??? 摘?要： 按電信運(yùn)營(yíng)的標(biāo)準(zhǔn)，歸納了目前VoIP網(wǎng)絡(luò)存在的不足，并提出了一個(gè)一般性的VoIP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模型，模型給出了VoIP網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)模式。通過(guò)對(duì)模型的分析，提出了VoIP網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)演進(jìn)方向。?

??? 關(guān)鍵詞： VoIP? 網(wǎng)絡(luò)? 電信? 演進(jìn)

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1 VoIP技術(shù)和VoIP網(wǎng)絡(luò)
??? VoIP（Voice over IP）又稱IP電話或IP網(wǎng)絡(luò)電話，這種技術(shù)通過(guò)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行編碼數(shù)字化、壓縮處理成壓縮幀后，轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)包在IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音通信的目的。VoIP網(wǎng)絡(luò)并不是一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，它是構(gòu)建于IP網(wǎng)的一個(gè)實(shí)現(xiàn)VoIP功能的邏輯網(wǎng)絡(luò)。VoIP技術(shù)最初只是一種互聯(lián)網(wǎng)上的增值應(yīng)用，形式也較為簡(jiǎn)單。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，其在商業(yè)運(yùn)營(yíng)中的應(yīng)用價(jià)值被人們發(fā)現(xiàn)，很多新興的電信運(yùn)營(yíng)商" title="電信運(yùn)營(yíng)商">電信運(yùn)營(yíng)商將VoIP技術(shù)引入到電信運(yùn)營(yíng)中，并在近幾年內(nèi)取得了爆炸式的增長(zhǎng)。2003 年中國(guó)的VoIP 服務(wù)開(kāi)始在長(zhǎng)途電話方面逐漸取代傳統(tǒng)的PSTN；根據(jù)iResearch預(yù)計(jì)，2008 年VoIP服務(wù)在中國(guó)電信長(zhǎng)途電話市場(chǎng)將占據(jù)主導(dǎo)地位，尤其是在國(guó)際長(zhǎng)途方面PSTN 將被VoIP完全取代^[1]。2006年全球IP電話用戶從1 030萬(wàn)增長(zhǎng)到1 870萬(wàn)，增幅達(dá)83％。預(yù)計(jì)2007年VoIP通話量將達(dá)到全部通話量的75％。數(shù)據(jù)顯示，PC2Phone的IP電話付費(fèi)用戶數(shù)量超過(guò)470萬(wàn)人，算上運(yùn)營(yíng)商IP電話服務(wù)的預(yù)定用戶的話，這一數(shù)字將達(dá)到2 400萬(wàn)^[2]。
??? 但是，不論是VoIP技術(shù)還是VoIP網(wǎng)絡(luò),相對(duì)于傳統(tǒng)的PSTN都不是成熟和完善的，目前僅僅規(guī)范了底層的相關(guān)通信協(xié)議。這樣，從目前VoIP網(wǎng)絡(luò)存在的問(wèn)題中歸納其演進(jìn)方向就顯得尤其重要。
2 VoIP網(wǎng)絡(luò)存在的問(wèn)題
2.1服務(wù)集的確定
??? 對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商和用戶來(lái)說(shuō)，VoIP網(wǎng)絡(luò)首先要面臨確定服務(wù)集的問(wèn)題。在一定程度上，VoIP網(wǎng)絡(luò)是對(duì)原有PSTN的替代，但在一個(gè)特定時(shí)間內(nèi)，替代PSTN的哪些功能是運(yùn)營(yíng)商必須考慮的，例如目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的xDSL技術(shù)本身就是基于PSTN的寬帶接入方式，所以單純提供數(shù)據(jù)通信的運(yùn)營(yíng)商（例如長(zhǎng)城寬帶）和主要提供話音業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)商（例如中國(guó)網(wǎng)通）對(duì)VoIP服務(wù)集的認(rèn)識(shí)是有差異的。VoIP通常的服務(wù)集包括：PC電話、IP電話、軟交換等。差異化的服務(wù)集會(huì)影響VoIP網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，但完善的VoIP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該涵蓋PSTN網(wǎng)絡(luò)的全部功能。
