VoIP--基于電路仿真分組語音業(yè)務(wù)

Tim Frost 2005/03/25

圖1：通過分組交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的電路仿真業(yè)務(wù)。

　　目前，以太網(wǎng)已經(jīng)應(yīng)用到城域網(wǎng)中，具有高帶寬、低成本的特點(diǎn)，能夠融合語音、視頻及數(shù)據(jù)通信。但是，城域以太網(wǎng)卻不大可能覆蓋到TDM技術(shù)所能延伸到的區(qū)域，畢竟TDM技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)有很長(zhǎng)歷史。在通信產(chǎn)業(yè)中，“最后一里”仍舊是最漫長(zhǎng)的道路。城域以太網(wǎng)提供商要想成為一個(gè)完整的服務(wù)提供商就必須將其業(yè)務(wù)擴(kuò)展到那些仍處于其網(wǎng)絡(luò)之外的客戶，或那些覺得還沒有理由要放棄高質(zhì)量、可靠且經(jīng)濟(jì)的TDM業(yè)務(wù)的人們。

　　CESoP的概念

　　CESoP的基本思想就是在分組交換網(wǎng)絡(luò)上搭建一個(gè)“通道”，在其中實(shí)現(xiàn)TDM電路(如T1或E1)，從而使網(wǎng)絡(luò)任一端的TDM設(shè)備不必關(guān)心其所連接的網(wǎng)絡(luò)是否是一個(gè)TDM網(wǎng)絡(luò)。分組交換網(wǎng)絡(luò)被用來仿真TDM電路的行為，故而稱為“電路仿真”(圖1)。

　　電路仿真要求在分組交換網(wǎng)絡(luò)的兩端都要有交互連接功能。在分組交換網(wǎng)絡(luò)入口處，交互連接功能將TDM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一系列分組，而在分組交換網(wǎng)絡(luò)出口處則利用這一系列分組再重新生成TDM電路。有兩種基本方法來實(shí)現(xiàn)這種交互功能模塊，包括結(jié)構(gòu)化仿真和非結(jié)構(gòu)化仿真或結(jié)構(gòu)不可知(Structure-Agnostic)。

　　結(jié)構(gòu)化方法使用了TDM電路中所固有的時(shí)隙結(jié)構(gòu)。首先將幀結(jié)構(gòu)(如DS1中的F位)從數(shù)據(jù)流中提取出來，然后按順序?qū)⒚總�(gè)時(shí)隙加入到分組的有效載荷內(nèi)，后面跟著下一幀的同一時(shí)隙，如此反復(fù)。有效載荷全部填滿后，再加上一個(gè)分組頭，該分組就被發(fā)送到分組交換網(wǎng)絡(luò)中。有效載荷一般包含大約八幀TDM數(shù)據(jù)(一個(gè)DS1包含192個(gè)八位位組)。在分組網(wǎng)絡(luò)的出口處，TDM數(shù)據(jù)流被重新產(chǎn)生，并使用新的幀結(jié)構(gòu)。

　　非結(jié)構(gòu)化的傳輸方式忽略TDM電路中可能存在的任何結(jié)構(gòu)，將數(shù)據(jù)看作給定數(shù)據(jù)速率的純位流。從TDM位流中按順序截取一系列八位位組來構(gòu)成分組的有效載荷。因此，構(gòu)成每個(gè)分組有效載荷的八位位組的數(shù)量是隨機(jī)的。一般選取有效載荷的長(zhǎng)度使分組構(gòu)成時(shí)間在1ms左右，對(duì)于T1電路，該長(zhǎng)度為193個(gè)八位位組(見圖2)。

　　分組網(wǎng)絡(luò)需要考慮的特性

圖2：結(jié)構(gòu)化電路仿真業(yè)務(wù)和非結(jié)構(gòu)化電路仿真業(yè)務(wù)

　　分組網(wǎng)絡(luò)具有和TDM網(wǎng)絡(luò)不相同的特性，這些不同會(huì)影響所有電路仿真系統(tǒng)的性能。分組網(wǎng)絡(luò)必須考慮的基本特性有分組丟失、分組重新排序和分組延遲偏差。

