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關鍵詞:NGN(下一代網絡),IMS(IP Multimedia Subsystem) 軟交換
中圖分類號:TP2 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(c)-0026-01
1 介紹
NGN(Next Generation Network),是指下一代融合網。主要思想是在一個統一的網絡平臺上以統一管理的方式提供多媒體業務,整合現有的市內固定電話、移動電話的基礎上(統稱FMC),增加多媒體數據服務及其他增值型服務。其中話音的交換將采用軟交換技術,而平臺的主要實現方式為IP技術,逐步實現統一通信。
NGN是基于TDM的PSTN語音網絡和基于IP ATM的分組網絡融合的產物,它是一種業務驅動型網絡,采用綜合、開放、融合的網絡架構,通過業務與呼叫控制完全分離、呼叫控制與承載完全分離,從而實現相對獨立的業務體系,使業務獨立于網絡。從而有效地提高了網絡通信的質量。隨著通信事業的發展,人們對通信質量,業務種類要求逐漸增高,因此產生NGN。
目前,以軟交換和IMS(IP Multimedia Subsystem)技術為焦點的下一代網絡發展和部署關系到整個通信網絡的未來架構和發展方向,成為電信業界最關注的熱點。
2 NGN的核心技術
隨著下一代網絡的迅速發展,語音的IP話和移動化讓固網運營商陷入難題,不得不將原有網絡轉型為可管理的IP網,希望通過整網向IP化的漸進來穩固自身的語音通信收入,并希望通過各種增值業務來擴展自己的市場空間,在這種情況下,軟交換和IMS開始嶄露頭角。
2.1 軟交換及其特點
軟交換(softswitching)是利用把呼叫控制功能與媒體網關分開的方法來溝通公用電話交換網(PSTN)與IP電話(VoIP)的一種交換技術。早在2001年,我國就已經開始基于軟交換的實驗,在歷經多年的實踐中得到了不斷的完善,在如今電話網向下一代網絡演進的過程中承擔了重要角色,已經成為運營商實現網絡演進的重要技術手段。
軟交換的技術定義可以描述為:它是一種針對與傳統電話業務和新型多媒體業務相關的網絡和業務問題的解決方案。除了能夠降低網絡初始成本和運營成本,使得網絡具有多種接入能力之外,還可實現開放、分布、簡化、扁平的網絡架構。
目前軟交換已經引入到各大運營商的電話網業務中,不同于一般的基于IP的業務,軟交換不但使傳統話音業務獲得新生,而且還能提供基于IP的增值服務,比如視頻通信、IP Centrex、個性化鈴聲、Web800、UC業務等等。
2.2 IMS及其特點
IMS即IP Multimedia Subsystem,中文意義為IP多媒體子系統,是由朗訊(Lucent)提出的下一代通信網實現大融合方案的網絡架構,IMS是IP多媒體系統,是一種全新的多媒體業務形式,它能夠滿足現在的終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業務的需求。IMS是一個在PS域上的多媒體控制/呼叫平臺,支持會話類和非會話類多媒體業務,核心特點是采用SIP協議,具有分布式特點、接入無關的特性和標準開放的業務控制接口。
目前,IMS被認為是下一代網絡的核心技術,也是解決移動與固網融合,引入語音、數據、視頻三重融合等差異化業務的重要方式。
2.3 軟交換與IMS的對比
從采用的基礎技術上看,軟交換和IMS有很大相似性:都是基于IP分組網;都實現了控制與承載的分離;大部分協議都是相似或者完全相同;許多網關設備和終端設備可以通用。
而軟交換和IMS的區別主要在以下幾方面。
(1)較軟交換而言,IMS更進一步的實現了呼叫控制層和業務控制層的分離。
(2)由于IMS起源于移動通信網絡,因此充分考慮了對移動性的支持。
(3)IMS全部采用會話初始協議SIP作為呼叫和業務控制的信令,而軟交換中的SIP只是可用于呼叫控制的多種協議的一種。更多的使用媒體網關協議(MGCP)和H.248協議。
