论文部分内容阅读
RAD数据通讯公司研发部副总裁 Gil Biran
通过帧中继（Frame Relay）、IP和ATM进行话音传输的技术各有拥趸，因为它们适用于不同环境，可以满足特定需要。本文将讨论这三种技术所提供的话音传输机制及互操作的解决方案。
话音和数据网集成的趋势
在过去几年里，互联网的飞速发展使得数据传输总量将很快超过话音传输总量。通过数据网传输的话音（利用帧中继、IP和ATM传送话音），与通过话音网传送的数据相比，越来越多的话音通过数据网传输。
尽管利用分组交换网络（帧中继，IP和ATM）传输话音及数据已经取得不小的进步，但是当今市场所需的是能将上述几种技术汇集成的一个单一的、无所不在的通讯服务，它不再受到其底层技术的限制。我们面对的下一个挑战就是开发一种互联和互操作标准，以实现在帧中继、IP和ATM网络上及它们之间传输话音。
数据网络的特性及其对话音的影响
数据网络的特性
帧中继、IP和ATM 被称作分组交换或信元交换技术。分组交换和信元交换网采用统计复用技术，即依据传输行为的不同，动态地为不同的链接分配带宽。由于并不为某一固定路径保留带宽，这样可根据特定时间的内网络对带宽的不同需求有效分配带宽。
分组交换网络（ATM除外）原本是设计用来处理突发性数据的，为获得良好的话音质量，必须将话音分组在网上的传输延迟减到最小，并保持固定不变。
数据网传输话音
过长和变化的延迟会使得话音听起来不自然并影响交谈。信息分组的丢失则会造成通话内容的部分丢失和话音质量下降。
解决延迟和网络拥塞的一个方法是在网络传输的关键部位增加带宽，在接入领域却性能价格比却不理想。最佳的解决方案是不用增加带宽，在用户端、管理拥塞和延迟的接入节点和骨干网，分别实现如对不同的传输设定不同的优先级等机制。
利用帧中继传输话音（VoFR）
帧中继技术以其灵活的带宽，广泛的可接入性，支持多种混合信息流及技术的成熟性，常常被应用在企业数据网络中。帧中继技术以永久虚拟连接（PVCs）为基础。它适用于封闭的用户组，在星形拓扑结构及需要可预测的性能环境下也被推荐使用。
优先级分配
话音帧中继接入设备（VFRADs）的优先级分配方案是这样的：根据不同信息分组对延迟的敏感的差异分别对应用进行“标记”，分配给话音和其它如SNA等对时间敏感的数据高的优先级。VFRADs会让优先级较高的话音分组先通过，然后再让数据分组通过。经过压缩的话音传输相对较短，只占用很少的带宽。
分段
MAXcess和其它VFRADs都结合分段方案来提高网络性能。数据分组将被分成小的片段，这样使得具有高优先级的话音分组优先发送，余下的数据分组包将暂停传送，直到话音传输完毕。不过分段的缺点是增加了数据帧的数量以及标记和报头的数量。这样一来就增加了开销，降低了带宽的利用率。
可变延迟的控制
分组之间到达时间的变化被称做抖动，它可造成声音的不自然。如果某个信息分组不能及时加入到话音流中，那么，前一个分组就会被重放。这将严重影响话音的质量。为避免抖动的影响，话音帧中继接入设备，会在抖动缓存器中存放话音分组，给后继的话音分组足够的时间加入到话音流中，使之仍能保证得到正常的声音流。由于抖动缓存增加了话音的全局延迟，经过优化的抖动缓存能适应网络的不同延迟。
语音压缩
语音压缩可以使分组交换网络有效地传输数据和话音，而不影响话音的质量。帧中继接入的速率一般是56/64kbps。
静音抑制
在电话交谈的特定时间内，大约只有用到50%的全双工连接；如果在词与词的间隔和讲话自然停顿之间不发送话音分组的话，还会再减少10%左右的带宽需求。静音抑制可以解放全双工连接中60%的带宽用于其他的数据和话音的传输。
回音消除
回音消除可以提高话音传输的质量。它可消除由于电话信号反射回呼叫方产生的回音。