2.2 信令" title="信令">信令協(xié)議選擇
??? 目前電信信令協(xié)議" title="信令協(xié)議">信令協(xié)議種類繁多，具體有：設(shè)備控制協(xié)議（H.248、MGCP、NCS等）；訪問(wèn)服務(wù)信令協(xié)議（SIP、H.323等）；網(wǎng)絡(luò)服務(wù)信令協(xié)議（SIP、SIP-T、BICC、CMSS等）；信令協(xié)議依賴于服務(wù)集的確定，也和使用設(shè)備相關(guān)，所以信令協(xié)議的選擇直接影響VoIP網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)。
2.3 安全性
??? 從7號(hào)信令SS7推出后，PSTN的安全性一直處于較高水平，VoIP網(wǎng)絡(luò)是基于IP網(wǎng)絡(luò)的，而IP網(wǎng)絡(luò)的安全性始終存在問(wèn)題。VoIP網(wǎng)絡(luò)在演進(jìn)過(guò)程中必須有效解決服務(wù)拒絕、服務(wù)盜取、隱私泄露等問(wèn)題。這也是VoIP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中的一個(gè)難題。
2.4 服務(wù)質(zhì)量QoS
??? VoIP網(wǎng)絡(luò)大范圍部署的一個(gè)先決條件就是服務(wù)質(zhì)量等同或超過(guò)PSTN，而話音業(yè)務(wù)對(duì)延遲、丟包等敏感度又很高。目前，IP網(wǎng)絡(luò)并不能保證數(shù)據(jù)包的及時(shí)到達(dá)，雖然有多種技術(shù)可以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)性能，例如Diffserv、RSVP、MPLS甚至ATM，但受到IP協(xié)議本身的限制，無(wú)法在協(xié)議底層保證QoS。
2.5 穩(wěn)定性
??? PSTN的穩(wěn)定性可以達(dá)到99.999 9％，成熟的VoIP網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)該達(dá)到或超過(guò)該指標(biāo)。VoIP網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性可以通過(guò)負(fù)載平衡和冗余設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如：通話代理、訪問(wèn)網(wǎng)關(guān)、信令網(wǎng)關(guān)" title="信令網(wǎng)關(guān)">信令網(wǎng)關(guān)、媒體服務(wù)器" title="媒體服務(wù)器">媒體服務(wù)器等的冗余和負(fù)載平衡。從功能方面看，VoIP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)良好的穩(wěn)定性的方法包括：硬件冗余、網(wǎng)絡(luò)連接冗余、熱插拔、無(wú)信令盲點(diǎn)、軟件和閃件的熱升級(jí)等。
2.6 合法監(jiān)聽(tīng)
??? 目前的VoIP網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)相當(dāng)廣泛地應(yīng)用于國(guó)際話音業(yè)務(wù)，由于各國(guó)對(duì)合法監(jiān)聽(tīng)的法律會(huì)有所區(qū)別，所以未來(lái)VoIP網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)也必須考慮到相關(guān)的法律問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)PSTN電話的合法監(jiān)聽(tīng)流程各國(guó)都有明確的法律規(guī)定，需要向法庭或者檢查機(jī)關(guān)申請(qǐng)書(shū)面文件，一旦執(zhí)法機(jī)構(gòu)擁有這樣的文件，運(yùn)營(yíng)商就會(huì)在相關(guān)設(shè)備上配合執(zhí)法機(jī)構(gòu)對(duì)特定電話號(hào)碼進(jìn)行合法監(jiān)聽(tīng)，但VoIP網(wǎng)絡(luò)本身的復(fù)雜性讓合法監(jiān)聽(tīng)不同于PSTN網(wǎng)絡(luò)^[3]。
2.7 緊急和人工服務(wù)
