VoIP语音范文

VoIP语音范文（精选7篇）

VoIP语音 第1篇

100多年以来,基于电路交换技术的电话业务始终是电信业的主流。但随着计算机和宽带网络技术的发展,特别是Internet的日益普及,使得IP(Internet Protocol)无可争辩的成为未来信息网络的支撑技术。基于TCP/IP的网络技术已开始进入电信领域,其突破口选择了电话业务,它使用计算机网络的分组交换技术来进行话音通信,VOIP(Voice Over IP)就是这样一种基于IP的、满足话音通信需求的新型解决方案。

20世纪90年代后,随着Internet在全球范围内的兴起和话音编码技术的发展,VOIP获得了突破性的进展和实际应用,而且正在逐步占领传统电话业务的市场,所有这些都是由VOIP所具有的独特应用优势所决定的:价格低廉;可以非常灵活的提供多种增值业务;特别适合被企业用来建立高效的企业综合应用服务平台;有利于运营商开拓新的业务市场;能直接推动宽带网络技术的发展。

当前在我国,受各种条件的制约,实现井下通讯有效部署在矿井中的很少,即使部署了矿井通讯的煤矿,也存在着以下问题:

(1)真正作业的地方,线路无法有效部署;

(2)长距离传输后音质严重下降;

(3)大量使用大对数电缆,性能受使用时间和环境的影响很大,通讯受到很大威胁;

(4)有线、无线通讯独立部署,未能采取统一技术架构,应用不统一,投资大;

(5)无法与数字化矿井的其他系统有效融合,无法真正实现多网融合。

为解决以上矿井通讯存在的问题,针对煤炭行业已上调度通讯或者常规程控交换通讯的企业,联创通信公司推出了基于VOIP技术的井下用户语音接入解决方案。

1 关键技术分析

1.1 H.323协议

1996年,ITU-T通过了H.323协议,即局域网上支持可视电话通信的网络协议。该协议的推出,极大地推动了VOIP的发展,使之有可能而且已经进入了公用电话网服务。H.323协议已成为VOIP的公共规范,也成为各厂商设备互通的技术依据。

H.323协议包括一系列的协议,如呼叫控制协议、媒体控制协议和音频、视频编码协议等,这些协议规定了详细的技术内容和控制过程,它们共同组合起来构成了分组网多媒体通信的技术标准。

H.323协议栈结构如表一所示:

表一中,下三层为分组网络的底层协议。传输层包括两类协议:不可靠协议UDP与可靠协议TCP。前者用于传送实时的话音和视频信息以及相关的协议信息,后者用于传送数据信号以及呼叫信令和媒体控制协议信息。H.225.0和H.245是H.323协议中的核心协议,前者用于呼叫控制,后者用于媒体信道控制。

1.2 MPC8250芯片

MPC8250是Motorla公司在嵌入式新品MPC860基础之上推出的MPC82XX系列微处理器中的一种。MPC82XX系列保留了MPC860的嵌入式PowerPC内核和通信处理模块CPM并存的体系结构,同时进一步提高了工作频率,集成了更多的外围器件,提供了丰富的总线接口。其中,MPC8250没有集成在一数据通信设备中不常使用、而且较为昂贵的ATM处理模块,进一步降低了成本。MPC8250的内部结构基于PowerQUICC结构,主要由PowerPC内核、系统接口单元SIU、通信处理单元CPM构成。它支持60x总线,其数据线为64位,地址线为32位;支持PCI/LOCAL总线,其数据线为32位,地址线为32位。内核工作时钟最高300MHz,CPU工作时钟最高200MHz。内部结构包含如下:

(1)PowerPC内核:完成中央处理器的功能,执行高层程序偌,它与SIU和CPM通过独立的指令Cache和数据Cache通信,通过MMU对存储器进行管理。

(2)系统接口单元SIU:包括CPU的复位、中断控制器、时钟配置等功能。内部包括60x总线控制器、PCI/LOCAL总线到60x总线的桥接器、存储器控制器、时钟控制器等。MPC8250的存储控制器部分集成了SDRAM控制器,通过设置寄存器即可完成与SDRAM的接口配置。与MPC860配置UPM表的方式相比,极大地降低了开发的复杂度。

(3)通信处理单元CPU:CPM可与内核并行工作,处理通信控制中的底层任务。内部包括32位RISC通信控制器、DMA通道、用于内部交换数据的32KB双口RAM、中断控制器、波特率发生器、计数器等。CPM部分还集成了4个时分复用TDM接口、3个媒体无关接口MII和非时分复用串行接口NMSI三种物理层接口,它们之间的选择由串行接口SI模块控制。CPM部分最主要的功能模块是它所集成的大量可同时使用的通信控制单元,包括:

(1)1个多通道通信控制器MCC,可工作于HDLC模式,物理层接口为TDM方式,最多可以同时与4个TDM接口相连;

(2)3个快速通信控制器FCC,可工作于HDLC、10M/100Mbit/s以太网和透明模式,物理层接口为TDM或MII方式,当物理层工作于TDM方式时,最高可以支持T3/E3速率;

(3)4个串行通信控制器SCC,可工作于HDLC、UART、同步UART、BISYNC、10Mbit/s以太网、AppleTalk、透明模式,物理层接口为TDM或NMSI方式;

(4)2个串行管理控制器SMC,可工作于UART或透明方式,物理层接口为TDM或NMSI方式;

(5)1个I2C控制器;

(6)1个SPI控制器。

2 方案设计与实现

联创通信公司推出的井下语音接入系统的解决方案,针对部分煤矿企业用户通讯设备未到更新期,但开采工作面通信线路距离超过5公里,急需将通讯电话部署到位的需求;或者是井下电缆进行信息化改造成光缆传输的需求,采用自主研发的IP语音通信产品,通过将模拟电话线路转换成光纤链路进行传输,从而实现终端电话的部署不受距离限制。

2.1 总体设计

该产品系全新硬件平台和软件平台的高性能、高密度和强功能的VOIP网关产品;定位于煤矿行业的VOIP组网方案应用,提供一种能够满足IP语音、模拟用户接入等综合语音业务的应用,来满足行业或企业的多用户接入的需要;可基于工业以太网等网络传输平台传输IP语音包和H.323控制信令,系统具有组网灵活,扩容方便等优点;提供最多192门井上模拟中继接口,用于连接调度主机的模拟用户端口(FXS),调度主机通过FXS端口直接调度井下用户;提供最多192门井下模拟用户端口,用于连接井下电话用户,井下用户可直接呼叫调度台和内部用户。系统组成如图一所示:

2.1.1 系统组成及特点

(1)系统组成

(1)主要由井上中继网关和井下用户网关组成;

(2)井上中继网关主要用于消息收发控制,H.323协议解析,语音编、解码处理及完成模拟中继功能。其主要有CPU板、协议处理板、VOIP卡、环路中继板和电源板组成;

(3)井下用户网关主要用于消息收发控制,H.323协议解析,语音编、解码处理及完成模拟用户功能。其主要有CPU板、协议处理板、VOIP卡、用户板和电源板组成;

(4)和主干网连接,矿用语音网关通讯接口支持10/100bMps速率,可无缝接入到工业以太网传输平台;

(5)和调度机连接,矿用语音网关可接入任何一台普通调度机FXS接口,调度员可直接调度井下网关电话用户。

(2)系统特点

(1)兼容性好;

(2)可与大多数调度机实现无缝连接;

(3)可实现井下电话调度;

(4)与传统调度类似,调度中心可调度井下用户网关的电话用户;

