IP電話是一種利用IP網(wǎng)絡(luò)作為傳輸載體實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)－計(jì)算機(jī)、普通電話－普通電話、計(jì)算機(jī)－普通電話之間話音通信的技術(shù)。IP電話目前還處在初級(jí)階段，無論在標(biāo)準(zhǔn)上、設(shè)備的成熟程度上和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論上與現(xiàn)有傳統(tǒng)電話相比還有很大的差距。但是IP電話從根本上動(dòng)搖了電話必須基于電路交換技術(shù)這種理論，目前普遍認(rèn)為下一代的電話網(wǎng)將會(huì)建立在統(tǒng)計(jì)復(fù)用的分組交換技術(shù)的基礎(chǔ)之上。Internet電話由于采用信道復(fù)用和基于分組交換的傳輸技術(shù)，提高了線路的利用率，這是其收費(fèi)便宜的主要原因。此外，新的基于計(jì)算機(jī)的多媒體通信需要Internet電話技術(shù)的支持，也促使了這一新技術(shù)的發(fā)展。當(dāng)然，受市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)也是Internet電話技術(shù)迅速發(fā)展的原因。面對(duì)這一巨大市場(chǎng)，許多大公司像Microsoft、Intel、Lucent都紛紛加入了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
　　這種競(jìng)爭(zhēng)也促使了與Internet電話技術(shù)相關(guān)的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的不斷出現(xiàn)，如語(yǔ)音編碼技術(shù)、實(shí)時(shí)傳送協(xié)議(RTP：Real－time Transport Protocol)、資源預(yù)約協(xié)議(RSVP：Resource Reservation Protocol)、呼叫建立和控制協(xié)議等等，為這一技術(shù)的實(shí)用化提供了良好的條件。IP電話要和普通電話競(jìng)爭(zhēng)，成為未來語(yǔ)音通信的主要手段必須解決以下幾個(gè)問題：一是語(yǔ)音質(zhì)量，無論在音質(zhì)、流暢度和時(shí)延方面應(yīng)與普通電話相當(dāng)；二是呼叫和連接的建立要簡(jiǎn)單方便；三是要有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以便實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的互通。
1 IP電話QoS 的改善
　　IP電話是基于Internet的，而Internet主要的協(xié)議TCP/IP是為提供非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的，例如，對(duì)主機(jī)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)；目前還不能實(shí)現(xiàn)帶寬管理、流量控制等。影響IP電話質(zhì)量的因素有：編解碼方法、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、丟包、比特差錯(cuò)和協(xié)議處理。時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)影響聽覺，時(shí)延還會(huì)造成回波，時(shí)延越長(zhǎng)所需的用于消除回波的計(jì)算機(jī)指令的時(shí)間就越長(zhǎng)。Internet電話的時(shí)延通常由三部分組成，即編/解碼時(shí)延、數(shù)據(jù)包傳送時(shí)延和緩存時(shí)延。丟包和比特差錯(cuò)影響話音包的解碼，而協(xié)議處理影響著呼叫建立時(shí)間及呼叫建立成功率、計(jì)費(fèi)正確率等指標(biāo)。
　　為了改善網(wǎng)絡(luò)QoS，在H.323協(xié)議中，采用RTCP(實(shí)時(shí)控制協(xié)議)對(duì)IP電話系統(tǒng)的性能進(jìn)行大致的監(jiān)測(cè)，并通過RTCP或H.245進(jìn)行反饋控制。另外，H.323對(duì)網(wǎng)閘定義了呼叫控制、帶寬管理和帶寬控制功能，并引入了RSVP(資源預(yù)留協(xié)議)，為服務(wù)質(zhì)量保證提供一些技術(shù)手段。ETSI對(duì)IP電話的服務(wù)質(zhì)量(QoS)問題已建立了一個(gè)框架，并提出了端到端的QoS預(yù)算。端到端時(shí)延QoS參數(shù)決定了源宿路徑上諸如分組調(diào)度(帶寬分配)、排隊(duì)規(guī)則(緩存分配)、進(jìn)程調(diào)度(CPU處理時(shí)間分配)等傳輸服務(wù)的行為。為了提高端到端QoS，還需要建立一套完整的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)有效的資源管理、接納控制、調(diào)度機(jī)制(如EDF：earliest deadline first算法)，并在各個(gè)具有管理控制職能的網(wǎng)元上設(shè)置QoS監(jiān)控功能，用來監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的下列性能指標(biāo)：帶寬占用、信號(hào)抖動(dòng)、延遲、丟包率、吞吐量。如在網(wǎng)關(guān)(Gateway)、網(wǎng)閘(Gatekeeper)及網(wǎng)管服務(wù)器(Network Manager)都通過各語(yǔ)音信道及任意IP鏈路進(jìn)行QoS指標(biāo)的監(jiān)控。
