Principios básicos de la telefonía por Internet
1. El proceso de transmisión básico de VoIP
La red telefónica tradicional transmite voz mediante conmutación de circuitos y el ancho de banda de transmisión requerido es de 64 kbit/s. La llamada VoIP utiliza la red de conmutación de paquetes IP como plataforma de transmisión y realiza una serie de procesamientos especiales, como compresión y agrupación de señales de voz analógicas, para que pueda transmitirse mediante el protocolo UDP sin conexión. La llamada VoIP utiliza la red de conmutación de paquetes IP como plataforma de transmisión para comprimir y empaquetar señales de voz analógicas, y realiza una serie de procesamientos especiales para que puedan transmitirse utilizando el protocolo UDP sin conexión.
Para transmitir señales de voz a través de una red IP se requieren varios elementos y capacidades. En su forma más simple, una red consta de dos o más dispositivos habilitados para VoIP conectados a través de una red IP. La estructura básica del modelo VoIP se muestra en la Figura 2-18. La figura muestra cómo un dispositivo VoIP convierte señales de voz en flujos de datos IP y reenvía estos flujos de datos a un destino IP, que los convierte nuevamente en señales de voz. La red para ambas voces debe admitir el transporte IP, que puede ser cualquier combinación de enrutadores IP y enlaces de red. Por tanto, el proceso de transmisión VoIP se puede dividir simplemente en las siguientes etapas.
1. Conversión de voz a datos
La señal de voz es una forma de onda analógica y la voz se transmite a través de IP, ya sea una aplicación empresarial en tiempo real o no. En el negocio de aplicaciones en tiempo real, Daoming'an primero debe comprender que la señal de voz se convierte en datos analógicos, es decir, la señal de voz analógica se cuantifica en 8 o 6 bits y luego se envía al área de memoria intermedia. El área se puede determinar según los requisitos de retardo y codificación. Muchos codificadores de baja tasa de bits emplean codificación de cuadros. La duración típica del cuadro es de 10 a 30 milisegundos. Para tener en cuenta el coste del proceso de transmisión, los paquetes de voz a voz normalmente constan de 60, 120 o 240 milisegundos de datos de voz. La digitalización se puede lograr mediante varios esquemas de codificación de voz; el principal estándar de codificación de voz actualmente en uso es ITU-T G.711. Los codificadores de voz de origen y de destino deben utilizar el mismo algoritmo para que el dispositivo de voz de destino pueda ayudar a recuperar la señal de voz analógica.
2. Convertir datos sin procesar a IP
Después de codificar digitalmente la señal de voz, el siguiente paso es comprimir y codificar el paquete de datos de voz de acuerdo con una longitud de trama específica. La mayoría de los codificadores tienen una longitud de cuadro específica. Si el codificador utiliza tramas de 15 ms, entonces el primer paquete de 60 ms se divide en 4 tramas y se codifica secuencialmente. Cada cuadro contiene 120 muestras de voz (frecuencia de muestreo de 8 kHz). Después de la codificación, 4 cuadros comprimidos se sintetizan en un paquete de datos de voz comprimido y se transmiten al procesador de red. Un procesador de red agrega encabezados de paquetes, marcas de tiempo y otra información a la voz, que luego se transmite a través de la red a otro terminal. Una red de voz simplemente establece conexiones físicas (líneas) entre los puntos finales de comunicación y transmite señales codificadas entre los puntos finales. A diferencia de las redes de conmutación de circuitos, las redes IP no requieren que se establezca una conexión. Requieren que los datos se coloquen en datagramas o paquetes de longitud variable, y cada datagrama va acompañado de información de direccionamiento y control y se envía a través de la red. una estación a la vez hasta el destino.
3. Transmisión
En este canal, toda la red se considera una red que recibe paquetes de datos de voz desde el extremo de entrada y los transmite al extremo de salida de la red dentro de un tiempo determinado. (t) red.
Los pares en la red examinan la información de direccionamiento adjunta a cada dato IP y utilizan esta información para reenviar el datagrama a la siguiente parada en la ruta de destino. Los enlaces de red pueden ser cualquier topología o método de acceso que admita el tráfico IP.