(5)扩容方便;

(6)只要有工业以太网的地方,就可以接入矿用语音网关;

(7)节省布线成本;

(8)矿用语音网关借助工业以太网传输语音和数据,无需另外铺设用户电缆,大大节省建设成本;

(9)维护方便;

(10)单台井下用户网关故障时,不会影响其他井下用户网关,检修人员可快读定位故障范围,省时省力。

2.1.2 总体设计

话音处理一直是VOIP中的关键技术,主要是解决两个问题:一是在保证一定话音质量的前提下尽可能降低编码比特率;二是在IP网络环境下保证一定的通话质量。前者主要是话音编码技术,后者包括分组丢失补偿和回波抵消技术。目前市场上的VOIP终端和网关设备大多采用硬件来实现上述两项技术,因此我们的这个VOIP系统也决定用硬件来完成这一工作。网关设备的硬件模块除了完成上述工作外,还负责提供电话接口和网络接口的功能。

话音处理模块的实现,采用MindSpeed的M825XX系列中的82515话音分组(VoPP)单片处理器,可以提供多达32个独立的话音、传真和数据信道,能够完成可配置、低比特率话音压缩和传真中继功能,而且可以提供长途电话的质量。这样,我们的网关设备可以接多达32个的电话接口,包括普通用户线和中继线。

处理器模块采用motorola的MPC8250集成通信控制器,这种处理器由三个模块组成:一个CPU32+的核、一个系统集成模块和一个通信处理器模块,特别适用作为通信设备的处理器使用。以MPC8250为核心加上RAM、FLASH及以太网口构成了网关硬件设备的处理器模块和网络接口模块。

由于电话接口模块与原有的电路交换设备类似,这里采用PCM滤波编解码芯片3067以及并行接入电路交换芯片90820,同时提供最大200个小插板:用户电路小插板、环路中继小插板。另外还必须设计一个大载板用于承载上述的各模块,同时提供电源转换功能。

系统框架如图二所示,VOIP接入包括2部分:IP终端(IP话机)的接入和IP中继的接入。其中IP中继的接入用于异地IP组网,2部分由同一个板卡(协议处理板)来实现。

其中TDM/IP转换和callserver之间的协议由协议处理板上的VOIP扣板实现,协议处理板与主控板的语音接口为PCM接口,信令是基于以太网的内部信令。

协议处理板与IP调度台之间的通信协议采用内部自定义协议,协议处理板与Call server之间采用H.323协议。

考虑到H.323协议的复杂性,本VoIP系统将实现部分的H.323协议功能,按照设备划分,分为网关设备的软件部分和网守设备的软件部分。其中对于网关设备而言,软件部分将实现:

(1)话音处理芯片的底层驱动处理;

(2)少量的呼叫控制协议H.225.0和H.245协议。

网守设备的软件部分相比较而言较复杂,实现:

(1)大量呼叫控制、管理协议H.225.0和H.245协议;

(2)网络管理;

(3)安全。

网关设备软件部分包括:与话音处理有关的底层驱动部分(包括话音处理芯片M82515的驱动,PCM滤波编解码芯片3067的驱动以及并行接入电路交换芯片90820的驱动等)、电话应用相关部分(主要是摘挂机检测、呼叫处理、定时机制等)、网络通信部分(包括TCP/UDP通信模块)、应用层协议部分(涉及到与网守(gatekeeper)之间以及与网关(Gateway)之间)H.225.0和H.245协议、串口应用部分(MPC8252底层串口处理以及上层协议交互控制)、Flash存储部分(Flash底层的驱动以及上层的简单协议),如图三所示。

网守设备软件部分包括:网络通信模块(包括TCP/UDP通信模块)、应用层协议模块(涉及到与网关(gateway)之间)H.225.0和H.245协议、呼叫控制与管理模块、网络管理模块、安全模块等,如图四所示。

2.2 单板设计

如图五所示,协议处理板采用底板加扣板方式,主要由3部分组成:以太网交换部分、VOIP部分(VOIP扣板)、内外网网关部分(CPU扣板)。硬件除VOIP扣板之外,CPU扣板硬件采用MPC8250卡。

(1)单板的接口包括外部接口和板间接口。

(1)外部接口

LAN接口:包含4个100M以太网接口,用于IP网络的连接和调试;

WAN接口:包含1个100M以太网接口,用于异地IP网络;

调试串口:包含3个RS232接口,用于各模块功能的调试。

(2)板间接口

以太网接口:协议处理板与主备CPU通信的接口;

TDM总线接口:协议处理板以CPU板交换网络的接口;

VOIP扣板主要包括语音处理和VOIP信令处理功能,如图六所示。

扣板主芯片采用高性价比的MINDSPEED的M82515方案,每个扣板实现32路G.729或64路G.711语音处理,为了满足今后其他产品的需求,扣板尺寸尽可能小。

(2)VOIP板设计规格:

(1)每块VOIP扣板最大支持32个低比特率(G.729)语音通道;

(2)硬件设计可通过换芯片方式兼容64路设计,2块扣板最大可达128路;

(3)支持G.711、G.729语音编解码;

(4)G.165/168 echo cancellation;

(5)支持基于标准IP视频协议话机终端的接入;

(6)支持RTP/RTCP;

(7)异地组网时支持STUN,实现NAT穿透;

(8)实现NAT穿越功能;

(9)实现内外网隔离;

(10)实现简易防火墙功能;

⑾OS采用Linux。

3 结束语

充分利用光纤/网络通信、VOIP语音技术和嵌入式系统设计技术,很好地解决了行业用户矿井中线路部署、距离过长衰耗大、成本高、施工繁琐、无法和其他系统有效融合等问题。高规格的芯片配置提高了通信的稳定性,保证了语音通信,轻松组网,实现了音频、视频、传真、数据等多媒体的融合通信以及关联设备的互联互通。

该产品和技术不仅可以应用于行业用户的调度通信领域,还可以推广到其他嵌入式控制系统和VOIP应用领域,前景广泛。

摘要：本文以作者单位一个在研项目为例,设计一个适用于煤矿井上/下语音接入业务的应用产品,并提出相应的解决方案。

关键词：VOIP,语音网关,H.323协议,嵌入式设计

参考文献

[1]糜正琨.IP网络电话技术[M].北京:人民邮电出版社,2000.

[2]ITU-T Recommendation H.323.Packet based mul-timedia Communication Systems[S].1998。

[3]周启平.张杨.吴琼.VxWorks开发指南与Tornado实用手册[M].北京:中国电力出版社,2004,7.

