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现代程控交换原理论文
现代程控交换原理
班级：
电信101
学号：
100407106
姓名：
刘军
目录
现代程控交换原理论文1
目录2
VOIP技术发展与应用分析3
内容摘要：
3
VOIP技术发展与应用分析4
1.1引言4
1.2VOIP技术概述4
1.3VOIP通信原理4
1.4VOIP技术在公用电话交换网的应用：
IP电话6
结束语：
12
参考文献：
12
内容摘要
本文主要介绍VOIP技术原理、VOIP技术发展与新时期下的应用前景。
主要从VOIP的原理、VOIP的关键技术、原理及网络结构、VOIP的组网、IP电话应用、软交换技术等几个方面进行了论述。
作为软交换技术的代表VOIP技术经过几十年的发展已经逐渐成熟，并且有逐渐取代现有电路交换电话系统的趋势。
这与当前的一些热点技术是分不开的。
例如光纤网络带宽的提高、三网融合试点的推进，IPV4过度到IPV6云计算等计算机网络技术正逐步应用到电话通信网络中来，并且政府对VOIP技术有逐步开放的意图。
由此看来VOIP技术的应用在不久的将来会给现代通信网络带来一次革命。
关键词：
VOIPIP电话PSTN网络电话三网融合软交换
VOIP技术发展与应用分析
1.1引言
随着宽带技术、计算机网络的发展，基于ip技术的应用以及三网融合的推进，加上VOIP技术的日益成熟，VOIP有信心分割电话通信市场这块蛋糕。
近几年，VoIP技术的发展对电话公司传统的陆地线路构成替代威胁，并将接打电话的服务交由互联网服务提供商（ISP）掌控，以至于某些国家采取政策保护措施，也一定程度上限制了VOIP的发展。
虽然电话公司已在各种规模的基础设施上采用包传输以提升固话效率，但传统的电话服务在电话终端上仍然主要采用电路交换技术。
使用VoIP，呼叫方通过互联网基础设施直接拨打电话，并通过其计算机上的相同IP包数据流接听电话。
简言之，VoIP能迅速对数据进行本地化处理，仅需增加一些额外的硬件和软件就能使你和你的ISP摇身一变为“电话公司”，这将直接带来运营成本的大幅下降，最终受益的是企业和广大的消费者。
下面就来介绍一下VOIP，结合我国目前应用情况，主要介绍IP电话的原理。
1.2VOIP技术概述
VoIP（VoiceoverInternetProtocol）简而言之就是将模拟声音讯号（Voice）数字化，以数据封包（DataPacket）的型式在IP数据网络（IPNetwork）上做实时传递，是一种以IP电话为主，并推出相应的增值业务的技术。
VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。
VoIP可以在IP网络上便宜的传送语音、传真、视频、和数据等业务，如统一消息、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转发和各种信息的存储转发等。
1.3VOIP通信原理
Voip的通信原理可以用以下的拓扑图来简单表示：
VOIP整体拓扑结构：
Voip企业应用终端拓扑：
Voip是基于广泛使用的ip-tcp协议工作的，也就给不同网络的融合互联提供了方便。
Voip可以实现与PTSN（公用电话交换网）的互联，以及通过WIFI技术实现与无线电话的连接。
可以实现传统的电话到电话（IP电话）、PC到PC、PC到电话、电话到PC之间的通话。
随着2010年中国正式开放手机WIFI技术，WIFI无线网作为voip的桥梁，这将意味着将来移动电话也可实现不基于公用电话网VOIP通信，只要可以wifi上网的地方，还有手机支持wifi和voip功能就可以实现通话，像电脑上网一样的自由。
但安全问题一直是我国当心的，不过随着技术的不断进步，和VOIP国际化的运营趋势，VOIP的普及不是梦。
VOIP通信需要以下几个过程：
1、语音-数字信号转换
2、原数据到IP数据包转换
3、网络传送
4、IP包-数据的转换
5、数字语音转换为模拟语音
