1 VOIP的基本 原理與實現(xiàn)形式
IP電話系統(tǒng)把普通電話的模擬信號轉(zhuǎn)換成計算機可聯(lián)入因特網(wǎng)傳送的IP數(shù)據(jù)包，同時也將收到的IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成聲音的模擬電信號。經(jīng)過IP電話系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換及壓縮處理，每個普通電話傳輸速率約占用8-11kbit/s帶寬，因此在與普通電信網(wǎng)同樣使用傳輸速率為64kbit/s的帶寬時，IP電話數(shù)是原來的5-8倍。VOIP的核心與關鍵設備是IP電話網(wǎng)關。IP電話網(wǎng)關具有路由管理功能，它把各地區(qū)電話區(qū)號映射為相應的地區(qū)網(wǎng)關IP地址。這些信息存放在一個數(shù)據(jù)庫中，有關處理軟件完成呼叫處理、數(shù)字語音打包、路由管理等功能。在用戶撥打IP電話時，IP電話網(wǎng)關根據(jù)電話區(qū)號數(shù)據(jù)庫資料，確定相應網(wǎng)關的IP地址，并將此IP地址加入IP數(shù)據(jù)包中，同時選擇最佳路由，以減少傳輸時延，IP數(shù)據(jù)包經(jīng)因特網(wǎng)到達目的地IP電話網(wǎng)關。對于因特網(wǎng)未延伸到或暫時未設立網(wǎng)關的地區(qū)，可設置路由，由最近的網(wǎng)關通過長途電話網(wǎng)轉(zhuǎn)接，實現(xiàn)通信業(yè)務。
目前VOIP系統(tǒng)一般由IP電話終端、網(wǎng)關（Gateway）、網(wǎng)守（Gatekeeper）、網(wǎng)管系統(tǒng)、計費系統(tǒng)等幾部分組成。IP電話終端包括傳統(tǒng)的語音電話機、PC、IP電話機，也可以是集語音、數(shù)據(jù)和圖象于一體的多媒體業(yè)務終端。由于不同種類的終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)源結構是不同的，要在同一個網(wǎng)絡上傳輸，這就要由網(wǎng)關或者是通過一個適配器進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，形成統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)包。IP電話網(wǎng)關提供IP網(wǎng)絡和電話網(wǎng)之間的接口，用戶通過PSTN本地環(huán)路連接到IP網(wǎng)絡的網(wǎng)關，網(wǎng)關負責把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并壓縮打包，成為可以在因特網(wǎng)上傳輸?shù)腎P分組語音信號，然后通過因特網(wǎng)傳送到被叫用戶的網(wǎng)關端，由被叫端的網(wǎng)關對IP數(shù)據(jù)包進行解包、解壓和解碼，還原為可被識別的模擬語音信號，再通過PSTN傳到被叫方的終端。這樣，就完成了一個完整的電話到電話的IP電話的通信過程。網(wǎng)守實際上是IP電話網(wǎng)的智能集線器，是整個系統(tǒng)的服務平臺，負責系統(tǒng)的管理、配置和維護。網(wǎng)守提供的功能有撥號方案管理、安全性管理、集中帳務管理、數(shù)據(jù)庫管理和備份、網(wǎng)絡管理等等。網(wǎng)管系統(tǒng)的功能是管理整個IP電話系統(tǒng)，包括設備的控制及配置，數(shù)據(jù)配給，撥號方案管理及負載均衡、遠程監(jiān)控等。計費系統(tǒng)的功能是對用戶的呼叫進行費用計算，并提供相應的單據(jù)和統(tǒng)計報表。計費系統(tǒng)可以由IP電話系統(tǒng)制造商提供，也可以由第三方制作，但此時需IP電話系統(tǒng)制造商提供其軟件數(shù)據(jù)接口。