[4]软交换http://baike.baidu.com/view/65164.htm

[5]嵌入式操作系统vxWorks中tffs文件系统的构建.http://www.shu1000.com/thesis-195/734E2FDD

[6]什么是MMU.http://www.mcublog.com/blog/us-er1/12/archives/2005/496.html

VoIP语音 第2篇

摘要：介绍了VoIP语音卡在路由器中的应用，详细描述了一款应用于路由器的语音卡的硬件结构及其工作方式。

关键词：VoIPPCIFXS路由器语音压缩

1VoIP在路由器中的应用

近年来，VoIP(VoiceoverInternetProtocol)给通信市场带来了强大的冲击。IP语音业务推出后，由于其在通话费用上比传统电话具有突出的优势，因而受到了广泛欢迎。VoIP技术在路由器中应用，可以大大节省有多个部门在不同地方办公的企业或机构的电话费用。图1为一个VoIP路由器在公安分局与派出所间应用的方案。

派出所网点的路由器DCR-2501V和DCR-2509V使用FR(帧中继)或DDN线路同分局的DCR-3660实现互连，各网点的计算机可通过路由器连接分局的局域网或Internet，实现数据通信;同时，DCR-2501V或DCR-2509V通过FXS语音端口连接普通电话机，分局路由器通过E&M接口和PBX连接，这样既可以实现内部各部门间的数据通信，同时还可进行零费用的语音通话。

VoIP在费用上呈现巨大优势的原因在于其利用了计算机通讯的分组化、数字化传输技术，先对语音数据按照一定的语音压缩标准进行压缩编码处理，然后把这些数据按IP相关协议打包，再将数据包通过IP网络传输到接收端，接收端将这些以不同顺序到达的数据包按其本身顺序串起来，并经过解码解压恢复出原来的语音信号。与传统的语音业务相比，VoIP在时间延迟、话音质量等方面存在缺陷。可以采用一些先进的协议如资源预留协议(RSVP)和不同类型服务(Diffserv)等方案来尽可能的优化语音数据包的传输，以减少传输延迟和拥塞。

目前，VoIP的标准主要有国际电信联盟技术部(ITU-T)建议的H.323系统和IETF建议的会话发起协议(SessionInitiationProtocol，SIP)系统两种。前者主要在电信网络上实现多媒体业务制订，技术已趋成熟。后者基于动态的Internet模式建网，是基于软交换技术的面向网络会议和电话的简单信令协议。在我国，主要选用H.323技术标准来实现VoIP，在H.323系列标准中，音频压缩编码标准有G.711、G.722、G.723和G729等。

本文将介绍一种已经应用于路由器产品中的VoIP语音卡的硬件设计和工作原理。

2VoIP语音卡硬件结构

该语音卡基于AudioCodes公司的VoPP(VoiceOverPacketProcessor，即语音包处理器)AC48302设计，采用PCI接口界面，可提供两个FXS(ForeignExchangeStation)语音/传真接口，可以方便灵活地应用于本公司开发的系列路由器中，实现VoIP功能。其硬件结构框图如图2所示，以下介绍各部分硬件的原理和作用。

2.1PCI接口

路由器主板与语音卡之间通过PCI总线连接，便于通用。采用了PCI接口芯片PLX9030实现语音卡本地总线(HPI)与PCI总线之间的转换。由于语音卡上数据流量不大，不需要利用如DMA方式主动向路由器主板上的Memory空间传递数据。因此，语音卡工作于PCI的从模式方式，AC48302通过中断方式接收或发送语音数据，PCI总线的数据宽度和速度为32位/33MHz。

2.2CPLD部分

AC48302采用8位并行的主处理器接口HPI与外部CPU(即路由器CPU)进行数据交换。在本设计中，HPI接口与PLX9030的本地总线接口时序稍有差别，经过CPLD进行调整。另外，路由器CPU还可通过CPLD控制CODEC和SLIC芯片。

2.3AC48302芯片

AC48302是AudioCodes公司推出的一款低功耗、低价格的双通道语音包处理器，其内部集成了一个DSP内核。该芯片的主要特性如下：

・支持两个通道的语音压缩编码，语音压缩标准包括G.729A、G.723.1、G.727、G.726、G.711。

・兼容T.38或FRF.11传真中继(2.4～14.4kbps)。

・呼叫ID产生和检测，呼叫进程和用户定义语音的检测和产生。

・兼容G.168的25ms回声消除。

・高性能的有效语音检测(VAD)和舒适噪声产生(CNG)。

・DTMF检测和产生。

・A律/μ律可选的Codec接口，具有输入输出增益控制。

・PCMHighway接口。

・并行的主处理器接口(HPI)。

AC48302各部分硬件接口如图3所示。

图4AC48302HPI存储器的.映射关系

2.3.1语音接口(VoiceInterface)

语音接口提供未压缩的语音、传真数据的输入输出通道。语音接口对外提供四根信号线构成PCM总线，直接连接外部CODEC芯片的PCMHighway。这四根信号线为PCMIN、PCMOUT、PCMCLK、PCMFS。PCMIN输入从CODEC送来的PCM信号，AC48302内部的DSP按照相应标准(如G.729)压缩后从HPI口交给路由器CPU转发。PCMOUT则相反，AC48302将路由器CPU送来的语音数据按照合适的标准解压缩，然后从PCMOUT口送到外部CODEC，CODEC经过数/模转换后恢复成语音信号?熏通过用户接口送给用户端。PCMCLK提供2.048MHz的比特同步时钟，而PCMFS提供8kHz的帧同步时钟。

2.3.2HPI接口

在本设计中，路由器CPU与AC48302通过HPI口进行通信。路由器CPU和DSP通过AC48302的片内共享的双口存储器实现数据交互。片内共享存储器的映射关系见图4。

HPI接口包括1根8位数据总线和几根控制总线。路由器CPU通过三个寄存器(HPIC、HPIA和HPID)控制AC48302及访问片内存储空间。HPIC为控制寄存器，用来选择AC48302的高低字节顺序、产生和接收中断。HPIA为地址寄存器，用来寻址片内的2K存储空间。HPID为数据寄存器，用来缓存每次读写的两个字节数据，外部CPU可以单个Word或块数据方式访问HPID，当以块数据方式访问时，HPIA寄存器自动累加，这样可以减少外部CPU写HPIA寄存器的开销。AC48302的内部寄存器和存储器为16位宽度，因此外部CPU每次访问AC48302必须以两个字节为基本单位，信号线HI/LO用来选择高低字节，信号HRS1、HRS0指示当前访问的是哪个寄存器。

除了以上两个重要的接口外，AC48302内部还包含一个PCM时钟发生器、一个用于测试的JTAG接口以及一个用于访问外部SRAM及处理信道辅助信令的Memory&I/O接口。

2.4CODEC接口芯片

CODEC芯片负责对DSP解压缩后送来的PCM数据进行解码，并将滤波后的模拟语音信号送到用户线接口芯片SLIC，SLIC对其进行2-4线转换后送给用户端;同时，CODEC还负责将SLIC送来的模拟语音信号进行PCM编码，然后送到DSP芯片进行压缩处理。

本设计中，CODEC芯片采用IDT公司的4通道PCM编解码芯片IDT821034。该芯片具有可编程增益设置、主时钟可选(2.048MHz、4.096MHz和8.192MHz)、最大可支持128个可编程时隙、A律/μ律可选、内置数字滤波器、串行控制接口、低功耗等特点。本设计中选用主时钟为2.048MHz(E1帧模式)，可划分为32个相等的时隙(Slot0～Slot31)，4个通道的接收和发送时隙可通过向串行控制口写入控制字进行动态选择。各时隙的位置都以8kHz的帧同步时钟信号为参考，在IDT821034中，时隙0相对帧同步脉冲的位置有延迟模式和非延迟模式(图6即为非延迟模式)。

PCM主时钟(BCLK)、帧同步时钟(FS)、接收数据(DR)和发送数据(DX)一起构成PCMHighway信号，与AC48302进行连接。BCLK与FS分别对应AC48302的PCMCLK和PCMFS，这两个时钟信号都由AC48302产生;DR和DX分别对应AC48302的PCMOUT和PCMIN。PCMHighway信号时序以及时隙与帧同步信号的关系分别如图5、图6所示。为了CODEC与DSP芯片间正确收发数据，一般选择CODEC芯片在BCLK的上升沿发送数据DX，下降沿采样数据DR，而在另一端的AC48302，则在时钟下降沿采样PCMIN，上升沿发送PCMOUT。

