FA36網(wǎng)絡(luò)中VOIP的應(yīng)用

時間：2021-11-12 12:43:13

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[導(dǎo)讀]摘要：新建的FA36網(wǎng)絡(luò)是一個功能強(qiáng)大的綜合網(wǎng)絡(luò)平臺，該平臺可以提供多種業(yè)務(wù)接入方式。文中討論了VOIP的基本原理、呼叫流程以及VOIP在FA36網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)用方法。

引言

VOIP是VOICEOVERIP的簡寫，即將語音業(yè)務(wù)通過IP網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行承載之意，日常所說的IP電話即是VOIP的一種典型應(yīng)用。VOIP是主要通過語音分組來實現(xiàn)的，在VOIP中,數(shù)字信號處理器（DSP）將語音信號封裝成幀并儲存在分組包中進(jìn)行傳輸。從最早的INTELNET電話到現(xiàn)在，得益于迅速發(fā)展的集成電路技術(shù)，使得DSP、CPU的處理能力得到了極大的加強(qiáng)，推動了VOIP業(yè)務(wù)的發(fā)展。

目前中南地區(qū)正在建設(shè)的FA36傳輸網(wǎng)是為中南地區(qū)民航空管部門提供數(shù)據(jù)通信服務(wù)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺，是服務(wù)于民航的專用網(wǎng)絡(luò)。它以IP交換技術(shù)為核心，通過FA36設(shè)備的強(qiáng)大服務(wù)提供能力，它能夠?qū)Χ喾N業(yè)務(wù)提供支持，當(dāng)然也包括VOIP業(yè)務(wù)的支持。如何在其上布署VOIP業(yè)務(wù)，成為了我們研究的問題。

VOIP的基本原理

傳統(tǒng)的電話網(wǎng)是以電路交換方式傳輸語音，所要求的傳輸寬帶為64Kb/s。而VOIP如前所述是以IP分組交換網(wǎng)絡(luò)為傳輸平臺，對模擬的語音信號進(jìn)行壓縮、打包等一系列的數(shù)字化處理，使之可以采用無連接的UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸。就目前來說,大部分VOIP設(shè)備廠家所采用的都為ITU-T建議的H.323協(xié)議族。圖1所示就是路由器作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備用來連接PSTN網(wǎng)絡(luò)與IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的示意圖。

圖1 路由器作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備用來連接PSTN網(wǎng)絡(luò)與IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的示意圖

在圖1中，路由器通常作為網(wǎng)關(guān)設(shè)備用來連接PSTN網(wǎng)絡(luò)與IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),用戶經(jīng)PSTN設(shè)備連接IP語音網(wǎng)關(guān)（路由器），在網(wǎng)關(guān)處將模擬語音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進(jìn)行壓縮打包，讓它成為可以在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)姆纸M語音數(shù)據(jù)。后經(jīng)IP網(wǎng)絡(luò)傳遞至被叫端的IP語音網(wǎng)關(guān)（路由器），在被叫端將IP語音數(shù)據(jù)還原成可識別的模擬語音信號，經(jīng)PSTN傳送至用戶電話終端。由于中繼控制和路由功能的需要，可能還會在中間加上網(wǎng)守設(shè)備（GK）?？偟膩碚f，VOIP的傳輸過程可以具體分為以下幾個階段。

1.1語音-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

語音信號一般是模擬波形，通過IP方式來傳輸語音，不管是實時應(yīng)用業(yè)務(wù)還是非實時應(yīng)用業(yè)務(wù)，首先要對語音信號進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，也就是對模擬語音信號進(jìn)行8位或6位的量化，然后送入到緩沖存儲區(qū)中，緩沖器的大小可以根據(jù)延遲和編碼的要求選擇。許多低比特率的編碼器采取以幀為單位進(jìn)行編碼。典型幀長為10~30ms。考慮傳輸過程中的代價,語間包通常由60、120或240ms的語音數(shù)據(jù)組成。數(shù)字化可以使用各種語音編碼方案來實現(xiàn)，目前采用的語音編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有ITU-TG.711、G.729、G.723等。源和目的地的語音編碼器必須實現(xiàn)相同的算法，這樣目的地的語音設(shè)備才能正確還原模擬語音信號。

1.2原數(shù)據(jù)到IP的轉(zhuǎn)換

一旦語音信號進(jìn)行數(shù)字編碼，下一步就是對語音包以特定的幀長進(jìn)行壓縮編碼。大部分的編碼器都有特定的幀長,若一個編碼器使用15ms的幀，則把從第一來的60ms的包分成4幀，并按順序進(jìn)行編碼。每個幀合120個語音樣點(抽樣率為8kHz)。編碼后，將4個壓縮的幀合成一個壓縮的語音包送入網(wǎng)絡(luò)處理器。網(wǎng)絡(luò)處理器為語音添加包頭、時標(biāo)和其他信息后，通過網(wǎng)絡(luò)傳送到另一端點。語音網(wǎng)絡(luò)簡單地建立通信端點之間的物理連接(一條線路)，并在端點之間傳輸編碼的信號。IP網(wǎng)絡(luò)不像電路交換網(wǎng)絡(luò)，它不形成連接，它要求把數(shù)據(jù)放在可變長的數(shù)據(jù)報或分組中，然后給每個數(shù)據(jù)報附帶尋址和控制信息，并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送，一站一站地轉(zhuǎn)發(fā)到目的地。

