下一代網絡分組話音接入的實現

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    下一代網絡可以提供各種各樣的業(yè)務，如話音、互聯網接入、視頻會議、流媒體等，因此下一代網絡的業(yè)務呈現出多樣性。話音業(yè)務作為一種基礎電信業(yè)務，將始終構成運營商業(yè)務收入的主要來源。近年來，隨著分組交換技術的發(fā)展，傳統(tǒng)電路交換形式的話音業(yè)務比重呈下降趨勢，分組話音業(yè)務的比重則逐年上升。接入網是現有電信網中網絡規(guī)模投資最大的部分，因此接入網向下一代網絡的平滑演進過程中，必須適應業(yè)務綜合化和話音分組化的趨勢。在接入網中，可以采用不同的方式實現分組話音接入。不同的實現方式對接入技術提出了不同的要求，本文將分析和比較不同的分組話音接入實現方案。

    二、分組話音業(yè)務的特征

    分組話音業(yè)務是在分組交換網絡上實現的話音業(yè)務，目前最常用的是VoIP，即IP電話業(yè)務。在分組交換網絡上進行話音數據流的傳送，可以充分利用網絡統(tǒng)計復用的特征，提高系統(tǒng)的容量。采用數字信號處理技術進行語音壓縮、話音靜默檢測/消除、回聲消除技術等，比固定傳送速率、固定電路分配的PSTN網絡更具優(yōu)勢。因此，分組話音業(yè)務的成本，尤其是在長途業(yè)務上，將遠低于傳統(tǒng)PSTN話音業(yè)務的成本。分組話音業(yè)務具有以下基本特征：

    (1)采用話音壓縮編碼技術，如G.711， G.723，G.728，G.729等。不同的話音編碼算法占用的帶寬不一樣，話音質量也不一樣，引入的時延也不同。
    (2)話音業(yè)務是實時業(yè)務，對時序性有嚴格要求，要求采用能支持實時傳輸的協(xié)議。
    (3)對端到端時延、時延抖動、包丟失率比較敏感。端到端時延包括編解碼時延、包封裝與解包時延、網絡傳送時延等。時延抖動則主要由網絡引起，在網絡中徹底消除分組話音包的時延抖動是不可能的，但應盡量降低網絡的時延抖動對話音業(yè)務的不利影響。
 
    三、分組話音接入的實現方案

    1.基于DSL接入
    國內的寬帶接入技術發(fā)展很快，xDSL技術就是其中之一。基于xDSL接入的分組話音的實現方案可以分為VoATMoverDSL和VoIPoverDSL兩種。

    (1)VoATMoverDSL解決方案。VoATMeverDSL是在ATMoverDSL技術基礎上提供話音業(yè)務的一種解決方案。整個網絡是由綜合接入設備(IAD)、網關和ATM DSLAM構成(見圖1)。IAD向用戶提供多路POTS或者ISDN接口、以太網接口，上行可以是ADSL或者G.shdsl接口，直接接入DSLAM。話音業(yè)務采用AAL2封裝，由網關進行PVC終結。數據業(yè)務采用AAL5封裝，通過ATMPVC連到寬帶接入服務器(BAS)。話音業(yè)務的信令通過BLES(Broad-band Loop Emulation Service)協(xié)議完成，網關通過V5.2或者V5.1接入到PSTN網。IAD的主要作用是在用戶端對媒介進行適配和信令適配。所謂媒介適配就是將話音數字化，并且進行壓縮；信令適配就是將傳統(tǒng)的用戶信令采用BLES協(xié)議進行傳送。網關的主要作用是把分組話音轉換成64kbit/s的PCM數字信號接入到PSTN網絡；終結BLES協(xié)議，將信令轉換成傳統(tǒng)的PSTN網絡的信令。ATM DSLAM的主要作用就是將封裝在AAL2的話音業(yè)務和AAL5的數據業(yè)務分別送到網關和BAS。這里ATMDSLAM的網關都需要支持AAL2信元的識別。

    圖1　VoATM over DSL解決方案

    (2)VoIP over DSL解決方案。與VoATMover DSL網絡結構一樣，VoIPover DSL的網絡結構也是由IAD、網關和DSLAM組成(見圖2)。VoIPover DSL的IAD與VoATMover DSL的類似，可以提供多路POTS或者ISDN接口、以太網接口，上行可以是ADSL或者G.shdsl接口、VDSL接口，直接接入DSLAM。不同的是，IAD與網關之間傳輸分組語音數據，IAD需要配置相應的IP地址。網關提供E1接口通過V5.2或者V5.1協(xié)議接入到PSTN網。與第一種方案不同的是，DSLAM不需要支持AAL2信元的識別，這里的DSLAM可以是ATMDSLAM或者是IP DSLAM。

