IP电话的标准问题

     IP电话是近几年来新出现的一种电信业务，由于它将平时人们使用最多的电话与IP网联系起来，又因为它的使用价格大大低于传统电话的价格，引起了人们的广泛重视，因此IP电话已成为人们研究的热点之一。    目前对IP电话的说法很多，设备制造商认为是IP电话采用了语音压缩技术，在长途传输过程中采用了IP网，从而导致了IP电话价格便宜，因而IP电话提供的是另一个消费层面的电话业务。电信网战略研究人员则认为，由于数据通信的迅速发展，特别是采用ＴＣＰ／IP通信协议的数据通信超乎寻常的发展，数据通信的业务超过话音通信的业务量是指日可待的事情，对于中国来说，大约３至５年内将会达到这种业务量的交汇点。以后数据通信业务量将超过话音通信的业务量，这种发展趋势是不可逆转的。将话音业务融入数据网中，将是今后的趋势，从这个角度出发，IP电话应提供与现在传统电话相同的电信级质量的电话服务。
    应该说，IP电话的最大创新点在于将电话业务与IP网相结合，它的管理层面是有特色的，至于说IP电话由于采用了语音压缩技术而导致电话发生革命性变化，这种说法则是不确切的。在国内长途干线上早已采用自适应差分脉冲编码调制（ＡＤＰＣＭ），在数字电路倍增设备（ＤＣＭＥ）中也已有多种语音压缩编码被采用，并且已由国际标准化组织ＩＴＵ－Ｔ标准化了。另外，长途电话的传输成本已大大下降，语音压缩编码的采用不可能导致价格的大幅度下降。用分组方式来传送语音，在统计复用的网里来传输实时要求最高的电话业务的想法并非起始于IP电话，在帧中继（ＦＲ）网中和在ＡＴＭ中早已提出，但进行大规模商用试验，则是始于IP电话。
    在信息产业部的指导下，中国电信、中国联通和吉通公司组织了世界上规模最大的IP电话商用试验，试验结果表明，只要IP网组织合理，用分组方式来传送语音可以达到电信级水平。这个结论十分重要，它指出了用分组方式来提供电信级服务质量的电话业务是可行的。电话从电路交换方式向分组交换方式的趋势是合理的、正确的。IP电话应受到高度的关注与重视，对拥有庞大传统电话网的电信运营企业，IP电话将会是现在电话业务的一种重要补充；对于不拥有传统电话网或只有少量电话网资源的新兴电信运行企业，IP电话将是它们发展电信业务的主要方式。

IP电话的现状及问题
    IP电话的现状可以概括地表达成一句话，即IP电话还处于发展的初级阶段，IP电话与目前传统电话相比还没有传统电话那样成熟、稳定和可靠。IP电话处于发展的初级阶段表现为如下四个方面：
    （１） IP电话的标准处于发展的初级阶段
    IP电话的标准处于发展的初级阶段，远没有达到完善的地步，实际上目前对IP电话标准采用哪一套标准体系也还没有取得一致意见，目前在世界上有两套IP电话的体系结构，一套是ＩＴＵ－Ｔ提出的，它是以Ｈ．３２３、Ｈ．２４８、Ｈ．２２５和Ｈ．２４５等建议为基础的，这套建议已获得国际上很大一批设备制造商的认可。另一套标准是ＩＴＥＦ提出来的，它是以会话发起协议（ＳIP）、ＭＧＣＰ等为基础的，ＳIP提出了一套呼叫信令，ＭＧＣＰ提出了网关分解后媒体网关和媒体网关控制器之间的协议，但它没有提IP电话网的体系结构，这两套建议中相对成熟的是Ｉ-ＴＵ－Ｔ提出的以Ｈ．３２３为基础的协议集， 但是它的体系结构，特别是网守（ＧＫ）之间协议也不完善，这就是为什么国际上绝大部分产品开发商都支持Ｈ．３２３，但其产品不能互通的缘故。