下面就VOIP技术目前在我国的应用-IP电话作详细的介绍。
1.4VOIP技术在公用电话交换网的应用：
IP电话
1.4.1什么是IP电话
IP电话是一种利用Internet技术或网络进行语音通信的新业务。
IP电话的基本原理即VOIP的工作原理。
目前比较流行的方式有两种：
一种是利用Internet网络进行的语音通信，我们称之为网络电话；另一种是利用IP技术，电信运营商之间通过专线点对点联结进行的语音通信。
两者比较，前者具有投资省，价格低等优势，但存在着无服务等级和全程通话质量不能保证等重要缺陷。
该方式多为计算机公司和数据网络服务公司所采纳。
后者相对于前者来讲投资较大，价格较高，但因其是专门用于电话通信的，所以有一定的服务等级，全程通话质量也有一定保证。
该方式多为电信运营商所采纳，中国目前明确开放使用的只有phonetophone这种模式，网络电话还处于无许可状态。
IP电话与传统电话具有明显区别。
首先，传统电话使用公众电话网（PSTN）作为语音传输的媒介；而IP电话则是将语音信号在公众电话网和Internet之间进行转换，对语音信号进行压缩封装，转换成IP数据包，同时，IP技术允许多个用户共用同一带宽资源，改变了传统电话由单个用户独占一个信道的方式，节省了用户使用单独信道的费用。
其次，由于技术和市场的推动，将语音转化成IP数据包的技术已变得更为实用、便宜，同时，IP电话的核心元件之一数字信号处理器的价格在下降，从而使电话费用大大降低，这一点在国际电话通信费用上尤为明显，这也是IP电话迅速发展的重要原因。
1.4.2IP电话网络拓扑图以及关键设备
IP电话的基本结构由语音网关（GW）和网守（GK）两部分构成。
网关的主要功能是信令处理、H.323协议处理、语音编解码和路由协议处理等，对外分别提供与PSTN网连接的中继接口以及与IP网络连接的接口。
网守的主要功能是用户认证、地址解析、带宽管理、路由管理、安全管理和区域管理。
一个典型的呼叫过程是：
呼叫由PSTN语音交换机发起，通过中继接口接入到网关，网关获得用户希望呼叫的被叫号码后，向网守发出查询信息，网守查找被叫网守的IP地址，并根据网络资源情况来判断是否应该建立连接。
如果可以建立连接，则将被叫网守的IP地址通知给主叫网关，主叫网关在得到被叫网关的IP地址后，通过IP网络与对方网关建立起呼叫连接，被叫侧网关向PSTN网络发起呼叫并由交换机向被叫用户振铃，被叫摘机后，被叫侧网关和交换机之间的话音通道被连通，网关之间则开始利用H.245协议进行能力交换，确定通话使用的编解码，在能力交换完成后，主被叫方即可开始通话。
（IP电话简单拓扑图）
1.4.3IP电话使用的关键技术以及协议
传统的IP网络主要是用来传输数据业务,采用的是尽力而为的、无连接的技术,因此没有服务质量保证,存在分组丢失、失序到达和时延抖动等情况。
数据业务对此要求不高,但话音属于实时业务,对时序、时延等有严格的要求。
因此必须采取特殊措施来保障一定的业务质量。
IP电话的关键技术包括：
信令技术、编码技术、实时传输技术、服务质量（QoS）保证技术、以及软交换技术等。
1．信令技术
信令技术保证电话呼叫的顺利实现和话音质量,目前被广泛接受的VoIP控制信令体系包括ITU－T的H.323系列和IETF的会话初始化协议SIP。
H.323标准提供了基于IP网络（包括Internet）的传送声音、视频和数据的基本标准，它是一个框架协议，与之相关的传输、控制及声音、视频压缩等标准，也包含了多媒体在其余网络中（如ISDN、PSTN）的系列协议。
H.323定义了网络传输系统中的四种基本的构成单元：
终端（Terminal）、网关（Gateway）、GateKeeper（网守）和多点控制单元（MCU，MultipointControlUnit）。
基于H.323协议的VoIP网络
H.323呼叫建立过程涉及到三种信令：
ＲＡS信令（R=注册：
Registration、A=许可：
Admission和S=状态：