    圖2　VoIP over DSL解決方案

    丟包率和時延會直接影響話音業(yè)務的服務質量。在上述兩種基于DSL接入的分組話音的實現方案中，只要DSL接入速率不超過線路上可以承受的最大速率，物理層的誤碼率一般可以控制在10-7之中。在DSL接入中，物理層的傳輸時延一般在ms級，因此采用DSL低層承載技術可以保證接入段的話音業(yè)務服務質量。

    2.基于Ethernet接入
    基于以太網(Ethernet)的接入技術包括以太網接入技術和無線局域網(WLAN)接入技術，物理層之上的媒質接入控制層(MAC)分別符合802.3MAC或802.11MAC協(xié)議。傳統(tǒng)的以太網接入技術和WLAN主要提供以因特網接入為主的數據業(yè)務，在向NGN演進過程中，利用以太網接入和WLAN技術可以方便地提供分組話音業(yè)務。網絡解決方案如圖3所示。

    圖3　基于Ethernet接入的解決方案

    如圖3左側所示，實現分組話音接入，可以保持目前以太網接入的用戶端設備(NT)功能不變，而局端設備具備接入媒體網關(AG)的功能，實現話音和數據綜合接入。AG提供POTS接口和Ethernet接口，對話音進行分組化處理，通過H.248或SIP協(xié)議與軟交換進行交互，完成呼叫處理功能。

    如圖3所示，通過IAD接入設備，同樣可以實現基于Ethernet的分組話音接入。IAD支持H.248，SIP或MGCP協(xié)議，支持呼叫處理、語音處理、媒質控制處理等功能。IAD放置在用戶家中，同時提供POTS和Ethernet接口，實現語音、數據和寬帶多媒體的接入。IAD若為具備樓道交換機功能的設備，則物理上可以僅提供RJ45接口，通過在用戶家中安裝分線盒，將一個RJ45接口分線為一個RJ45接口和一個RJ11接口，分別提供與PC機和電話機的連接。

    VoWLAN接入同樣可以有不同的實現方案，但是真正意義上的VoWLAN實現如圖3右側所示。在WLAN空中接口，采用Voiceover Ipover WLAN的協(xié)議棧，終端可以采用具備SIP功能的便攜WLAN雙模終端(同時支持話音和數據)，或者在PC機上插入WLAN網卡，運行軟電話(Soft Phone)軟件實現SIP協(xié)議，實現話音的接入。

    無論是有線以太網接入還是WLAN，由于在一個局域網內所有用戶都是共享網絡的，必然存在安全隱患。對于無線接入方式，由于沒有線纜的束縛，信號很容易被截取，無線鏈路級的安全問題更加突出。因此，與ADSL接入方式相比，在利用以太網接入提供分組話音業(yè)務時，需要采用定的接入控制策略或數據加密策略來保證用戶通信的安全。

    在基于Ethernet接入的實現中，可以通過采用/EEE802.1p實現二層QoS保證。在WLAN上支持分組話音，還必須解決無線鏈路級的QoS問題。在802.11 WLAN中，采用了載波偵聽多路訪問/碰撞避免(CSMA/CA)協(xié)議，主要規(guī)定了利用分布式協(xié)調功能(DCF)實現共享媒質接入。當終端(STA)偵聽到信道空閑后，要隨機回退(Backoff)一段時間后再發(fā)送數據，通過這種方式盡量降低碰撞發(fā)生的概率。在DCF功能中，并不區(qū)分業(yè)務，不能保證話音業(yè)務的QoS。目前，正在制定的802.11e QoS標準是對MAC層的增強，采用增強的分布信道接入(EDCA)功能，將業(yè)務分成8個優(yōu)先級，對盡力而為業(yè)務、話音業(yè)務、視頻業(yè)務等采用了不同的MAC層處理機制．可以充分保證VoWLAN業(yè)務的服務質量。802.11e標準將在今年正式發(fā)布，Wi-Fi聯盟已經將802.11e規(guī)定的功能列入互操作性認證計劃，這將極大地促進VoWLAN業(yè)務的發(fā)展。