    （２）IP电话网中的设备处于初级阶段
    网关是IP电话网中的主要设备，目前的网关主要有两类，一类是由工控机插电话网接口卡、IP网接口卡、语音编解码器卡和相应软件组成。另一类是在网络接入服务器的基础上改造而成，如果接入服务器的ＭＯＤＥＭ是专用芯片，那么硬件只需要将ＭＯＤＥＭ卡换成语音编解码卡，如接入服务器的ＭＯＤＥＭ是采用ＤＳＰ芯片来做的话，硬件可不作改动，只需改动软件即可。目前IP电话网关一般都比较小，大体是４～１２个Ｅ１，当然也有厂家宣布最大可达６０个Ｅ１甚至３８４个Ｅ１，但实际上都是模块堆叠而成。一个模块一般不超过１２个Ｅ１，网关一般能支持较好的话音通信，但在服务质量（ＱoＳ）的措施方面都很低，网守的硬件一般是高档微机或小型机组成，忙时处理能力一般在１０万次左右，而且目前只能支持单网守单域结构。这样的设备作为小型试验网是可以的，但作为大型电信网中的设备就不行了。总的来说设备尚处于发展的初级阶段。产品均处于第一代网关产品，估计IP电话网关的第二代产品在２０００年６月份后才能推出。
   （３）IP电话网设计处于初级阶段
    目前IP电话网的设计处于初级阶段，特别对IP电话的承载网（IP网）更是缺乏设计方法，一般来说IP网是一个基于分组交换统计复用的网，IP网不像ＡＴＭ有复杂的流程和拥塞控制机制，因而它能提供的服务能力是“尽力而为” 。目前IP电话的话音业务量模型还没有，对它进一步的深入研究也尚在进行之中，因而IP电话网的设计还只是停留在凭经验估计的设计阶段，凭经验估计的设计方法不是使用过渡带宽而整体效率不高，就是网络拥塞而服务质量下降。国内的IP电话商用试验已经证明，IP电话的承载网必须是IP专网或资源独占的逻辑IP专网，否则将无法保证IP电话能提供电信级电话的服务质量。但是如何来设计IP电话网尚无很好的方法。
    （４） IP电话运行处于初级阶段
    总的来说IP电话运行是不成熟的，这主要反映在：首先是没有管理和运行IP电话的经验，是摸着石头过河，走一步看一看，正在逐步摸索运行经验；其次，设备尤其是运行管理系统不完善，三个商用试验网在试运行过程中几乎是“小事不断”，是在不断改进中运行，逐步地走向完善。
    传统电话发展至今已有一百多年的历史，目前传统电话已发展得很完善了，IP电话发展至今只有二三年的历史，与传统电话相比其速度已经很快。但任何事情都有一个发展过程，IP电话当然也不例外，因而它目前处于发展的初级阶段也是很正常的。提出它目前处于发展的初级阶段主要是希望电信运营企业能把握合适的发展节奏，切忌过大过快。
    IP电话存在的一个最大的问题是：IP电话制造厂商制造的设备之间不能互通，这个问题的根源是标准不统一，其后果是制约了IP电话的发展。目前国家共有４家企业正式开放了IP电话的商用试验业务，这４家公司是中国电信、中国联通、吉通公司和中国网通。由于设备间不能互通，这４家公司分别都只选用了一家公司的产品，用来开放IP电话业务（商用试验网），应该说商用试验网的规模大小无法满足正式开放IP电话的需要，必须在原来网的基础上扩大规模才能满足需要。不拥有或只有少量传统电路交换电话网资源的新兴电信运营企业，看清了电话由电路交换向分组交换的发展趋势，他们已经将IP电话作为用来开放电话业务的一种主要选择手段，将急于扩大规模来取得电话市场的份额。他们面临一个十分严峻的问题是如何来扩网，是选用同一家设备来扩网，还是选用不同厂家的设备来扩网。作为运行企业显然是不愿意只使用一个厂家的设备的，那样做其局限性太大，但使用多个厂家的设备又面临不能互通的设备间如何组网的问题。以上是从电信运营企业出发来考虑的。从国内电信制造企业来说，这个问题就更严重，由于设备不能互通，他们的设备就无法进入IP电话市场，无法进入国内即将正式开放的４个IP电话网中的任何一个中去运营。