總體來說,軟交換和IMS的區別主要在于網絡構架上。軟交換網絡體系基于主從控制的特點,使得其與具體的接入手段關系密切,而IMS體系由于終端與核心側采用基于IP承載的SIP協議,IP技術與承載媒體無關的特性使得IMS體系可以支持各類接入方式,從而使得IMS的應用范圍從最初始的移動網逐步擴大到固定領域。此外,由于IMS體系架構可以支持移動性管理并且具有一定的服務質量(QoS)保障機制,因此IMS技術相比于軟交換的優勢還體現在寬帶用戶的漫游管理和QoS保障方面。
2.4 軟交換與IMS的發展
軟交換技術從1998年就開始出現并且已經歷了實驗、商用等多個發展階段,目前已比較成熟。全球范圍早已有多家電信運營商開展了軟交換試驗,發展至今,軟交換技術已經具備了替代電路交換機的能力,并具備一定的寬帶多媒體業務能力。
而隨著IMS技術和產品的逐漸成熟,也已經有一些運營商開始了IMS的商用,還有一些運營商在進行相關的測試。從目前的商用和測試情況看,移動運營商已經開始商用,而固網運營商還主要處于試驗階段,這與其體系架構的特點是分不開的。
目前,中國移動已組織完成了CM-IMS現網的試點工作。驗證了CM-IMS跨省大規模組網、多媒體業務提供和接入能力、驗證了CM-IMS對多種接入和終端的控制能力、驗證了主要廠家IMS網絡設備、業務平臺和終端的成熟度以及不同廠家設備的兼容性、驗證了網管系統和計費系統對CM-IMS的支撐能力,并且已經開始全面推進CM-IMS網絡的部署和商用。
3 結語
綜上所述,雖然與軟交換比起來,IMS還不夠成熟,但由于IMS可以使應用和控制進一步分離,符合扁平化網絡的需求。另外,隨著網絡融合的不斷加深,互聯網的上的豐富業務也會逐漸演進到電信網絡上。這就要求下一代電信網絡應具有更強的開放接口和處理能力,在IMS的網絡架構上更容易發展這種開放接口和處理能力。
在現今行業轉型的大背景下,全業務運營成為中國各大運營商考慮得最多的問題,而全業務運營必然要求在網絡和業務層面全面實現固定移動融合。從網絡發展的趨勢看,固定移動融合(FMC)是網絡發展的目標和方向,FMC首先是業務層的融合,但FMC的最終演進方向必然是網絡層的融合。所以說,IMS也為NGN提供了方向,雖然現階段,IMS和軟交換還必須相輔相成共同發展,但是隨著技術的發展以及用戶不斷增加的多媒體需求,IMS必然成為未來我國網絡發展的趨勢。
參考文獻
[1] 畢厚杰,李秀川.IMS與下一代網絡[EB/OL].人民郵電出版社,2006,6.
關鍵詞:軟交換;3G;應用
中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2008)32-1060-01
In the 3G Core Network Softswitch Application of the Advantages of Analysis
HUANG Liang
(Changchun College of Engineering, Changchun 130021, China)
Abstract: The soft-switching technology, analysis of the softswitch in the 3G core network, the softswitch introduced in the 3G core network applications in all kinds of advantages. Although the establishment soft switch-based 3G mobile core network has many advantages, but most of the solutions in the experiment, yet for the formation of large-scale applications, many issues still need to continue to pay attention to, such as QoS, security issues.
Key words: softswitch; 3G; application
