ISIN网络体系与VoIP技术的发展

新一代综合业务信息网(ISIN)网络体系
　　随着Internet的深入应用与发展，IP将成为未来信息通信的主导技术，各种业务可由IP包来承载(Everything over IP)，而IP信息流又可以在各种传输媒体中传送(IP over Everything)，并以IP网为基础，*终实现数据、话音、图象业务融合和网络融合。采用统一的技术解决方案(Integrated Solution)来构建新一代信息网络(Information Network)，以提供话音、数据和图象等综合服务(Integrated Service)，将成为人们不懈努力的追求目标，代表着二十一世纪新一代通信网络的发展方向。
　　1.ISIN网络体系结构
　　ISIN(Integrated Service of Information Network)即综合业务信息网络，以分组包交换技术和提供综合各种服务为基础，建立统一的信息网络，将无缝地兼容现有各种业务，其网络体系模型由图1表示。
　　ISIN网络体系由ISIN骨干网(BACKBONE)、ISIN接入网(ACCESS)和ISIN终端系统(CPE-Customer Premises Equipment)组成。ISIN是一个完全分组化(Pure Packet)的数字网络。从CPE设备开始，所有用户信息(话音、数据、图象等)皆作分组化处理，采用IP包或ATM信元承载，以MPLS协议作路由传送到接入网和骨干网进行传输与交换。在近阶段，采用IP包和ATM信元兼容处理可以更好地无缝融合现有话音业务，并可实现QoS功能，支持VoIP等实时业务。
　　ISIN骨干网的核心设备是IP交换机(IP Switch)。IP交换机实质上是一部功能强大的高速路由器，采用IP over DWDM技术，直接以光纤密集波分复用方式组网。在高速骨干网周围，将采用边缘IP交换机进行网络扩展。
　　ISIN接入网在功能上作为CPE设备与骨干网之间的接入设备，向用户提供语音、数据、图像等各种综合业务。在接入网的有关节点(Node)安装各类网关(Gateway)与PSTN及其它应用网络互联互通，实现业务逐步从现有分离建设的PSTN网、DDN、FR等网络中转入到一体化ISIN网络中，从而构建统一的ISIN信息网络体系。
　　2.ISIN接入网
　　ISIN接入网设备由接入节点机和各种接口设备组成。节点机采用Packet/Cell交换核心模块，外围网络侧采用光纤接口互连，用户侧可采用xDSL经UTP双绞线传输，或采用Cable Modem经同轴电缆(Coax)传输，也可以无线(Wireless)方式或光纤连接到用户终端，从而构成ISIN节点处理设备。节点设备可以安装内置网关模块或连接外部独立网关设备与PSTN等现有网络互联，实现业务互通。同时节点设备配置有OMC设备，可与网络管理中心和业务管理中心相连接，完成网络和业务的统一管理。
　　通过功能模块、接口模块和网关模块的独特设计，使ISIN接入设备具有十分灵活便利的组网性能，可以很方便地满足电信部门灵活组网和扩容的要求，实现网络随业务发展不断升级。同样，由于ISIN组网的灵活性和分布适应性，可以根据客户需求，灵活安装节点设备，使用户就近上网，业务就近分流进入新建ISIN网中，从而不干扰现有PSTN网的话音业务。由此可见，ISIN接入网体现了“就近上网、业务综合、自成网络、走向未来”的特征，它代表着网络发展的方向，具有广阔的发展前景。
　　3.ISIN CPE用户终端设备
　　在用户侧，包括商业用户和家庭用户，需要安装一个终端设备(CPE)和ISIN接入网相连，将分组化、宽带化和智能化直接推进到*终用户。CPE设备采用机顶盒STB(Set Top Box)结构，可以是xDSL终端，也可以是Cable Modem 终端或是无线收发终端。可以从单一功能的终端起步，然后升级到具有路由功能的智能接入终端IAD(Intelligent Access Devices)。IAD采用10/100M以太网接口，连接内部局域网，组成HomeLAN网络，可连接计算机、IP网络电话、信息家电、家庭监控等终端设备。IAD可以采用光纤/xDSL/E1/V.35/Cable Modem/Ethernet等方式，与ISIN接入节点连接，为用户提供话音、数据和图象等信息业务。由此可见，立足ISIN分组化网络，采用以太网接口、功能齐备且使用简便的各种应用终端将展现巨大的市场前景。
IP电话的技术障碍和实施的关键技术
　　1. 技术障碍