Status）,H.225.0呼叫信令和H.245控制信令。
其中ＲＡS信令用来完成终端与网守之间的登记注册、授权许可、带宽改变、状态和脱离解除等过程；H.225.0呼叫信令用来建立两个终端之间的连接,这个信令使用Q.931消息来控制呼叫的建立和拆除,当系统中没有网守时,呼叫信令信道在呼叫涉及的两个终端之间打开；当系统中包括一个网守时,由网守决定在终端与网守之间或是在两个终端之间开辟呼叫信令信道；H.245控制信令用来传送终端到终端的控制消息,包括主从判别、能力交换、打开和关闭逻辑信道、模式参数请求、流控消息和通用命令与指令等。
H.245控制信令信道建立于两个终端之间,或是一个终端与一个网守之间。
2．编码技术
话音压缩编码技术是IP电话技术的一个重要组成部分。
目前,主要的编码技术有ITU－T定义的G.729、G.723（G.723.1）等。
其中G.729可将经过采样的64kbit/s话音以几乎不失真的质量压缩至8kbit/s。
由于在分组交换网络中,业务质量不能得到很好保证,因而需要话音的编码具有一定的灵活性,即编码速率、编码尺度的可变可适应性。
G.729原来是8kbit/s的话音编码标准,现在的工作范围扩展至6.4～11.8kbit/s,话音质量也在此范围内有一定的变化,但即使是6.4kbit/s,话音质量也还不错,因而很适合在VoIP系统中使用。
G723.1采用5.3/6.3Kbit/s双速率话音编码,其话音质量好,但是处理时延较大,它是目前已标准化的最低速率的话音编码算法。
3．实时传输技术
实时传输技术主要是采用实时传输协议RTP。
RTP是提供端到端的包括音频在内的实时数据传送的协议。
RTP包括数据和控制两部分,后者叫RTCP。
RTP提供了时间标签和控制不同数据流同步特性的机制,可以让接收端重组发送端的数据包,可以提供接收端到多点发送组的服务质量反馈。
4．服务质量（QoS）保证技术
IP电话中主要采用资源预留协议（RSVP）以及进行服务质量监控的实时传输控制协议RTCP来避免网络拥塞,保障通话质量。
5．网络传输技术
IP电话中网络传输技术主要是TCP和UDP,此外还包括网关互联技术、路由选择技术、网络管理技术以及安全认证和计费技术，静音检测技术和回声消除技术。
6．软交换技术
在传统的电路交换电话网中，给用户提供的各项业务都直接与程控交换机有关，业务和控制都由交换机来完成的。
交换机需要提供的功能和交换机提供的新业务都需要在每个交换结点来完成。
如要增加新业务，需要先修订标准再对交换机进行改造，每提供一项新业务都需要较长的时间周期。
而新时代的网络将是一个开放的分层次的结构。
这种网络拓扑结构可以使用基于包的承载传送，是一个开放端点的拓扑结构，能同样好地传送话音和数据业务。
网络的承载部分与控制部分分离，允许它们分别演进，有效地打破了单块集成交换的结构，并在各单元之间使用开放的接口。
这样的做法可以保证用户在每一个层面上选购自己理想的设备，而不受太多的限制。
同样基于分层结构的软交换技术，可以使基于不同承载网如Cable、DSL、以太网的终端都能够进行通信，小灵通，3G等都是软交换技术的产物。
最近的标准化工作规定使用H.248和BICC等新信令协议把传统电路交换网络融合到分组交换网络。
TDM交换机被撤销，连接平台也从中央处理器和应用软件中分离出来。
连接目前主要由分组基础设施（ATM或IP）来执行，其余的交换机则变成了电话服务器。
电话服务器解决方案重新使用电话应用软件和处理器在多业务网络上无逢提供传统电话业务。
软交换可以实现的功能并不仅仅是长途的IP电话。
在数据业务日益增长的今天，传统的语音交换机不能承担大量的长时间的数据呼叫业务（比如拨号上网）。
利用软交换技术可以实现Internet业务卸载的功能，在拨号业务进入5类交换机之前直接交移到ISP的网络。
软交换可以替代4类汇接交换机。
软交换还可以代替5类交换机。
5类交换机的价格往往是新兴运营公司和业务提供者进入市场的一大障碍。
而软交换的价格便宜，并可以提供更丰富的业务。