在實現(xiàn)方式上，VOIP有電話機到電話機、電話機到PC、PC到電話機和PC到PC等4種方式。最初VOIP方式主要是PC到PC，利用IP地址進行呼叫，通過語音壓縮、打包傳送方式，實現(xiàn)因特網(wǎng)上PC機間的實時話音傳送，話音壓縮、編解碼和打包均通過PC上的處理器、聲卡、網(wǎng)卡等硬件資源完成，這種方式和公用電話通信有很大的差異，且限定在因特網(wǎng)內(nèi)，所以有很大的局限性。電話到電話即普通電話經(jīng)過電話交換機連到IP電話網(wǎng)關，用電話號碼穿過IP網(wǎng)進行呼叫，發(fā)送端網(wǎng)關鑒別主叫用戶，翻譯電話號碼／網(wǎng)關IP地址，發(fā)起IP電話呼叫，連接到最靠近被叫的網(wǎng)關，并完成話音編碼和打包，接收端網(wǎng)關實現(xiàn)拆包、解碼和連接被叫。對于電話到PC或是PC到電話的情況，是由網(wǎng)關來完成IP地址和電話號碼的對應和翻譯，以及話音編解碼和打包。
2 VOIP的關鍵技術
傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡主要是用來傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務，采用的是盡力而為的、無連接的技術，因此沒有服務質(zhì)量保證，存在分組丟失、失序到達和時延抖動等情況。數(shù)據(jù)業(yè)務對此要求不高，但話音屬于實時業(yè)務，對時序、時延等有嚴格的要求。因此必須采取特殊措施來保障一定的業(yè)務質(zhì)量。VOIP的關鍵技術包括信令技術、編碼技術、實時傳輸技術、服務質(zhì)量（QOS）保證技術、以及網(wǎng)絡傳輸技術等。
2.1 信令技術
信令技術保證電話呼叫的順利實現(xiàn)和話音質(zhì)量，目前被廣泛接受的VOIP控制信令體系包括ITU-T的H.323系列（華為公司產(chǎn)品采用）和IETF的會話初始化協(xié)議SIP。
ITU的H.323系列建議定義了在無業(yè)務質(zhì)量保證的因特網(wǎng)或其它分組網(wǎng)絡上多媒體通信的協(xié)議及其規(guī)程。H.323標準是局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、Intranet和Internet上的多媒體提供技術基礎保障。H.323是ITU-T有關多媒體通信的一個協(xié)議集，包括用于ISND的H.320，用于B-ISDN的H.321和用于PSTN終端的H.324等建議。其編碼機制，協(xié)議范圍和基本操作類似于ISDN的Q.931信令協(xié)議的簡化版本，并采用了比較傳統(tǒng)的電路交換的方法。相關的協(xié)議包括用于控制的H.245，用于建立連接的H.225，用于大型會議的H.332，用于補充業(yè)務的H.450.1、H.450.2和H.450.3，有關安全的H.235，與電路交換業(yè)務互操作的H.246等。H.323提供設備之間、高層應用之間和提供商之間的互操作性。它不依賴于網(wǎng)絡結構，獨立于操作系統(tǒng)和硬件平臺，支持多點功能、組播和帶寬管理。H.323具備相當?shù)撵`活性，支持包含不同功能的節(jié)點之間的會議和不同網(wǎng)絡之間的會議。H.323建議的多媒體會議系統(tǒng)中的信息流包括音頻、視頻、數(shù)據(jù)和控制信息。信息流采用H.225建議方式來打包和傳送。
H.323呼叫建立過程涉及到三種信令：RAS(Registration Admission Status）信令，H.225呼叫信令和H.245控制信令。
RAS信令用來完成終端與網(wǎng)守之間的登記注冊、授權許可、帶寬改變、狀態(tài)和脫離解除等過程；
