VoIP基础知识v01002.docx
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VoIP基础知识v01002
Part1:
VoIP基本概念
一、VoIP
VoIP概念：
VoiceoverInternetProtocol简而言之就是将模拟声音讯号（Voice）数字化，以数据封包（DataPacket）的型式在IP数据网络（IPNetwork）上做实时传递
VoIPTechnology：
a.H.323
b.SIP（SessionInitiationProtocol）—此部分暫不討論,
二、H.323
由ITU-T於1996年提出，原本是以區域網路（ LAN ）為基礎做視訊會議的應用，後來被應用於網路電話,H.323定義了一個綜合性的規範（注：
H.323是一個協議棧，包含一系列協議，而不是指單個協議），使網路上的終端設備遵循這些規範，得以順利進行溝通，包括
語音壓縮格式（G.711、G.729、G.723.1）、
影像壓縮格式（H.261、H.263）、呼叫信令（H.225）、
控制信令（H.245）、註冊與認證（Registeration，Admission，Status；RAS）。
H.323架構由4個元件所組成，包括終端設備（Terminal）、閘道器（Gateway）、閘道管理員（Gatekeeper）、多點控制單元（MultipointControlUnit；MCU）。
H.323詳細內容請看PPT檔案《UnderstandingH.323Gatekeepers.ppt》
H.323ProtocolSuiteOverview
三、信令
1.概念
1.1.1什么是信令？
在日常生活中，我们经常打电话。
当拿起送受话器，话机便向交换机发出了摘机信息，紧接着我们就会听到一种连续的“嗡嗡”声，这是交换机发出的，告诉我们可以拨号的信息。
当拨通对方后，又会听到“哒－哒－”的呼叫对方的声音，这是交换局发出的，告诉我们正在呼叫对方接电话的信息……。
这里所说的摘机信息、允许拨号的信息、呼叫对方的回铃信息等等，主要用于建立双方的通信关系，我们把用以建立、维持、解除通信关系的这类信息称为信令。
一个用户在通过用户设备、交换设备、传输设备与另一用户通信的过程中，要用到许多信令。
为深入理解信令的含义，下面举一个两个用户通过两个交换局通话的例子。
图1.1（a）是两个用户通信的网络结构图，图1.1（b）是其通信过程中使用的信令及其流程。
如图1.1（b）所示，
●当主叫用户摘机时，摘机信令（或启呼信令）送到发端交换局；
●发端交换局立即向主叫用户送出拨号音；主叫用户听到拨号音后，开始拨号，送出拨号信令；
●发端交换局根据被叫号码选择局向（路由）及中继线。
如有路由可利用，发端交换局向终端局发送占用信令，然后把被叫用户号码送终端局；
●终端交换局根据被叫号码，将呼叫连到被叫用户，向被叫用户发送振铃信号，并向主叫用户送回铃音；
●当被叫用户摘机应答时，此应答信令送给终端交换局并将应答信令转发给发端交换局。
●双方开始通话；
●通话完毕，若被叫用户先挂机，则一挂机信令由终端局发送发端局；发端交换局通知主叫用户挂机；如果主叫用户先挂机，则发端局立即拆线，并把一拆线信令送给送终端交换局，通知其拆线；
●终端交换局拆线后，回送一个拆线证实信令，于是一切设备复原。
以上是电话接续中最基本的信令流程。
在电话网中，实际通信过程和使用的信令比这要复杂得多。
随着电话通信技术的发展，信令的种类、具有的功能及其传输方式都有了较大的变化。
信令的定义也远远超出了上述定义的范围。
在种类上，不仅包括通信过程为建立、维持、解除通信关系所使用的信令，还包括了交换局间传递的网络管理、业务管理方面的信令；在功能上不仅有监视、选择功能，还具有网络管理功能；在信令的形式上，不仅有直流脉冲信令、多音频编码信令，还有数据传送的分组消息形式的信令。
但是，不管信令的种类、功能及传送形式如何变化，信令本身却始终具有一些区别于其它信息的明显特征：
✧信令是在用户设备与网络节点间/或网络节点间传送的信息；
✧信令是上述信息中起监视、选择及网络管理功能的信息（在一个信令系统中，一种功能可以用几个信令来表示，而一个特定的信令又可以用来实现一种或几种不同的功能）。
1.1.2信令方式
信令的传送要遵守一定的规约和规定,这就是信令方式。
它包括信令的结构形式，信令在多段路由上的传送控制方式。
选择合适的信令方式，关系到整个通讯网通信质量的好坏和投资成本的高低。
1.1.3信令系统
信令系统指为了完成特定的信令方式，所使用的通信设备的全体。
综上所述，可以明显的看到信令在电话接续中的重要作用。