利用IP传输话音（VoIP）
网际网协议（IP协议）是一种无连接协议。由于信息包被合理路由到最不拥挤的路径，网络资源得到了充分的利用。
优先级分配与QoS直接相关。主要的IP QoS协议是RSVP，但并未得到广泛应用。差分服务模型使用IP报头中服务类型（ToS）字节位，在用户和服务提供商或ISP之间为不同的流量分级。到目前为止IP上还没有可变QoS服务。
IP分段技术为减少话音传输过程中的总延迟，但由于IP报头太大， IP话音传输和帧中继传输相比，多占用大约50%的广域网带宽。随着IP的成熟，报头压缩和路由器的改善可以消除这些不足。
语音压缩是IP传输话音的关键，因为传输话音通常是在低速连接中进行的。为PC和笔记本电脑设计的流行应用程序Microsoft Netmeeting支持ITU G.723.1语音压缩标准，该标准可以通过拨号调制解调器传送话音。ITU G.723.1语音压缩协议保证了同长途电话相同的话音质量。
抖动缓存、静音抑制和回音消除这三种技术与帧中继传输话音类似。回音消除在IP传输话音中极为重要。
ATM传输话音(VoATM)
异步传输模式，即ATM，是一种多服务、高速、可扩展的技术。在网络运营商的主干网中，支持具有各种不同传输特性的服务。 ATM以相当快的速度同时进行数据、话音、图象和视频的传输。不足之处是，ATM服务价格高，还不是随处可用的。
分段在ATM中是内置的，每一信元由固定长度的53个字节组成，ATM交换机能以极快的速度在ATM网上交换数据。
优先级分配在ATM中通过QoS参数来实现。CBR作为质量最高的ATM服务，提供线路模拟服务(CES),用来传输连续的信息比特流。在整个传输过程中，ATM会为某一特定链路分配固定的带宽。尽管这保证了高质量的话音，但CES也独占了可被其它应用使用的带宽。另外，为减少延迟，CES不会等6毫秒的时间，以使47比特的话音能够将信元填满，就把仅有半满的固定长度信元发送出去。这样每一个ATM信元就会浪费20多字节的带宽。动态带宽线路模拟服务（DBCES）是线路模拟（CES）的一个变种，它不传送持续的信元流，仅在确有的话音呼叫时才发送信息。 然而与CES一样，发送的信元也有部分不是全满的。因此，使用AAL1来传输话音将增加话音的传输的开销，并浪费带宽资源。
AAL2的可变比特率服务（VBR-RT）正逐渐成为ATM传输话音的可选择的标准，与具有固定负荷的AAL1相比，AAL2使信元间可变负荷成为可能。因而与使用AAL1的结构化或非结构化的电路模拟相比，可以大大改善带宽的利用率。 另外，AAL2支持话音压缩和静音抑制，并可在同一个ATM连接中，支持具有可变带宽的多个话音信道。
话音压缩ATM-帧中继混合网必须使用话音压缩技术，远端的帧中继设备需要话音压缩。
互操作标准有待进一步加强
未来可互操作的话音和数据网使我们可汲取各种网络的精华：帧中继的安装基础、 ATM的速度和质量、 以及IP的无所不在。现在， 这三种网络使用的分段技术都大同小异，只是优先级分配技术、信令协议和话音压缩算法不兼容。不同协议间的标准化工作正在进行。
FRF.11的第二步主要解决互操作问题， 但还没有实施。 只要帧中继基于永久虚拟连接（PVC）， 厂商们便不会主动关心系统的互操作性。在永久虚拟连接中，所有节点都是已知的，所有的终端设备均出自同一厂商。如果用户更多地使用交换虚拟连接（SVC），由于其路径动态分配，互操作便有市场需求了。到目前为止，专有的互操作手段是专用企业网的一个可接受的解决方案。