    以上问题唯一的解决办法是统一标准。用统一的标准来指导运营业和制造业，使两者同时得到发展。目前，《IP电话／传真技术体制》已经完成，将很快颁布试行。运行业和制造业将在这个体制的具体规范的指导下有序发展。

IP电话的标准
    《IP电话／传真技术体制》已经制定完成，它是基于Ｈ．３２３协议系列的。由于Ｈ．３２３是IP网会议系统的协议，不是专门为IP电话设计的，再加上它原本设计是在局域网上使用的，没有很多考虑到电信级网的特点，因而国内的技术体制在Ｈ．３２３基础之上作了必要的补充和增强。
    由于体制的内容很多，不可能在本文中全部介绍，这里就择其最主要的几点内容进行介绍。

３．１ IP电话业务网的体系结构
     作为电信级的IP电话业务网，一般有４种组合形态，为了简化讨论本文只讨论IP电话中的两种组态，即电话到电话，ＰＣ到电话这两种组态。在电信级的IP电话网中，以电话到电话组态为主。
     在IP电话网中用户电话的话音信息是经过两侧网关和IP网来互通的。IP电话的管理层的作用是用户认证、计费、地址翻译和网络资源管理等功能。对IP电话网来说，信息传递是一个平面拓扑结构，即语音流是在网关与网关间直接传递。电信级的IP电话网的管理层则是分层的，分层结构的管理层便于组建大型网络。
    根据业务发展的需要，IP电话的网守可分为三层，它们分别是二级网守、一级网守与顶级网守。
    二级网守是IP电话管理层的基础，它完成用户的接入论证；在本二级网守管理范围内的地址解析和向上级网守发起超出本二级网守管理范围的地址解析请求；实现对本网守管理范围内的资源及资源分配，管理本二级网守管理范围内网关的每一个呼叫；二级网守是IP电话网中的计费采集点。
    一级网守是IP电话网中管理层的中间层，它的任务是完成在本网守管理范围内的地址解析，一旦它的下层二级网守发现所要求解析的地址已超出它的范围，二级网守即向它的主管一级网守发起地址解析请求，一级网守在收到二级网守解析请求后，如确定在它可以的解析范围内，它立即完成解析（如不考虑网关资源的平衡问题，一级网守直接完成地址解析功能；如要考虑网关资源平衡问题，则转发给相应二级网守，由二级网守解析后，再逐层转发，但从实际出发，网关端口的资源平衡不应由网守来处理），然后将结果回传给二级网守以完成本次地址解析。如一级网守确认该地址解析请求已超出其解析范围，则向其顶级网守发出解析请求，如果其快速存储器（Ｃａｃｈｅ）中存有能解析该地址的网守地址，则一级网守可向相应网守（可以是其它一级网守，，也可以是其它二级网守）发出地址解析请求。
    顶级网守是IP电话网中管理层的最高层，它的主要作用是完成本运行者中最高层地址解析，当地址在一级网守无法实现解析时，一级网守将向顶级网守发起地址解析请求，如果是同一运行者之间的地址解析，顶级网守将向发出请求的一级网守传送可以完成该次地址解析的网守地址（可以是一级网守，也可以是二级网守），如果要解析地址不是同一运行者之间的地址则回传本顶级网守地址，呼叫将迂回（顶级网守）进行。顶级网守除了要实现顶级地址解析外，还要负责不同运行者之间（包括国内与国外）呼叫迂回处理，即它要具有呼叫处理和计费的能力。顶级网守向另一个运行者的顶级网守请求地址解析，另一个运行者将向发出请求的顶级网守传送可以完成该次地址解析的网守地址，从而实现地址解析过程。