如果没有这些信令，人和机器都将不知所措，出现混乱状态。
例如，如果没有占用信令，交换机就不知道该为哪个用户提供服务；没有拨号音，用户就不知道交换机是否被占用并准备就绪，盲目拔号交换机可能收不到。
所以，信令系统是通信网的神经系统，是通信网必不可少，非常重要的一部分。
B．分類
电话网中的信令，有三种分类方式。
（一）、按照信令的传送方向来划分，可分为前向信令和后向信令两类。
✧前向信令是指主叫端向被叫端发送的信令；
✧后向信令是指由被叫端向主叫端发送的信令。
在电话通信中，主叫、被叫是由发起呼叫来决定的。
因此，网络中的用户及交换局的主叫、被叫地位不是固定的。
（二）、按照信令的工作范围来划分，可分为用户线信令和局间信令两类。
✧用户线信令
用户线信令也叫用户信令。
它是用户和交换局之间传送使用的信令。
它们在用户线上传送，图1.1（b）中主叫－发端局、终端局－被叫间传送的信令就是用户线信令。
用户线信令主要包括：
用户状态信令、选择信令、铃流和信号音。
●用户状态信令是由话机叉簧产生，闭合或切断直流电路，用以启动或复原局内设备。
包括摘机信令、挂机信令等。
用户状态信令为直流信令。
●选择信令是用户拨出的被叫用户号码数字信令。
在使用号盘话机及直流脉冲按键话机的情况下，发出直流脉冲信令；在使用多频按键话机的情况下，发出的信令是两个音频组成的双音多频信令。
●铃流及信号音是交换机向用户设备发出的振铃信号或在话机受话器中可以听到的声音信号，如：
拨号音、回铃音、忙音、长途通知音、空号音等。
用户线信令由用户设备（话机或交换机的用户终端）发出。
由于用户线为每个用户独立使用，因而用户线信令的功能比较简单。
长期以来这部分信令的内容及功能没有什么大的变化。
✧局间信令
是交换机和交换机之间传送使用的信令，在局间中继线上传送。
这种信令比较复杂，信令包括监视、选择和网络管理三种功能。
由于局间设备及其对信令的功能要求不同，无论在信令数量、种类、传送方式上与用户线信令均有较大的差别。
（三）、按照信令的传送信道来划分
按照信令传送所使用的信道来划分，可分为随路信令方式和公共信道信令方式两类。
后者常称为共路信令方式。
詳細內容見下：
四.随路信令（CAS）、公共信道信令（CCS）、PRI信令
（一）.随路信令（CAS:
ChannelAssociatedSignaling）：
信令和话音在同一条话路中传送的信令方式,从功能上可划分为线路信令（LineSignalling）和记发器信令（InterregisterSignalling）。
它们是为了把话音通路上各中继电路之间的监视信令与控制电路之间的记发器信令加以区别而划分的。
1.线路信令（ABCD）
线路信令是监视中继线上的呼叫状态的信令。
它可以分为如下几类：
（1）直流线路信令
直流线路信令用直流极性标志的不同，代表不同的信令含义。
主要用在纵横制
话之纵横制局与步进制局之间、纵横制市话局与自动长话局和人工长话局之间、横
制话局与特种业务台之间。
在市话网的音频电缆上，局间线路信令一般采用直流信令。
因为它结构简单、
比较经济、维护方便。
但如果局间距离超过直流信令传送的界限时，就不能使用。
（2）带内（外）单脉冲线路信令
局间采用频分多路复用的传输系统时，可采用带内或带外单脉冲线路信令。
带内
单脉冲线路信令一般选择音频带内的2600Hz，这是因为话音中2600Hz的频率分量较少而能量较低的缘故。
带外信令是利用载波电路中二个话音频带之间的某个频率来传送信令。
一般采用单频3825Hz或3850Hz。
由于带外信令所能利用的频带较窄等原因，因此线路信令一般均采用带内单脉冲线路令。
（3）数字型线路信令方式
当局间采用PCM（PulseCodeModulation:
脉冲编码调制）设备时，局间的线路信
令必须采用数字型线路信令。
CCITT（Commite'ConsultatifInternationaldeTelegraphiqueetTelephonique,其英文全称是
InternationalconsultativecommitteeontelecommunicationsandTelegraphy,可译成中文:
国
际电报电话咨询委员会）推荐的数字型线路信令有两种：
一种是在30/32路PCM系统中使用，
另一种是在24路PCM系统中使用。
第一种在欧洲地区使用，我国也采用这一种。
在这种
信令方式中，PCM传输的16时隙用于传输线路信令，且固定分配给每一话路。
由于线路
信令主要用于中继线上呼叫状态的监视并控制呼叫接续的进行。
因此，在整个呼叫过程中
都可传送线路信令。
2.记发器信令
记发器信号主要完成主、被叫号码的发送和请求，主叫用户类别、被叫用户状态及?