軟交換技術起源于美國的企業網應用,它的主要優點是可以將原本分立的網絡有機的統一在一起,降低網絡運營成本,通過標準的API接口,可以快速靈活的提供各種業務。軟交換不僅可以實現諸多的新業務,而且運營成本低,極大的降低運營商在端局和匯接局上的建設成本,緊緊地吸引著運營商的眼球。世界各國都對軟交換的研究投入了大量的人力和物力,早在1999年5月成立了國際軟交換協會(ISC,International Softswitch Consortium)。軟交換協會有業務應用、網絡結構、設備控制、網絡管理、SIP五個工作組。軟交換相關標準和協議的制定同時得到了IETE、ITU-T等國際標準化組織的重視。目前,軟交換技術的級別框架結構、主要功能、性能、應用范圍等方面已經基本確定,軟交換的產品正在逐步走向實用化階段。目前軟交換研究的熱點問題包括:協議標準的完善和設備之間的互聯互通問題;如何組建大網絡問題;業務開發問題以及QoS問題等。下一代網絡泛指一個以IP為中心,可以支持語音、數據和多媒體業務融合全新的網絡。而3G不是現有移動網和IP網的簡單疊加,是整個網絡框架的變革。軟交換正是構建以IP為中心,可以支持語音、數據和多媒體業務的融合方案。軟交換技術在3G核心網中大有作為。
1 軟交換的概念
軟交換(Soft switch)是下一代網絡的控制功能實體,作為話音網向數據網融合的下一代網絡的核心技術正日益收到電信運營商的重視。下面將介紹軟交換的原理和體系結構。
1.1 軟交換原理
軟交換就是把呼叫控制功能從多媒體網關中分離出來,通過軟件實現連接控制、翻譯和選路、網關管理、呼叫控制、帶寬管理、信令、安全性和生成呼叫詳細記錄等功能,把控制和業務提供分離。軟交換的各實體間通過標準協議進行連接和通信,增加了系統的靈活性。軟交換的這種業務、控制與傳送、接入分離的設計思想能夠更加方便的為用戶提供各種業務,避免了傳統電路交換網中,新業務開發過程復雜、周期長等缺點。
軟交換提供的功能概括起來主要有:媒體接入功能、呼叫控制功能、業務提供功能、互聯互通功能、資源管理功能以及計費和認證功能。軟交換實質是多種邏輯功能實體的集合,其核心思想是硬件軟件化,通過軟件來實現原來交換機的控制、接續和業務處理等功能。它是下一代網絡的控制功能實體,是下一代交換網中語音、視頻、多媒體業務呼叫、控制以及業務提供的核心設備。
1.2 軟交換體系結構
軟交換體系結構按功能可分為四層:邊緣接入層、核心層、網絡控制層以及業務應用層。各層之間采用標準化接口和協議,增加了系統的靈活性。
1) 邊緣接入層:邊緣接入層負責將各種不同的網絡和終端設備接入軟交換體系結構,將各種業務量進行集中,并將信息格式轉換為能夠在網絡中傳遞的信息格式。
2) 核心交換層:核心交換層采用分組技術,提供一個高可靠性、具有QoS保證、大容量的綜合傳送平臺,并將信息媒體流選路至目的地。
3) 網絡控制層:網絡控制層是軟交換體系的呼叫控制核心,對應網絡的會話層功能,以軟件控制的形式完成呼叫控制、路由、認證、資源管理等功能。
4) 業務應用層:業務應用層主要是基于下層網絡的能力為整個體系提供各種豐富的增值業務、相應的網絡管理及服務,對應網絡的應用層功能。
1.3 移動軟交換的功能
移動軟交換是多種邏輯功能實體的集合,提供綜合業務的呼叫控制、連接以及部分業務功能。其主要功能包括以下幾個部分:
1) 移動性管理功能:主要完成切換(包括UMTS系統內、GSM系統內以及GSM與UMTS系統間的切換)、登記和移動臺去話功能。
2) 安全保密功能:支持用戶鑒權、TMSI使用和用戶信息加密。
3) 呼叫控制和處理功能:移動交換服務器可以為級別呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能,包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發檢測和資源控制等;接受來自業務交換功能的監視請求,并對其中與呼叫相關的事件進行處理;支持級別的兩方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能。
2 軟交換在3G核心網中的應用
主流的3G制式有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三種,在這三種制式中,WCDMA和TD-SCDMA的標準由標準組織3GPP制定,CDMA2000的標準由3GPP2制定。到目前為止,3GPP制定的UMTS核心網絡有R99、R4、R5和R6四個版本,在R4和R5核心網絡標準中,軟交換技術得到了充分的利用。網絡設備主要包括MSC服務器、GMSC服務器、MGW,它們的功能介紹如下:
