TDMOIP:通過IP延伸電路交換__CTI論壇

TDMOIP:通過IP延伸電路交換

2004/08/17

　　編者按：VoIP無疑是網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的革新技術(shù)，也正在不斷完善之中。而在此過渡階段還有另外一種技術(shù)—TDMoIP(Time Division Multiplexing over IP)，可以利用IP完成電話服務(wù)。這種方法是把IP網(wǎng)絡(luò)作為原有TDM網(wǎng)絡(luò)的一種插入式替換，支持該技術(shù)的設(shè)備可以與所有的現(xiàn)有設(shè)備，如傳統(tǒng)PBX和交換機(jī)，實現(xiàn)無縫接入，提供上百種電話功能和用戶熟悉的PSTN質(zhì)量。

　　不可否認(rèn)，基于IP的高速網(wǎng)絡(luò)是通信領(lǐng)域的一次革新，這歸功于因特網(wǎng)的日益流行和該技術(shù)帶來的成本下降。據(jù)悉，對于許多應(yīng)用來說，IP流量的費用已經(jīng)低于傳統(tǒng)TDM服務(wù)的價格，隨之而來的是全球范圍的數(shù)據(jù)流量超過了電話網(wǎng)絡(luò)的流量�？梢灶A(yù)見的是，許多現(xiàn)存的電話基礎(chǔ)設(shè)施將被基于IP的新機(jī)制取代。然而，這項革命性的工作并不會在短期內(nèi)完成，今天的電路交換網(wǎng)絡(luò)，不論是VoIP準(zhǔn)備取代的部分，還是VoIP必須與之連接的部分，都十分復(fù)雜……

VoIP的煩惱

　　從理論上講，在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸話音看起來并不難：數(shù)字化后的話音信號只是一種數(shù)據(jù)，可以和其他數(shù)據(jù)一樣由分組網(wǎng)絡(luò)傳輸。電話網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)成就，如最低成本路由方法，在IP網(wǎng)絡(luò)中都可以找到與之相對應(yīng)的部分。然而，如果想與TDM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行競爭，VoIP必須切實解決兩個主要問題：即QoS和信令。

　　為了解決服務(wù)質(zhì)量問題，使用了如隧道、抖動緩沖等技術(shù)，而有關(guān)話音質(zhì)量的其他技術(shù)，如回聲抑制、話音壓縮，并不是數(shù)據(jù)網(wǎng)的固有功能，對VoIP技術(shù)來講需要添加到已有網(wǎng)絡(luò)中，這是麻煩之一。另外，幾乎所有在VoIP領(lǐng)域的研發(fā)努力都集中在解決QoS問題上，而信令問題包括如摘機(jī)、震鈴等基本的功能；接通正確的號碼和記賬所需的更高級的功能；來電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、電話會議等復(fù)雜的功能，以及目前智能網(wǎng)絡(luò)新增的功能等，再加上幾十個國家和地區(qū)的細(xì)微差別，則增加了復(fù)雜程度。

TDMoIP生存之道

　　為了解釋TDMoIP的原理，我們首先回憶一下有關(guān)TDM的知識。一個T1幀由24個單字節(jié)的時隙和1個單獨比特的同步位共193比特組成。一個E1幀由完整的32個字節(jié)（256比特）組成，其中一個字節(jié)用來保持同步，一個字節(jié)傳統(tǒng)上為信令保留。在這兩種情形下，幀速率為8000幀/秒。

　　TDMoIP最簡單的實現(xiàn)方法如下：通過附加適當(dāng)?shù)膱箢^，用IP包封裝每個T1或E1幀。因為數(shù)據(jù)包提供分段，同步位/字節(jié)不必包括在內(nèi)。因此對T1和E1的有效負(fù)載分別為24字節(jié)和31字節(jié)。對于可靠的、面向連接的服務(wù)，有人考慮使用TCP/IP協(xié)議，這需要20字節(jié)的TCP報頭、20字節(jié)的IP報頭，每個數(shù)據(jù)分組共需40字節(jié)。TCP提供了端到端的可靠連接，但這對話音分組用處不大，因為重傳的話音分組到達(dá)接收端時次序已亂，將被丟棄。更合理的選擇將是使用實時傳輸協(xié)議RTP，它的報頭至少12個字節(jié)，另加8字節(jié)的UTP報頭和IP的報頭，這與上面的開銷一致。而用40字節(jié)的額外開銷傳送24字節(jié)或31字節(jié)的有效負(fù)載實在是浪費，解決這一問題有兩個方法：