叫业务类别的传送。
分前向信号和后向信号，前向信号又分ⅰ、ⅱ两组，后向信号分a、b
两组。
它们的定义如下表所示：
表1记发器信号的基本含义
前向信号
组别名称基本含义容量
ⅰka主叫用户类别15
Kc长途接续类别5
ke长市（市内）接续类别5
数字信号数字0～910
ⅱkd发端呼叫业务类别6
后向信号
组别名称基本含义容量
aa信号收码状态和接续状态的回控证实6
bb信号被叫用户状态6
2．1前向ⅰ组信号
前向ⅰ组信号由接续控制信号和数字信号组成。
a、ka信号
ka信号是发端市话局向发端长途局或发端国际局前向发送的主叫用户类别信号，ka信号提供本次接续的计费种类（定期、立即、免费）和用户等级（普通、优先）。
这两种信号的相关组合用一位ka编码表示，因此，ka信号为组合类别信号。
ka信号中有关用户等级和通信业务类别信息由发端长途局译成相应的kc信号。
含义如下表所示：
表2:
ka信号含义
ka信号编码信号含义
1普通，定期
2普通，用户表，立即
3普通，打印机，立即
4备用
5普通免费
6备用
7备用
8优先定期
9备用
10优先、免费
11备用
12备用
13测试呼叫
14备用
15－
b、kc信号
kc信号是长话局间前向发送的接续控制信号，具有保证优先用户通话，控制卫星电路段
数等功能。
含义如下表所示：
表3:
kc信号含义
kc信号编码信号含义
11备用
12指定电路呼叫
13测试呼叫
14优先呼叫
15控制卫星电路段数，表示已选用了一段卫星电路
c、ke信号
ke信号是终端长话局向终端市话局以及市话局间前向传送的接续控制信号。
含义如下所
示：
表4:
ke信号含义
ke信号编码信号含义
11语音邮箱通知用户留言
12“t”测试呼叫
13备用
14备用
15语音邮箱取消通知用户留言
d、数字信号
数字信号“0～9”用来表示主、被叫用户号码。
此外，数字“15”信号表示主叫用户号码已
发完。
2．2后向a组信号
后向a组信号是前向ⅰ组信号的互控信号，起控制和证实前向ⅰ组信号的作用。
含义如下
表所示：
表5:
a组信号含义
a组信号编码信号含义
1a1：
发下一为号码
2a2：
由第一为发起
3a3：
转至b组信号
4a4：
机键拥塞
5a5：
空号
6a6：
发ka和主叫用户号码
2．3前向ⅱ组信号（kd）
kd信号是发端业务类别。
含义如下表所示：
表6:
kd信号含义
kd信号编码信号含义
1长途话务员半自动呼叫
2长途自动呼叫（电话通信或用户传真，用户数据通信）
3市内电话
4市内用户传真或用户数据通信、优先用户
5半自动核对主叫号码
6测试呼叫
2．4后向b组信号（kb）
kb信号是表示被叫用户状态的信号，起证实kd信号和控制接续的作用。
含义如下表所
示：
表7:
kb信号含义
kb信号编码信号含义
长途接续或测试接续时（当kd＝1、2或6时）市话接续时（当kd＝3或4时）
1被叫用户空闲被叫用户空闲，互不控制复原
2被叫用户“市忙”备用
3被叫用户“长忙”备用
4机键拥塞被叫用户忙或机键拥塞
5被叫用户空号被叫用户空号
6备用被叫用户空闲，主叫控制复原
记发器信令按照其承载传送方式可分为二类，一类是DEC方式，即采用十进制脉冲编
码传送；一类是多频编码方式。
由于后者采用多音频组合编码的方式实现信令的编码，
因此无论是信令的容量还是传递信令的可靠性都有较大的提高。
在这种方式中，采用最
为普遍的是多频互控方式即MFC方式。
其前向信令和后向信令都是连续的，对每一前
向信令都需加以证实。
这也是我国记发器信令所采用的信令方式。
目前我国采用的随路
信令称为中国1号信令系统。
（二）、公共信道信令（CCS:
CommonChannelSignaling）：
以时分方式在一条高速数据链路上传送一群话路的信令的信令方式。
通常用于局间。
目
前我国采用的公共信道信令就是中国7号信令。
中国1号信令：
为随路信令。
为30/32时隙2048K局间中继传输方式，Timeslot16被用来传递其话音通道的信令，记发器信令为MFC（多频互控，即用六个频率中的两个组合，成一组编码，共15种前向信令，用四个频率中的两个组合，成一组编码，共6种后向信令，前向是指主叫向被叫传送，后向是指被叫向主叫传送。
），线路信令a,b,c,d为xx11。
R2信令与中国1号信令的区别在于R2信令的记发器信令为DTMF（双音多频），线路信令a,b,c,d为xx01。
7号信令：
SS7是一种公共信道信令。