??? PSTN網(wǎng)絡(luò)涵蓋了緊急服務(wù)（例如110、119等）和人工服務(wù)，VoIP網(wǎng)絡(luò)在演進(jìn)中也必須實(shí)現(xiàn)類似的服務(wù)。這就要求VoIP網(wǎng)絡(luò)必須具有緊急服務(wù)和人工服務(wù)接口、用戶位置定位能力，這是緊急服務(wù)必須的。
2.8 通話路由和號(hào)碼規(guī)劃
??? PSTN網(wǎng)絡(luò)具有定義完善的全世界路由能力，路由表具有全世界范圍內(nèi)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接能力。VoIP網(wǎng)絡(luò)在演進(jìn)過(guò)程中也必須實(shí)現(xiàn)PSTN網(wǎng)絡(luò)的全部路由和號(hào)碼規(guī)劃能力，具體包括：國(guó)內(nèi)、國(guó)際的號(hào)碼和區(qū)號(hào)規(guī)劃；與PSTN和E.164號(hào)碼的內(nèi)聯(lián)；SIP端點(diǎn)區(qū)號(hào)規(guī)劃；號(hào)碼和區(qū)號(hào)的可移植性保證；號(hào)碼與號(hào)碼間的通話路由保證。
2.9 DTMF和其他語(yǔ)音事件
??? VoIP網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中必須保證DTMF和其他語(yǔ)音事件的傳輸，可以利用全速率編碼實(shí)現(xiàn)，例如G.711。具體解決方案有幾種，例如：使用RFC2833規(guī)定的RTP包；通過(guò)信令協(xié)議傳輸DTMF和其他語(yǔ)音事件，例如SIP、H.248。
2.10 防火墻
??? 在用戶的授權(quán)下，用戶數(shù)據(jù)在VoIP網(wǎng)絡(luò)中可能要穿透防火墻，在這個(gè)過(guò)程中也會(huì)涉及NAT（Network Address Translation）用以將內(nèi)部IP轉(zhuǎn)化為外部IP。所以，VoIP網(wǎng)絡(luò)既要保證信令協(xié)議可以穿透防火墻，同時(shí)又必須保證用戶的安全性。
2.11 計(jì)費(fèi)和結(jié)算
??? PSTN網(wǎng)絡(luò)有完善的計(jì)費(fèi)和結(jié)算能力，計(jì)費(fèi)針對(duì)用戶通信費(fèi)用的記錄機(jī)制，結(jié)算是不同電信運(yùn)營(yíng)商之間的費(fèi)用決算機(jī)制。目前多數(shù)計(jì)費(fèi)模式采用按分鐘積分，也包括其他計(jì)費(fèi)方式，具體是以進(jìn)入和離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間為計(jì)費(fèi)基準(zhǔn)。VoIP網(wǎng)絡(luò)必須提供類似的計(jì)費(fèi)機(jī)制，短期內(nèi)必須提供和PSTN網(wǎng)絡(luò)類似的機(jī)制，長(zhǎng)期來(lái)說(shuō)必須提供基于帶寬占用的計(jì)費(fèi)機(jī)制。
2.12 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)聯(lián)
??? PSTN并不是一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)，而是由不同運(yùn)營(yíng)商的很多網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成的一個(gè)復(fù)合網(wǎng)絡(luò)。在不同網(wǎng)絡(luò)的邊緣，PSTN網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一定標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)信令轉(zhuǎn)換、計(jì)時(shí)、計(jì)費(fèi)等功能。VoIP網(wǎng)絡(luò)未來(lái)也不可能是一個(gè)單一的網(wǎng)絡(luò)，這樣VoIP網(wǎng)絡(luò)也需要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)聯(lián)。
2.13 OOS支持
??? PSTN網(wǎng)絡(luò)具有完善的OOS（Operations Supports Systems）支持能力，這些能力主要包括：循環(huán)測(cè)試、報(bào)警、錯(cuò)誤隔離、性能檢測(cè)、策略計(jì)劃和部署等等。VoIP網(wǎng)絡(luò)在演進(jìn)中也必須融合類似的支持系統(tǒng)，并引入相關(guān)協(xié)議，例如CORBA、SNMP、TL1等。
3 VoIP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)模型