    同样，根据业务发展的需要，用户接入认证也可分为三级，二级认证中心是IP电话网中最下层的认证机构，一般来说它与二级网守配合，完成二级网守覆盖范围内的用户接入认证。接入认证分为两类，一类为储值卡用户的接入认证，这一般与发卡范围相适配，发卡机构一般拥有用户认证中心；另一类用户为主叫记费用户，二级认证中心一般与二级网守所管范围的电话用户数据库相配合，在二级认证中心完成认证的用户是本地用户；在二级认证中心无法完成认证的用户为漫游用户。一级认证中心是二级认证中心的上一级认证中心，在二级认证中心中无法完成认证的用户，则由二级认证中心向一级认证中心发起认证请求，一级认证中心管理着若干个二级认证中心，同时它也汇集这些二级认证中心的全部用户数据，只要用户的认证范围在一级认证中心汇集的用户数据范围之内，一级认证中心即可完成用户的认证。从而完成在一级网守管辖范围内的认证漫游工作。当一级认证中心也无法完成用户的接入认证时，一级认证中心将向顶级认证中心发出认证请求，顶级认证中心不像一级认证中心，它不存放用户数据，而只是存放指向其它一级认证中心的指针数据，及其它一级认证中心要求的令牌（密钥），顶级认证中心根据一级认证中心的请求确定能完成认证的另一个一级认证中心，将该地址及相应令牌（有一定有效期）发给一级认证中心，一级认证中心在获得该信息后即向另一个一级认证中心发出认证请求，从而完成认证的漫游过程。

３．２ IP电话的呼叫过程及拆线过程
    这里只介绍电话到电话的呼叫建立流程，IP电话／传真技术体制建议采用快速呼叫建立过程，也可以采用非快速建立方式，发送快速呼叫建立请求时，如果对方不支持快速呼叫，发端必须能够倒换成非快速连接。发端网关可以设定有接入认证和地址映射表的缓冲区，也可以不设定，如果设定有，则需要先利用缓冲区的数据进行接入认证和地址解析，失败时需再向管理中心发出接入认证或地址解析请求。


３．３ IP电话设备的互连互通
    互连互通是电信界历来十分重视的问题，目前IP电话尚处于发展的初级阶段，特别是标准尚处于初级阶段，没有完全统一。由于开发时间有早有晚、设备生产厂商采用的标准差异很大，最早开发IP电话的厂商如Ｃｌａｒｅｎｔ公司它采用的标准完全是自行设计的，后来开发的厂商由于ＩＴＵ－Ｔ提出了Ｈ．３２３建议，绝大部分厂商都采用了Ｈ．３２３建议，但由于各厂商的背景不同，因而在Ｈ．３２３基础上都作了适于自己特点的修改，由于上述情况，IP电话设备间的互通性很差。
    目前国内正在运行的４个商用试验网各采用了一家国外公司的设备：中国电信采用ＶＡＯＣＴＥＣ的设备，中国联通采用ＣＩＳＣＯ公司的设备，吉通公司采用Ｃｌａｒｅｎｔ公司的设备，网通公司采用北电的设备，这些设备只能自成系统，与谁都不能通。
