1、前言

隨著光網絡的飛速發展和數字傳輸技術的應用，原來在數據通信網絡中被視為應用“瓶頸”的寬帶和服務質量得到一一解決，推動了IP技術的飛速發展，帶動各種應用向IP靠攏，IP電話（又稱IP PHONE或VOIP)業務就是其中的一種典型應用。

2、IP電話概述

IP電話是一種通過Internet技術或通過網絡進行語音通信的新業務。從網絡組織來看，目前比較流行的方式有兩種：一種是通過Internet網絡進行的網絡語音通信，我們稱之為網絡電話；另一種是利用IP技術，電信運營商之間通過專線點對點連結進行的語音通話，有人稱之為廉價電話或經濟電話。兩者比較，前者具有投資省，價格低等優勢，但存在著無服務等級和全程通話質量不能保證等重要缺陷。該方式多為計算機公司和數據網絡公司所采納。后者相對于前者來說投資較大，價格較高，但因其是專門用于電話通信的，所以有一定的服務等級，全程通話質量也有一定保證。該方式多為電信運營商所采納。

IP電話與傳統電話具有明顯區別。首先，傳統電話使用公眾電話網作為語音傳輸的媒介；而IP電話則是將語音信號在公眾電話網和Internet之間進行轉換，對語音信號進行壓縮封裝，轉IP包，同時，IP技術允許多個用戶共用同一寬帶資源，改變了傳統電話由單個用戶獨占一個信道的方式，節省了用戶使用單獨信道的費用。其次，由于技術和市場的推動，將語音轉化成IP包的技術已變得更為實用、便宜，同時，IP電話的核心元件之一數字信號處理器價格的下降，而使電話費用大大降低，這一點在國際電話通信費用上尤為明顯，這也是IP電話迅速發展的重要原因。

3、IP電話技術原理
IP電話（又稱IP PHONE或VOIP)是建立在IP技術上的分組化、數字化傳輸技術，基本原理是：通過語音壓縮算法對語音數據進行壓縮編碼處理，然后把這些語音數據按IP等相關協議進行打包，經過IP網絡把數據包傳輸到接受地，再把這些語音數據包串起來，經過解碼解壓處理后，恢復成原理的語音信號。從而達到由IP網絡傳送語音的目的。IP電話系統把普通電話的模擬信號轉換成計算機可聯入因特網傳送的IP數據包，同時也將收到的IP數據包轉換成聲音的模擬電信號。經過IP電話系統的轉換及壓縮處理，每個IP電話系統的轉換及壓縮處理，每個普通電話傳輸速率約占8-11Kbits/s寬帶，因此在與普通電信網同樣使用傳輸速率為64Kbits/s的寬帶時，IP電話數是原理的5-8倍。
IP電話的核心與關鍵設備是IP電話網關。IP電話網關具有路由管理功能，它把各地區電話區號映射為相應的地區網關IP地址。這些信息存放在一個數據庫中，有關處理軟件完成呼叫處理、數字語音打包、路由管理等功能。在用戶撥打IP電話時。IP電話網關根據電話區號數據庫資料，確定相應網關的IP地址，并將次IP地址加入IP數據包中，同時選擇最佳路由，以減少傳輸時延，IP數據包因特網到達目的地IP電話網關。對于因特網未延伸或暫時未設立網關的地區，可設置路由，由最近的網關通過長途網轉接，實現通信業務。

4、IP電話基本結構

IP電話的的基本結構由網關（GW）和網守兩部分構成。網關的主要功能是信令處理、H.323協議處理、語音編解碼和路由協議處理等，對外分別提供與PSTN網連接的中繼接口以及與IP網絡連接的接口。網守的主要功能是用戶認證、地址解析、寬帶管理、路由管理、安全管理和區域管理。一個典型的呼叫過程是：呼叫由PSTN語音交換機發起，通過中繼接口接入到網關，網關獲得用戶希望呼叫的被叫號碼后，向網關發出查詢信息，網關查找被叫網守的IP地址，并根據網絡資源情況來判斷是否應該建立連接。如果可以建立連接，則將被叫網關的IP地址通知給主叫網關，主叫網關在得到被叫網關的IP地址后，通過IP網絡與對方網關建立呼叫連接，被叫側網關向PSTN網絡發起呼叫并由交換機向被叫用戶振鈴，被叫摘機后，被叫側網關和交換機之間的語音通道被連通，網關之間則開始利用H.323協議進行能力交換，確定通話使用的編解碼，在能力交換完成后，主被叫方即可開始通話。

