CTI论坛: VoIP与TDMoIP

VoIP与TDMoIP
佘其炯 2002/07/01
当今，IP上的话音业务（VoIP）正在大力发展，通信网络正向IP网络演进。但是，VoIP仍需要努力解决服务质量（QoS）和信令问题。
一种新的IP上的时分复用（TDMoIP）将为IP电话带来电信级的质量水平。TDMoIP是把IP网络作为插入到传统TDM网络中的一种网络可以与已有的设备（如传统的用户电话交换机和交换机）无缝地连接，并提供和传统电话一样的多种业务，以及像公用电话交换网（PSTN）那样的质量保证。
1 VoIP
VoIP的IP电话基本原理是：首先把PCM的语音放在IP网关中的内存缓冲区内，网关起到协议转换的作用，负责把该PCM话音数据流转换为压缩的IP包数据流。网关中的缓冲区使用标准的压缩算法从PCM中取样，取样后形成离散的二进制数据流，并加上报头。在形成二进制数据的过程中，任何冗余的数据，如语音之间的停顿（静音）和冗余会被标记出，并可能被压缩掉。
在IP网关缓冲区内排队等待的IP包选择路由后发送至目的地。当数据包到达目的地网关时，被解压缩（重新将静音时段和冗余话音插入进去），并被解码，恢复原始发出的语音信号。IP网关起控制及关守作用，如呼叫控制、呼叫管理、网络管理、语音智能交换等。
每个IP网关有一个网关号，即一个唯一的IP地址，网关号可理解为电话局号或区号。
IP电话在现有的电话设备拨号后，通过本地IP网关，在收到呼叫请求后，从其电话目录数据库中查到目的地网关号的IP地址，并向目的地发出呼叫请求。
VoIP中类似于信令的呼叫控制采用的主要协议是原CCITT H.323，以及H.225、H.245等。
VoIP要与传统电话的TDM网络相竞争，需要在QoS保证和信令问题作出努力。在话音业务中，低的时延和正确的信令时间顺序是至关重要的，这样能作到即使丢失了几毫秒的信号，也影响不大。为了解决这一问题，可以采用隧道和抖动缓存技术。此外，与话音质量有关的回音消除和话音压缩技术对于数据网络并不重要，而对于VoIP却有需要。
信令的基本性能是摘机、振铃、正确地把信号送达目的地以及计费等。与信令有关的还有主叫用户识别、呼叫转移、会议电话、智能联网等。对于电话网上如此众多、复杂的性能，用户通常并不知道，往往在失去一些用户习惯的性能时，用户才会明显地感觉到。这就要求VoIP还必须处理好IP网络与传统电话网络的接口与协调。
2 TDMoIP
TDMoIP透明地传送TDM帧，且无需中断任何数据传送，无需对数据作任何的解释和翻译。即使有一部分信道用来传载数据或是所有的帧都是非结构化的比特流时，TDMoIP都可传送任意的T1或E1业务。基本的TDMoIP概念可容易地延伸至部分的T1系统或信道化的E1系统。为了减轻业务流量的负荷，只有承载字节的信息才需要含有IP分组包。
TDMoIP解决IP网络及电话网络中的信令方法是：TDMoIP采用带内信令，信令和话音在同一音频段内传送，由TDMoIP自动传送在TDM时隙里编码的可听的呼叫过程中，并且需要用声音中继协议以保证带内信令功能的正确实施。
在传统的TDM网络中，另一项重要的功能是同步，时间同步的分层实施对于全网通信质量极为重要。在IP网络中，分组到达目的地的时延是随机的，即熟知的抖动。当在IP网络上仿真TDM时，通过采用缓存器及合适的时间参考，可以平滑所有进入的数据，克服这类随机性。
把TDMoIP集成到电话网络通常有以下两种方式：
（1）长途电话“绕道”方式
运营商在两个中央交换局间引入基于TDMoIP的备用链路。由于成本较低的优势，长途电话“绕道”业务可为客户提供比现今运营商便宜的费率。在这种方式中，TDMoIP设备应接收来自其所有连接的中央交换局的时钟参考信息。
（2）全网方式
主要基础设施的大部分用TDMoIP网络替代，并需要时间同步。IP网络通过网络定时协议（NTP）传播时钟信号。除非IP网络是专用的TDMoIP链路，通常在NTP时钟和所需的TDM间不建立连接。一种提供时间标准的解决方案是为所有TDMoIP设备提供原子钟或全球定位系统（GPS）接收器，这样可以减轻IP网络需要发送同步信息的负担。在不能提供精确的本地时间参考或费用太贵时，可采用在目的地再生同步时钟的方法。
3 TDMoIP和VoIP的比较
由于对话音、数据信令及协议的透明，TDMoIP比VoIP简单。而VoIP却需要在信令格式间采用新的协议和翻译。