ITU H.323为IP网上的话音和多媒体应用定义了互操作的标准。它给出了端点设备的协商和信息的格式，但没有提及编码、优先级分配和安全性的问题。 因此，H.323实际上并不能保证不同厂商设备之间的互操作。有的IP供应商正进行合作，在H.323和即将出台的H.225 .0 附录G标准的基础上，制订互操作标准，它的目标是实现不同供应商的网关和网闸之间的互操作，使网络两端可以部署不同IP平台。
对互操作的需求
由于迄今为止，任何一种技术尚未建立起一套全面标准，期望在近期出台不同技术的互操作标准还不现实。因此，互操作方案不得不是专用的。通过帧中继、IP和ATM传输话音的互操作标准的缺乏，使得设备制造厂商必须开发他们自己的互操作解决方案。
企业网中常常需要各种技术的互操作。例如，通过帧中继网进行话音/数据传输的企业，可能需要在不增加新设备的情况下，通过IP传送话音把网络扩展到不具备帧中继基础设施的远程地点。在这种情形下，帧中继和IP的互操作至关重要。但这说起来容易做起来难，因为帧中继和IP使用不同的话音压缩算法（分别是ITUG.729和ITUG723A）， 其信令方式也各不相同。为交换虚拟电路而设计的FRF.4建议没有被广泛作为帧中继话音交换的基本标准。实际上，在帧中继网络话音交换，并不存在标准。不管怎样，它并不能与基于H.323协议栈的VoIP话音交换实现互操作。
拥有众多远程分部，使用帧中继服务和VoFR的大型企业网络，需要高速ATM服务以支持总部的庞大通信流量。这就产生了通用的帧中继和ATM、特定的VoFR和VoATM互操作的需求。想通过同一平台支持多种话音技术的另一理由是，在保护原有投资情况下可以迁移到不同的技术。
毫无疑问，随着越来越多的话音转而通过数据网传输，未来的数年里数据革命将进入到一个新的境界。话音设备厂商也将继续在分组交换技术的基础上开发更多的话音/数据集成设备。无所不在的话音/数据服务将集成在一个全球基础设施中，用户将从话音和各种数据真正的、透明的、无缝的互操作中受益。
通过帧中继（Frame Relay）、IP和ATM进行话音传输的技术各有拥趸，因为它们适用于不同环境，可以满足特定需要。本文将讨论这三种技术所提供的话音传输机制及互操作的解决方案。
话音和数据网集成的趋势
在过去几年里，互联网的飞速发展使得数据传输总量将很快超过话音传输总量。通过数据网传输的话音（利用帧中继、IP和ATM传送话音），与通过话音网传送的数据相比，越来越多的话音通过数据网传输。
尽管利用分组交换网络（帧中继，IP和ATM）传输话音及数据已经取得不小的进步，但是当今市场所需的是能将上述几种技术汇集成的一个单一的、无所不在的通讯服务，它不再受到其底层技术的限制。我们面对的下一个挑战就是开发一种互联和互操作标准，以实现在帧中继、IP和ATM网络上及它们之间传输话音。
数据网络的特性及其对话音的影响
数据网络的特性
帧中继、IP和ATM 被称作分组交换或信元交换技术。分组交换和信元交换网采用统计复用技术，即依据传输行为的不同，动态地为不同的链接分配带宽。由于并不为某一固定路径保留带宽，这样可根据特定时间的内网络对带宽的不同需求有效分配带宽。
分组交换网络（ATM除外）原本是设计用来处理突发性数据的，为获得良好的话音质量，必须将话音分组在网上的传输延迟减到最小，并保持固定不变。
数据网传输话音
过长和变化的延迟会使得话音听起来不自然并影响交谈。信息分组的丢失则会造成通话内容的部分丢失和话音质量下降。
解决延迟和网络拥塞的一个方法是在网络传输的关键部位增加带宽，在接入领域却性能价格比却不理想。最佳的解决方案是不用增加带宽，在用户端、管理拥塞和延迟的接入节点和骨干网，分别实现如对不同的传输设定不同的优先级等机制。
利用帧中继传输话音（VoFR）