??? VoIP網(wǎng)絡(luò)可以被部署到不同網(wǎng)絡(luò)，通常VoIP網(wǎng)絡(luò)會(huì)被部署在骨干網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)。圖1是VoIP網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)模型。

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??? 如圖1，通話代理、SIP服務(wù)器、SIP客戶端被置于電信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)中，用以提供通話邏輯和通話控制功能，并負(fù)責(zé)維護(hù)每個(gè)通話的狀態(tài)。通話代理也可以具有附加的服務(wù)邏輯，例如用戶ID服務(wù)、呼叫等待服務(wù)等等，這些附加服務(wù)邏輯會(huì)和不直接提供話音服務(wù)的應(yīng)用服務(wù)器交互。通話代理也會(huì)參與信令、設(shè)備控制的初始化、終止等功能。由于目前的信令協(xié)議很多，所以通話代理必須適應(yīng)這些信令，例如SIP、SIP-T、H.323、BICC、H.248、MGCP/NCS、SS7、AIN、ISDN等。此外，通話代理還必須實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)與結(jié)算功能。SIP服務(wù)器與通話代理類似，是放置在SIP信令網(wǎng)中的通話代理，主要功能是實(shí)現(xiàn)路由、SIP命令、強(qiáng)制策略（例如撥入控制）、維護(hù)通話記錄等。SIP客戶端和SIP服務(wù)器功能類似，但其主要提供信令的初始化和終止。通話代理有時(shí)也稱作媒體網(wǎng)關(guān)控制器或者軟交換通話控制器，這些提法的差異是因?yàn)閺?qiáng)調(diào)的重點(diǎn)不同，但從功能性上看區(qū)別不大。
??? 服務(wù)代理被放置于電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的邊緣，用以提供服務(wù)的分散、協(xié)調(diào)，并控制應(yīng)用服務(wù)器、媒體服務(wù)器、通話代理和其他可能存在變動(dòng)的系統(tǒng)構(gòu)件，如SCP。服務(wù)代理允許使用重復(fù)一致的策略來(lái)控制相關(guān)服務(wù)數(shù)據(jù)或者媒體源，以便這些數(shù)據(jù)和媒體源可以被復(fù)用，從而實(shí)現(xiàn)增值業(yè)務(wù)。應(yīng)用服務(wù)器被置于電信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)中，提供一個(gè)或多個(gè)和通話代理無(wú)關(guān)的服務(wù)，例如可以提供語(yǔ)音郵件、電話會(huì)議。一般來(lái)說(shuō)通話代理會(huì)自動(dòng)將自身提供的服務(wù)轉(zhuǎn)給應(yīng)用服務(wù)器。媒體服務(wù)器也放置于電信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)中。對(duì)于話音服務(wù)來(lái)說(shuō)，媒體服務(wù)器使用H.248或MGCP來(lái)實(shí)現(xiàn)以下主要功能：文告發(fā)布、三方通話的話音支持、IVR處理、傳真處理等功能。信令網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)的是基于PSTN的SS7信令到VoIP網(wǎng)絡(luò)的接入，信令網(wǎng)關(guān)也可以實(shí)現(xiàn)其他不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的互相接入，例如SIP到SS7的信令轉(zhuǎn)換?？傊?，信令網(wǎng)關(guān)就是實(shí)現(xiàn)不同信令、協(xié)議的轉(zhuǎn)換。網(wǎng)關(guān)放置于電信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)中，用以實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)和基于TDM的PSTN間的相互接入，主要實(shí)現(xiàn)將基于數(shù)據(jù)包的VoIP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為T(mén)DM網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)的形式。一般情況下，中繼網(wǎng)關(guān)在通話代理和媒體網(wǎng)關(guān)的共同控制下工作。