2.5用户线接口(SLIC)芯片

设计中为了使语音卡能够提供FXS接口功能，采用了爱立信公司的新型SLIC芯片PBL83710连接用户接口。在该芯片内部能够产生高电压铃流信号及提供自动电池馈电切换，具有环流振铃和地键检测功能及2-4线转换功能。该芯片将许多传统的振铃继电器、铃流发生器等器件集成在一个片内，节省了印制板空间和成本。

3VoIP语音卡硬件驱动流程

硬件驱动程序主要完成以下功能：

(1)初始化PLX903

0芯片，配置相关寄存器，选择本地总线工作方式。

(2)初始化AC48302芯片，启动AC48302内部的DSP内核到正常工作状态。AC48302的启动步骤按顺序分为以下几步：核代码(Kernel)下载;程序代码(Program)下载;初始化模式;启动运行。

(3)驱动语音卡的正常操作。接收处理摘挂机中断，将SLIC置于正确状态;配置CODEC芯片的各通道收发数据时隙以及CODEC芯片的增益控制;接收处理AC48302数据包处理中断，AC48302每处理完一个语音数据包就通过中断方式通知路由器CPU读取当前Buffer中的数据或向Buffer写入下一个数据包。

VOIP语音网关硬件关键技术分析 第3篇

关键词：语音网关,硬件,VOIP,功能实现

1 概述

1.1 功能简介。

通信网络往往是由网络已经终端组成的, 这种组成往往是具有规律可循的, 主要有两种。一种是网络复杂, 终端简单的方式, 另一种则是网络简单但是终端复杂的方式。一般在IP网通信中使用的方式往往都是后者, 这种方式配置的网络都是由简单的网络加之复杂的中断, 通过中断的处理能力以及功能对语音的传递提供基础。而语音网关往往都是嵌入式的, 所以计算机同电话是一体的, 通过数模转换实现语音功能, 语音在网络中进行压缩以及解压缩, 并且还可以对语音包进行拆分或是打包, 还可以提供PSTN等信令的相关功能。

1.2 功能设计。

语音网关在接口上的提供为电话或者是传真机提供了可以连接的模拟接口, 这个网关和IP网络相互连接是通过以太网的接口进行接入提供的, 如此一来建立在IP网络上的高质量语音传输服务便可以实现了。这种实时网络电话令用户在拨打本地、国内以及国际长途时可以通过普通的电话进行语音业务同时资费相当的低廉。或者也能够通过网络实现利用网关的免费通话, 这种方式一般适用于企业级的用户。

1.3 结构设计。

对于硬件的模块在设计中的功能应当合理并对其测量予以精度上的保证, 从而才能够在设计上得到最佳的效果, 因此在设计上应当注意以下几个原则:第一, 芯片的使用上应当更加的完善功能更加的完整, 精度以及可靠性都会由于芯片的性能和功能的提高得以提高。第二, 应当在设计电路的过程中留有一定的余地, 这样就可以对未来的一些修改以及扩展提供方便和空间, 在硬件的升级上要比软件升级麻烦一些, 在对软件进行升级时只需要添加或者是修改一些数据就可以。对于系统功能的提高只需要对处理的算法以及膜式进行一些提高就可以大幅度的增加或者改变一些功能。第三, 软件较之硬件要更加方便一些, 所以通过软件对硬件的代替也可以考虑。第四, 在功耗的降低上, HCMOS芯片要更强大一些。第五, 在布线以及布局上要仔细的研究。

2 分析硬件实现技术

2.1 ARM处理器。

在产品的性能以及技术上ARM具有先进性以及优越性, 并且在构架技术方案上ARM成本低且效能高、体积小以及功耗低, 这些特性令ARM可以更多的满足用户的需要从而使得其使用更加的广泛。ARM在微处理器的结构构成上是目前嵌入式的技术中较为普遍的。其中较为重要的功能模块在外围包括了两个HDLC通道;两个DART通道以及两个CDMA通道和定时器以及十八个I/O口和一个IIC接口。

2.2 系统的时钟电路。

有源晶振提供了系统时钟, 在其系统内部得到50MHz的分频作为CPU内部时钟的开发基础。片内电路频率以及信号在放大和提纯的功能上得到兼容。所以, 系统在时钟的外部信号的获得上面可以得到较低的信号以及很好的工作频率, 如此可以对时钟进行高速开关的过程中降低因高频而产生的噪声。对于有源晶振接入SV电源, 并且使得2脚悬空, 对于3脚则要接地处理, 4脚则是需要对晶振予以输出, 这样可以由一个小电阻对引脚进行连接。

2.3 出口电路要和以太网相连接。

对于IP网络通语音网关的接口, 是手法云因呼叫信令的关键, 是对语音进行手法传送的关口。此外, 在网关的开发调试阶段, 也用于在交叉编译环境中将用户程序从网口传送到目标机上, 方便程序的编译, 减少工作量。以太网接口电路由S3C4510B的相关电路, 物理层芯片, 网口变压器, 网口RJ45组成。

作为一款优秀的网络控制器, 内嵌一个控制器, 的以太网控制器工作于全双工或半双工模式。半双工模式下支持IEEE802.3载波多点侦听/冲突检测协议。全双工模式下, 支持层控制协议。以太网控制器的MAC层支持媒体无关接口。MAC层自带有收、发模块, 流控制模块、用于存储网络地址的匹配地址存储器以及一些命令寄存器、状态寄存器、错误计数器寄存器构成。

2.4 串行接口电路。

串口, 简单地说, 就是串行收发数据的接口, 串口通信是一种异步通信方式, 负责异步串行收发数据的模块叫UART。RS232-C标准采用的接口是九芯或25芯的D型插头实现基本的串行通信功能, 实际上只需要RXD, TXD, GND但由于RS-232-C标准所定义的高低电平与S3C4510B系统的LVTTL电路所定义的高低电平信号完全不同, LVTTL的标准逻辑“1”对应2V～3。3V电平, 标准逻辑“0”对应0～0.4V电平, 而RS-232-C标准采用负逻辑方式, 标准逻辑“1”对应-5～-15V电平, 标准逻辑“0”对应+5V～+15V电平。显然, 两者间要进行通信必须经过信号电平的转换, 目前常使用的电平转换电路为MAX323。

2.5 电源电路。

在该系统中, 需要使用SV和3.3V的直流稳压电源, 其中, S3C4510B几部分外围器件需要3.3 V电源, 另外, 部分器件需要SV电源, 有很多DC-DC转换器可以完成SV到3.3V的转换, 这里选用的是LM1117-3.3。

2.6 复位电路。

在系统中, 复位电路主要完成系统的上电复位和系统在运行时用户的按键复位功能。复位电路可由简单的RC电路构成, 也可使用其他的相对较复杂, 但功能更完善的电路。

2.7 CPU的HPI接口及与之相连的语音编解码器AC483C子系统。

该部分由CPU的HPI接口及与之相连的语音编解码器AC483-C以及一个QSLAC芯片和四个SLIC芯片构成。该部分提供了普通电话的接口及相关的信令并将用户的语音等模拟语音信号编解码。是语音网关实现其功能的最重要部分。

结语

VOIP技术发展到今天, 己经比较成熟。本文系统介绍了语音网关的相关技术, 各个硬件的组成, 以及相关的设计。

参考文献

[1]于纲.推动VoIP技术发展的因素[J].互联网天地, 2005.

[2]于波.VoIP技术原理及展望[J].电子元器件应用, 2006.