是将呼叫控制信息和其他业务信息通过一张独立的信令网络传输，由于将信令和话音通道分开，可采用高速数据链路传送信号，因而具有传输速度快、呼叫建立时间短、信号容量大等特点。
SS7信令的标准化程度比R2信令好，但依然存在标准化兼容的问题。
如国内的SS7称为中国7号信令。
在应用上由于需要目的地编码等信息，作为局间传输时使用广泛，但作为用户端局接入使用时由于目的地编码资源问题存在，应用上没有PRI信令使用灵活、广泛。
第0时隙用作帧同步信息通道，第16时隙用作公共信令通道，其余30时隙用作语音或数据通道。
7号信令的特点是：
信令速度快，具有提供大量信令的潜力，具有改变和增加信令的灵活
性，便于开放新业务，在通话时可以随意处理信令，成本低。
目前得到广泛应用。
CCITT
自1980年提出7号信令黄皮书，先后多次修正，至1993年提出白皮书。
中国7号信令规范于1990年8月实施，该规范是以CCITT于1988年颁布的蓝皮书为参
考制订的，只在电话网中使用，即只采用了消息传递部分（MTP）和电话用户部分（TUP）。
随路信令和公共信道信令的区别：
1号信令利用TS16传送时。
每个TS16负责传送两个
话路的线路信令，TS16和话路有着固定的一一对应关系。
而7号信令利用TS16来传送
时，只是将组成信令单元的若干个8位位组，依次插入TS16，TS16并不知道传送的内
容，即信令和话路没有固定关系，只不过利用TS16作为传送信令的载体，时传送信令
消息的数据链路，因此，选用哪个时隙做数据链路均可。
---这也是随路信令和公共信
道信令的一个本质区别。
（三）、PRI信令
PRI信令：
又称ISDN（30B+D）信令、DSS1信令、PRA信令。
在北美和日本，ISDNPRI提供23B+D信道，总速率达1.544Mbps，其中D信道速率为64kbps。
而在欧洲、澳大利亚等国家，ISDNPRI为30B+D，总速率达2.048Mbps。
我国为30B+D方式。
ITU-T的I.412建议中规定了两种用户-网络接口结构：
基本速率接口（BRI）和基群速率接口（PRI）。
ISDN的接口通过时分复用技术，把一个物理接口划分为多个信道（时隙）来使用。
ISDN的信道分为B、D两种类型，其中：
B信道为用户信道，用来传送数据、话音、图像等用户信息，速率是64kbit/s；D信道为控制信道，用来传送公共信道信令，控制同一接口的B信道上的呼叫，速率64kbit/s或16kbit/s。
正是这样通过B通道和D通道的划分，ISDN接口实现了数据和控制流的分离。
在ITU-T规定的ISDN标准U-N接口中，BRI接口为2B+D，TS0（16kbit/s）为D信道，TS1、TS2（64kbit/s）分别作为两个B信道B1和B2；PRI接口分E1PRI和T1PRI两种，B、D信道的带宽均为64kbit/s。
E1PRI为30B+D，分TS0~TS31共32个时隙，TS0用于帧同步，TS16为D信道，一般在中国、亚洲部分国家和地区、欧洲等地使用；T1PRI为23B+D，分TS0~TS23共24个时隙，TS23为D信道，一般在北美（北美把T1PRI接口定义为PRA）、加拿大、日本、香港等地使用。
在BRI接口方面，由于各国的用户线特性有差异，各国使用的线路码型有所不同，北美、中国采用2B1Q码，日本、意大利采用AMI码，英国采用3B2T码。
ITU-T的I.430建议对BRI接口电气特性的各项指标均作了详细的规定。
BRI接口最常见的配置是用户可以将话机、传真机和数据终端接在一对用户线上，使用户可以同时利用一对电话线通话、传送或接收传真而又进行数据通信。
在PRI接口方面，E1PRI一般使用AMI（AlternateMarkInversion）码和HDB3码（HighDensityBipolarcodewithamaximumof3 zeros）两种线路码型，T1PRI一般使用AMI、B8ZS两种线路码型。
PRI接口主要应用于：
（1）数字程控交换（30个64k的B信道接入）+窄带上网业务（128k带宽）；
（2）商业机构总部与各分部之间的信息接入直通道；（3）大型企业之间使用专用的会议电视设备，捆绑使用6个B信道（384k）可实现图像实时传送的会议电视业务、捆绑使用2个B信道（128k）可实现图像实时传送的可视电话业务。
附：
RouteruserNM-HDV2-1T1/E1（VWIC-1MFT-T1/E1）forvoiceE1/T1PBXconnectionSampleconfiguration