　　由于網(wǎng)絡(luò)擁塞、緩沖區(qū)溢出、誤碼等原因，在無連接的IP網(wǎng)絡(luò)中時(shí)常發(fā)生丟包。VoIP技術(shù)采用的話音壓縮編碼技術(shù)算法多是以幀為單位的，對(duì)丟失數(shù)據(jù)包比較敏感，連續(xù)丟幀會(huì)明顯地影響接收端合成話音的可懂度、自然度和清晰度。通常有幾種方法進(jìn)行補(bǔ)償：其一是語(yǔ)音插空(interpolate)，即重放丟失分組的前一分組。其二是以增加帶寬開銷為代價(jià)，發(fā)送冗余信息，使對(duì)方有一定的糾錯(cuò)能力。還可以根據(jù)前后語(yǔ)音信息的相關(guān)性，在解碼時(shí)重構(gòu)出丟失的幀。當(dāng)丟包率不超過10%時(shí)，這些措施都是相當(dāng)有效的。
2 IP電話的信令與協(xié)議
2.1 ITU H.323
　　要使互聯(lián)網(wǎng)電話大量普及發(fā)展，必須建立一個(gè)統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以使不同廠家的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)互通。Intel和Microsoft已發(fā)起了一個(gè)超過100個(gè)廠商參加的組織，該組織將數(shù)據(jù)包管理的實(shí)時(shí)協(xié)議(RTP/RTCP)及帶寬預(yù)約協(xié)議(RSVP)合在一起，并加入ITU的T.120數(shù)據(jù)會(huì)議和H.323音頻與視頻會(huì)議標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)備做成一個(gè)完整的互聯(lián)網(wǎng)電話協(xié)議。
　　H.323v2系統(tǒng)包括用戶終端、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)閘(Gatekeepers)、多點(diǎn)控制器(Multipoint Controllers)、多點(diǎn)處理器(Multipoint Processors)和多點(diǎn)控制單元(MCU)。H.323用戶終端具有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)會(huì)議的語(yǔ)音通信能力。網(wǎng)關(guān)完成傳輸格式(如H.225.0與H.221)和通信流程(如H.245與H.242)的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)終端與電路交換網(wǎng)絡(luò)(SCN)終端之間的通信。網(wǎng)閘的功能有：地址轉(zhuǎn)換(Address Translation)；確認(rèn)控制(Admission Control)；帶寬控制(Bandwidth Control)；區(qū)域管理(Zone Management)。理論上網(wǎng)閘與終端是獨(dú)立的，物理上網(wǎng)閘可存在于終端、MCU、網(wǎng)關(guān)、MC或其他H323設(shè)備中。
　　IMTC下的VoIP論壇已采用H.323作為Internet電話技術(shù)的基礎(chǔ)，H.323協(xié)議也一直在發(fā)展變化與改進(jìn)完善之中。H.323的最新版本V2與V1相比引入了包括快速連接在內(nèi)的新特性，下一版本(包括H.323v3和H.225.0v3)亦在醞釀之中，屆時(shí)在網(wǎng)閘互通問題等方面可能會(huì)有突破。H.323標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容亦不斷豐富，如H.323 Annex D(Real Time Internet Fax)；H.323 Annex E(Call Connection over UDP)；H.323 Annex F(Single Use Terminal)；H.323 Annex G(Communication between Administrative Domains)；H.450.x(Supplementary Services)。隨著這些標(biāo)準(zhǔn)的逐步推出和完善，H.323系列的功能將更加強(qiáng)大。
2.2 SIP