帧中继技术以其灵活的带宽，广泛的可接入性，支持多种混合信息流及技术的成熟性，常常被应用在企业数据网络中。帧中继技术以永久虚拟连接（PVCs）为基础。它适用于封闭的用户组，在星形拓扑结构及需要可预测的性能环境下也被推荐使用。
优先级分配
话音帧中继接入设备（VFRADs）的优先级分配方案是这样的：根据不同信息分组对延迟的敏感的差异分别对应用进行“标记”，分配给话音和其它如SNA等对时间敏感的数据高的优先级。VFRADs会让优先级较高的话音分组先通过，然后再让数据分组通过。经过压缩的话音传输相对较短，只占用很少的带宽。
分段
MAXcess和其它VFRADs都结合分段方案来提高网络性能。数据分组将被分成小的片段，这样使得具有高优先级的话音分组优先发送，余下的数据分组包将暂停传送，直到话音传输完毕。不过分段的缺点是增加了数据帧的数量以及标记和报头的数量。这样一来就增加了开销，降低了带宽的利用率。
可变延迟的控制
分组之间到达时间的变化被称做抖动，它可造成声音的不自然。如果某个信息分组不能及时加入到话音流中，那么，前一个分组就会被重放。这将严重影响话音的质量。为避免抖动的影响，话音帧中继接入设备，会在抖动缓存器中存放话音分组，给后继的话音分组足够的时间加入到话音流中，使之仍能保证得到正常的声音流。由于抖动缓存增加了话音的全局延迟，经过优化的抖动缓存能适应网络的不同延迟。
语音压缩
语音压缩可以使分组交换网络有效地传输数据和话音，而不影响话音的质量。帧中继接入的速率一般是56/64kbps。
静音抑制
在电话交谈的特定时间内，大约只有用到50%的全双工连接；如果在词与词的间隔和讲话自然停顿之间不发送话音分组的话，还会再减少10%左右的带宽需求。静音抑制可以解放全双工连接中60%的带宽用于其他的数据和话音的传输。
回音消除
回音消除可以提高话音传输的质量。它可消除由于电话信号反射回呼叫方产生的回音。
利用IP传输话音（VoIP）
网际网协议（IP协议）是一种无连接协议。由于信息包被合理路由到最不拥挤的路径，网络资源得到了充分的利用。
优先级分配与QoS直接相关。主要的IP QoS协议是RSVP，但并未得到广泛应用。差分服务模型使用IP报头中服务类型（ToS）字节位，在用户和服务提供商或ISP之间为不同的流量分级。到目前为止IP上还没有可变QoS服务。
IP分段技术为减少话音传输过程中的总延迟，但由于IP报头太大， IP话音传输和帧中继传输相比，多占用大约50%的广域网带宽。随着IP的成熟，报头压缩和路由器的改善可以消除这些不足。
语音压缩是IP传输话音的关键，因为传输话音通常是在低速连接中进行的。为PC和笔记本电脑设计的流行应用程序Microsoft Netmeeting支持ITU G.723.1语音压缩标准，该标准可以通过拨号调制解调器传送话音。ITU G.723.1语音压缩协议保证了同长途电话相同的话音质量。
抖动缓存、静音抑制和回音消除这三种技术与帧中继传输话音类似。回音消除在IP传输话音中极为重要。
ATM传输话音(VoATM)
异步传输模式，即ATM，是一种多服务、高速、可扩展的技术。在网络运营商的主干网中，支持具有各种不同传输特性的服务。 ATM以相当快的速度同时进行数据、话音、图象和视频的传输。不足之处是，ATM服务价格高，还不是随处可用的。
分段在ATM中是内置的，每一信元由固定长度的53个字节组成，ATM交换机能以极快的速度在ATM网上交换数据。