    3.分組話音接入的協(xié)議棧模型
    圖4給出了上述幾種分組話音接入解決方案的協(xié)議棧。

    圖4　實現分組話音接入的協(xié)議棧模型

    四、不同實現方案的特點

    1.VoDSL解決方案特點

    VoATM over DSL是基于ATM技術提供話音業(yè)務，話音業(yè)務和數據業(yè)務分別通過AAL2和AAL5進行封裝。AAL2技術是專為在ATM網絡上傳輸語音而設計的，在分組語音數據的封裝處理、多個分組語音數據如何在一條VC上傳送等有著嚴格的定義，它不需要為IAD配置IP地址。因此，VoATM是一種在ATM數據網上提供語音的解決方案，語音業(yè)務必須在AAL2信元中傳輸，只能應用于ATM網絡，不能應用于以IP網絡為主的數據網。

    由于VoIP本身是基于IP的，因此對承載網沒有限制，可以是ATM的，也可以是其他鏈路的。VoIP over DSL的解決方案中，除了可以承載在ADSL，G.shdsl外，還可以是VDSL等，而且DSLAM也更靈活，除了ATMDSLAM，也可以是IPDSLAM等。因此，VoIPover DSL解決方案非常方便接入下一代網絡，有著很強的適應性和發(fā)展前景。另外，與VoATMover DSL相比，VoIPover DSL這種解決方案不需要DSLAM和IAD支持AAL2識別，封裝和解封裝，這對于DSLAM來說是非常重要的，因為目前大多數ATMDSLAM都不支持AAL2，利用這種方案不需要改動已有的DSLAM，可以直接提供話音業(yè)務。

    VoATM over DSL的解決方案是基于BLES協(xié)議，建立在ATM網絡基礎上只解決話音業(yè)務的方案，不論從網絡技術，還是業(yè)務發(fā)展都不具備進一步發(fā)展空間，特別是在國內缺乏網絡支撐的情況下。由于VoIP的IAD支持MGCP，H.248或者SIP，天然具備向NGN演進的能力。當網絡演進到NGN時，可以修改IAD配置接入到NGN網絡，直接與軟交換進行通信。

    2.基于Ethernet接入的解決方案特點
    基于Ethernet接入提供分組話音歸根到底仍然是VoIP的解決方案，利用IAD支持H.248或SIP協(xié)議，可以順利地實現網絡的演進。VoIP over DSL和VoIP over Ethernet都適應了整個網絡技術和業(yè)務發(fā)展的趨勢，最終可以過渡到以軟交換為核心的NGN網絡架構上。

    由于低層承載技術的不同，會對VoIP的應用產生一定影響。對于VoWLAN技術，由于WLAN工作在免許可頻段，會受到同頻段其他設備的干擾。WLAN無線信道數量有限，同一熱點內如果AP過多，會存在系統(tǒng)自干擾的問題，會影響話音的質量。WLAN MAC層本身由于存在頭開銷、控制幀開銷、回退機制以及可能的碰撞，有效負荷基本上為標稱速率的50%左右，即802.11a在標稱11Mbit/s情況下，有效負荷約為5Mbit/s：802.11a在標稱54Mbit/s情況下，有效負荷約為30Mbit/s。對于VoIP，在話音封裝過程中引入了RTP/UDP/IP的開銷(RTP包頭12字節(jié)，UDP包頭8字節(jié)，IP包頭20字節(jié))，又降低了有效的帶寬利用率。因此，在WLAN上支持話音，還會面臨帶寬的問題。傳統(tǒng)WLAN終端是為Internet接入設計的，新的業(yè)務對WLAN終端也提出了新的要求，要求采用雙模終端，且體積小、省電、符合用戶的使用習慣等。

    五、結束語

    從當前IP電話業(yè)務市場的迅猛發(fā)展可以看到，利用分組技術傳送電話業(yè)務越來越成為一項較成功的技術。對于傳統(tǒng)的運營商來說，利用DSL提供分組話音，可以充分利用已有的銅線資源，利用一個網絡同時提供話音和數據綜合接入，同時降低對網絡的維護費用。以太網接入技術，尤其是WLAN接入技術發(fā)展迅速，無論對于傳統(tǒng)運營商還是新興運營商，如果在個網絡上可以提供綜合的業(yè)務，則能夠最大限度地挖掘網絡的潛力，快速爭取用戶，提供自己的競爭力。從本文的技術分析可以看到，目前最具發(fā)展?jié)摿Φ腄SL接入技術和以太網接人技術都可以通過設備的改造升級逐步演進到下一代網絡，提供分組話音業(yè)務。

    來源：E-WORKS