5、IP電話種類
IP電話就要四種：PC到PC、電話到電話、電話到PC、PC到電話。具體如下：
（1）PC到PC：最初IP電話方式主要是PC到PC，利用IP地址進行呼叫，通過語音壓縮、打包傳送方式，實現因特網上PC機間的實時話音傳送、語音壓縮、編解碼和打包均通過PC上的處理器、聲卡、網卡等硬件資源完成，這種方式和共用電話通信有很大的差異，且限定在因特網內，所以有很大的局限性。
（2）電話到電話：電話到電話即普通電話經過電話交換機連到IP電話網關，用電話號碼穿過IP網進行呼叫，發送端網關鑒別主叫用戶，翻譯電話號碼/網關IP地址，發起IP電話呼叫，連接到最靠近被叫的網關，并完成語音編碼和打包，接受端網關實現拆包、解碼和連接被叫。
（3）電話到PC：電話到PC是由網關來完成IP地址和電話號碼的對應和翻譯，以及語音編解碼和打包。
（4）PC到電話：PC到電話也是由網關來完成IP地址和電話號碼的對應和翻譯，以及語音編解碼和打包。

6、IP電話的關鍵技術

傳統的IP網絡主要是用來傳輸數據業務，采用的是盡力而為、無連接的技術，因此沒有服務質量保證，存在分組丟失、失序到達和時延抖動等情況。數據業務對此要求不高，但語音屬于實時業務，對時序、時延等有嚴格的要求。因此必須采取特殊措施來保障一定的業務質量。IP電話的關鍵技術包括：信令技術、編碼技術、實時傳輸技術、服務質量（QOS)保證技術、以及網絡傳輸技術等。

6.1信令技術

信令技術保證電話呼叫的順利實現和語音質量，目前被廣泛接受的VOIP控制信令體系包括ITU-T的H.323系列和IETF的會話初始化協議SIP。

ITU的H.323系列建議定義了在無業務質量保證的因特網或其它分組網絡上多媒體通信的協議及其規程。H.323標準是局域網、廣域網、INTRANET和Intemet上的多媒體提供技術基礎保障。H.323是ITU-T有關多媒體通信的一個協議集，包括用于ISDN的H.320，用于B-ISDN的H.321和用于PSTN終端的H.324等建議。其編碼機制，協議范圍和基本操作類類似于ISDN的Q.931信令協議的簡化版本，并采用了比較的電路交換的方法。相關的協議包括用于控制的H.245,用于建立連接的H.225.0,用于大型會議的H.323,用于補充業務的H.450.1、H.450.2、H.450.3，有關安全的H.235,與電路交換業務互操作的H.246等，H.323提供 設備之間、高層應用之間和提供商之間的互操作性。它不依賴于網絡結構，獨立于操作系統和硬件平臺，支持多點功能、組播和寬帶管理。H.323具備相當的靈活性，支持包含不同功能的節點之間的會議和不同網絡之間的會議。H.323建議的多媒體會議系統中的信息流包括音頻、視頻、數據和控制信息。信息流采用H.225. 0建議方式來打包和傳送。

H.323呼叫建立過程涉及到三種信令：RAS信令（R=注冊：Registration、A=許可：Admission和S=狀態：Status),H.225.0呼叫信令和H.245控制信令。其中RAS信令用來完成終端與網守之間的登記注冊、授權許可、寬帶改變、狀態和脫離解除等過程：H.225.0呼叫信令用來建立兩個終端之間的連接，這個信令使用Q.931消息來控制呼叫的建立和拆除，當系統中沒有網守時，呼叫信令信道在呼叫涉及的兩個終端之間打開：當系統中包括一個網守時，由網守決定在終端與網守之間或是在兩個終端之間用來傳送終端到終端的控制信息，包括主從判別、能力交換、打開和關閉邏輯信道、模式參數請求、流空消息和通用命令與指令等。H.45控制信令信道建立于兩個終端之間，或是一個終端與一個網守之間。