1.3傳送通道

在這個通道中，全部網(wǎng)絡(luò)被看成一個從輸入端接收語音包，然后在一定時間①內(nèi)將其傳送到網(wǎng)絡(luò)輸出端。/可以在某一范圍內(nèi)變化，反映了網(wǎng)絡(luò)傳輸中的抖動。網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點檢查每個IP數(shù)據(jù)附帶的尋址信息，并使用這個信息把該數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)到目的地路徑上的下一站。網(wǎng)絡(luò)鏈路可以是支持IP數(shù)據(jù)流的任何拓結(jié)構(gòu)或訪問方法。

1.4IP包與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換

目的地VOIP設(shè)備接收這個IP數(shù)據(jù)并開始處理。網(wǎng)絡(luò)級提供一個可變長度的緩沖器，用來調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的抖動。該緩沖器可容納許多語音包，用戶可以選擇緩沖器的大小。小的緩沖器產(chǎn)生延遲較小，但不能調(diào)節(jié)大的抖動。解碼器將經(jīng)編碼的語音包解壓縮后產(chǎn)生新的語音包，這個模塊也可以按幀進(jìn)行操作，完全和解碼器的長度相同。若幀長度為15ms，使60ms的語音包被分成4幀，然后它們被解碼還原成60ms的語音數(shù)據(jù)流送入解碼緩沖器。在數(shù)據(jù)報的處理過程中，去掉尋址和控制信息，保留原始的原數(shù)據(jù)，然后把這個原數(shù)據(jù)提供給解碼器。

1.5數(shù)字語音到模擬語音的轉(zhuǎn)換

播放設(shè)備將緩沖器中的語音樣點取出送入聲音驅(qū)動設(shè)備,將其還原成可識別的模擬信號，經(jīng)用戶線路傳送到用戶終端。

VOIP的呼叫流程

由于VOIP主要是一種軟件解決方案，在路由設(shè)備中需要采用相應(yīng)的模塊話語音插卡來實現(xiàn)，因此，其呼叫流程可以大概分為以下幾個過程:

用戶摘機(jī)，語音用戶卡實時檢測用戶的摘機(jī)動作。

模塊化語音卡將用戶的摘機(jī)信號傳送到路由器的VOIP信號處理模塊。

用戶聽到VOIP的會話應(yīng)用程序播放的撥號音，然后開始撥號;

VOIP會話應(yīng)用程序收集用戶所撥打的號碼，同時實時地與已配置的被叫號碼模板進(jìn)行匹配操作。在成功匹配后,號碼將被映射至某網(wǎng)關(guān)設(shè)備(可以是小型的PBX)。

主叫網(wǎng)關(guān)利用H.323協(xié)議和被收網(wǎng)關(guān)發(fā)起呼叫，并為每一路呼叫建立通路，用以發(fā)送和接收語音數(shù)據(jù)。

被叫側(cè)網(wǎng)關(guān)接收到IP側(cè)的H.323呼叫，同時根據(jù)自身的號碼匹配被叫模板來尋找目的地址。如果呼叫為PBX來處理的話，就通叫PSTN信令將呼叫送到PBX處理。

在呼叫連續(xù)的過程中的H.323階段，兩端協(xié)商所使用的語音編碼方式，并使用RTP協(xié)議來傳遞語音數(shù)據(jù)。

RTP語音通道用于在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸呼叫過程中的提示信號及其他可在帶內(nèi)傳送的信號。

呼叫的任何一方掛機(jī)，VOIP會話應(yīng)用程序?qū)⒔Y(jié)束會話，然后等待新的呼叫。

FA36網(wǎng)絡(luò)支持的VOIP應(yīng)用

路由器通常用作網(wǎng)關(guān)設(shè)備，用于完成電路交換至分組交換的轉(zhuǎn)換。FA36設(shè)備正是基于華為3COM公司的AR46、AR28系列路由器升級設(shè)計而成，該系列路由器擁有不同的板卡，可以提供不同的語音用戶線接口，分別為FXS、FXO、E&M、數(shù)字E1等接口，其操作系統(tǒng)VRP(通用路由平臺)語音特性更是可以支持包括靜音壓縮、舒適噪聲、防止抖動和亂序、QOS功能、忙音自動檢測、免打擾、遇忙轉(zhuǎn)移等功能。