VoIP语音 第4篇

一、VoIP技术概述

随着电信传输网的光纤化及数据通信分组化的发展,特别是IP技术在数据领域的巨大成功,语音技术的IP承载逐渐被人们所关注,并已逐渐商用。IP承载语音都需要重点考虑以下两个重要因素:

(1)语音处理技术。

IP网络中的语音处理技术需解决两个问题:一是要在保证话音质量的前提下尽可能降低编码比特率,这主要涉及话音编码技术,包括静音检测;二是要在IP网络环境中保证一定的通话质量,通话质量的解决则主要涉及分组丢失补偿和回波抵消技术。其中第一个问题相对重要,即什么样的话音编码技术最适合VoIP。实际应用中,话音编码的要求可用编码器的四个主要属性来表示,即比特率、时延、复杂度和话音质量。降低比特率是话音编码的主要任务,它直接关系到传输资源的有效利用和网络容量的提高。

(2)IP语音通信协议。

IP语音通信协议主要包含以下几个部分:话音通信控制协议、语音信息的传送协议及实时控制协议。语音通信控制协议相对于电信网中的呼叫控制信令;语音信息的传送协议规定了话音分组如何封装、复用和传送,包括具有静音检测功能的各种话音编码分组如何组装和标识,由于话音分组必须采用实时传送,不允许有大的时延,因此无法采用重发校错机制的TCP作为其运输层的协议,只能采用UDP协议。目前端到端语音通信协议比较成功且多采用SIP协议。

二、VoIP技术在LTE中的实现

2.1 LTE技术特点

LTE是世界范围内的新一代宽带无线移动通信技术,不同于以往的移动通信系统。在新的LTE系统架构下,LTE不再有支持实连接要求的网络架构。因此,LTE是分组网络,且该网络结构非常扁平,从接入网到核心网,只有两层架构,即基站和核心网两种网元结构。

2.2 LTE承载语音的协议

目前有两大协议支持实现VoIP,分别为ITU-T提出的H.323协议和IETF提出的SIP协议。但两种协议研究的出发点有所不同:H.323是在已有的PSTN基础上着重考虑与IP网络的互联,因此其协议复杂,同时语音的实现与承载媒体有很大的对应或依赖关系;SIP协议则重点把语音当作IP的一个应用,协议相对简单,且语音实现与承载媒体不需要很强的对应关系。目前,LTE已发展成为端到端的IP网络,语音可以看作LTE网络今后的一个应用,因此其语音协议只能选择SIP协议。

2.3 LTE承载语音的平台选择

为在分组域基础上实现语音及多媒体业务,3GPP在3G分组域上成功地构建了IMS(IP多媒体子系统)平台,本质上IMS采用的是新一代软交换技术。IMS平台技术实现了业务、控制及承载的完全分离,用户属性与接入无关等特性。这些特性在IMS上的体现解决了软交换技术无法解决的问题,如用户移动性支持、标准开放的业务接口、灵活的IP多媒体业务提供等。因此,从LTE发展的使命结合IMS平台技术特点,LTE承载语音将会采用IMS平台。

2.4 LTE承载语音需要解决的问题

确定了语音协议及控制平台等整体框架后,理论上说LTE可以传输语音了,下一步考虑的将是细节问题,主要涉及QoS。关于QoS需要考虑的因素包括语音编码、端到端总时延、接收端分组抖动时延、分组丢失率及无序分组等。

语音在IP传输是不能采用64kb/s的波形编码技术的。这种编码技最大特点是语音没有失真,但其编码速率太高,需要的网络成本代价太大;3G时代语音编码采用参数编码技术AMR,其编码速率在4.75～12.2kb/s内变化。随着各种媒体增值业务逐渐走向应用,AMR语音已经满足不了用户的需要,宽度语音和音频编码在电信级网络中越来越受关注。

语音电话是一种典型的交互类业务,据统计和调研,该业务对时延和时延抖动有严格要求,但对语音包丢失等有较强的容忍度。LTE是针对高速数据业务设计的系统,目前从LTE实验和商用网情况来看,其时延和时延抖动达不到VoIP电信级要求,因此一旦oIP用户量入网,这种数据率低的实时业务需要LTE系统在设计上进行改进,甚至需要引入新的技术才能减少时延和时延抖动。因此,基于IMS平台实现VoIP是LTE的终极目标,目前还不能实现。

2.5 LTE初期语音承载方案

在现有的LTE版本下,实现VoIP达不到电信运营条件,但市场要求LTE必须提供语音业务,那么运营商必须依赖现有实连接网络(如GSM、3G网络、CS域网络等)才能解决语音运营问题。

(1)双待机终端方案。

该方案的基本思路是双待机终端可以同时待机在LTE网络和2G/3G网络里,可同时从LTE和2G/3G网络接收和发送信号。在拨打电话时,该终端可自动选择从2G/3G模式下进行语音通信,LTE网络仅提供数据业务。该方案相对比较简单,终端芯片需要采用两个芯片(1个2G/3G芯片和1个LTE芯片)或多模芯片。由于双待机终端的LTE与2G/3G模式之间没有任何互操作,终端不需要实现异系统测量,因此LTE网络和传统的2G/3G网络没有信令接口要求,网络无需改造。

(2)CSFB方案。

CSFB方案基本思路是用户终端一般附着在LTE网络上,用户需要进行语音业务时可从LTE网络回落到2G/3G的电路域重新接入,并按照电路域的业务流程发起或接听语音业务。该方案要求网络互通,需要提供信令支撑,还要对现有网络架构改造,以实现SGs关联。SGs关联在CSFB技术中起着桥梁作用,能够将两个不同的系统联系起来,实现用户在不同系统间的语音业务连续。为实现SGs关联,首先,现网MSC需要新增与MME的SGs接口,现网3G网络SGSN需要新增与MME的S3接口;其次,现网2G/3G网络的无线子系统,包括BTS NODEB,BSC及RNC等,需要增加LTE的邻小区配置;再者,为使终端在CSFB到2G/3G网络的语音业务结束后,尽快回到LTE网络,原有网络的无线子系统需要支持Fast Return功能;最后,为了优化终端从LTE回落到2G/3G的延迟,原有网络的无线子系统需要支持RIM功能。

三、总结

CSFB方案和双待机方案共同点是语音业务均由现有的2G/3G网络提供。两者不同点是CSFB方案以数据业务优先;双待机方案在TDD-LTE和2G/3G网络下同时待机,能及时提供数据和语音业务。在LTE建设初期,运营商选择何种方案提供语音业务,需要结合建网成本、终端的成熟度及语音向VoIP终极目标演进进度等综合因素后才能确定。

参考文献

[1]徐菲.透视LTE语音业务三大方案[N].人民邮电报,2013(01)

VoIP语音 第5篇

众所周知, 在传统的PSTN公网中, 用户电话终端或交换设备接入电话公网的方式主要有四种: (1) 自动话机直接接入; (2) 通过模拟二线中继接入; (3) 通过国一号信令方式接入; (4) 通过七号信令方式接入。

随着现代话音编解码技术及互联网技术的飞速发展, VOIP技术已成为不可阻挡的历史潮流, 也是未来话音通信的发展方向及大势所趋。如何实现传统PSTN技术与日趋流行的VOIP技术的互连互通及相互融合已是摆在人们面前不可回避的话题。

本文根据笔者自身的工作学习实践, 提出了一种语音网关及SIP服务代理解决方案, 实现了传统PSTN公网与VOIP的互连互通, 实现了PSTN公网用户与VOIP用户的话音呼叫信令及话音数据业务的互连互通。