1) MSC的功能:對外提供純粹的信令接口;集成R99 VLR功能,以處理移動用戶業務數據及CAMEL相關數據;對電路域級別業務及補充業務設計的MGW中承載終端及媒體流的控制,是通過3G擴展的H.248協議來實現;與其它MSC服務器間通過BICC信令實現承載無關的居間呼叫控制;支持MGW及自身的登記及故障恢復操作。
2) GMSC服務器的功能:GMSC服務器由GMSC的呼叫控制和移動控制組成,只完成GMSC的信令處理功能,具有查詢位置信息的功能。GMSC服務器通過H.248協議控制MGW中媒體通道的接續,支持BICC與ISUP的協議互通。
3) MGW的功能:它是3G R4核心網的用戶承載面的網關交換設備,位于3G CS核心網通往無線接入網及傳統固定網的邊界處,是IU接口、PSTN/PLMN接口的承載通道以及分組網媒體流的終結點。MGW可通過H.248信令,接受來自MSC服務器及GMSC服務器資源控制命令。
3 3G中應用軟交換的優勢
3.1 投資成本低
傳統電路交換網利用集中的MSC在RAN和PSTN之間完成話音交換,存在布點多、運行成本和維護人員等成本高的問題。運營商為解決這個問題,大多建設大型、幾種的MSC,其代價是要建設來自各個城市RAN的回程話音電路。使用軟交換技術,媒體網關和業務服務器的分離使得它們各自可以獨立的進行工程實施、擴容和布局,這將帶來大量軟件升級費用的節省。
3.2 引入競爭
在3G組網中,采用軟交換的架構,就可以很好的將具有獨到技術優勢的專業公司引入到設備的競爭中來,這對提高設備性能,降低運營商建網成本,促進業務發展具有重大意義。
3.3 通過軟交換利用基于IP的服務器平臺來開放業務
在UMTS R5階段,IP多媒體域采用SIP作為呼叫控制協議,引入IMS,實現在IP上的語音、數據、多媒體等業務的提供,使得運營商可以借助基于IP的應用服務器向用戶提供更靈活和更豐富的業務。
參考文獻:
【關鍵詞】通信技術;NGN;軟交換技術;分組中繼;虛擬中繼;多媒體業務馮玉蘭
1.軟交換的概念
軟交換技術是一個能夠提供下一代分組通信——包括語音、寬帶和無線網絡的平臺。利用軟交換技術,全球服務提供商和運營商能夠優化他們的網絡,并且能夠提供新的業務和應用來獲取新的利潤。軟交換是網絡演進以及下一代分組網絡的核心設備之一,它獨立于底層承載協議,主要完成呼叫控制、媒體網關接入控制、資源分配、協議處理、路由選擇、認證和計費等功能,可以向用戶提供現有電路交換所能提供的所有業務以及多樣化的第三方業務。
2.軟交換的功能、主要特點及網絡結構
2.1軟交換的功能
2.1.1呼叫控制和處理功能
是軟交換的重要功能之一,可以說是整個網絡的靈魂,它為基本業務/多媒體業務呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能,包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發檢出和資源控制等。
2.1.2業務提供功能
軟交換應能夠實現PSTN/ISDN交換機所提供的全部業務,還應與現有的智能網配合提供智能網業務,也可以與第三方合作,提供多種增值業務和智能業務。
2.1.3互連互通功能
可通過各種網關實現與響應設備的互通。
2.1.4協議功能
支持相應標準協議,包括 H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、RADIUS、SNMP、SIP、M3UA、MGCP、BICC、PRI、BRI等。
2.1.5資源管理功能
對系統中的各種資源進行集中管理,如資源的分配、釋放、配置和控制,資源狀態的檢測,資源使用情況統計,設置資源的使用門限等。
2.1.6計費功能
具有采集詳細話單及復式計次功能,并能夠按照運營商的需求將話單傳送到相應的計費中心。
2.1.7認證與授權功能
可進行認證與授權,防止非法用戶或設備接入。
2.1.8地址解析功能和話音處理功能
2.2軟交換的主要特點
