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，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)有很長歷史。在通信產(chǎn)業(yè)中，“最后一里”仍舊是最漫長的道路。城域以太網(wǎng)提供商要想成為一個完整的服務(wù)提供商就必須將其業(yè)務(wù)擴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“通道”，在其中實現(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�時隙加入到分組的有效載荷內(nèi)，后面跟著下一幀的同一時隙，如此反復(fù)。有效載荷全部填滿后，再加上一個分組頭，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DS1包含192個八位位組)。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)成每個分組有效載荷的八位位組的數(shù)量是隨機的。一般選取有效載荷的長度使分組構(gòu)成時間在1ms左右，對于T1電路，該長度為193個八位位組(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。

　　分組丟失會在TDM數(shù)據(jù)流中造成一個短時間的中斷，因此必須采取一定彌補措施，否則仿真系統(tǒng)的端到端延遲將會改變。正常情況下，CESoP交互連接功能會在輸出的TDM流中插入與丟失數(shù)據(jù)長度相等的數(shù)據(jù)。這種插入數(shù)據(jù)的內(nèi)容是隨機的，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)，就會使用插值方法來預(yù)測該時隙的內(nèi)容。但是，如果電路傳送的是數(shù)據(jù)，那么插值方法無效，此時使用一個固定數(shù)值即可。

　　分組還可在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進行重新排序。例如，如果一些分組在網(wǎng)絡(luò)中通過一條較快的路徑，它們就會比那些先傳送的分組先到達目標設(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行排序。

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

　　時鐘恢復(fù)

　　在任何通過分組實現(xiàn)電路交換的技術(shù)中，最關(guān)鍵的問題之一就是時鐘恢復(fù)(見圖3)。例如，在兩個客戶端之間使用專用租借線路通過運營商分組網(wǎng)絡(luò)上的仿真鏈路進行連接，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。長時間的頻率不匹配將導(dǎo)致分組網(wǎng)絡(luò)出口處形成等待隊列，如果重新生成的時鐘比原時鐘慢，則緩沖器被填滿，反之則會被清空。這兩種情況都會造成數(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現(xiàn)時鐘分配，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鏈路遠端重新生成的數(shù)據(jù)盡可能忠實地再現(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需要時鐘恢復(fù)或時鐘分配機制

　　如前所述，時鐘和同步是制約任何通過分組實現(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)點的抖動緩沖器就會被填滿或被清空。除非存在一種方法來向兩端分配共同時鐘，否則必須要有時鐘恢復(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電路攜帶時鐘，自適應(yīng)或差分時鐘恢復(fù)用來在目的節(jié)點處保證TDM電路保持同步，不出現(xiàn)任何緩沖器滑動。

　　VoIP也是恒定速率業(yè)務(wù)，因此可以使用相似的時鐘和同步機制。但在實際應(yīng)用中，VoIP會偶爾丟掉或插入一個語音數(shù)據(jù)采樣。如果時鐘足夠接近，則這種處理對語音質(zhì)量的影響微不足道。如果對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也使用同樣技術(shù)則會產(chǎn)生嚴重的影響，會導(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是一種在實現(xiàn)上更簡單的技術(shù)，主要適用于需要向同一地點傳送多個通道數(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)困難是需要外部時鐘分配機制，或者要有精確而穩(wěn)定的時鐘恢復(fù)功能來從接收的分組流中提取時鐘。

　　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，客戶不必為實現(xiàn)基于分組的業(yè)務(wù)而更新他們的設(shè)備。同樣，運營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。

　　對于擁有眾多用戶的樓宇或校園業(yè)務(wù)，運營商可能需要在靠近客戶的地方裝設(shè)遠端集中器。遠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到點連接將業(yè)務(wù)傳回最近的城域網(wǎng)絡(luò)接入點。

　　電路仿真還可用于企業(yè)內(nèi)部以降低運營成本。當一個企業(yè)具有一個總部以及通過分組網(wǎng)絡(luò)連接起來的多個遠程分部時，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)。這種免費長話應(yīng)用的缺點是語音質(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。當由外部業(yè)務(wù)提供商運營分組網(wǎng)絡(luò)時，可能需要重新擬定更高品質(zhì)的業(yè)務(wù)級別協(xié)議。

　　CESoP在無線領(lǐng)域也擁有一席之地。對于無線電話運營商租用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)進行CESoP連接。

　　促進網(wǎng)絡(luò)融合

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

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