ForCAS
controllerE10/0/0
linecodehdb3
framingNO-CRC4
clocksourceline
ds0-group1timeslots1-15,17-31typee&m-immediate-start
ForPRI–QSIG
controllerE10/0/0
linecodehdb3
framingNO-CRC4
clocksourceline
pri-group1timeslots1-31
五、Linecoding：
AMI/HDB3/B8ZS
A、数字信号的基带传输概念：
模拟信号经过信源编码得到的信号为数字基带信号，将这种信号经过码型变换，不经过调制，直接送到信道传输，称为数字信号的基带传输
一、基带传输系统的组成
基带传输系统的组成框图如图4.1所示。
它主要由码波形变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器和取样判决器等5个功能电路组成。
）
基带传输系统的输入信号是由终端设备编码器产生的脉冲序列，为了使这种脉冲序列适合于信道的传输，一般要经过码型变换器，码型变换器把二进制脉冲序列变为双极性码（AMI码或HDB3码），有时还要进行波形变换，使信号在基带传输系统内减小码间干扰。
当信号经过信道时，由于信道特性不理想及噪声的干扰，使信号受到干扰而变形。
在接收端为了减小噪声的影响，首先使信号进入接收滤波器，然后再经过均衡器，校正由于信道特性（包括接收滤波器在内）不理想而产生的波形失真或码间串扰。
最后在取样定时脉冲到来时，进行判决以恢复基带数字码脉冲。
二、数字基带信号传输码型的要求
1、有利于提高系统的频带利用率
2、基带信号应不含直流分量
同时低频分量要尽量少，因为由于变压器的接入，使信道具有低频截止特性。
3、考虑到码型频谱中高频分量的影响
电缆中线对间由于电磁辐射而引起的串话随频率升高而加剧，会限制信号的传输距离或传输容量。
4、基带信号应具有足够大的定时信号供提取
5、基带信号的传输码型应具有误码检测能力
6、码型变换设备简单，容易实现
三、常用的基带传输码型
常见的传输码型有NRZ码、RZ码、AMI码、HDB3码及CMI码，其中最适合基带传输的码型是HDB3码。
另外，AMI码也是CCITT建议采用的基带传输码型，但其缺点是当长连"0"过多时对定时信号提取不利。
CMI码一般作为四次群的接口码型。
B．AMI
英文全称是AlternateMarkInversion，AMI双极性码，是指“信号交替反转”，即零电平表示0，而1则使电平在正、负极间交替翻转。
双极性码是三进制码，1为反转，0为保持零电平。
根据信号是否归零，还可以划分为归零码和非归零码，归零码码元中间的信号回归到0电平，而非归零码遇1电平翻转，零时不变。
作为编码方案的双极性不归零码,"1"码和"0"码都有电流,但是"1"码是正电流,"0"码是负电流,正和负的幅度相等,故称为双极性码。
此时的判决门限为零电平,接收端使用零判决器或正负判决器,接收信号的值若在零电平以上为正,判为"1"码;若在零电平以下为负,判为"0"码。
C．HDB3
HighDensityBipolaroforder3code,三阶高密度双极性码。
一、编码规则:
1先将消息代码变换成AMI码，若AMI码中连0的个数小于4,此时的AMI码就是HDB3码;
2若AMI码中连0的个数大于4,则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一个非0符号（+1或-1）同极性的符号,用表示（+1+,-1-）;
3为了不破坏极性交替反转，当相邻符号之间有偶数个非0符号时，再将该小段的第1个0变换成＋B或-B,符号的极性与前一非零符号的相反，并让后面的非零符号从符号开始再交替变化。
例如:
消息代码:
100001000011000011
AMI码:
+10000-10000+1-10000+1-1
HDB3码：
+1000+V-1000-V+1-1+B00+V-1+1
二、HDB3码的特点:
1由HDB3码确定的基带信号无直流分量，且只有很小的低频分量;
2HDB3中连0串的数目至多为3个，易于提取定时信号。
3编码规则复杂，但译码较简单。
三、解码规则
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