    设备的不能互通给运营企业带来十分大的困难，由于设备不能互通，一个企业只能选用一家设备来组网，一旦要扩网还只能选用这家公司的设备，否则就要将网络设备全部重新更新，改成全部使用另一家公司的设备。很显然任何一个运营公司均不愿意。设备的不能互通给设备生产厂商也带来很大困难，特别是国内的设备制造商，如果目前情况维持下去（即设备间不能互连互通）国内设备就无法进网使用，国外第一轮未入围的厂商同样有这个问题，鉴于互连互通的重要性，在信息产业部的领导下，国内集中了科研院所和开发企业的力量来解决这个问题，到目前为止，设备间的互连互通（网关与网关、网关与网守）问题基本已经解决，不但完成了互连互通的技术规范，还实现了国内６个制造商之间设备的互连互通。
    设备的互连互通主要涉及两个方面的问题：IP网关与网关之间的互连互通，网关于网守之间的互连互通。
    网关与网关之间的互连互通主要解决两个方面的问题，一是呼叫建立信令；二是语音与传真的帧结构。呼叫建立信令目前普遍使用的有两种，一种是呼叫的快速建立信令，这主要是Ｑ．９３１信令，但在Ｑ．９３１信令中应带打开逻辑信道的功能（这在迂回呼叫时是必须的）；另一种是普通的呼叫建立信令，除了采用Ｑ．９３１作为呼叫处理外，还需要增加Ｈ．２４５消息来处理主从判决、能力交换和打开逻辑信道。语音和传真的帧结构主要描述语音和传真是怎样成帧打包的，一般来说语音打包是比较规范的，传真原来是用ＴＣＰ包来传送的，由于ＴＣＰ在传输过程中回传定时不可控，时间太长，因而目前已采用有重传机制的ＵＤＰ包来传送。另外由于传真编码不像目前在IP电话中普遍使用的语音编码那样具有一定的抗丢包能力，传真编码是不具有抗丢包能力的，传真中丢包将意味着传真的部分信息被丢失，由于传真编码的误码传递性，丢包时传真质量影响颇大，因而传真的帧结构将要采用有冗余的编码来抗丢包。还有两点在帧结构中要考虑，即ＤＴＭＦ和单音，ＤＴＭＦ在传统电话服务中用来点菜单，单音是传真中用来传递传真机间联系信令的，ＤＴＭＦ和单音在IP电话网中传输是必要的。从目前的实现情况来看，网关之间的互通比较好实现，除了极个别厂商因设备开发得比较早，不符合Ｈ．３２３建议外，目前绝大部分设备都遵循Ｈ．３２３，因而这方面其差异很小。
    网关与网守之间互通目前存在的问题比较大，网关与网守之间采用的是Ｈ．３２３中的注册、接纳和状态管理（ＲＡＳ）消息，在Ｈ．３２３中（更详细在Ｈ．２２５中）对ＲＡＳ消息有比较详细的描述，但由于Ｈ．３２３主要针对IP网中会议系统的要求提出的，它并不是为IP电话专门设计的，因而针对IP电话来说厂商都作了程度不同的扩充，正是由于这些扩充，使得各厂商之间的设备（网关与网守间）不能互通。从功能来说网守具有如下功能：
    用户接入认证；
    地址解析；
    资源分配和管理；
    连接状态的管理；
    计费。
    这些功能是由网关与网守之间Ｈ．３２３的ＲＡＳ消息来完成的，为了要实现两者之间的互通，ＲＡＳ消息要有规定?熏详细的ＲＡＳ消息见《IP电话／传真技术体制》。在实现了《IP电话／传真技术体制》规定的ＲＡＳ消息后，网关与网守间的互通可以实现，这已为事实所证明。

   IP电话目前处于发展的初级阶段，但发展势头强劲，由于它代表了电话由以电路交换方式的传统电话向以分组交换方式为基础的分组电话的发展趋势，并且在国内的商用试验中取得了成功，因而应引起各大电话运行公司的高度重视。    为了能支撑IP电话更有序合理的发展，在信息产业部的领导下，IP与多媒体标准方面已完成了《IP电话／传真业务网技术体制》和《IP电话网关设备互连互通技术规范》的制定工作，今后将可以在体制和规范的指导下，发展国内的IP电话，为发展国内的电话业务走出一条创新的道路来。