VOIP技术介绍

前言 ：

不少朋友开设了类似的科技博客。觉得颇为有益的话,不妨试着创建一个,既能分享给感兴趣的同学作为参考材料使用,又能让自己能够温习巩固所学知识,何乐而不为呢？为了完成当前项目任务,我接触并深入研究了VOIP技术,并进行了系统性的收集与整理,对其中的内容进行了深入的学习研究.在此基础上,还对其进行了归纳总结.

PS：如需转载，注明出处，不胜感激

一、什么是VOIP

二、VOIP的发展简史

三、VOIP的基本原理

1.语音-数据转换

2.原数据到IP转换

3.传送

4.IP包-数据的转换

5.数字语音转换为模拟语音

四、VOIP关键技术

1.信令技术

2.编码技术

3.实时传输技术

4.服务质量（QoS）保证技术

5.网络传输技术

五、IP电话仍需解决的问题

后记

参考

一、什么是****VOIP

VOIP的缩写是Voice Over Internet Protocol（VIP），它是基于Internet网络实现语音通信的一种技术手段。这种技术通过将模拟声音信号转换为数字形式并进行压缩编码，在接收端再将其还原为高质量的声音信号。具体来说，在接收模拟声音信号时会先将其转换为数字形式，并通过数据压缩减少占用空间，在打包传输过程中确保信息不丢失。

二、VOIP的发展简史****

95年时IP电话首次出现，并由以色列（Vocal Tac）研发出一种新型通信设备。这种设备可以通过个人计算机和接收机与互联网实现通话功能。尽管初期性能尚不理想，在美国一些高校中一度风靡一时。其流行原因在于互联网通话当时完全是免费的。

在1996年3月的时候，互联网真正的长话通信服务开始出现，并且是由一家美国企业率先推出这一业务模式的。这种创新服务使得任何拥有传统座机设备的家庭或个人都可以通过普通的电话机直接拨打互联网进行长话通话，并且无需配置任何计算机或其他辅助设备即可实现。与传统的国际长途电话服务相比，在功能上并无区别但价格却要便宜得多通常统计数据显示使用互联网进行国际长途通话至少能够节省约90%以上的通话费用这对于电信用户来说无疑是一个极具吸引力的选择。

庞大的市场规模必然吸引众多企业参与竞争。值得注意的是，在1997年时已有几十家厂商其中一些是国际大型企业如微软和英特尔等积极投入研发工作以开展互联网电话设备的研发与生产活动。
据一份1998年的市场调研报告显示 在1999年时有超过40%的美国电信运营商已经开始将部分长途电话业务转移至互联网领域。

经过长期的技术积累，在数据通信领域曾被视为通信网络中的限制因素的问题已逐步得到改善；随着语音通话需求的快速增长和相关技术的进步, VOIP标志着行业进入了新的发展阶段。

三、VOIP的基本原理****

我们先看看传统电话的通信：

传统电话主要依靠PSTN（公用电话交换网）作为语音传输的核心介质。该网络体系构成一个全球范围内的语音通信电路交换网络系统。最初它是在固定线路中部署的模拟电话网络基础。历经百年发展进程后如今基本实现了全面数字化转型，并整合了移动通信技术和固定线路技术。在该网络体系中最小的基本数据传输单元是64千比特每秒（kbps）的标准DS0数据信道（亦称数字信号0）。

而IP语音通话则依赖于基于路由器/分组交换协议构建的IP（Internet/Intranet）数据网络来进行传输。随着Internet采用了'存储－转发'的技术来传输数据包，在多个用户共享同一网络带宽的情况下实现了通信效率的提升。这种革新改变了传统的单一用户占用专用信道的方式，在一定程度上降低了通信成本。语音信号在经过IP语音系统预处理和压缩步骤后，在常规线路中每个普通电话线路所需带宽控制在8至11千比特每秒之间。与常规电信网相比，在每个线路所需带宽方面有所缩减：普通电信网每个线路需要64千比特每秒以上的传输能力。相较于传统方式，IP语音通话显著提升了带宽资源的使用效率。