??? 訪問(wèn)網(wǎng)關(guān)和訪問(wèn)控制器都被放置于電信運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)中，訪問(wèn)網(wǎng)關(guān)的作用是提供電話直接接入的接口；訪問(wèn)控制器是提供數(shù)據(jù)服務(wù)接入的接口，例如DSL。帶寬控制器的主要功能是對(duì)QoS進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)帶寬的調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)QoS的動(dòng)態(tài)控制和調(diào)整，這包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)的繁忙程度進(jìn)行監(jiān)控和對(duì)特定通話的QoS監(jiān)控。邊緣路由器實(shí)現(xiàn)電信運(yùn)營(yíng)商的VoIP網(wǎng)絡(luò)到骨干網(wǎng)的路由功能。
??? 本文提出的VoIP網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)模型是基于PSTN全功能替換的一個(gè)模型，該模型可以用下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（NGN）徹底解決目前VoIP網(wǎng)絡(luò)所面臨的種種問(wèn)題，特別是QoS和安全性的保證。從技術(shù)視角看，該模型明晰了幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的演進(jìn)方向：
??? (1)可調(diào)整QoS的話音或多媒體IP網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。IP網(wǎng)絡(luò)不同于PSTN網(wǎng)絡(luò)，靜態(tài)的QoS規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)是不適合IP網(wǎng)絡(luò)的，但VoIP網(wǎng)絡(luò)和PSTN網(wǎng)絡(luò)又具有重合部分，所以基于IP網(wǎng)的QoS必須實(shí)現(xiàn)二者的融合且具有動(dòng)態(tài)的適應(yīng)能力，演進(jìn)方向不能局限于簡(jiǎn)單的用一個(gè)替換另一個(gè)。
??? (2)VoIP網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的安全技術(shù)。在PSTN網(wǎng)絡(luò)中罕見(jiàn)的攻擊手段在VoIP網(wǎng)絡(luò)中是相當(dāng)常見(jiàn)的，例如服務(wù)竊取和服務(wù)拒絕等。傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)并不一定適合VoIP網(wǎng)絡(luò)，例如攻擊者可以通過(guò)大量發(fā)送無(wú)效數(shù)據(jù)包阻塞網(wǎng)絡(luò)，這會(huì)大幅降低對(duì)實(shí)時(shí)性要求極高的VoIP網(wǎng)絡(luò)性能。所以，在VoIP網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)話音通信的安全性技術(shù)演進(jìn)也具有自身的特點(diǎn)。
??? (3)VoIP網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的通話路由技術(shù)。目前VoIP網(wǎng)絡(luò)還沒(méi)有一個(gè)號(hào)碼規(guī)劃規(guī)范，實(shí)際上，現(xiàn)有的號(hào)碼規(guī)劃是模仿PSTN網(wǎng)絡(luò)和純IP網(wǎng)絡(luò)ID規(guī)劃而進(jìn)行的，二者基本是完全獨(dú)立的。VoIP網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的通話路由技術(shù)的演進(jìn)方向是二者相互融合，形成一個(gè)統(tǒng)一的號(hào)碼規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)和路由標(biāo)準(zhǔn)。
??? (4)管理技術(shù)。VoIP網(wǎng)絡(luò)中電信運(yùn)營(yíng)商的管理方式是不同于PSTN網(wǎng)絡(luò)的，例如,目前PSTN網(wǎng)中主要的計(jì)費(fèi)方式是按時(shí)間計(jì)費(fèi)，而IP網(wǎng)絡(luò)的計(jì)費(fèi)主流是按流量計(jì)費(fèi)。所以，VoIP網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)中管理技術(shù)的演進(jìn)也會(huì)是多元化的、靈活的。
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