　　分組丟失會(huì)在TDM數(shù)據(jù)流中造成一個(gè)短時(shí)間的中斷，因此必須采取一定彌補(bǔ)措施，否則仿真系統(tǒng)的端到端延遲將會(huì)改變。正常情況下，CESoP交互連接功能會(huì)在輸出的TDM流中插入與丟失數(shù)據(jù)長(zhǎng)度相等的數(shù)據(jù)。這種插入數(shù)據(jù)的內(nèi)容是隨機(jī)的，且為適應(yīng)不同應(yīng)用而有所不同。例如，如果仿真電路傳送的是語音業(yè)務(wù)，就會(huì)使用插值方法來預(yù)測(cè)該時(shí)隙的內(nèi)容。但是，如果電路傳送的是數(shù)據(jù)，那么插值方法無效，此時(shí)使用一個(gè)固定數(shù)值即可。

　　分組還可在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行重新排序。例如，如果一些分組在網(wǎng)絡(luò)中通過一條較快的路徑，它們就會(huì)比那些先傳送的分組先到達(dá)目標(biāo)設(shè)備。CESoP交互功能必須能夠在重新生成TDM數(shù)據(jù)流之前，將分組按正確順序進(jìn)行排序。

　　最后，即使所有分組都通過網(wǎng)絡(luò)的同一路徑進(jìn)行傳送，在它們到達(dá)網(wǎng)絡(luò)出口處的交互功能模塊時(shí)仍然可能會(huì)有一些時(shí)間偏差，這就是“分組延遲偏差”或“分組抖動(dòng)”。由于TDM電路具有恒定不變的位速率，因此必須將較快到達(dá)的分組在輸出之前進(jìn)行緩沖，這樣就可以補(bǔ)償與其它較慢分組之間的延時(shí)差。這種緩沖器稱為“抖動(dòng)緩沖器”。

　　時(shí)鐘恢復(fù)

　　在任何通過分組實(shí)現(xiàn)電路交換的技術(shù)中，最關(guān)鍵的問題之一就是時(shí)鐘恢復(fù)(見圖3)。例如，在兩個(gè)客戶端之間使用專用租借線路通過運(yùn)營(yíng)商分組網(wǎng)絡(luò)上的仿真鏈路進(jìn)行連接，則客戶TDM業(yè)務(wù)的頻率fservice必須在分組網(wǎng)絡(luò)的出口處精確地重新生成。長(zhǎng)時(shí)間的頻率不匹配將導(dǎo)致分組網(wǎng)絡(luò)出口處形成等待隊(duì)列，如果重新生成的時(shí)鐘比原時(shí)鐘慢，則緩沖器被填滿，反之則會(huì)被清空。這兩種情況都會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失和服務(wù)質(zhì)量下降。

　　在分組網(wǎng)絡(luò)中，分組在時(shí)間上是不連續(xù)的，故其入口和出口頻率之間的連接將被中斷。因此，除非存在外部方法實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘分配，否則分組網(wǎng)絡(luò)出口處的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能必須通過某種方法恢復(fù)原TDM業(yè)務(wù)時(shí)鐘頻率。

圖4：電路仿真接入網(wǎng)絡(luò)組成示意圖

　　電路仿真不關(guān)心網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)耐ㄐ艠I(yè)務(wù)是何種類型，語音、視頻或分組數(shù)據(jù)都可以傳輸。電路仿真透明地傳輸各數(shù)據(jù)位，TDM鏈路遠(yuǎn)端重新生成的數(shù)據(jù)盡可能忠實(shí)地再現(xiàn)原始數(shù)據(jù)。這使CESoP成為一種非常靈活的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

　　VoIP假定所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是由語音采樣組成，可能會(huì)使用語音回聲消除及專門用于語音的壓縮技術(shù)來減少帶寬占用，這就破壞了其它類型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而使提供給最終用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量降低。

　　5. CESoP需要時(shí)鐘恢復(fù)或時(shí)鐘分配機(jī)制

　　如前所述，時(shí)鐘和同步是制約任何通過分組實(shí)現(xiàn)電路交換的主要技術(shù)障礙。傳輸?shù)拿恳晃欢急仨毎雌溥M(jìn)入分組網(wǎng)絡(luò)的同樣速率從分組網(wǎng)絡(luò)輸出，否則目的節(jié)點(diǎn)的抖動(dòng)緩沖器就會(huì)被填滿或被清空。除非存在一種方法來向兩端分配共同時(shí)鐘，否則必須要有時(shí)鐘恢復(fù)功能，否則將破壞數(shù)據(jù)完整性。