　　雖然H.323提供了多媒體通信所需要的所有子協(xié)議，但H.323的控制協(xié)議非常復(fù)雜。此外，H.323不支持多點(diǎn)發(fā)送(Multicast)協(xié)議，只能采用多點(diǎn)控制單元(MCU)構(gòu)成多點(diǎn)會(huì)議，因而只能同時(shí)支持有限的多點(diǎn)用戶。H.323在Internet內(nèi)部是一個(gè)比較好的協(xié)議，然而由于其不支持呼叫轉(zhuǎn)移和DTMF信號(hào)傳輸，作為與PSTN的網(wǎng)關(guān)協(xié)議不太合適。與H.323不同的是：SIP是一種基于文本的協(xié)議，用SIP規(guī)則資源定位語(yǔ)言描述(SIP Uniform Resource Locators)，是一種應(yīng)用層協(xié)議，可以用UDP或TCP作為其傳輸協(xié)議。SIP不像H.323提供了所有的通信協(xié)議，而是只提供了呼叫的建立與控制功能。SIP可以應(yīng)用于多媒體會(huì)議、遠(yuǎn)程教學(xué)及Internet電話等領(lǐng)域，這樣易于實(shí)現(xiàn)和調(diào)試，更重要的是靈活性和擴(kuò)展性好。
2.3 MGCP
　　IETF制定的MGCP融合了最初由Bellcore開發(fā)的簡(jiǎn)單網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議SGCP和由Level3 提出的IPDC(Internet Protocol Device Control)協(xié)議。典型的MGCP網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)由一系列的網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)關(guān)控制器——呼叫代理CA(Call Agent)組成。MGCP體系的特點(diǎn)在于它假定呼叫控制體系中，呼叫控制智能不屬于任何網(wǎng)關(guān)設(shè)備，而由獨(dú)立的呼叫代理CA來承擔(dān)。因而MGCP實(shí)際上是一個(gè)主從協(xié)議，網(wǎng)關(guān)只能服從和執(zhí)行呼叫代理的指令。MGCP的最大優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)化用戶終端設(shè)備，集中呼叫管理。尤其重要的是，網(wǎng)關(guān)間除了語(yǔ)音業(yè)務(wù)流外，沒有直接的信息交換，這樣可以把網(wǎng)關(guān)做得更小更穩(wěn)定。
　　MGCP目前最大的困難在于缺乏呼叫地理之間的通信協(xié)議。如果一個(gè)呼叫涉及到兩個(gè)由不同CA控制的RGW時(shí)，CA之間必須協(xié)同工作，才能完成接續(xù)。因此，對(duì)于不涉及PSTN的呼叫，我們傾向于采用一個(gè)更簡(jiǎn)單的協(xié)議——SIP來處理CA之間通信，它的最大優(yōu)勢(shì)就在于被用來處理Internet 上的多媒體呼叫。
　　H.323、SIP和MGCP都是IP電話網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中不可缺少的要素，將在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)共存。表1列出了H.323、SIP、MGCP的比較結(jié)果。

　　基于DOCSIS數(shù)據(jù)電纜網(wǎng)的IP電話系統(tǒng)，如圖1所示。該系統(tǒng)由以下幾個(gè)重要功能組件構(gòu)成：
　　(1)CM(Cable Modem)和CMTS(Cable Modem Termination System)
　　對(duì)IP電話系統(tǒng)而言，基于DOCSIS1.1的端到端QoS保證機(jī)制須由CM和CMTS來共同實(shí)現(xiàn)。此外，用戶網(wǎng)關(guān)功能的實(shí)現(xiàn)在很大程度上有賴于CM的支持。
　　(2)呼叫代理
　　呼叫代理包括路由數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶數(shù)據(jù)庫(kù)、CDR數(shù)據(jù)庫(kù)等一組數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序，負(fù)責(zé)處理復(fù)雜的信令轉(zhuǎn)換控制和連接控制并進(jìn)行地址轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)路由。實(shí)現(xiàn)了對(duì)干線網(wǎng)關(guān)和用戶網(wǎng)關(guān)的呼叫控制。
　　(3)業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)(OSS：Operation Support System)
　　通過DHCP、FTFP/HTTP、SNMP、DNS和RKS(Record Keeping Server)等服務(wù)器，為運(yùn)營(yíng)商提供用戶管理，性能管理、故障管理、安全管理、計(jì)費(fèi)管理和配置管理功能，保證了系統(tǒng)能夠高效、可靠地運(yùn)行。