報頭壓縮方案：現(xiàn)在已經(jīng)有RFC文檔提出把TCP和RTP的平均報頭減到只有3個字節(jié)，把開銷百分比降到8%～9%。

把多個幀在封裝前組成一個超級幀：例如，把8個T1（E1）幀合并成192（248）字節(jié)的負(fù)載，使得開銷百分比降到17%（14%）的合理程度。盡管合并增加了一定的緩沖延遲，但每幀只有125微秒的持續(xù)時間，與VoIP系統(tǒng)相比這一延遲是可以忽略的。例如由8個連續(xù)幀組成的一個超級幀引入1毫秒的單向延遲，是用在VoIP中標(biāo)準(zhǔn)的16Kbps低延遲編碼器的一半，大大低于具有15毫秒延遲的8Kbps的編碼器。

　　對原始幀的簡單封裝只是實現(xiàn)TDMoIP方法之一。其他方法則是首先對TDM數(shù)據(jù)在進(jìn)行IP封裝前利用其他協(xié)議進(jìn)行編碼。為什么要在TDM和IP之間加入另外一層協(xié)議呢？這可以有很多好處:當(dāng)初始包含TDM數(shù)據(jù)的幀的尺寸不合適時，使用中間編碼可提供錯誤校驗、與其他系統(tǒng)實現(xiàn)互操作、以及實現(xiàn)話音壓縮或增強(qiáng)。

　　不管細(xì)節(jié)如何，重要的是TDMoIP技術(shù)不做任何數(shù)據(jù)解釋地透明傳輸TDM幀，這對時隙、信令通道等TDM內(nèi)部內(nèi)容的優(yōu)勢顯而易見。這樣一來，TDMoIP可以用來傳輸任意的T1/E1服務(wù)，即使有些通道是用來傳送數(shù)據(jù)的，或整個幀都是非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)流。類似地，TDMoIP的基本思想可以很容易地擴(kuò)展到分檔T1或信道化的E1系統(tǒng)中。為了減少流量，在IP數(shù)據(jù)包中只包含載有信息的字節(jié)。

競爭和互補(bǔ)

　　總體來說，TDMoIP比VoIP簡單，因為它對話音、數(shù)據(jù)信令和協(xié)議是透明的，即使這些協(xié)議都是專用的。而VoIP則面臨新協(xié)議帶來的麻煩并且要實現(xiàn)信令格式的轉(zhuǎn)換，盡管VoIP承諾支持新的協(xié)議，但TDMoIP自動使用了現(xiàn)存PBX和CTI功能所具備的優(yōu)勢。至于帶寬優(yōu)化，VoIP使用DSP進(jìn)行話音壓縮和靜音抑制從而滿足帶寬要求，但這是以降低通信質(zhì)量和增加延遲為代價的。TDMoIP的簡單性轉(zhuǎn)化成為所有者最初的低投入和運(yùn)行時的低成本利益。再有，一些企業(yè)用戶對替換傳統(tǒng)TDM設(shè)備和“forklift式升級”有關(guān)的培訓(xùn)和維護(hù)費用不感興趣，因為TDMoIP可以為他們節(jié)省大量開支。

