网络边缘处的VoIP混合式设计要求实现同步

向能同时传输语音和数据的数据包技术的转移正呈不断增长的态势。电信运营商已经在电路交换基础设施和语音服务盈利模式上投资了数十亿美元，从语音传输服务上得到的收入远远超过数据传输服务的收入，而且这种情况还会维持相当长一段时间。另外，将所有电路交换设备替换为数据包交换设备需要在未来几年内投入相当可观的资本。
从电路交换到数据包交换的升级将会分阶段实现。与此同时，混合式电路/数据包交换环境也将存在许多年。
由于同步问题的存在，两种通信方法的联姻将需要非常仔细的设计。在电路交换网络中，整个连接持续期间网络的两个通信终点之间都有一个专用的物理连接通道，这条通道上的所有资源都不能被其他用户使用。
这种网络的主要优点在于它们非常适合于需 要数据实时传输的通信应用。非常适合采用电路交换的应用包括有线通信(实时音像传播)和传统的蜂窝式无线通信。电路交换网络的两个不足之处分别是：带宽没有得到有效利用，以及带宽是静态的。
数据包交换技术利用添加了地址信息的数据包进行数据传输。这样，在数据包传输过程中，通道是专用的，但一旦传输结束，该通道就可以用于传输其他的数据包。每个数据包都是单独传输的，而且传输通道可以各有不同。一旦所有的数据包到达目的地，它们就会被重新组装并在必要情况下进行一些调整。虽然数据包交换从本质上讲毋需建立连接，但也可以通过利用更高级的协议来在某个数据包交换网络上建立连接。例如，TCP可使IP网络建立连接。
数据包允许同一网络中的多个用户共享同一条通道，这也是数据包交换的主要优点之一。数据包交换是一种灵活的方法，即便传输过程中出现一些可接受的延迟，可用带宽也能得到更高效的利用。数据包交换技术本来是设计用于传输非实时数据的应用，包括Email、互联网、自动取款机以及信用卡验证等。VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="图： 在网络边缘处的一个典型的混合式数据包/电路设计中，语音和语音频带上的数据服务起源于左边的PBX 1，并进入一个私有企业级接入网络服务，它要求在右边的PBX 2上进行终端匹配。语音和语音频带上的数据流在网关1处转换成数据包，这些数据包通过网关2进入TDM网络，网关2负责对这些数据包进行缓冲并把它们转换成TDM流。">
虽然数据包交换更为灵活、高效、成本低，而且比电路交换速度更快，但这项技术也存在一些不足之处，包括未知的、无法控制的、可变的延迟和数据包丢失现象。
在这种环境下，重要的是使VoP(语音数据包)应用满足通过数据包网络传输传统语音流的挑战。因为语音数据包需要在目的地重新组装并可能要重新调整，过长和可变的延迟会造成声音不自然或无法听清。延迟还会造成回音。回音是说话人的声音从远端电话设备再传回到说话人耳中的信号反射现象。如果回路时延超过50毫秒，回音现象就会让人无法忍受。
        另外一个挑战就是传输过程中存在的损坏和/或丢失的数据包。数据对时间的要求不是很高，丢失的数据包还可以再次发送。但是语音是实时的，所以语音数据包不可能简单地重新发送。损坏和/或丢失语音数据包会造成通话时断时续、声音失真、掉话以及通话过程中的“刺音”。
同步是关键
正确的同步能减少传输中丢失的数据包数量。信元丢失率(CLR)是丢失信元(或数据包)的总量与总传输信元(或数据包)数量之比。CLR与网络中定时参考的长期准确率成正比：同步水平越高，CLR越低。
对于ATM网络而言，ITU-T I.356规定了信元丢失率小于3X10-7，以达到Class 1的严格要求。对于IP网络，ITU-T Y.1541服务质量(QoS) Class 0到Class 4规定信元丢失率小于10-         因为IP网络不能保证服务质量，所以它们一般都会比ATM网络有更高的语音丢失。在现有的IP网络中，所有的语音数据包帧都被当做数据对待。小于10-3的信元丢失率对VoIP应用是不够的，目前正在考虑提出具有更低信元丢失率的IP QoS等级。
为了理解这一问题，我们可以先看看一个普通的混合式数据包/TDM网络是如何工作的。假定语音和语音带数据利用TDM和数据包技术由一个专用企业网产生，并通过PSTN(TDM)网络传输完毕。在传输过程中，从一个PBX(专用分组交换机)到另外一个企业网内部的PBX的语音和语音带数据流被转换为数据包。根据数据包的传输方式，数据包通过另外一个网关进入TDM，在那里数据包得到缓冲处理并转换为8位字元。TDM网络提供剩下的传输，直到数据包全部传输到目的地。
两个流之间的定时参考是有可能不同的。虽然两者都有可能具备1X10-11(一级时间服务器stratum 1)的长期准确率，但其中一个网络也可能具有Stratum 3的自有时钟准确率(4.6X10-6)。
      在这两种情况下，数据包网关中的抗抖动缓冲都会吸收这些相变，直到需要对缓冲区进行调整，调整的原因有二：一是缓冲区变得过大；二是缓冲区变得过小，以致于无法容纳希望的延迟变化范围和丢失太多的数据包。 目前针对混合式数据包/电路网络还没有同步标准和/或指导原则，不过可以看出数据包丢失率跟定时参考的长期准确率成正比。同步水平越高，则数据包/信元丢失率就越低。如果两个网络都有Stratum 1的定时水平，并且能满足ITU-T I.356和ITU-T Y1541的CLR要求，则CLR值就将非常低。
降低因同步问题而产生数据包丢失的最有效途径就是使ATM或IP网络的语音性能最大化。这意味着第一个网关必须从一个独立的stratum 1源那里得到定时参考，例如GPS；第二个网关也必须从一个独立的stratum 1源那里得到定时参考，例如GPS，或者是从TDM网络那里，只要定时标准为stratum 1。
缺少同步也会影响Modem的连接。如果偏移量超过225个百万分之一，Modem就无法连接，而且会出现掉线的情况。在两个IP网关和接入服务器没有同步的网络中，网络接入服务器的内部振荡器的偏移量可以达到17.5X10-5，远比stratum 4的3.2X10-5的要求更低。如果偏移量达到22.5X10-5，Modem的连接就会被中断。
如果网络是通过GPS定时参考源进行同步，则峰值间的短期漂移仅为1.15X10-6。这样就很容易建立Modem连接，而且也不容易掉线。
虽然同步标准或指导原则对VoIP的正常使用至关重要，但现在还没有关于混合式电路/数据包网络的相关标准或指导原则。不过，数据包性能要求在ATM网络和IP网络中已都分别得到说明，分别是ITU-T I.356和ITU-T Y.1541。
其结果是，还是由工程师来承担维持网络间同步水平的工作，以满足数据包性能要求、保证通话质量和防止Modem的掉线。

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