軟交換技術是下一代網絡廣泛采用的技術,具有明顯優于現有電路型網絡的特點:(1)可有效降低投資和維護成本;(2)支持各種不同的 PSTN、ATM 和 IP 協議等各種網絡的可編程呼叫處理系統;(3)組網高效靈活;(4)可方便地運行在各種商用計算機和操作系統上;(5)具有可編程的后營業務特性;(6)具有很好的開放性;(7)有利于固定和移動核心網的融合;(8)具有先進的基于策略服務器的管理所有軟件組件的特性。
3.軟交換技術的主要應用
3.1分組中繼
針對用戶數增加對匯接局容量需求激增以及傳輸帶寬增加的情況,通過采用軟交換技術構建分組中繼疊加網絡,利用媒體網關直接提供高速的分組數據接口大大減少傳輸網絡中低速交叉連接設備的數量,對語音進行靜音抑制和話音壓縮,以及 AAL2/ATM的可變速率適配,降低了網絡傳輸成本和帶寬需求(可以節省近60%的傳輸資源),從而滿足對現有的匯接局的擴容要求。
3.2虛擬中繼
其實際上就是利用軟交換網轉接 PSTN端局之間的語音業務,而軟交換網本身不直接接入語音終端用戶,此時軟交換網的功能類似于 PSTN 中的匯接局或長途局的功能。提供虛擬中繼業務,軟交換網中必須配置 TG、SG 和軟交換機設備,若僅提供與 PSTN 相同的語音轉接業務,則不需要單獨的應用服務器,此時呼叫控制和業務的實現均是由軟交換機負責完成。目前各軟交換設備供應商提供的系統均已經能夠提供虛擬中繼業務。
3.3多媒體業務
多媒體業務用于提供特殊的資源供應用服務器上的增值業務使用。針對用戶多媒體業務的需求,利用軟交換技術,將各種應用服務器上的新業務,在軟交換設備的集中控制下,通過各種網關設備將實時傳送協議(RTP)媒體流重定向到廣大終端用戶。其中,軟交換直接控制著各種新業務的發放與實施,保證了業務在全網開展的及時性。
3.4電信級撥號接入
其MG同時具備 VOIP網關和關守2種功能,在軟交換的控制下,使得全網媒體網關能統一管理,并能進行撥號上網用戶數據旁路,利用L2TP支持多ISP方案。
3.5本地語音接入
在擁有龐大的、完善的本地IP網絡,但無本地PSTN端局的情況下,可以在用戶端設置IAD設備,利用已有的小區寬帶IP網絡連接至軟交換IP網絡,完成各個IAD與軟交換機、其它媒體網關設備的連接,即實現了本地電話機的接入,同時為了保證本地接入的電話能夠與其它運營商的PSTN通信,還需完成軟交換網與PSTN的連接。
3.6下一代本地交換系統
提供數據終端與PSTN網電信級互聯互通。支持對個人用戶(IPPHONE/PC)、企業用戶(IPPBX)及不同網絡(H.323/SIP)的接入。
3.7 3G 核心網
在3G網絡中,原MSC將裂變為MSC-GW和MSC-SERVER,MSC-GW完成媒體網關的功能,MSC-SERVER完成軟交換機的功能,IP網絡作為3G網絡的統一語音、數據媒體流的承載網絡,實現各種業務數據流的融合。
4.目前軟交換技術仍存在的問題
國際上尚無大型網絡的組網和運營經驗。傳統電信網經過長期的運營積累,在網絡組織方面已經具有相當成熟的經驗;而基于軟交換的網絡組織目前國內外尚無成熟的經驗,是采用基于軟交換的扁平化組網,還是分級匯接等在技術和實踐方面都有待進一步的探索。如果要實現扁平化組網。則意味著每個MSCSERVER需存儲并分析其他所有設備的局數據,這樣的實現方式一是維護的壓力大,二是從安全性的角度考慮也不好保證。
軟交換系統之間的協議尚未做到兼容性,標準還在發展之中。不同廠家的軟交換在技術標準的選用及協議的兼容性方面還難以做到相互兼容。BICC協議、SIP-T協議和H.248協議也在發展之中,協議的選項要求運營商根據業務的需要進一步確定。
軟交換系統還處在不斷完善的過程當中,設備的穩定性有待改進。如何提供性能更加穩定的設備仍然是需要解決的問題。
API沒有成熟的產品。基于開放的業務平臺、采用標準的API接口,為網絡運營商提供新業務開創了未來美好的前景,但是相應的產品仍在探索和研發之中。
軟交換體系能夠提供標準、開放的API接口,快速、靈活地提供豐富的業務,但目前主要的解決方案只提供基本話音業務、補充業務、IN 類業務、PINT 業務、多媒體終端之間的同步瀏覽、統一消息、多媒體會議等,如何積極開發和試驗新的業務是一個需要思考的問題。
5.結語