　　另外，TDMoIP 與 VoIP相比，一個很重要的特點是其出色的帶寬利用率。對VoIP來講，在單個IP包中只有一個語音信道，而TDMoIP因應(yīng)用了TDMoIP多路復(fù)用器，可在單個IP包中攜帶多個語音信道，這個特點大大提高了帶寬利用率。畢竟在不同國家的市場上，每個端口的成本都不同，而與VoIP相比，TDMoIP占用帶寬較低的特點適用于任何市場，它可持續(xù)幫助用戶節(jié)省運(yùn)營成本。另一方面，用在電信方或客戶端的TDM設(shè)備對任何協(xié)議和信號都很透明，就是說，使用TDMoIP不需對用戶原有的設(shè)備（比如說PBX或TDM設(shè)備）進(jìn)行升級，同樣，也能節(jié)省運(yùn)營成本（不需要培訓(xùn)人員來維護(hù)客戶端需要升級的、有IP功能的TDM設(shè)備）�？偟膩碚f，TDMoIP相比VoIP的優(yōu)勢是：

出色的帶寬利用率，可在單個IP包中攜帶多個語音信道；

對局端和客戶端TDM設(shè)備協(xié)議和信號都透明，與VoIP相比，實現(xiàn)TDMoIP技術(shù)不需要對用戶的設(shè)備進(jìn)行任何的升級。

　　從服務(wù)提供商的角度看，TDMoIP和VoIP是互補(bǔ)的。從用戶端到運(yùn)營商POP之間通過IP網(wǎng)絡(luò)透明擴(kuò)展TDM主干，使運(yùn)營商在現(xiàn)有資源的POP上開發(fā)更大的、可擴(kuò)展的VoIP網(wǎng)關(guān)和軟交換變得簡單容易，并為用戶在用戶端提供簡單的TDMoIP網(wǎng)絡(luò)終端單元(NTU)。這時TDMoIP電路可提供比VoIP更多的服務(wù)，如通常的PSTN接入，中央交換機(jī)、幀中繼和ISDN。

　　另外，具有競爭力的本地交換運(yùn)營商（Competitive local exchange carriers-CLEC）可通過TDMoIP技術(shù)的優(yōu)勢，利用更多的連接點（POP），迅速、簡易、低成本地擴(kuò)展其市場份額�，F(xiàn)有的本地交換運(yùn)營商（Incumbent local exchange carriers-ILEC）利用TDMoIP可以通過高性能價格比在光纖或無線鏈路上擴(kuò)展T1或E1線路，直到CLEC的服務(wù)連接點，從而為CLEC批發(fā)提供基本的傳輸線路。

　　負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換的本地交換運(yùn)營商以及公用事業(yè)公司可以利用其無線或光纖數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，使用TDMoIP在位于不同地點的單位間擴(kuò)展T1或E1線路，達(dá)到增加收入的目的。通過這種方法，服務(wù)提供商可以把專線服務(wù)捆綁到寬帶數(shù)據(jù)應(yīng)用中，具體服務(wù)包括：

高速因特網(wǎng)接入、Web托管和VLAN;

傳統(tǒng)的PSTN接入或集線服務(wù)，利用中心局到客戶端4/5類交換實現(xiàn)線路擴(kuò)展;

通過使用IP網(wǎng)關(guān)或交換機(jī)提供新的話音服務(wù)和一致的消息服務(wù)，把線路擴(kuò)展到遠(yuǎn)程;

專線服務(wù);

本地環(huán)路接入到ATM、幀中繼、ISDN和X.25網(wǎng)絡(luò)。

　　TDMoIP為CLEC提供了為其用戶擴(kuò)展服務(wù)的又一選擇。通常CLEC需要從ILEC租用本地環(huán)路，但現(xiàn)在任何分組網(wǎng)絡(luò)都可以達(dá)到這一目的。所有從前運(yùn)行在T1或E1線路上的話音和數(shù)據(jù)服務(wù)都可以自動地在IP上運(yùn)行。這不但包括簡單的PSTN接入，而且包括PRI、集線、VoIP的話音服務(wù)和ATM、幀中繼、PPP、ISDN、SNA、X.25等數(shù)據(jù)服務(wù)�？墒褂玫姆纸M網(wǎng)絡(luò)不再局限于同步的ATM和SONET，而且可以同樣運(yùn)行于10/100Base-T無線局域網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)或任何其他網(wǎng)絡(luò)之上。

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