可以简单的将VOIP的传输过程分为下列几个阶段：

1**、**语音-数据转换

以下是对原文内容按照要求的具体改写

2**、**原数据到IP转换

注

3**、**传送

在这个通道中所有网络单元被视为通过输入端口接收语音数据包的系统其中参数t可以在预定范围之内变化该参数反映了网络传输过程中的时延抖动特征然后在特定时间单位t内将其传输至网络输出端其中每个IP地址在其附带的信息中包含了寻址信息并根据其附带的信息确定目标路径上的下一跳节点并将该媒体实体转发至下一跳位置上此外网络链路可采用支持IP数据流的各种拓扑结构或访问策略

4**、IP包****-数据的转换**

该VoIP设备接收并处理来自指定位置的IP数据，并启动相关处理流程。
网络层配置了一个可变长度的缓冲区用于平滑网络引起的抖动。
此缓冲区能够存储多个语音包供用户自行调节其容量大小。
较小容量的缓冲区带来较低延迟但无法调节较大规模的抖动问题。
解码器将编码后的语音包解压生成新的语音包段，并支持与之同步的操作。
在数据报传输过程中会去除相关的寻址和控制信息字段，并保留原始数据内容，
随后将这些原始数据传递给相应的解码器进行进一步处理。

5**、**数字语音转换为模拟语音

当模拟声音信号进入互联网时

四、VOIP关键技术****

传统IP网络主要用于支撑数据传输业务，在采用非实时连接、按需服务的技术模式下无法提供持续的质量保障，在此情况下会遇到分组丢失、乱序到达以及抖动时延等问题。其中语音作为实时性要求较高的信息类型对时间顺序和传输延迟有着严格的技术约束条件。因此必须采取特别措施以确保基本服务质量保障。VOIP电话/VOIP网络电话的核心技术体系主要包括信令体系、编码方案、实时传输协议、质量保证（QoS）机制以及网络传输架构等多个关键组成部分。

1**、信令技术******

信令技术确保电话呼叫的顺利实施与通话质量,目前已被广泛采用的VoIP控制信令体系涵盖ITUT的H.323系列与IETF的会话初始化协议SIP。

◆H.323

在全球范围内,GW通常采用H.323作为主流协议,该协议在1996年被ITU-T正式发布,最初仅用于内部网络（LAN）的技术规范,并未专为语音通信（VoIP）设计,这导致它在实际应用中存在不足。就GW本身而言,多数系统将其定义为 peers之间的连接机制,然而,对于某些特定功能,如语音通话等,独立设备（如IP-PBX）可能更为高效。展望未来的新一代规范可能将逐渐取代现有技术,从而退出主流舞台.

◆MGCP

由IETF（Internet Engineering Task Force）所制定的MGCP（Multipoint Gateway Protocol），作为VoIP（Voice over Internet Protocol）规范中的新兴技术之一，在业内已逐渐崭露头角

◆SIP

最初在决定采用何种网络电话标准时，
SIP（Session Initiation Protocol）超越了H.323，
因而暂时陷入沉默。
然而，
如今重新活跃起来，
尤其是它被认为是连接媒体网关和媒体网关控制器之间的桥梁，
尤其是在3G技术兴起后，
未来通过移动电话实现远距离通话，
都必须依靠SIP的支持，
因此，在客户端设备上（CPE），Sip的重要性不言而喻。

基于SIP的呼叫流程：

2**、编码技术******

语音压缩编码方案是VOIP电话及VOIP网络电话技术体系中的核心技术环节。现有的主流编码方案主要包括ITU-T制定的标准如G.729、G.723以及其衍生版本等。其中，采用64kbps采样的语音信号进行压缩编码的G-719方案能够以接近完美的保真度将原始音频信息压缩至8kbps的数据流。然而，在基于分组交换网络的信息传递系统中，业务服务质量难以得到有效保障，因此要求语音信号必须具备高度的灵活性与适应性——即能够实现对传输速率和量化尺度的不同设置与调整。此前的G-719标准仅支持8kbps的工作状态，在最新版本中则扩展了工作频段至6-11-8kbps之间，并且在这一范围内能够维持较高保真度。值得注意的是即使处于最低码率状态（如6-4kbps）也能保持较好的语音质量水平，并因此成为适合于VoIP系统应用的最佳选择方案之一。而该方案采用5-3至6-3Kb/s双速率模式，在保证一定通话质量的前提下显著降低了系统的延迟问题