1 话音数据业务设计

对于传统的电话终端用户来说, 它的输入、输出一般都是模拟信号, 要经过采样、量化、编码、进行数字化后才能接入数字程控交换系统。一个电话终端用户的话音数据经过数字化后对应于数字化系统2M PCM总线中的一个64Kbps中的时隙, 一条2M PCM总线总共有32个时隙, 也就是说可接入30个终端用户 (其中第0、15号时隙作为信令时隙) 。

众所周知, VOIP中话音数据在互联网中一般是以RTP话音数据包的方式进行传送的, 为此, 需将传统的数字程控交换机中PCM格式的话音数据与IP互联网中RTP话音数据格式进行相互转化。为实现此功能, 在本系统中使用奥科公司的话音编解码芯片AC491。该芯片可实现PCM格式的话音数据与RTP话音的数据的格式转化并实现话音数据的打包及解包功能;该芯片可将PCM格式的话音数据转化成G.711、G.729、G.723、CVSD等多种格式的RTP话音数据包, 为此可解决PSTN电话公网与VOIP之间话音数据的格式转化问题。其硬件连接关系示意图如图一所示。

图一中, 左边过来的PCM话音数据经过话音接口送入AC491芯片, AC491芯片将该话音数据转换成网络RTP数据包后, 送往HPI接口, CPU可通过读取HPI接口获得RTP格式的网络话音数据包, 该网络话音数据包可在VOIP系统中进行传输。

当然, 通过对AC491芯片的各种初始化设置, 也可将输入的PCM格式话音数据转换成我们自己想要的各种RTP话音数据包格式, 只要是该AC491芯片支持的话音格式。

以上为AC491的初始化代码示例, 它是将话音生成为G.711A律格式的话音RTP数据包, 我们可通过改动这部分代码, 让AC491生成我们自己想要的其他RTP数据包格式。

以上为CPU读取AC491转换后的RTP话音数据包的代码, 读取到的RTP话音数据包存放的首地址为echo Data.u.Payload, packet Data指针变量中, 长度在packet Data.Payload Size长度变量中。

反之, 我们也可将RTP话音数据包通过HPI口写入AC491, 在PCM总线的相应时隙会将该RTP话音数据包还原成标准PCM格式的话音数据, 将该PCM格式的话音数据送往相应时隙所对应的数模转换电路, 可将其还原成自动话机所能听到的模拟话音。

当然, 这只是解决了传统PCM话音数据格式与RTP话音数据包的转换问题。除此以外, 还有一个更为重要的问题, 就是要解决传统PSTN终端用户与VOIP用户的话音呼叫信令的转换问题。为此, 在本系统中引入了VOIP语音网关, 该VOIP语音网关主要功能就是解决PSTN与VOIP之间的话音呼叫信令转换。

2 话音呼叫信令设计

为解决此问题, 我们首先须了解一个自动话机的标准话音呼叫流程及基于VOIP中的常用的SIP协议的话音呼叫流程 (以VOIP的代表产品SIP为例进行介绍) , 通过比较二者的话音呼叫流程, 提取出二者所共有的特点, 进而进行二者的话音呼叫信令转换。

2.1 话音呼叫信令流程

自动话机一个标准的话音呼叫状态迁移如图二所示。

一个完整且标准的SIP话音呼叫流程如图三所示。

2.2 话音呼叫信令实现

通过比较二者的状态转换迁移图发现, 自动话机用户摘机拨完被叫号码且号码正确后, 向数字程控交换机发出呼叫请求, 这对应于SIP终端代理A发出INVITE呼叫请求;SIP终端代理B在接收到INVITE呼叫请求后应进入被呼叫状态, 这也对应被叫自动话机进入振铃态。

被叫自动话机开始振铃, 这对应于SIP终端代理B的180Ring;SIP终端代理A接收到180Ring后进入等待对方摘机状态, 这对应于自动话机的回铃音态。

被叫自动话机摘机, 对应于SIP终端代理B的200 Ok, SIP终端代理B进入通话状态, SIP终端代理A接收到200 Ok进入到通话态, 这分别对应于自动话机呼叫流程中主、被叫分别进入了通话状态。

自动话机主叫或被叫挂机, 对应于SIP终端代理A或SIP终端代理B发出了Bye命令, 双方进入拆线状态。

因此, 我们在电话机及SIP的状态迁移过程中, 对发生在二者之间的话音呼叫, 要进行相关话音呼叫信令及协议的转换, 这就是语音网关的作用, 这个转换应包括两个方向: (1) 电话机至SIP方向; (2) SIP至电话机方向。

在SIP至电话机方向, 我们在程序代码初始化化时注册以下4个函数;

其中, ext_gateway_SIP_Call_Notify函数用于完成SIP向电话机的呼叫请求的协议转换处理;ext_gateway_SIP_Call Ack_Notify函数用于完成SIP向电话机的呼叫应答的协议转换处理。

ext_gateway_SIP_Connect_Notify函数用于完成SIP向电话机的摘机后通话的协议转换处理。

ext_gateway_SIP_Release_Notify函数用于完成SIP向电话机的挂机的协议转换处理。

其中, ext_gateway_SIP_Call_Notify函数定义如下所示:

它是根据SIP过来的INVITE报文中的被叫号码信息, 解析出自动话机所对应的时隙号, 并将该时隙号对应的电话机设置为振铃状态, 进而改变电话机的状态迁移过程。同样, 其他这几个函数也主要是改变电话机的状态, 从而完成对自动话机各种状态之间的转换, 这里就不一一介绍了。

在电话机向SIP方向, 我们在初始化程序代码中注册以下4个函数:

st_ua_intf_func.SIP_Call_Request=AGsip_call;

st_ua_intf_func.SIP_Call Ack_Request=AGsip_indicate;

st_ua_intf_func.SIP_Connect_Request=AGsip_answer;

st_ua_intf_func.SIP_Release_Request=AGsip_hangup;

其中, AGsip_call函数用于完成电话机向SIP的呼叫请求的协议转换处理。

AGsip_indicate函数用于完成电话机向SIP的呼叫应答的协议转换处理。

AGsip_answer函数用于完成电话机向SIP的摘机后通话的协议转换处理。

AGsip_hangup函数用于完成电话机向SIP的挂机的协议转换处理。

其中, AGsip_call函数定义如下所示:

该函数主要根据自动电话自身的号码信息及所拨打的被叫用户号码信息, 填充INVITE SIP呼叫报文, 并完成网络信令接口的发送操作。该函数的调用应发生在自动话机拨完被叫号码, 且校验出被叫号码正确的情况下, 进行调用操作。

当然, 一个自动话机用户和一个SIP用户双方进入通话状态后, AC491的话音编解码功能及转换操作也应当立即被启动起来, 这有相应的函数进行调用操作。

3 结束语

本文以自动话机为例, 简要讲述了传统PSTN与VIOP SIP协议之间的话音数据及呼叫信令的语音网关的协议转换过程。该设计已成功地应用于多种VOIP使用场景, 由于其成本低 (只需一块板卡) 、集成度高、体积小、功能强 (实现了自动话机、模拟二线中继、1号信令、七号信令的信令转换) , 同时具有话音呼叫信令接续转换快、话音呼叫呼损率低 (<万分之3) 、话音音质清晰、话音时延少 (小于100毫秒) 、支持多种话音编解码格式 (G.711/G.729/CVSD) 、支持多用户注册及通话 (最大支持500个用户注册, 16门用户同时通话) 等特点, 其功能及性能指标完全符合SIP电信规范的要求, 能够实现与其他任何符合VOIP协议标准的系统的互联互通, 因而也深受广大用户的喜爱, 从而也为公司创造了良好的经济效益。