H.225呼叫信令用來建立兩個終端之間的連接，這個信令使用Q.931消息來控制呼叫的建立和拆除，當系統(tǒng)中沒有網(wǎng)守時，呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個終端之間打開；當系統(tǒng)中包括一個網(wǎng)守時，由網(wǎng)守決定在終端與網(wǎng)守之間或是在兩個終端之間開辟呼叫信令信道；
H.245控制信令用來傳送終端到終端的控制消息，包括主從判別、能力交換、打開和關閉邏輯信道、模式參數(shù)請求、流控消息和通用命令與指令等。H.245控制信令信道建立于兩個終端之間，或是一個終端與一個網(wǎng)守之間。
此外，H.323不支持多點發(fā)送（Multicast）議，只能采用多點控制單元（MCU）構成多點會議，因而同時只能支持有限的多點用戶。H.323也不支持呼叫轉(zhuǎn)移，且建立呼叫的時間比較長。
2.2 編碼技術
話音壓縮編碼技術是IP電話技術的一個重要組成部分。目前，主要的編碼技術有ITU-T 定義的G.729、G.723等。其中G.729可將經(jīng)過采樣的64Kbit/s話音以幾乎不失真的質(zhì)量壓縮至8Kbit/s。由于在分組交換網(wǎng)絡中，業(yè)務質(zhì)量不能得到很好保證，因而需要話音的編碼具有一定的靈活性，即編碼速率、編碼尺度的可變可適應性。G.729原來是8Kbit/s的話音編碼標準，現(xiàn)在的工作范圍擴展至6.4-11.8Kbit/s，話音質(zhì)量也在此范圍內(nèi)有一定的變化，但即使是6.4Kbit/s，話音質(zhì)量也還不錯，因而很適合在VOIP系統(tǒng)中使用。G.723.1采用5.3/6.3kbit/s雙速率話音編碼，其話音質(zhì)量好，但是處理時延較大，它是目前已標準化的最低速率的話音編碼算法。
此外，靜音檢測技術和回聲消除技術也是VOIP中十分關鍵的技術。靜音檢測技術可有效剔除靜默信號，從而使話音信號的占用帶寬進一步降低到3.5kbit/s左右；回聲消除技術主要利用數(shù)字濾波器技術來消除對通話質(zhì)量影響很大回聲干擾，保證通話質(zhì)量。這點在時延相對較大的IP分組網(wǎng)絡中尤為重要。
2.3 實時傳輸技術
實時傳輸技術主要是采用實時傳輸協(xié)議RTP。RTP是提供端到端的包括音頻在內(nèi)的實時數(shù)據(jù)傳送的協(xié)議。ＲＴＰ包括數(shù)據(jù)和控制兩部分，后者叫RTCP。RTP提供了時間標簽和控制不同數(shù)據(jù)流同步特性的機制，可以讓接收端重組發(fā)送端的數(shù)據(jù)包，可以提供接收端到多點發(fā)送組的服務質(zhì)量包饋。
2.4 QOS保障技術
VOIP中主要采用資源預留協(xié)議（RSVP）以及進行服務質(zhì)量監(jiān)控的實時傳輸控制協(xié)議RTCP來避免網(wǎng)絡擁塞，保障通話質(zhì)量。
2.5 網(wǎng)絡傳輸技術
VOIP中網(wǎng)絡傳輸技術主要是TCP和UDP，此外還包括網(wǎng)關互聯(lián)技術、路由選擇技術、網(wǎng)絡管理技術以及安全認證和計費技術等。由于實時傳輸協(xié)議RTP提供具有實時特征的、端到端的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務，因此VOIP可用RTP來傳送話音數(shù)據(jù)。在RTP報頭中包含裝載數(shù)據(jù)的標識符、序列號、時間戳以及傳送監(jiān)視等，通常RTP協(xié)議數(shù)據(jù)單元是用UDP分組來承載，而且為了盡量減少時延，話音凈荷通常都很短。IP、UDP和RTP報頭都按最小長度計算。VOIP話音分組開銷很大，采用RTP協(xié)議的VOIP格式，在這種方式中將多路話音插入話音數(shù)據(jù)段中，這樣提高了傳輸效率。