VoIP尚需开发许多应用，TDMoIP可以自动地获得已有PBX和计算机通信集成（CTI）的一些优点。两者另一项重要的差别在于TDMoIP可以提供话音数据的混合业务。从业务提供者的观点看，TDMoIP和VoIP可互相补充。
从用户侧到运营商的业务提供点，把TDM中继线透明地延伸到IP网络上，可简化VoIP在业务提供点上部署较大型的、可伸缩的VoIP网关和软交换的工作，并可为用户在住宅侧提供简单的TDMoIP网络的终端单元。这些TDMoIP的终端电路可用来提供除VoIP业务外的一些业务，如通常的PSTN接入、集中式用户交换、帧中继和ISDN等业务。
参与竞争的本地电话公司可以用TDMoIP技术的优点扩展其市场范围，可简单和经济有效地建立更多的业务提供点，提供更多的业务。传统的本地电话公司可批发传输电路给新的运营商，使其能用TDMoIP经济有效地在光纤或无线链路上延伸T1或E1电路。
在吸取无线和光纤数据网络的优点，以及在各设施间用TDMoIP延伸T1或E1电路时，新的运营商可获得更多的收入。业务提供者还可把除宽带数据外的一些专线业务捆绑在一起。
TDMoIP使所有T1或E1电路上运行的话音和数据业务均可自动地被IP支持。它不仅包括简单的PSTN接入，还有一次群业务、集中式用户交换、VoIP的话音业务，以及ATM帧中继、点到点协议（PPP）、ISDN、同步网络体系结构（SNA）和X.25业务。
4 TDMoIP用于移动通信
蜂窝移动运营商可利用TDMoIP技术在TDM微波链路、T1或E1租用线路上作各基站间、基站控制器和移动交换中心间的连接。
迄今为止，ATM仍是最好的一种技术，而微波和租用线路都比较贵。在千兆以太网上引入QoS保证，以及采用TDMoIP将是一种可优先选择的方案。
第三代移动通信运营商在发展过程中，对于蜂窝骨干网络上的IP网络也可采用TDMoIP解决方案。展望未来，不论是现有的设备，还是第三代蜂窝网络设备都将能共存地接入到基于IP的骨干网络。
5 TDMoIP的应用
由于TDMoIP的一些特点，在全球大力发展VoIP的同时，也有运营商采用TDMoIP布署其网络。例如瑞典UTFOR公司就是一个例子。
UTFOR公司于2000年建设了4500km长的宽带光纤数据和电话网络，采用TDMoIP技术为客户提供先进的服务。该公司采用RAD数据通信公司的IPmuｘ产品，基于其IP、以太网和DWDM网络、旁路帧中继、ATM和SDH，提供一种纯粹的IP业务。
该公司的光纤网络将瑞典南部和中部的50个城镇与挪威的奥斯陆、丹麦的哥本哈根及芬兰的赫尔辛基连接。该网络的初期传输容量为1.2Tbit/s，初期的路由交换能力大于2Tbit/s。
IPmuｘ把数据或话音的同步数据流插入到分组包中，并加上IP报头。该分组包通过IP网络传送到目的地，在目的地去掉IP报头，还原成原来的数据流再发出。
不论是运营商还是用户，都期望把已有的电路交换资源与新的IP网络紧密地结合起来。
虽然目前全球正在采用VoIP，但是其标准化程度尚不成熟。把ATM和VoIP相比较，TDMoIP不失为一种较好且不太复杂的系统，由于保持了成帧或未成帧E1／T1电路的整合，因而没有削弱其质量。UTFOR公司决定采用TDMoIP的另一个因素是，从运营商的角度来看，VoIP尚不够规模化。
UTFOR公司通过TDMoIP为其用户提供Internet连接、透明的局域网业务、在IP上实现了传统的高质量的电话。
IP mux可以把企业用户的PBX连接到IP网络，在用来传送数据的基础设施上提供传统的话音通信。该产品还使UTFOR公司可提供公司内部的免费电话，以及用作Internet接入的100Mbit/s的IP端口虚拟专用网（VPN）业务。
UTFOR公司可以在一个接入口上替代租用线、帧中继和SDH结构。也就是说可以用一个IP端口为其客户提供Internet接入、话音交换、VPN和IP-VPN等所有业务。该公司将在下一步的TDMoIP业务中，逐步以成本较低的容量推出视频和多播业务。
佘其炯 1953年毕业于上海交通大学，中国电信教授级主任高级工程师。曾在前苏联学习电信专业及担任硕士生导师、在越南参加援越电信建设工作。多年来从事科研、技术管理及培养研究生工作。担任过部软件中心副主任及网管中心主任等一些技术管理工作。