　　(4)PSTN網(wǎng)關(guān)
　　包括媒體網(wǎng)關(guān)和信令網(wǎng)關(guān)兩個(gè)模塊，它們?cè)诤艚写淼目刂葡?，媒體網(wǎng)關(guān)完成SCN和IP間的語(yǔ)音信息轉(zhuǎn)換；信令網(wǎng)關(guān)則完成NCS(Network－based Call Signaling)和SS7間的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)同PSTN的互通。
　　中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部已經(jīng)批準(zhǔn)中國(guó)電信、聯(lián)通、吉通和網(wǎng)通組建IP電話業(yè)務(wù)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)。IP電話業(yè)務(wù)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的建成將對(duì)中國(guó)電信市場(chǎng)帶來諸多積極的影響：推進(jìn)我國(guó)網(wǎng)絡(luò)電話技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，與世界通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)保持同步；降低電話業(yè)務(wù)的通信費(fèi)用，促進(jìn)電信事業(yè)的發(fā)展；IP電話實(shí)驗(yàn)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)運(yùn)行，在技術(shù)、業(yè)務(wù)流程、營(yíng)銷、業(yè)務(wù)種類、服務(wù)質(zhì)量等各方面積累寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為今后IP電話的實(shí)際應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　HFC網(wǎng)雙向改造的完成和電纜數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接口規(guī)范DOCSIS的不斷完善為寬帶交互式多媒體業(yè)務(wù)，特別是為開展IP電話增值業(yè)務(wù)提供了理想的接入網(wǎng)平臺(tái)。HFC上的IP電話系統(tǒng)具有高的帶寬可用性、數(shù)據(jù)處理功能和存儲(chǔ)能力，并綜合了bundling和帳單功能。它獨(dú)立于電信公司的通信線路，兼容傳真、調(diào)制解調(diào)器、撥號(hào)形式以及用戶指令。還支持包括呼叫等待、三方呼叫及多點(diǎn)接入等等。在提供和PSTN相同的話音質(zhì)量和響應(yīng)時(shí)間的同時(shí)節(jié)省大量費(fèi)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。專家預(yù)測(cè)Cable Modem系統(tǒng)上的IP語(yǔ)音與傳真業(yè)務(wù)量在不久的將來將會(huì)超過數(shù)據(jù)通信量，成為Cable Modem系統(tǒng)的第一大業(yè)務(wù)。
參考文獻(xiàn)
1 Joseph Rinde.Telephony in the year 2005.Computer Network 1999 31:157～168
2 J.Rinde.The future direction of Internet telephony and its effect on business. Fall VON 97.Boston.http://pulver.com/von97/fall97/request.htm
3 蔣林濤. IP網(wǎng)絡(luò)及其實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)展望. 電信科學(xué)，1999,4(15)
4 H.323.Packet Based Multimedia Communication System. ITU－T Recommendation.1998
5 王曉平.中國(guó)公眾多媒體通信網(wǎng).電信技術(shù)，1998(5)
6 Hardman V, Sasse M A,Kouvelas I. Successful multiparty audio communication over the Internet.Communication of the ACM, 1998, 41(5):74－80
7 蔣林濤.基于IP尋址的多媒體通信網(wǎng).電信技術(shù)，1998(6)
8 韋樂平. 電信網(wǎng)與IP. 電信技術(shù)，1999,(3): 2～4
9 王新苗. IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及IP網(wǎng)絡(luò)管理發(fā)展趨勢(shì). 電子技術(shù)，1999,9(26)：5～9