3**、实时传输技术******

实时传输技术主要采用了基于RTP的实时传输协议进行操作。该协议作为一种实现跨端点实时数据传输的技术方案，在音频和其他媒体内容方面具有广泛的应用价值。该协议由数据部分和控制信息两部分组成,其中控制信息部分被称为RTCP模块。该协议通过引入时间戳标识以及协调不同数据流同步机制实现了发送方与接收方的数据重构能力，并支持接收方向多个组成员提供服务质量反馈信息。

4**、服务质量（QoS）保证技术******

VOIP 电话/VOIP 网络电话主要依靠资源预留协议(RSVP)以防止网络拥塞为前提条件, 同时实时传输控制协议RTCP主要用于服务质量监控, 从而确保通话质量不受影响。

5**、网络传输技术******

VOIP 电话/网络语音通话系统主要采用 TCP/IP 协议作为基础传输层协议，在其之上还包含了网关互联技术、路由选择技术和网络管理等关键组件；同时还需要配置安全认证机制以及实现费用统计等功能。实时传输协议 RTP 能够提供端到端的数据传输服务特性，在 VOIP 通话系统中被广泛采用；其报头信息包括负载标识符、序列号、时间戳以及质量监控信息等内容；其中 RTP 数据单元多采用 UDP 分组形式承载语音数据，并且为了保证通话质量要求各部分时延控制在最小值以内；而 VoIP 方案中的语音分组开销较大，在 RTP 报头设计上实现了多路语音数据的有效整合；这不仅提高了系统的资源利用率同时也降低了整体通信成本；此外静音检测技术和回声消除技术同样是 VOIP 领域内非常关键的技术手段；静音检测可以通过有效识别静默信号从而降低占用带宽至约 3.5 kbit/s 的水平；而回声消除则通过数字滤波器抑制干扰信号从而保障通话质量。

五、IP电话仍需解决的问题****

在本地实现IP电话转移面临诸多问题亟待解决。其中涉及政策层面诸多问题亟待解决，在运营许可等细节方面仍需推进。这些挑战不仅限于未来IP市话领域的发展目前来看 这些技术挑战还体现在号码资源分配及网络互通互连等多个方面 尤其是跨技术与政策领域的问题更为复杂。就技术层面而言仍存在诸多突破空间 这些技术挑战不仅限于未来IP市话领域的发展 现阶段各运营商普遍将长途VoIP网络部署在专用通信网基础之上 但与当前讨论的核心——即是否纳入公共IP网体系相比 IP地址与安全等问题尚不突出 因此 专网方式虽能作为过渡手段 但从三网融合战略的高度来看 必须将现有基础设施逐步过渡至公共互联网框架之中 这样才能真正实现统一的voip服务覆盖

1、网络地址

2、安全问题

3、服务质量

4、供电问题

5、网络融合

6、软交换

这些问题都必须解决。

后记：

目前来看， IP 技术迅速发展 ， VoIP 在全球范围内得到了广泛应用 。 长期以来 VoIP 以其降低通信成本的优势赢得了广泛的认可 。 但是随着电信费用的持续下降 ， VoIP 所带来的节俭效果却愈发显得微乎其微 。 在中国市场上 ， 很多相关的产品与技术仍停留在 Voice over IP 的基础层面 。 就 VoIP 发展趋势而言 ， 它不仅应该被视为语音传输的一种承载方式 ， 更应该被视为语音及所有上层应用的载体 。 随着语音数字化与网络化的深入发展 ， 其应用与融合方式更加灵活多样、易于整合且成本更低 ， 这将为人们之间的交流提供更为广阔的平台

PS:不尽完美，下面贴出是偶参考的书籍和网站，供同学继续。。。

参考：****

[1] （美）戴维森 等著，高艳 译 VOIP技术架构（第二版） 人民邮电出版社

[2] VOIP技术连载 http://publish.it168.com/2004/1012/20041012010401.shtml

[3] 通信世界网－VOIP专区 http://www.cww.net.cn/VOIP/

[4] 百度官方百科上的VOIP协议介绍 https://baike.baidu.com/item/VOIP

（5） 全球通联网络－虚拟电话入网服务平台 http://voip.microvoip.com/Index.html