VOIP在FA36网络中的典型应用研究

VOIP 是VOICE OVER IP 的简写，即将语音业务通过IP网络来进行承载之意，日常所说的IP 电话即是VOIP 的一种典型应用。VOIP 是主要通过语音分组来实现的，在VOIP 中，数字信号处理器(DSP)将语音信号封装成帧并储存在分组包中进行传输。从最早的INTELNET 电话到现在，得益于迅速发展的集成电路技术，使得DSP、CPU 的处理能力得到了极大的加强，推动了VOIP 业务的发展。

目前中南地区正在建设的FA36 传输网是为中南地区民航空管部门提供数据通信服务的基础网络平台，是服务于民航的专用网络。它以IP 交换技术为核心，通过FA36 设备的强大服务提供能力，它能够对多种业务提供支持，当然也包括VOIP 业务的支持。如何在其上布署VOIP 业务，成为了我们研究的问题。

1 VOIP 的基本原理

传统的电话网是以电路交换方式传输语音，所要求的传输宽带为64 Kb/s.而VOIP 如前所述是以IP 分组交换网络为传输平台，对模拟的语音信号进行压缩、打包等一系列的数字化处理，使之可以采用无连接的UDP 协议进行传输。就目前来说，大部分 VOIP 设备厂家所采用的都为ITU-T 建议的H.323协议族。图1 所示就是路由器作为网关设备用来连接PSTN 网络与IP 数据网络的示意图。

在图1 中，路由器通常作为网关设备用来连接PSTN 网络与IP 数据网络，用户经PSTN 设备连接IP 语音网关(路由器)，在网关处将模拟语音数据转换成数字信号进行压缩打包，让它成为可以在IP 网络上传输的分组语音数据。后经IP 网络传递至被叫端的IP 语音网关(路由器)，在被叫端将IP 语音数据还原成可识别的模拟语音信号，经PSTN 传送至用户电话终端。由于中继控制和路由功能的需要，可能还会在中间加上网守设备(GK)。总的来说，VOIP 的传输过程可以具体分为以下几个阶段。

1.1 语音- 数据转换

语音信号一般是模拟波形，通过IP 方式来传输语音，不管是实时应用业务还是非实时应用业务，首先要对语音信号进行模拟数据转换，也就是对模拟语音信号进行8 位或6 位的量化，然后送入到缓冲存储区中，缓冲器的大小可以根据延迟和编码的要求选择。许多低比特率的编码器采取以帧为单位进行编码。典型帧长为10~30 ms.考虑传输过程中的代价，语间包通常由60、120 或240 ms 的语音数据组成。数字化可以使用各种语音编码方案来实现，目前采用的语音编码标准主要有ITU-T G.711、G.729、G.723 等。源和目的地的语音编码器必须实现相同的算法，这样目的地的语音设备才能正确还原模拟语音信号。

1.2 原数据到IP 的转换

一旦语音信号进行数字编码，下一步就是对语音包以特定的帧长进行压缩编码。大部分的编码器都有特定的帧长，若一个编码器使用15 ms 的帧，则把从第一来的60 ms 的包分成4 帧，并按顺序进行编码。每个帧合120 个语音样点(抽样率为8 kHz)。编码后，将4 个压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。网络处理器为语音添加包头、时标和其他信息后，通过网络传送到另一端点。语音网络简单地建立通信端点之间的物理连接(一条线路)，并在端点之间传输编码的信号。IP 网络不像电路交换网络，它不形成连接，它要求把数据放在可变长的数据报或分组中，然后给每个数据报附带寻址和控制信息，并通过网络发送，一站一站地转发到目的地。

1.3 传送通道

在这个通道中，全部网络被看成一个从输入端接收语音包，然后在一定时间(t)内将其传送到网络输出端。t 可以在某一范围内变化，反映了网络传输中的抖动。网络中的节点检查每个IP 数据附带的寻址信息，并使用这个信息把该数据报转发到目的地路径上的下一站。网络链路可以是支持IP 数据流的任何拓结构或访问方法。

1.4 IP 包与数据的转换

目的地VOIP 设备接收这个IP 数据并开始处理。网络级提供一个可变长度的缓冲器，用来调节网络产生的抖动。该缓冲器可容纳许多语音包，用户可以选择缓冲器的大小。小的缓冲器产生延迟较小，但不能调节大的抖动。解码器将经编码的语音包解压缩后产生新的语音包，这个模块也可以按帧进行操作，完全和解码器的长度相同。若帧长度为15 ms,使60 ms 的语音包被分成4 帧，然后它们被解码还原成60 ms 的语音数据流送入解码缓冲器。在数据报的处理过程中，去掉寻址和控制信息，保留原始的原数据，然后把这个原数据提供给解码器。

