TDMOIP:通過IP延伸電路交換

2004/08/17

　　編者按：VoIP無(wú)疑是網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的革新技術(shù)，也正在不斷完善之中。而在此過渡階段還有另外一種技術(shù)—TDMoIP(Time Division Multiplexing over IP)，可以利用IP完成電話服務(wù)。這種方法是把IP網(wǎng)絡(luò)作為原有TDM網(wǎng)絡(luò)的一種插入式替換，支持該技術(shù)的設(shè)備可以與所有的現(xiàn)有設(shè)備，如傳統(tǒng)PBX和交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接入，提供上百種電話功能和用戶熟悉的PSTN質(zhì)量。

　　不可否認(rèn)，基于IP的高速網(wǎng)絡(luò)是通信領(lǐng)域的一次革新，這歸功于因特網(wǎng)的日益流行和該技術(shù)帶來的成本下降。據(jù)悉，對(duì)于許多應(yīng)用來說，IP流量的費(fèi)用已經(jīng)低于傳統(tǒng)TDM服務(wù)的價(jià)格，隨之而來的是全球范圍的數(shù)據(jù)流量超過了電話網(wǎng)絡(luò)的流量�？梢灶A(yù)見的是，許多現(xiàn)存的電話基礎(chǔ)設(shè)施將被基于IP的新機(jī)制取代。然而，這項(xiàng)革命性的工作并不會(huì)在短期內(nèi)完成，今天的電路交換網(wǎng)絡(luò)，不論是VoIP準(zhǔn)備取代的部分，還是VoIP必須與之連接的部分，都十分復(fù)雜……

VoIP的煩惱

　　從理論上講，在IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸話音看起來并不難：數(shù)字化后的話音信號(hào)只是一種數(shù)據(jù)，可以和其他數(shù)據(jù)一樣由分組網(wǎng)絡(luò)傳輸。電話網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)成就，如最低成本路由方法，在IP網(wǎng)絡(luò)中都可以找到與之相對(duì)應(yīng)的部分。然而，如果想與TDM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，VoIP必須切實(shí)解決兩個(gè)主要問題：即QoS和信令。

　　為了解決服務(wù)質(zhì)量問題，使用了如隧道、抖動(dòng)緩沖等技術(shù)，而有關(guān)話音質(zhì)量的其他技術(shù)，如回聲抑制、話音壓縮，并不是數(shù)據(jù)網(wǎng)的固有功能，對(duì)VoIP技術(shù)來講需要添加到已有網(wǎng)絡(luò)中，這是麻煩之一。另外，幾乎所有在VoIP領(lǐng)域的研發(fā)努力都集中在解決QoS問題上，而信令問題包括如摘機(jī)、震鈴等基本的功能；接通正確的號(hào)碼和記賬所需的更高級(jí)的功能；來電顯示、呼叫轉(zhuǎn)移、電話會(huì)議等復(fù)雜的功能，以及目前智能網(wǎng)絡(luò)新增的功能等，再加上幾十個(gè)國(guó)家和地區(qū)的細(xì)微差別，則增加了復(fù)雜程度。


TDMoIP生存之道

　　為了解釋TDMoIP的原理，我們首先回憶一下有關(guān)TDM的知識(shí)。一個(gè)T1幀由24個(gè)單字節(jié)的時(shí)隙和1個(gè)單獨(dú)比特的同步位共193比特組成。一個(gè)E1幀由完整的32個(gè)字節(jié)（256比特）組成，其中一個(gè)字節(jié)用來保持同步，一個(gè)字節(jié)傳統(tǒng)上為信令保留。在這兩種情形下，幀速率為8000幀/秒。

　　TDMoIP最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法如下：通過附加適當(dāng)?shù)膱?bào)頭，用IP包封裝每個(gè)T1或E1幀。因?yàn)閿?shù)據(jù)包提供分段，同步位/字節(jié)不必包括在內(nèi)。因此對(duì)T1和E1的有效負(fù)載分別為24字節(jié)和31字節(jié)。對(duì)于可靠的、面向連接的服務(wù)，有人考慮使用TCP/IP協(xié)議，這需要20字節(jié)的TCP報(bào)頭、20字節(jié)的IP報(bào)頭，每個(gè)數(shù)據(jù)分組共需40字節(jié)。TCP提供了端到端的可靠連接，但這對(duì)話音分組用處不大，因?yàn)橹貍鞯脑捯舴纸M到達(dá)接收端時(shí)次序已亂，將被丟棄。更合理的選擇將是使用實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP，它的報(bào)頭至少12個(gè)字節(jié)，另加8字節(jié)的UTP報(bào)頭和IP的報(bào)頭，這與上面的開銷一致。而用40字節(jié)的額外開銷傳送24字節(jié)或31字節(jié)的有效負(fù)載實(shí)在是浪費(fèi)，解決這一問題有兩個(gè)方法：
　　對(duì)原始幀的簡(jiǎn)單封裝只是實(shí)現(xiàn)TDMoIP方法之一。其他方法則是首先對(duì)TDM數(shù)據(jù)在進(jìn)行IP封裝前利用其他協(xié)議進(jìn)行編碼。為什么要在TDM和IP之間加入另外一層協(xié)議呢？這可以有很多好處:當(dāng)初始包含TDM數(shù)據(jù)的幀的尺寸不合適時(shí)，使用中間編碼可提供錯(cuò)誤校驗(yàn)、與其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作、以及實(shí)現(xiàn)話音壓縮或增強(qiáng)。