綜上所述,基于分層體系結構的軟交換作為NGN的核心技術,能夠充分利用現有的傳輸網絡(JP、ATM)的靈活性,采用開放的網絡架構體系,方便的開發各種適合客戶需求的話音、數據、視頻等業務,充分克服了傳統電信網絡的弱點,電信網絡的融合與發展是歷史的必然。隨著軟交換在全球范圍內研究和應用的深入,其在在未來的發展中,應主要定位于繼承傳統的話音業務,同時可以適當地發展一些基本的IP多媒體業務。同時,基于業務發展及服務質量提高的需求,軟交換網絡架構也將不斷向前發展。相信在不久的將來,其一定能夠得到長足的發展。
【參考文獻】
1、軟交換必須具有的功能
移動軟交換是多種邏輯功能實體的集合,提供綜合業務的呼叫控制、連接以及部分業務功能,是3GPP R4及以后階段軟交換系統核心網中的電路域實時語音/數據業務呼叫、控制、業務提供的核心設備。其主要功能包括以下幾個部分:
1.1移動性管理功能
主要完成切換(包括UMTS系統內、GSM系統內以及GSM與UMTS系統間的切換)、登記和移動臺去話功能。還具有VLR功能,包括用戶數據管理、位置登記、鑒權、提供MSRN、VLR恢復、切換號碼分配、TMSI分配、清除、SuperCharger功能。
1.2安全保密功能
支持用戶鑒權、TMSI使用和用戶信息加密。
1.3呼叫控制和處理功能
移動交換服務器可以為基本呼叫的建立、維持和釋放提供控制功能,包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發檢測和資源控制等;接收來自業務交換功能的監視請求,并對其中與呼叫相關的事件進行處理;支持基本的兩方呼叫控制功能和多方呼叫控制功能。
1.4其他功能
包括協議處理、互通、資源管理、計費、認證與授權、號碼分析/地址解析、媒體控制等。
2.引入軟交換的意義
軟交換將是新一代話音網絡交換的核心。如果說傳統的電信網是基于程控交換機的網絡,那么新一代分組話音網則是基于軟交換的網絡。軟交換是新、舊網絡融合的樞紐。這主要表現在以下幾個方面:
2.1軟交換成本低
軟交換由于采用了開放式平臺,易于接收革新應用,且軟交換利用的是普遍計算機器件,其性價比每年提高80%,遠高于電路交換(每年提高20%),可見軟交換在經濟方面有很大優勢。如圖表1示:
表1軟交換與傳統電路交換的區別
功能 軟交換 傳統電路交換
交換的基本方式 基于軟件 基于電路
設備控制 策略化、集中維護 靜態
體系結構 開放式結構 封閉的
交換媒體類型 話音、
數據、視頻 主要是語音
靈活性 較高 低
第3方業務能力 較高 難以實現
2.2開放智能業務不需對所有核心網網元升級
在2G、2.5G中,由于MSC是單個網元,無論是業務功能升級/部署還是媒體交換能力升級都需要升級MSC。經過升級的MSC要把呼叫控制移交給移動智能網(IN)節點――業務控制點SCP,由SCP執行業務邏輯。這樣導致業務提供成本高,MSC實時處理代價高,軟件成本高。而在軟交換的3GPP R4架構中,媒體網關和MSC服務器的分離使得它們各自可以獨立的進行工程實施、擴容和布局。由于業務升級遠多于媒體交換能力升級,而采用軟交換后,R4中的MSC服務器數量遠小于媒體網關的數量,這將帶來大量軟件升級費用的節省。
2.3軟交換可以提高網絡的可靠性
軟交換將以前的電路交換的核心功能進行分類,將功能以功能軟件的形式分配到分組網絡的骨干網中。這種分門別類的分布式結構是可編程的,并對服務供應商和第三方特性開發商是開放的。由于所有的功能都以標準的計算機平臺為基礎,可以很容易地實現網絡的可伸縮性和可靠性。
3、國際軟交換技術的發展狀況
隨著通信技術的飛速發展和電信市場的逐步開放,電信業的一個最重要的發展趨勢就是業務運營和網絡運營的分離,由網絡運營商提供可靠、高效的基礎承載平臺,由業務提供商提供各種應用,他們與設備制造商足鼎立,共同推動了電信業的繁榮和進步。軟交換技術是新一代網絡的核心技術,軟交換思想吸取了TP、ATM、IN和TDM 等眾家之長,形成分層、全開放的體系架構,作為新一代網絡的發展方向,軟交換不但實現了網絡的融合,更重要的是實現了業務的融合。
目前,歐洲電信運營商對于軟交換的發展和應用大體上采用比較務實和謹慎的態度,運營商部是根據自身網絡的實際情況和業務的發展來采取對策。德國電信聚焦海外市場,積極開拓國際IP網的話音業務,并在新技術投入使用之前,注重新技術和新設備的試驗和評估。
4、軟交換在3G核心網中的優勢
4.1分布式組網節省投資成本