优先级分配在ATM中通过QoS参数来实现。CBR作为质量最高的ATM服务，提供线路模拟服务(CES),用来传输连续的信息比特流。在整个传输过程中，ATM会为某一特定链路分配固定的带宽。尽管这保证了高质量的话音，但CES也独占了可被其它应用使用的带宽。另外，为减少延迟，CES不会等6毫秒的时间，以使47比特的话音能够将信元填满，就把仅有半满的固定长度信元发送出去。这样每一个ATM信元就会浪费20多字节的带宽。动态带宽线路模拟服务（DBCES）是线路模拟（CES）的一个变种，它不传送持续的信元流，仅在确有的话音呼叫时才发送信息。 然而与CES一样，发送的信元也有部分不是全满的。因此，使用AAL1来传输话音将增加话音的传输的开销，并浪费带宽资源。
AAL2的可变比特率服务（VBR-RT）正逐渐成为ATM传输话音的可选择的标准，与具有固定负荷的AAL1相比，AAL2使信元间可变负荷成为可能。因而与使用AAL1的结构化或非结构化的电路模拟相比，可以大大改善带宽的利用率。 另外，AAL2支持话音压缩和静音抑制，并可在同一个ATM连接中，支持具有可变带宽的多个话音信道。
话音压缩ATM-帧中继混合网必须使用话音压缩技术，远端的帧中继设备需要话音压缩。
互操作标准有待进一步加强
未来可互操作的话音和数据网使我们可汲取各种网络的精华：帧中继的安装基础、 ATM的速度和质量、 以及IP的无所不在。现在， 这三种网络使用的分段技术都大同小异，只是优先级分配技术、信令协议和话音压缩算法不兼容。不同协议间的标准化工作正在进行。
FRF.11的第二步主要解决互操作问题， 但还没有实施。 只要帧中继基于永久虚拟连接（PVC）， 厂商们便不会主动关心系统的互操作性。在永久虚拟连接中，所有节点都是已知的，所有的终端设备均出自同一厂商。如果用户更多地使用交换虚拟连接（SVC），由于其路径动态分配，互操作便有市场需求了。到目前为止，专有的互操作手段是专用企业网的一个可接受的解决方案。
ITU H.323为IP网上的话音和多媒体应用定义了互操作的标准。它给出了端点设备的协商和信息的格式，但没有提及编码、优先级分配和安全性的问题。 因此，H.323实际上并不能保证不同厂商设备之间的互操作。有的IP供应商正进行合作，在H.323和即将出台的H.225 .0 附录G标准的基础上，制订互操作标准，它的目标是实现不同供应商的网关和网闸之间的互操作，使网络两端可以部署不同IP平台。
对互操作的需求
由于迄今为止，任何一种技术尚未建立起一套全面标准，期望在近期出台不同技术的互操作标准还不现实。因此，互操作方案不得不是专用的。通过帧中继、IP和ATM传输话音的互操作标准的缺乏，使得设备制造厂商必须开发他们自己的互操作解决方案。
企业网中常常需要各种技术的互操作。例如，通过帧中继网进行话音/数据传输的企业，可能需要在不增加新设备的情况下，通过IP传送话音把网络扩展到不具备帧中继基础设施的远程地点。在这种情形下，帧中继和IP的互操作至关重要。但这说起来容易做起来难，因为帧中继和IP使用不同的话音压缩算法（分别是ITUG.729和ITUG723A）， 其信令方式也各不相同。为交换虚拟电路而设计的FRF.4建议没有被广泛作为帧中继话音交换的基本标准。实际上，在帧中继网络话音交换，并不存在标准。不管怎样，它并不能与基于H.323协议栈的VoIP话音交换实现互操作。
拥有众多远程分部，使用帧中继服务和VoFR的大型企业网络，需要高速ATM服务以支持总部的庞大通信流量。这就产生了通用的帧中继和ATM、特定的VoFR和VoATM互操作的需求。想通过同一平台支持多种话音技术的另一理由是，在保护原有投资情况下可以迁移到不同的技术。
毫无疑问，随着越来越多的话音转而通过数据网传输，未来的数年里数据革命将进入到一个新的境界。话音设备厂商也将继续在分组交换技术的基础上开发更多的话音/数据集成设备。无所不在的话音/数据服务将集成在一个全球基础设施中，用户将从话音和各种数据真正的、透明的、无缝的互操作中受益。