　　通過電路仿真方法，同步“內(nèi)置”于網(wǎng)絡(luò)中。TDM電路攜帶時(shí)鐘，自適應(yīng)或差分時(shí)鐘恢復(fù)用來在目的節(jié)點(diǎn)處保證TDM電路保持同步，不出現(xiàn)任何緩沖器滑動(dòng)。

　　VoIP也是恒定速率業(yè)務(wù)，因此可以使用相似的時(shí)鐘和同步機(jī)制。但在實(shí)際應(yīng)用中，VoIP會(huì)偶爾丟掉或插入一個(gè)語音數(shù)據(jù)采樣。如果時(shí)鐘足夠接近，則這種處理對(duì)語音質(zhì)量的影響微不足道。如果對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也使用同樣技術(shù)則會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，會(huì)導(dǎo)致分組重傳，從而使有效數(shù)據(jù)速率降低。

　　總之，與VoIP相比，CESoP是一種在實(shí)現(xiàn)上更簡(jiǎn)單的技術(shù)，主要適用于需要向同一地點(diǎn)傳送多個(gè)通道數(shù)據(jù)的情況。CESoP不需要信令網(wǎng)關(guān)和回聲消除，在傳輸數(shù)據(jù)的類型上更為靈活。其面臨的主要技術(shù)困難是需要外部時(shí)鐘分配機(jī)制，或者要有精確而穩(wěn)定的時(shí)鐘恢復(fù)功能來從接收的分組流中提取時(shí)鐘。

　　CESoP應(yīng)用

　　CESoP的主要應(yīng)用是繼續(xù)支持客戶的TDM業(yè)務(wù)(見圖4)。例如，基于以太網(wǎng)絡(luò)的城域接入網(wǎng)業(yè)務(wù)提供商仍想支持TDM連接的客戶，通過采用ESoP，客戶不必為實(shí)現(xiàn)基于分組的業(yè)務(wù)而更新他們的設(shè)備。同樣，運(yùn)營(yíng)商也避免了更新其與客戶之間最后一英里的連接網(wǎng)絡(luò)。這些業(yè)務(wù)采用直接連接兩個(gè)客戶端的專用租借線路和用于將客戶端連接到中心局的接入線。

　　對(duì)于擁有眾多用戶的樓宇或校園業(yè)務(wù)，運(yùn)營(yíng)商可能需要在靠近客戶的地方裝設(shè)遠(yuǎn)端集中器。遠(yuǎn)端集中器集中提供給該樓宇內(nèi)客戶的TDM和/或分組業(yè)務(wù)，使用電路仿真并通過點(diǎn)到點(diǎn)連接將業(yè)務(wù)傳回最近的城域網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)。

　　電路仿真還可用于企業(yè)內(nèi)部以降低運(yùn)營(yíng)成本。當(dāng)一個(gè)企業(yè)具有一個(gè)總部以及通過分組網(wǎng)絡(luò)連接起來的多個(gè)遠(yuǎn)程分部時(shí)，可以將之間的電話鏈路更換為“電路仿真”，通過分組網(wǎng)絡(luò)連接來傳送語音業(yè)務(wù)。這種免費(fèi)長(zhǎng)話應(yīng)用的缺點(diǎn)是語音質(zhì)量降低，除非分組網(wǎng)絡(luò)上有充分的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證。當(dāng)由外部業(yè)務(wù)提供商運(yùn)營(yíng)分組網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可能需要重新擬定更高品質(zhì)的業(yè)務(wù)級(jí)別協(xié)議。

　　CESoP在無線領(lǐng)域也擁有一席之地。對(duì)于無線電話運(yùn)營(yíng)商租用T1/E1電路來連接基站和無線網(wǎng)絡(luò)控制器的情況而言，更為經(jīng)濟(jì)的方案則是從另一家業(yè)務(wù)提供商處通過分組網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行CESoP連接。

　　促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)融合

　　正如運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)尋求從TDM向分組網(wǎng)絡(luò)升級(jí)，電路仿真技術(shù)允許網(wǎng)絡(luò)不斷進(jìn)化發(fā)展，而不必更換整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于通過分組傳輸語音而言，CESoP比VoIP具有明顯優(yōu)勢(shì)。它是一種十分有用的技術(shù)，將有助于整個(gè)產(chǎn)業(yè)向統(tǒng)一和經(jīng)濟(jì)的融合網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)移。

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