统中最重要的是网关，它提供IP网络和电话网及其它网络之间的接口，例如H.323网关可连接H.323网络和非H.323网络，可以完成业务信道编码的转换及信令控制的转换、接续，确定被叫的接续位置，同时选择最佳路由，以减少时延。网守类似于PSTN的程控交换机，它能够为网络中的终端和网关提供地址解析、访问控制、安全检查、呼叫控制信令以及呼叫管理功能[3]。      QoS控制器是实现QoS控制的关键部件，连接准入控制，对终端的优先级配置，对语音分组的IP优先服务及对MAC帧的优先级控制都由它直接决定。它的主要功能包括用户界面、协议交互、远程网络设备配置及网络性能测试等。当终端用户发起呼叫时，QoS控制器将从网守处得到呼叫请求，它首先会根据呼叫终端和被呼叫终端的IP地址获得网络通信路径，利用它所携带的带宽和时延等测试工具获得实时网络性能，同时根据通信要求的基本QoS指标设定网络可用性的QoS域值，与测得的实时网络参数进行比较，若要求能被满足，则返回连接准许消息，同时附带所测网络参数给终端用户以指示。这样可以避免进一步的网络拥塞，同时很容易扩展为资源预留模型，用户只需要把终端优先级设为最高优先级，QoS控制器就可以代替终端发起资源预留，根据两端的IP地址建立保留路径的消息，一旦路径符合要求，将最快将资源转给高优先级的终端。2 企业VoIP技术解决方案      现在大部分企业都使用两个网络，即PSTN和LAN。运用VoIP技术，通过技术整合