软交换设备需要多种的媒体网关和信令网关在下层予以支持，软交换（或者叫做呼叫服务器）负责基本的呼叫控制工作。
通过软交换提供的开放接口，电信运营商在增添新服务方面非常方便，并可以利用第三方的软件开发者的力量不断为网络增添新的服务。
一些软交换领域的厂商表示，采用这一技术将成倍地缩短新业务的推出时间。
IP电话实现的速度和业务的丰富程度应该远远超过传统电话网。
从现在的情况看，有两种方法可以实现IP电话的增值业务或者说是智能网的业务。
一种是依照智能网的体系结构，利用像PINT等协议实现PSTN网和IP电话网智能业务的互通。
一种就像今天的Internet一样，通过开放的接口，不断地增加新的应用服务器，来增添应用。
1.4.4IP电话面临的几个问题
IP电话向本地的转移还有很多的问题需要解决。
会有很多政策方面的问题要解决，比如运营许可证。
还有像号码资源、网络之间互通互连这样跨技术和政策领域的问题需要解决。
撇开这些问题，在技术上还有很多地方需要突破。
其实这些技术问题也并非仅仅存在于未来的IP市话方面。
现在国内运营商的长途VoIP网，多建设在专用VPN通信网上。
IP地址、安全这样的问题并不突出。
但是VPN专网的方式毕竟只是一个过渡方式，从三网融合的角度看，IP电话必然要融入到公共IP网当中。
要达到这一目标，无论是长途网还是本地网，这些问题都必须解决。
1．IP地址缺乏
对于如此大规模的一个IP电话网络，IP地址资源的匮乏是首先要解决的问题。
目前使用的IPv4大多使用NAT技术，来弥补IP地址的不足，但是很多NAT不能支持IP电话双向通信。
比如，如果按照现在ISP提供的拨号上网方式，上网的PC机一般只能获得一个动态分配的IP地址，用户只能拨出，对方不能确切的知道主叫方的位置，结果是无法呼入。
随着IPV6技术的日益成熟，试验网的运行，IPV6普及也指日可待，这个问题也将解决。
2．安全问题
IP电话的安全问题也是亟待解决的问题。
安全的问题分为两方面，一是对于IP网和承载它的以太网在信息安全方面有先天的缺陷，而作为一种通信服务必须能保证用户的个人隐私和商业安全。
另一方面，是对于运营商的，如何保证自己业务的安全性，不受欺诈。
应此VOIP的可管理性、可维护性也是IP网需要解决的问题。
3．服务质量
现在的IP网在对实时业务的服务质量支持方面有先天的缺陷，要解决IP电话的服务质量，一定要解决IP网的质量问题。
独立资源的IP电话VPN方案也被认为是一种很好的解决方案。
光通信，特别是DWDM技术，使通信网带宽的增长速率远远超过摩尔定律，有人认为利用无限的带宽可以解决IP网的服务质量。
设备的可靠性、稳定性，也是服务质量好坏的关键。
4．供电问题
供电的问题在以太网接入领域是不可回避的问题，许多放置在楼头的交换机都直接通过市电供电，出于成本的考虑，许多交换机没有冗余的电源，即使有，当市电断掉以后一切通信也就必须结束。
看目前的三网融合，是否可以看到一些解决方案，值得期待。
5．网络融合
如何与现有PSTN网络互通，智能网互通，IP电话智能网业务的开发，无论在长途还是在本地网都是需要解决的问题。
现在在IP电话网与固定电话网的互通上还有很多的问题需要解决。
比如IP电话的号码资源问题。
而倘若IP电话获得了电话号码的资源，两个网络是否呼叫得通呢？
据了解，国内产业界正在加紧研究，同时制定相关的标准来解决这样的问题。
结束语：
IP电话以其低廉的长途电话费受到人们的欢迎,得到了快速发展,结合目前我国3G、三网融合、IPV6技术的发展，我们有理由相信无论是国外还是在国内,作为给用户提供的另一种选择,VOIP业务必将得到迅猛发展。
世界电信市场也会有一个新的格局。
而，IPv6技术，3G,4G技术，和刚开放的手机WIFI技术，甚至我们可以设想“全网络”的融合，云计算电话引入，这些都是我们通信人不懈努力的方向。
参考文献：
戴维森（美国）译:
高艳VoIP技术构架（第2版）人民邮电出版社
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