　　不管細(xì)節(jié)如何，重要的是TDMoIP技術(shù)不做任何數(shù)據(jù)解釋地透明傳輸TDM幀，這對(duì)時(shí)隙、信令通道等TDM內(nèi)部?jī)?nèi)容的優(yōu)勢(shì)顯而易見。這樣一來，TDMoIP可以用來傳輸任意的T1/E1服務(wù)，即使有些通道是用來傳送數(shù)據(jù)的，或整個(gè)幀都是非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)流。類似地，TDMoIP的基本思想可以很容易地?cái)U(kuò)展到分檔T1或信道化的E1系統(tǒng)中。為了減少流量，在IP數(shù)據(jù)包中只包含載有信息的字節(jié)。

競(jìng)爭(zhēng)和互補(bǔ)

　　總體來說，TDMoIP比VoIP簡(jiǎn)單，因?yàn)樗鼘?duì)話音、數(shù)據(jù)信令和協(xié)議是透明的，即使這些協(xié)議都是專用的。而VoIP則面臨新協(xié)議帶來的麻煩并且要實(shí)現(xiàn)信令格式的轉(zhuǎn)換，盡管VoIP承諾支持新的協(xié)議，但TDMoIP自動(dòng)使用了現(xiàn)存PBX和CTI功能所具備的優(yōu)勢(shì)。至于帶寬優(yōu)化，VoIP使用DSP進(jìn)行話音壓縮和靜音抑制從而滿足帶寬要求，但這是以降低通信質(zhì)量和增加延遲為代價(jià)的。TDMoIP的簡(jiǎn)單性轉(zhuǎn)化成為所有者最初的低投入和運(yùn)行時(shí)的低成本利益。再有，一些企業(yè)用戶對(duì)替換傳統(tǒng)TDM設(shè)備和“forklift式升級(jí)”有關(guān)的培訓(xùn)和維護(hù)費(fèi)用不感興趣，因?yàn)門DMoIP可以為他們節(jié)省大量開支。

　　另外，TDMoIP 與 VoIP相比，一個(gè)很重要的特點(diǎn)是其出色的帶寬利用率。對(duì)VoIP來講，在單個(gè)IP包中只有一個(gè)語(yǔ)音信道，而TDMoIP因應(yīng)用了TDMoIP多路復(fù)用器，可在單個(gè)IP包中攜帶多個(gè)語(yǔ)音信道，這個(gè)特點(diǎn)大大提高了帶寬利用率。畢竟在不同國(guó)家的市場(chǎng)上，每個(gè)端口的成本都不同，而與VoIP相比，TDMoIP占用帶寬較低的特點(diǎn)適用于任何市場(chǎng)，它可持續(xù)幫助用戶節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。另一方面，用在電信方或客戶端的TDM設(shè)備對(duì)任何協(xié)議和信號(hào)都很透明，就是說，使用TDMoIP不需對(duì)用戶原有的設(shè)備（比如說PBX或TDM設(shè)備）進(jìn)行升級(jí)，同樣，也能節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本（不需要培訓(xùn)人員來維護(hù)客戶端需要升級(jí)的、有IP功能的TDM設(shè)備）�？偟膩碚f，TDMoIP相比VoIP的優(yōu)勢(shì)是：
　　從服務(wù)提供商的角度看，TDMoIP和VoIP是互補(bǔ)的。從用戶端到運(yùn)營(yíng)商POP之間通過IP網(wǎng)絡(luò)透明擴(kuò)展TDM主干，使運(yùn)營(yíng)商在現(xiàn)有資源的POP上開發(fā)更大的、可擴(kuò)展的VoIP網(wǎng)關(guān)和軟交換變得簡(jiǎn)單容易，并為用戶在用戶端提供簡(jiǎn)單的TDMoIP網(wǎng)絡(luò)終端單元(NTU)。這時(shí)TDMoIP電路可提供比VoIP更多的服務(wù)，如通常的PSTN接入，中央交換機(jī)、幀中繼和ISDN。

　　另外，具有競(jìng)爭(zhēng)力的本地交換運(yùn)營(yíng)商（Competitive local exchange carriers-CLEC）可通過TDMoIP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，利用更多的連接點(diǎn)（POP），迅速、簡(jiǎn)易、低成本地?cái)U(kuò)展其市場(chǎng)份額。現(xiàn)有的本地交換運(yùn)營(yíng)商（Incumbent local exchange carriers-ILEC）利用TDMoIP可以通過高性能價(jià)格比在光纖或無(wú)線鏈路上擴(kuò)展T1或E1線路，直到CLEC的服務(wù)連接點(diǎn)，從而為CLEC批發(fā)提供基本的傳輸線路。

　　負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)交換的本地交換運(yùn)營(yíng)商以及公用事業(yè)公司可以利用其無(wú)線或光纖數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，使用TDMoIP在位于不同地點(diǎn)的單位間擴(kuò)展T1或E1線路，達(dá)到增加收入的目的。通過這種方法，服務(wù)提供商可以把專線服務(wù)捆綁到寬帶數(shù)據(jù)應(yīng)用中，具體服務(wù)包括：
　　TDMoIP為CLEC提供了為其用戶擴(kuò)展服務(wù)的又一選擇。通常CLEC需要從ILEC租用本地環(huán)路，但現(xiàn)在任何分組網(wǎng)絡(luò)都可以達(dá)到這一目的。所有從前運(yùn)行在T1或E1線路上的話音和數(shù)據(jù)服務(wù)都可以自動(dòng)地在IP上運(yùn)行。這不但包括簡(jiǎn)單的PSTN接入，而且包括PRI、集線、VoIP的話音服務(wù)和ATM、幀中繼、PPP、ISDN、SNA、X.25等數(shù)據(jù)服務(wù)。可使用的分組網(wǎng)絡(luò)不再局限于同步的ATM和SONET，而且可以同樣運(yùn)行于10/100Base-T無(wú)線局域網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)或任何其他網(wǎng)絡(luò)之上。

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