傳統電路交換網利用集中的MSC在RAN和PSTN之間完成話音交換,存在布點多,運行成本和運行維護人員成本高的問題。運營商為解決這個問題,大多建設大型、集中的MSC,其代價是要建設來自各城市RAN的回程話音電路。由于多數呼叫是本地的,這就造成電路迂回,從本地RAN到MSC,又從MSC到本地PSTN。
4.2提供更多接入方式選擇
3G標準都不是基于全IP的網絡,比如CDMA2000是基于ANSI-41;WCDMA 99/TD-SCDMA是基于傳統的GSM、R4軟交換的承載和控制分離方式,而直到R5引入了IMS才實現全IP的核心網。顯然全IP的核心網絡也是3G發展的方向,采用基于全IP的核心網不但可以與無線接入方式獨立地發展,還可以支持包括WiFi、WiMAX、WCDMA等多種無線接入方式。在3G的R6中已經開始把WLAN和3G一同考慮了。WiFi/WiMAX和3G不同的承載特性(吞吐量、延時QoS、對稱性等)為用戶享受語音、數據、多媒體業務提供更多的接入方式選擇。
4.3引入競爭
在3G組網中,如果采用軟交換的架構,就可以很好的將具有獨到技術優勢的專業公司引入到設備的競爭中來。如可以將微軟在軟件方面的優勢引入業務服務器設備領域,將Intel在硬件方面的優勢引入媒體網關設備領域這對于提高設備性能,降低運營商建網成本,促進業務發展具有重大意義。
4.4 增強網絡可靠性
在實際網絡運營中,有這樣的矛盾:軟件的故障遠多于硬件的故障;硬件成本又遠大于軟件成本;軟件故障的影響遠大于硬件故障的影響。在R99組網中,合一的設備實體使得想通過設備冗余提高網絡可靠性是不可能的。應用軟交換技術后,可以通過設置N+I冗余業務服務器的方式低成本的提高網絡的可靠性。
關鍵詞:軟交換;協議;網絡;原理;應用
中圖分類號:U285.42文獻標識碼:A文章編號:1007-9599 (2010) 09-0000-01
Soft-switch Technology&Application in VOIP
Wang Shuguang
(China Railway Group Limited Hengshui Branch,Hengshui053000,China)
Abstract:Based on the principle of soft switching technology technical analysis,and introduces VOIP soft switch technology in the
application.
Keywords:Soft switching;Agreement;Network;Principle;Application
隨著軟交換網絡逐步走向實際應用,基于軟交換的VoIP成為NGN提供業務的最大亮點。與目前的VoIP不同,基于軟交換的VoIP不僅能提供基本語音業務,還能提供其所不能提供的新型增值業務,如視頻、即時消息、游戲和各種數據業務。
一、軟交換的技術特征
軟交換機的技術特征是基于MGCP、H.248媒體控制協議,實現呼叫控制與媒體傳輸相分離的思想。
盡管NGN的目標是將語音、數據、視頻業務逐漸融合演變成為集多種業務于IP網絡之上,但是它面臨的根本挑戰仍在于尋求成熟的、可大規模運營管理的IP電話技術。因為,語音是運營商最普及、最基本和最重要的業務,其市場涵蓋的范圍最廣,其商業收入的影響遠比其它業務更大。經過近百年的發展傳統的PSTN技術和TDM網為運營商的語音業務提供了成熟的經營模式和品質標準。數據IP網絡原本是為數據業務而設計的而語音是時間敏感性的業務,在數據IP網絡中提供大規模語音業務的IP電話技術是任何運營商在向NGN過渡過程中所面臨的首要挑戰。
軟交換機基本上是為在IP網上實現PSTN交換機的功能所特別設計的。傳統PSTN網的交換機是垂直、封閉和私有的系統結構,軟交換機是以呼叫控制與媒體相分離的、基于標準的、開放的系統結構。除此而外,軟交換機與PSTN的“硬”交換機還有許多共同的屬性。比如說,它們都是相對集中控制和管理的系統設備,其系統中保存了所有面向用戶的數據及其呼叫狀態信息。這一點使得軟交換機受到電信運營商的特別重視因為只有這樣才能滿足電信運營要求對IP分組網的端點接入和與PSTN互通互連實施有效的呼叫業務控制和運維管理。所以說,軟交換機是NGN中IP電話技術的一種重要實現手段。