雖然H.323提供了窄道多媒體通信所需要的所有子協議，但H.323的控制協議非常復雜。此外，H.323不支持多點發送（Multicast)協議，只能采用多點控制單元（MCU）構成多點會議，因而同時智能支持有限的多點用戶。H.323也不支持呼叫轉移，且建立呼叫的時間比較長。與H.3253相反，SIP是一種比較簡單的會話初始化協議。它不像H.323那樣提供所有的通信協議，而是只提供會話或呼叫的建立控制功能。SIP可以應用于多媒體會議、遠程教學及Internet電話等領域。SIP既支持單點發送（Unicast)也支持多點發送，會話參加者和媒體種類可以隨時加入一個已存在的會議。SIP可以用來呼叫人或機器設備，如呼叫一個媒體存儲設備記錄一個會議，或呼叫一個點播電視服務器向會議播放視頻信號。

SIP是一種應用層協議，可以用UDP或TCP作為其傳輸協議。與H.323不同的是：SIP是一種基于文本的協議，用SIP規則資源定位語言描述（SIPNiform Resource Locators)這樣易于實現和測試，更重要的是靈活性和擴展性好。由于SIP僅作于初始化呼叫，而不是傳輸媒體數據，因而造成的附加傳輸代價也不大。SIP的URLL甚至可以嵌入到Web頁或其它超文本鏈路中，用戶只需用鼠標一點即可以發出一個呼叫。與H.323相比SIP還有建立呼叫快，支持傳送電話的特點。

6.2 編碼技術

語音壓縮編碼技術是IP電話技術的一個重要組成部分。目前，主要的編碼技術有ITU-T定義的G.729、G.723(G.723.1)等。其中G.729可將經過采樣的64Kbit/s語音以幾乎不失真的質量壓縮至8Kbit/s。由于在分組交換網絡中，業務質量不能得到很好保證。因而需要話音的編碼具有一定的靈活性，即編碼速率、編碼尺度的可變可適應性。G.729原來是8Kbit/s的語音編碼標準，現在的工作范圍擴展至6.4~11.8Kbit/s,語音質量也在此范圍內有一定的變化，但即使是6.4 Kbit/s，語音質量還不錯，因而很適合在VoIP系統中使用。G723.1采用5.3/6.3Kbit/s雙速率話音編碼，其話音質量好，但是處理時延較大，它是目前已標準化的最低速率的話音編碼算法。

6.3 實時傳輸技術

實時傳輸技術主要是采用實時傳送協議RTP。RTP是提供端到端的包括音頻在內的實時數據傳送的協議。RTP包括數據和控制兩部分，后者叫RTCP。RTP提供了時間標簽和控制不同數據流同步特征的機制，可以讓接受端重組發送端的數據包，可以提供接收端到多點發送組的服務質量反饋。

6.4服務質量（QOS）保證技術

IP電話中主要采用資源預留協議（RSVP)以及進行服務質量監控的實時傳輸控制協議RTCP來避免網絡擁堵，保障通話質量。

6.5網絡傳輸技術

IP電話中網絡傳輸技術主要是TCP和UDP，此外還包括網關互聯技術、路由選擇技術、網絡管理技術以及安全認證和計費技術等。由于實時傳輸協議RTP提供具有實時特征、端到端的數據傳輸業務，因此IP電話中可用RTP來傳送話音數據。在RTP報頭中包含裝載數據的標識符、序列號、時間戳以及傳送監視等，通常RTP協議數據單元是用UDP分組來承載，而且為了盡量減少時延，語音凈荷通常都很短。IP、UDP和RTP報頭都按最小長度計算。VoIP話音開銷很大，采用RTP協議的IP電話格式，在這種方式中將多路話音插入話音數據中，這樣提高了傳輸效率。此外，靜音檢測技術和回音消除技術也是IP電話中十分關鍵的技術。靜音檢測技術可有效剔除靜默信號，從而使話音的占用寬帶進一步降低到3.5 Kbit/s：回聲消除技術主要利用數字濾波器技術來消除對通話質量影響很大回聲干擾，保證通話質量。

7、結論

IP電話以其低廉的長途電話費始終受到人們的歡迎，同時，在IP電話技術日趨完善的今天，越來越多種類的IP電話、智能電話應運而生得到了廣大用戶的認可，IP電話有了自己的發展空間，也得到了快速發展。

相信無論是在國外還是在國內，作為給用戶提供的一種選擇，IP電話業務還將會有更大的發展。