FXS應(yīng)用

FXS(ForeignExchangeStation)模擬語音用戶線，通常稱為普通電話業(yè)務(wù)端口，一般與只有FXO用戶線的終端設(shè)備相連并提供鈴流、電壓及撥號音。目前在FA36中，有FXS板卡相支持，分別有2、4、8口等幾種配置，在空管業(yè)務(wù)中常用于管制移交電話以及勤務(wù)電話。圖2所示為其常用應(yīng)用示意圖。

此時，通常將電話線路直接入FA36設(shè)備中的FXS卡,利用綜合布線將其延伸至管制席位或者網(wǎng)絡(luò)維護(hù)員席位。由于接口模塊的設(shè)計，此接口為RJ45八針設(shè)計，話音業(yè)務(wù)只利用到了其4(RING)、5(TIPS)兩根針腳。其典理配置如下：

令用戶1的號碼為11000,LO地址為1.1.1.1,用戶線接在1/0/0上；令用戶2的號碼為22000,LO地址為2.2.2.2,用戶線接在1/0/0上。這樣，F(xiàn)A36設(shè)備1的配置如下：[FA36-1]voice-setup

dial-program

entity1voip

match-template22?…

addressip2.2.2.2

entity1000pots

match-template11000

line1//0/0

[FA36-2]voice-setup

dial-program

entity1voip

match-template11?…

addressip1.1.1.1

entity1000pots

match-template22000

line1//0/0

若要配置成熱線電話，則需要在相應(yīng)的線路上使用命令PRIVATE22000即可。

E&M語音應(yīng)用

模擬E&M(Ear&Mouth)語音用戶線，它支持模擬E&M信令，將每個用語音連接分為中繼電路側(cè)和信令單元側(cè)。PBX在M線上給路由器提供信號，E線上接路由器的信號。目前在FA36設(shè)備中有E&M板卡來支持，它有2口、4口兩種端口配置可選。它主要提供E&M模擬中繼線的接入及處理,實現(xiàn)語音信號在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)上的傳輸。在空管業(yè)務(wù)中，常用于VHF信號的傳輸。圖3所示為其常見應(yīng)用鏈接圖。

圖3 常見應(yīng)用鏈接圖

此時，將內(nèi)話系統(tǒng)E&M模擬中繼線接入FA36的E&M卡，利用FA36網(wǎng)絡(luò)將其延伸至甚高頻臺點，將管制員場聲音送至發(fā)射機(jī)，同時收信機(jī)將飛行員話音收回至內(nèi)話系統(tǒng)。由于話音數(shù)據(jù)采樣、打包、傳送的時延特性以及人耳的回音感覺，需要在FA36設(shè)備前端添加PTT靜噪設(shè)備，在管制員說話時將自己聲音抑制。由于經(jīng)歷了了長距離傳送，語音的質(zhì)量和音量上可能會有一些差異，可以使用RECEIVEGAIN、TRANSMITGAIN來調(diào)整音量增益，以控制音量的大小。可以利用COMPRESSION來改變數(shù)據(jù)編碼方式，以獲取不同的話音質(zhì)量。目前來說，F(xiàn)A36支持的幾種壓縮方式如表1所列。

表1 FA36支持的幾種壓縮方式

語音編解碼	帶寬/(Kb/s	語音質(zhì)量
G.711(A律、卩律)	64(沒有壓縮)	語音質(zhì)量最好
G.726	16、24、32、40	語音質(zhì)量較好
G.729	8	語音質(zhì)量較好
G.723r63	6	語音質(zhì)量一般
G.726r53	5.3	語音質(zhì)量一般

其典型配置如下：設(shè)甚高頻臺點這邊的FA36設(shè)備IP地址為2.222,E&M語音接在1/0/0端口，內(nèi)話系統(tǒng)這邊的FA36設(shè)備IP地址為1.1.1.1,E&M語音接在1/0/0端口。[FA36-NEIHUA]voice-setup

dial-program

entity1voip

match-template22?…

addressip2.2.2.2

[FA36-NEIHUA]subscriber-line1/0/0

private-line22001

em-signalpassthrough

open-trunkcallermonitor60

[FA36-VHF]voice-setup

dial-program

entity1000pots

match-template22001

line1/0/0

[FA36-VHF]subscriber-line1/0/0

em-signalpassthrough

open-trunkcalled

E1數(shù)字語音中繼

數(shù)字E1語音用戶線的端口帶寬為2.048Mb/s,分為32個時隙(TS0-TS31),每個時隙的帶寬為64Kb/s,它支持R2、DSS1、數(shù)字E&M信令。在FA36設(shè)備中，有相應(yīng)的CE1中繼板來支持。在空管業(yè)務(wù)應(yīng)用，通常用它接入程控交換機(jī)，用來延伸電話業(yè)務(wù)。其典型應(yīng)用如圖4所示。