　　因为IP电话还有一些尚未有效解决的技术问题，这些问题引起的语音质量不够理想、使用不方便，因而还不容易为人们普遍接受。
　　IP电话的技术障碍目前主要有：
　　IP交换引起的传输时延无法确定。语音应用对时延有一定要求，人耳对400毫秒以下的时延反应不甚强烈，但若超过400毫秒，就会感到断断续续，无法忍受了。解决时延问题是实现和发展IP电话的关键。
　　无法提供QoS保证，造成语音效果无法接受。实现业务传输优先级的保证关键在于引入一种服务质量机制(QoS)，允许网络将不同类型的业务置于特定的QoS队列之中。使得语音业务的传输优先级高于数据业务，从而降低了队列延时，实时性得到保障。
　　带宽限制了应用，接入手段需要极大的改善。足够的带宽也是确保语音数据包无时延地到达目的地所必须的条件。如果网络面临拥塞，就需要更大的网络带宽来解决这个问题，仅仅采用优先机制无法消除分组包的丢失问题，若不希望丢弃任何数据包，就必须增加网络带宽。对于应用者来说，带宽越大越好，56K的模拟*大接入已经远远不能达到要求了。
　　2.IP电话实施的关键技术
　　①话音压缩技术
　　IP电话技术的基础是话音压缩技术。1995年11月，经过较长时间的研究，ITU(国际电联)批准了一个被称为G.729的新的话音压缩标准。G.729标准采用的算法，可以仅用8Kbit/s传输话音，话音质量与32Kbit/sADPCM(G.724)相同。ADPCM(差分脉冲编码调制)在的公共电话网络中被用于提供长话级话音(Toll Quality Voice)。G.729的算法被称作CS-ACELP(Conjugate Structured-Algebraic Code Excited Linear Predictive，对生结构代数码激线性预测)，它构成了G.729标准的基础。在标准形成的过程中，AT&T、法国电信、日本NTT的研究建议对基于该算法的系统性能改进均起了重要作用。
　　CS-ACELP在标准PCM或线性PCM(Pulsed Code Modulation，脉冲编码调制)的话音采样基础上，每10ms生成一个10字节长的话音帧。这个算法提供了优秀音质，且延时很小。CS-ACELP也是为先进的定点运算数字信号处理器设计的，因为它要求强大的运算处理能力。
　　G.729标准后来在1996年又得到了进一步的优化改进。现在G.729是*重要的话音压缩标准，其他的话音压缩技术还有几种，采用较多的是G.729和G.723/G.723.1。
　　②静噪抑制技术
　　所谓静噪抑制技术，是指检测到通话过程或传真过程中的安静时段，并在这些安静时候停止发送语音包。大量的研究表明，在一路全双工电话交谈中，只有36%～40%的信号是活动的或有效的。当一方在讲话时，另一方在听，而且讲话过程中有大量显著的停顿。通过静噪抑制技术，大量的网络带宽节省下来用于其他话音或数据通信。
　　③回声消除技术
　　在PBX或局用交换机侧，有少量电能未被充分转换而且沿原路返回，形成回声。如果打电话者离PBX或交换机不远，回声返回很快，人耳听不出来，这种情况下无关紧要。但是当回声返回时间超过10ms时，人耳就可听到明显的回声了。为了防止回声，一般需要回声消除技术，在处理器中有特殊的软件代码监听回声信号，并将它从听话人的语音信号中消除。对于IP电话设备，回声消除技术是十分重要的，因为一般IP网络的时延很容易就达到40～50ms。
　　④话音抖动处理技术
　　IP网络的一个特征就是网络延时与网络抖动，这可能导致IP电话音质下降。网络延时是指一个IP包在网络上传输平均所需的时间，网络抖动是指IP包传输时间的长短变化。当网络上的话音延时(加上声音采样、数字化、压缩、延时)超过200ms时，通话双方一般就愿意倾向采用半双工的通话方式，一方说完后另一方再说。另一方面，如果网络抖动较严重，那么有的话音包因迟到被丢弃，会产生话音的断续及部份失真，严重影响音质。为了防止这种抖动，人们采用了抖动缓冲技术，即在接收方设定一个缓冲池，话音包到达时首先进入缓冲池暂存，系统以稳定平滑的速率将话音包从缓冲池中取出、解压、播放给受话者。这种缓冲技术可以在一定限度内有效处理话音抖动，并提高音质。
　　⑤话音优先技术
　　话音通信实时性要求较高。为了保证提供高音质的IP电话通信，在广域网带宽不足(拥挤)的IP网络上，一般需要话音优先技术。
　　当WAN带宽低于512Kbit/s时，一般在IP网络路由器中设定话音包的优先级为*高，这样，路由器一旦发现话音包，就会将它们插入到IP包队列的*前面优先发送。这样，网络的延时与抖动情况对话音通信的影响均将得到改善。