1.5 数字语音到模拟语音的转换

播放设备将缓冲器中的语音样点取出送入声音驱动设备，将其还原成可识别的模拟信号，经用户线路传送到用户终端。

2 VOIP 的呼叫流程

由于VOIP 主要是一种软件解决方案，在路由设备中需要采用相应的模块话语音插卡来实现，因此，其呼叫流程可以大概分为以下几个过程：

(1)用户摘机，语音用户卡实时检测用户的摘机动作。

(2)模块化语音卡将用户的摘机信号传送到路由器的VOIP 信号处理模块。

(3)用户听到VOIP 的会话应用程序播放的拨号音，然后开始拨号;

(4)VOIP 会话应用程序收集用户所拨打的号码，同时实时地与已配置的被叫号码模板进行匹配操作。在成功匹配后，号码将被映射至某网关设备(可以是小型的PBX)。

(5)主叫网关利用H.323 协议和被收网关发起呼叫，并为每一路呼叫建立通路，用以发送和接收语音数据。

(6)被叫侧网关接收到IP 侧的H.323 呼叫，同时根据自身的号码匹配被叫模板来寻找目的地址。如果呼叫为PBX 来处理的话，就通叫PSTN 信令将呼叫送到PBX 处理。

(7)在呼叫连续的过程中的H.323 阶段，两端协商所使用的语音编码方式，并使用RTP 协议来传递语音数据。

(8)RTP 语音通道用于在IP 网络上传输呼叫过程中的提示信号及其他可在带内传送的信号。

(9)呼叫的任何一方挂机，VOIP 会话应用程序将结束会话，然后等待新的呼叫。

3 FA36 网络支持的VOIP 应用

路由器通常用作网关设备，用于完成电路交换至分组交换的转换。FA36 设备正是基于华为3COM 公司的AR46、AR28 系列路由器升级设计而成，该系列路由器拥有不同的板卡，可以提供不同的语音用户线接口，分别为FXS、FXO、E&M、数字E1 等接口，其操作系统VRP(通用路由平台)语音特性更是可以支持包括静音压缩、舒适噪声、防止抖动和乱序、QOS 功能、忙音自动检测、免打扰、遇忙转移等功能。

3.1 FXS 应用

FXS(Foreign Exchange Station)模拟语音用户线，通常称为普通电话业务端口，一般与只有FXO 用户线的终端设备相连并提供铃流、电压及拨号音。目前在FA36 中，有FXS 板卡相支持，分别有2、4、8 口等几种配置，在空管业务中常用于管制移交电话以及勤务电话。图2 所示为其常用应用示意图。

此时，通常将电话线路直接入FA36 设备中的FXS 卡，利用综合布线将其延伸至管制席位或者网络维护员席位。由于接口模块的设计，此接口为RJ45 八针设计，话音业务只利用到了其4(RING)、5(TIPS)两根针脚。其典理配置如下：

令用户1 的号码为11000,LO 地址为1.1.1.1,用户线接在1/0/0上;令用户2 的号码为22000,LO 地址为2.2.2.2,用户线接在1/0/0上。这样，FA36 设备1 的配置如下：

若要配置成热线电话，则需要在相应的线路上使用命令PRIVATE 22000 即可。

3.2 E&M 语音应用

模拟E&M(Ear&Mouth) 语音用户线， 它支持模拟E&M 信令，将每个用语音连接分为中继电路侧和信令单元侧。

PBX 在M 线上给路由器提供信号，E 线上接路由器的信号。目前在FA36 设备中有E&M 板卡来支持，它有2 口、4 口两种端口配置可选。它主要提供E&M模拟中继线的接入及处理，实现语音信号在数据通信网络上的传输。在空管业务中，常用于VHF 信号的传输。图3 所示为其常见应用链接图。

此时，将内话系统E&M 模拟中继线接入FA36 的E&M卡，利用FA36 网络将其延伸至甚高频台点，将管制员场声音送至发射机，同时收信机将飞行员话音收回至内话系统。由于话音数据采样、打包、传送的时延特性以及人耳的回音感觉，需要在FA36 设备前端添加PTT 静噪设备，在管制员说话时将自己声音抑制。由于经历了了长距离传送，语音的质量和音量上可能会有一些差异，可以使用 RECEIVE GAIN、TRANSMIT GAIN 来调整音量增益，以控制音量的大小。可以利用COMPRESSION 来改变数据编码方式，以获取不同的话音质量。目前来说，FA36 支持的几种压缩方式如表1 所列。

其典型配置如下：设甚高频台点这边的FA36 设备IP 地址为2.2.2.2,E&M 语音接在 1/0/0 端口，内话系统这边的FA36 设备IP 地址为1.1.1.1, E&M 语音接在 1/0/0 端口。

3.3 E1 数字语音中继

数字E1 语音用户线的端口带宽为2.048 Mb/s,分为32个时隙(TS0~TS31)，每个时隙的带宽为64 Kb/s,它支持R2、DSS1、数字E&M 信令。在FA36 设备中，有相应的CE1 中继板来支持。在空管业务应用，通常用它接入程控交换机，用来延伸电话业务。其典型应用如图4 所示。

该应用的典型配置如下：令程控交换机侧的FA36IP 地址为1.1.1.1,用E1 连接程控交换机，接号信令为中国一