4.Conversión de datos de paquetes IP
El dispositivo VoIP de destino recibe estos datos IP y comienza a procesarlos. La capa de red proporciona un búfer de longitud variable para ajustar la fluctuación generada por la red. El búfer puede contener muchos paquetes de voz y el tamaño del búfer lo puede seleccionar el usuario. Los buffers más pequeños producen menos latencia pero no pueden acomodar una mayor fluctuación. A continuación, el decodificador descomprime los paquetes de datos de voz codificados para generar nuevos paquetes de datos de voz. Este módulo también puede ejecutarse cuadro por cuadro, con la misma longitud que el decodificador. Si la longitud de la trama es de 15 milisegundos, es decir, un paquete de voz de 60 milisegundos se divide en 4 tramas, que luego se decodifican y se restauran en un flujo de datos de voz de 60 milisegundos que va al búfer del decodificador. Durante el procesamiento del datagrama, se elimina la información de direccionamiento y control y se retienen los datos originales, que luego se proporcionan al decodificador.
5. Convierta voz digital en voz analógica
El controlador de reproducción elimina las muestras de voz (480 muestras) del búfer y las envía a la tarjeta de sonido, que luego las lee a un ritmo rápido. frecuencia predeterminada (por ejemplo, 8 kHz) reproducida a través de los altavoces. En resumen, transmitir señales de voz a través de redes IP requiere convertir señales analógicas en señales digitales, encapsular la voz digital en paquetes de datos IP, transmitir paquetes de datos IP a través de la red, descomprimir paquetes de datos IP y restaurar la voz digital en el proceso de señales analógicas. Todo el proceso se muestra en la Figura 2-19.
II. Factores impulsores para el desarrollo de VoIP
Debido a muchos desarrollos y avances tecnológicos en hardware, software, protocolos y estándares relacionados, el uso generalizado de VoIP pronto se convertirá en una realidad. . Los avances y desarrollos tecnológicos en estas áreas están impulsando la creación de una red VoIP más eficiente, funcional e interoperable. La Tabla 2-2 enumera brevemente los principales avances en estas áreas. Como puede verse en la tabla, los factores técnicos que promueven el rápido desarrollo e incluso la adopción generalizada de VoIP se pueden resumir de la siguiente manera.
1. Procesador de señal digital
Un procesador de señal digital (DSP) avanzado realiza cualquier función computacional intensiva necesaria para la integración de voz y datos. Los DSP procesan señales digitales principalmente para realizar cálculos complejos que de otro modo tendrían que ser realizados por una CPU de uso general. La potencia de procesamiento especializada y el bajo costo del DSP lo hacen ideal para realizar funciones de procesamiento de señales en sistemas VoIP.
La compresión de voz G.729 para un único flujo de voz suele ser costosa desde el punto de vista computacional y requiere hasta 20 MIPS, lo cual es problemático si la CPU central necesita realizar funciones de enrutamiento y administración del sistema mientras procesa múltiples flujos de voz. no es práctico, por lo que el uso de uno o más DSP puede descargar las tareas computacionales de complejos algoritmos de compresión de voz desde la CPU central. Además, el DSP está adaptado para funciones como la detección de actividad de voz y la cancelación de eco, de modo que puedan procesar flujos de datos de voz en tiempo real y acceder rápidamente a la memoria integrada. Esta sección detallará cómo implementar funciones de codificación de voz y cancelación de eco en la plataforma DSP TMS320C6201.
Tabla 2-2 Tecnologías clave de software y hardware que promueven el desarrollo de protocolos y estándares VoIP
DSP de cola justa ponderada H.323
Conmutación de etiquetas MPLS ponderada Detección temprana aleatoria ASIC avanzado
RTP, RTCP algoritmo de señalización universal de doble canal DWDM
Tasa de acceso nominal RSVP SONET
Diffserv, CAR Capacidades de procesamiento de CPU de reenvío rápido de Cisco
p>
G.729, G.729a: tabla de acceso extendido CS-ACELP ADSL, RADSL, SDSL
Algoritmo de depósito de tokens FRF.11/FRF.12
Forma del rectificador de datos Frame Relay PPP multienlace
CoS basado en prioridad SIP
Integración de paquetes IP y QoS/CoS ATM sobre SONET
Protocolos y software estándar software hardware H.323 cola justa ponderada DSP MPLS conmutación de etiquetas detección temprana aleatoria ponderada ASIC avanzado RTP, RTCP algoritmo de velocidad de elemento común de embudo dual DWDM RSVP velocidad de acceso nominal SONET Diffserv, CAR Reenvío rápido de Cisco Capacidad de procesamiento de CPU G.729, G. 729a: CS, G.729b: CS, G.729c: CS, G.729d: CSG.729a: Tabla de acceso extendido CS-ACELP ADSL, RADSL, SDSL Algoritmo de depósito de tokens FRF.11/FRF.12 Enlace PPP Datos de retransmisión de tramas Forma del rectificador CoS basado en prioridad SIP Integración de paquetes IP y QoS/CoS ATM sobre SONET
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