　　另一种技术是采用资源预留协议(RSVP)为话音通信预留带宽。只要有话音呼叫请求，网络就根据规则为话音通信预留出设定带宽，直到通话结束，带宽才释放。
　　但是，在企业IP网上，人们一般并不使用RSVP，而一般采用优先级技术。几乎所有品牌的路由器均支持一些优先级技术。
　　将话音包的优先级定为*高级别，任何时候路由器只要发现有话音包就将延迟对数据包的发送。这对于LAN数据包的影响可以忽略，因为话音的15Kbit/s与LAN的10～100Mbit/s带宽相比是极少的，而且在LAN上没有话音包优先。
　　对于WAN数据传输的影响就看具体情况了，在低速的WAN链路上(28.8Kbit/s～256Kbit/s)，数据一般是非实时的，如电子邮件或文件传输，对数据包的延迟并不在意。对于相对较高速的WAN链路(256Kbit/s以上)，数据可能有实时性要求，如通过WAN进行记录级的文件操作。但话音通信所占的带宽仅占整条WAN链路的几个百分点，话音包的流量与WAN带宽相比是可以忽略的。
　　实际上，对IP包采取优先级规则，在WAN上有机地结合数据与话音通信，是对WAN带宽的更充分有效的利用。在低速链路上，数据一般是非实时的、后台的，在较高速链路上，不会有大量的实时话音流量与大量的实时数据流量相冲突。
　　⑥IP包分割技术
　　如果WAN链路为64Kbpit/，为更好地保证IP电话的音质，应将IP包大小限制为不超过256字节。
　　⑦VoIP前向纠错技术-FEC
　　一般企业网络均有较低的丢包率/错包率，因而IP电话网关仅需将话音包回放为声音即可。公共Internet网络往往有较高的丢包率，这不足以维持高质量的话音通信。在这种情况下，FEC技术就能够发挥重要作用。FEC技术有两级，第一级是Intra-Packet，第二级是Extra-Packet。第一级是在同一包内加冗余数据，以便接收方纠错、恢复、还原话音数据，保证音质。第二级是在每一个话音包中存放后续包的冗余数据，以便接收方从已经接收到的包中恢复出错或丢失的话音包。
　　FEC可以降低10%～20%的丢包率，保持高音质。但是FEC要多消耗多达30%的网络带宽，因此在企业网内部一般不采用FEC。
　IP电话领域的四个*新发展方向
　　随着IP电话走向市场，IP电话运营商为使其服务受用户青睐，除提供话音邮件、呼叫等待和高速ADSL接入服务外，都将推出新的应用。
　　1.赋予普通电话IP功能
　　IP电话又一种新的应用是赋予普通电话以IP能力。例如，Aplio公司*近推出的Aplio/Phone2.0能将普通电话连接至Internet，并能与兼容H.323标准的IP电话和会议软件相结合使用。
　　2.赋予呼叫中心网络能力
　　现在已有一些厂商(如美国Essl科技公司和NetSpeak公司)开始推出IP电话产品，这些产品能让用户使用同一条电话线打电话和接入网站，并在呼叫中心向代理商传送为用户服务的在线请求，因此用户无需断开与Internet的连接就能获得对代理商的实时话音接入。由于呼叫中心在众多企业中起着为用户提供服务的重要作用，所以网络化的呼叫中心将会得到普遍应用。
　　3.一体化的消息传递
　　一体化消息传递是让用户通过一部电话或PC接入E-mail、传真和寻呼消息。这种一体化的消息接入服务现在尽管还不普遍，但是经营IP电话网络的业内人士认为，在今后几年内它将会成为重要的服务方式。一些IP电话厂商目前正在开发能提供一体化消息服务的产品。
　　4.IP电视电话
　　IP电话另一种可能的新应用是改善IP电话呼叫的视频连接。例如，Netspeak公司的WebPhone4.0和VocalTec通信公司的InternetPhone5等产品，都能用作实时电视电话。IP传输视频(Video over IP)与IP电话一样也需要相当的带宽，这一特点有助于这一技术与IP电话相结合，从而有利于那些经常面对带宽限制的家庭和小企业用户。
ISIN网络体系展望
　　ISIN网络结构模型可以描述未来信息网络的需求与发展，ISIN代表着未来网络发展的方向，ISIN网络体系的建立将是一个长期的研发和积累进程。因此，ISIN网络体系结构用来对新一代宽带信息网络的技术研究和产品开发，将有很好的规划指导意义。
　　围绕ISIN网络体系，在ISIN结构模型涵盖下，不断丰富产品系列，每一个新产品都应定位明确，适应市场，并逐步积累完善，实现产业化。可以预计，新一代综合业务信息网络(ISIN)将在未来的技术研究和产品开发中得到不断丰富和完善，将为我国信息产业带来显著的技术优势和经济效益。