另外, 模拟二线中继、中国一号信令、七号信令也是类似的进行协议转换及处理, 限于篇幅, 这里就不一一讲述了。

总而言之, 该协议转换及处理的核心是要找到协议转换双方的转换节点, 即在状态迁移图中的哪一时刻进行协议转换及处理, 在转换过程中必要时要提取并保存协议转换双方各自所需的各种参数, 并完成相关的协议组包。同时, 进行的协议转换应能正确地对应好各自双方的处理流程, 从而使双方的呼叫处理流程不出现紊乱, 按各自现有的流程及套路走下去, 要让用户感觉到这是很透明的、很自然的一个过程。

摘要：本文提出了一种解决PSTN公网与VOIP互连互通的方案及其实践。该方案及实践具有可行性及通用性, 可应用于多种语音网关的场合, 能为用户解决类似问题提供一定的借鉴及指导作用。

关键词：语音网关,SIP,自动话机

参考文献

VoIP语音 第6篇

关键词：VoIP,话务量,SIP,RTP

1 引言

Vo IP (Voice over Internet Protocol) 即模拟信号 (Voice) 数字化, 以数据封包的形式在IP网络上做实时传递。经过多年的发展, 现如今已成为通信行业的主导技术, 即使对于空管语音交换这个专业性很强的领域也早已不是什么新鲜事物。EUROCAE (European Organization for Civil Aviation Equipment) 的67工作组早在2009年就开始陆续地颁布行业内的Vo IP相关标准 (包含在ED-136至ED-139相关文档中) , 目前已更新至第三版, 并在2010年获得了美国联邦航空局 (FAA) 和国际民航组织 (ICAO) 的认可, 将相关文件均列入其标准性文件。Vo IP技术对于中国空管来说除了可将模拟传输转成数字传输, 达到节省带宽省钱的目的, 还有一个重要的原因就是IP网的开放性和扩展性致使其可以承载任何形式的业务, 从而应对日益增长的业务需求。

2 Vo IP应用网络带宽需求的计算

带宽即在固定的时间可传输的bit数量, 它决定了网络承载信息的能力。对于实际网络带宽的需求计算须明确以下概念:

(1) 话务量

话务量单位是爱尔兰 (Erl) , 以小时计算, 1爱尔兰表示一条线路一个小时内被占用了1小时。它表现的是呼叫并发的程度, 在忙时呼叫很少的时候与实际的呼叫并发数有很大的出入, 但在忙时呼叫很多的时候与并发数就会非常接近, 两者之间通过呼损公式有着明确的数学关系。就空管语音交换来说, 话源数有限且分布线束容量大于话源数, 适用贝努里分布计算两者的数学关系, 贝努里分布公式:

N:话源数, x:分布线束同时占用的线路数, A:平均流入话务量 (Erl) 。

(2) BHCA

BHCA (Busy Hour Call Attempt) , 即忙时试呼次数, 其实际是指在话务最忙的一小时中完成的呼叫次数。注意, 这里所指的呼叫次数包括了成功呼叫 (即呼叫接续成功, 双方进行通话) 和不成功呼叫的次数。

(3) CAPS

CAPS (Call Attempt Per Second) , 即每秒试呼次数, 其意义就是每秒的BHCA。

三者的关系通过以下三个公式体现:

其中单用户忙时话务量与平均呼叫时长须根据呼叫模型取值, 数据由统计得出, 就空管语音交换来说, 用户就是所谓的席位和话机。终端数量有限, 话务量统计简单, 单用户话务量计算公式:

C:用户每天平均呼叫的次数;T:用户每次呼叫平均占用时间 (秒/次) ;

K:集中系数, 忙时话务量对全日话务量的比。

对于网络带宽的计算, 通过公式 (3) 、 (4) 得到CAPS的值, 进而代入以下两个公式获得:

信令带宽= (CAPS平均每呼叫的消息包数) (平均每消息包的比特数+每个消息包的网络开销比特数) (6)

由于信令带宽和语音带宽相比可以忽略不计, 因此不参与讨论, 这里说明信令协议以ED-137声名的SIP协议规则为准。

这里引入每路呼叫的语音带宽公式:

语音有效载荷+ (IP/UDP/RTP包头长度+数据链路层开销) *8*每秒产生的包数 (8)

公式由两部分组成, 其中语音有效载荷由编码方式决定的。空管语音交换集中于管制员地/空通信和地/地通信, 它是一项实时性和Qo S (Quality of Service) 要求都很高的业务。EUROCAE规定对网络承载业务的MOS标准要求都不能低于4, 经过理论及实际的验证, G.711是匹配低延时和高Qo S的最佳编码协议, 因为它作为模数转换的基本协议相比其他各类压缩编码方式省去了压缩与解压缩的过程, 这是其他编码算法所无法比拟的。根据ED-138中的提供的数据, 相比G.711, G.729由于压缩算法时延和处理时延多出了25ms, G.723的情况还要恶化一些, 这对于无线信号时延来说是无法接受的 (ED-136中无线设备网络时延要求小于45ms) 。所以码型锁定为G.711, 即语音有效载荷为64Kbps。

公式的另一部分为网络开销的计算, 根据ED-137标准IP/UDP/RTP包头长度规定为48Bytes (IPv6是60Bytes, EUROCAE推荐IPv6) , 包数以10ms, 20ms或30ms打包周期的倒数区分计算, 链路层开销根据使用的协议有所不同, 所以只需确定链路层的协议即可得到相应的具体数值, 以华东上海地区为例, 其物理传输基于SDH, 须采用IP over SDH技术解决Vo IP应用, 因此链路层对应的就是PPP协议。表1是常用的呼叫话音带宽要求:

最后将 (信令带宽+语音带宽) *并发网络用户数就可以得到语音交换业务实际网络带宽需求。对于实际空管Vo IP应用网络来说, 不仅仅局限于语音交换业务, 带宽需要综合考虑, 根据ED-137相关规定, 所有空管语音交换Vo IP应用基于SIP+RTP协议实现, SIP负责会话建立, RTP实现语音传输, 因此其语音传输的带宽是作为网内的SIP用户参与计算的。实际上, 对于网络中非语音类型的网络带宽计算, 计算方法和原理与上述方法是一致的。这样合并计算才能得出科学的网络带宽需求。

如果带宽不变的条件下需要提高空管语音交换业务部分的带宽利用率, 诸如CRTP, ROHC等RTP包头压缩技术应被应用, 因为它可以将IP/UDP/RTP包头长度由60降至4-2字节, 如此的改变是巨大的, 当然相应牺牲一定的时延, 须全盘考虑。

3 结束语

本文针对华东地区空管语音交换业务的Vo IP应用需求提出了一套相关网络带宽需求的计算方法。首先根据当前网络使用情况统计得出相应话务量、BHCA (设备呼叫处理能力) 等衡量网络设备性能的重要指标, 进而计算出用户语音和信令带宽理论值, 提出相关业务的网络带宽的需求。同时通过对空管语音交换业务话务量的统计得到相关的经验呼叫模型, 从而将网内SIP用户的网络带宽需求计算方法拓展至整个华东地区不同空管业务的网络带宽需求计算中, 为空管业务的网络更新建设提供科学依据。

参考文献

[1]EUROCAE ED-136_Operational_and_Technical_Requirements[E].2009.

[2]EUROCAE ED-137_Interoperability_Standards_for_VoIP_ATM_Co mponents_Part_1:Radio[E].2009.

[3]EUROCAE ED-137_Interoperability_Standards_for_VoIP_ATM_Co mponents_Part_2:Telephone[E].2009.

[4]EUROCAE ED-137B_Interoperability_Standards_for_VoIP_ATM_Co mponents_Vol 1:Radio[E].2012.

[5]EUROCAE ED-138_Network_Requirements_and_Performances_Part_1:Network Specification[E].2009.

[6]EUROCAE ED-138_Network_Requirements_and_Performances_Part_2:Network Design Guideline[E].2009.

[7]神州数码 (中国) 有限公司中国民航数据通信网工程实施方案[E].

VoIP语音 第7篇

1.1发展背景

Vo IP (VOICE OVER INTERNET PROTOCOL) 基于互联网协议的语音通信技术从上世纪九十年代中期出现之后得到了长足的发展和广泛的应用, 随着网络时代的来临, Vo IP以不可比拟的成本优势和便利性迅速在语音通信市场占有了一席之地。Skype、MSN等就是为人们熟知的使用Vo IP技术进行语音通信的工具。EUROCAE (European Organization for Civil Aviation Equipment) 欧洲民航装备组织在2009年颁布了ED-136、ED-137、ED-138、ED-139 4份关于Vo IP技术在民航通信中应用的标准, 标志着Vo IP技术正式成为未来民航语音通信系统的发展的方向。

1.2 VOIP技术概述

Vo IP (Voice over Internet Protocol) 基于网络之间互联协议的语音通信。基本原理就是通过语音压缩设备对我们的语音进行压缩编码处理, 然后再把这些语音数据根据相关的协议进行打包, 经过IP网络把数据包传送到目的地后, 再把这些语音数据包串起来, 经过解压解码处理后, 恢复成原来的信号, 从而达到由IP网络发送语音的目的[1]。EUROCAE定义了民航使用的Vo IP技术采用会话发起协议 (Session Initiation Protocol SIP) 和实时传输协议RPT (Real-time Transport Protocol) 等协议进行语音通信。

会话发起协议是一个控制发起、修改和终结交互方式多媒体会话的信令协议。多媒体会话是多样化的, 包括双方或多方音频、视频呼叫、聊天会话或游戏会话[2]。

SIP支持5个方面功能:

(1) 用户定位 (user location) :确定终端所在的位置。

(2) 用户可用性 (user availability) :确定被呼叫方是否空闲或者愿意加入会话。

(3) 用户可容性 (user capabilities) :确定所用媒体和媒体参数。

(4) 会话建立 (session setup) :邀请和提示被叫, 与主叫间建立会话。

(5) 会话管理 (session management) :转交 (transfer) 和终止会话, 修改会话参数[4]。

RTP实时传送协议。

RTP定义了两种报文:RTP报文和RTCP报文, RTP报文用于传送媒体数据, 由RTP报头和数据两个部分组成, RTP数据部分称为有效载荷, RTP报文用于传送控制信息。

二、Vo IP技术在民航语音通信领域的发展

民航语音通信系统发展经历了三个阶段, 模拟语音通信、PCM (Pulse Code Modulation) 语音通信和Vo IP语音通信。早期的民航语音通信通常使用模拟甚高频电台与飞机进行通信, 没有成型的通信系统, 直到上世纪90年代前后, 基于PCM的语音交换系统在民航语音通信领域的应用, 为民航语音通信系统的发展起到了巨大的推动作用。目前, 国内外绝大部分的机场塔台、区域中心使用的都是这类语音交换系统。Vo IP在通信领域从上世纪九十年代初开始在民用市场得到了蓬勃的发展, 由于通信时延和稳定性的问题, 在民航语音通信方面一直没有得到应用, 直到2004年, 才形成了第一个关于Vo IP在民航语音通信中的应用的模型, 维也纳协定定义了Vo IP在民航语音通信中包括VCS (Voice Communication Switch) 、网络、无线电、电话、录音等几个模块, 为Vo IP技术在民航的发展奠定了基础。图1为维也纳协定框架图。

2006年, 欧洲民航装备组织完成了Vo IP标准第一版的编写, 在2008年进行了Vo IP设备的第一次接入测试并在同年完成了第二版的编写。2009年颁布了关于Vo IP技术在民航设备中应用的四份指导性的标准, 同时完成了与其它语音交换系统的联网测试工作。2011年成功完成了录音设备的互用性测试。

目前国内民航系统中部分新型号的甚高频、VCS设备已具有Vo IP功能, 绝大部分尚未投入到正式使用当中, 只在个别区域进行运行测试。在与原有的基于PCM的语音交换设备进行接入使用, 采用网关形式, 将语音数据从IP模式转换成模拟语音再经过传输设备发送到远端台站。

三、Vo IP语音通信系统在实际应用中面临的挑战

Vo IP语音通信系统有结构简单、扩展性强、成本低廉等优势, 由于是基于网络的通信系统, 不可避免存在着数据包丢失、通信时延、抖动和回音等问题。根据国际电信联盟推荐的语音时延在0~150ms是通话质量最佳范围, 150ms~3000ms是可接受范围, 300ms以上时延是不可接受范围。针对网络通信的特有问题, EUROCAE对网络服务质量Qo S (Quality of Service) 和通信链路时延等有着严格的规定, ED-138定义了用于民航语音通信的网络性能和需要达到以下标准:

(1) 单向每个语音通道带宽不小于100kbps。

(2) 本地与远端网络时延小于40ms。

(3) 无线电信号抖动不大于5ms, 电话信号抖动不大于10ms。

(4) 丢包率小于1%。

ED-136规定了单向的通信链路时延总共不能超过130ms, 图2为ED-136所定义的语音通信时延要求。

罗德施瓦茨公司的VCS-4G型语音交换系统是其中一种应用Vo IP技术在民航语音通信领域的设备, 作者参与了该设备的入网测试, 语音通信时延测试是入网测试的一个关键参数。图3为发射通道语音时延, 黄色音频部分为设备麦克风输入波形, 绿色为VCS输出到传输设备波形。语音时延大约68ms。图4为接收通道时延, 黄色部分为扬声器输出, 绿色部分为传输设备输入到VCS波形。语音时延大约为65ms。可以看出与基于PCM的语音交换系统的语音时延行业标准小于50ms差距不是很大, 语音通信的通话质量没有明显的下降。

民航除了对语音通信的通话质量、Vo IP语音通信设备稳定性有着更高的要求以外还对通信网络的安全性有着严格的要求, 出于安全性考虑, VOIP语音通信设备接入公共网络的可能性不大, 对于Vo IP语音通信设备在国内民航语音通信领域的大规模应用, 还需有待民航专用网的日益完善。

四、结论

作为通信领域的新技术, Vo IP技术虽然存在着极度依赖网络服务质量的缺点, 但其结构简单、扩展性强、成本低廉的优势, 契合未来民航语音通信领域的发展方向, 随着网络技术的飞速发展和服务质量的不断提升, 基于Vo IP技术的语音通信设备将成为民航语音通信领域的主流设备。

参考文献

[1]于波.VoIP技术在空管内话通信中的应用初探[J].西安:电子元器件应用, 2006.6

[2] (美) 戴维森等著, 高艳译.VOIP技术架构[M].北京:人民邮电出版社.2008.4

[3]张登银, 孙精科.VoIP技术分析与系统统计[M].北京:人民邮电出版社, 2003