所以從由軟交換機所提供的電話業務和其技術特征來看,軟交換機是NGN體系中一個重要的組成部分,但并沒有提供任何整套網絡架構的根本創新。
二、VOIP原理及VOIP通訊網絡的重要
VOIP即是Voice Over IP,是把話音或傳真轉換成數據,然后與數據一起共享同一個IP網絡(Internet互聯網)。由于話音和傳真在Internet上免費搭乘了“順風車”,所以點對點(網關-網關)長途(國際或國內)通訊是完全免費的。
現在長途電話已無需一定要通過電話公司來轉接了,只要采用VOIP技術,就可以用IP網絡來進轉接。IP網絡可以是Internet、IPLC(國際專線)、無線網絡等,只要是采用IP協議(Internet Protocol)就可以了。VOIP系統就是把傳統的電話網與互聯網組合搭配在一起。
三、軟交換技術的設計原理及其實現目標
軟交換技術是一個分布式的軟件系統,可以在基于各種不同技術、協議和設備的網絡之間提供無縫的互操作性,其基本設計原理是設法創建一個具有很好的伸縮性、接口標準性、業務開放性等特點的分布式軟件系統,它獨立于特定的底層硬件/操作系統,并能夠很好地處理各種業務所需要的同步通信協議,在一個理想的位置上把該架構推向摩爾曲線軌道。并且它應該有能力支持下列基本要求:
1.獨立于協議和設備的呼叫?熏設備的呼叫處理和/同步會晤管理應用的開發。
2.在其軟交換網絡中能夠安全地執行多個第三方應用而不存在由惡意或錯誤行為的應用所引起的任何有害影響。
3.第三方硬件銷售商能增加支持新設備和協議的能力。
4.業務和應用提供者能增加支持全系統范圍的策略能力而不會危害其性能和安全。
5.有能力進行同步通信控制,以支持包括賬單、網絡管理和其他運行支持系統的各種各樣的后營業室系統。
6.支持運行時間捆綁或有助于結構改善的同步通信控制網絡的動態拓撲。
7.從小到大的網絡可伸縮性和支持徹底的故障恢復能力。
四、基于軟交換的下一代網絡中需要繼續關注的主要問題
雖然基于軟交換的下一代網絡是一個比較完整的網絡解決方案,可以應用在各種通信領域,但由于其技術新,目前的解決方案大多處于實驗階段,尚未形成大規模應用,許多問題仍需要繼續關注,如QOS、網關、安全性、業務提供方式、與現有網絡的有機結合等問題。
對任何網絡來說,QOS的保證都是一個非常重要的問題。從根本上說,軟交換本身并不能解決QOS問題,而是靠其承載網絡來保證服務質量的。承載網絡目前有兩種方式:ATM和IP。對于ATM的承載網絡來說,其本身就有很強的QOS機制。但是,對于IP的承載網絡來說,如何解決好QOS問題。在基于軟交換的下一代網絡中是一個非常關鍵的問題,因為從目前廠家的設備開況和網絡發展的總的趨勢來看,以IP為承載網絡應該是大勢所趨。
五、結語
綜前所述,軟交換機是下一代網中語音/數據/視頻業務的呼叫控制、媒體控制和業務提供與分配系統的重要組成部分。下一代網不僅需要軟交換機作為局部結構和范疇的技術實驗,更需要其作為整個IP電話網絡體系架構的一部分與H.323技術和SIP技術等多種技術相融合的商業實踐。軟交換機在走向與IP電話網大規模地融合并使之具備擴展性、可靠性和可運營性的路上還會面臨挑戰。
參考文獻
[1]戴維森.部署VoIP解決方案.凡璇.人民郵電出版社
【關鍵詞】 VoIP技術 LTE 語音實現 解決方案
目前,LTE從理論走向建設也取得了巨大的發展,主要原因在于其物理層采用了OFDM(正交頻分復用)技術和傅立葉變換工具 。本質上LTE是端到端的IP分組網絡,IP技術的成熟足以在電信領域成為事實,但在電信級要求下,語音在LTE網絡上傳送,有很多問題需要考慮。因此,本文主要論述了VoIP語音技術在LTE中的實現,提出實現中注意問題及解決方案。
一、VoIP技術概述
隨著電信傳輸網的光纖化及數據通信分組化的發展,特別是IP技術在數據領域的巨大成功,語音技術的IP承載逐漸被人們所關注,并已逐漸商用。IP承載語音都需要重點考慮以下兩個重要因素:
(1)語音處理技術。IP網絡中的語音處理技術需解決兩個問題:一是要在保證話音質量的前提下盡可能降低編碼比特率,這主要涉及話音編碼技術,包括靜音檢測;二是要在IP網絡環境中保證一定的通話質量,通話質量的解決則主要涉及分組丟失補償和回波抵消技術。其中第一個問題相對重要,即什么樣的話音編碼技術最適合VoIP。實際應用中,話音編碼的要求可用編碼器的四個主要屬性來表示,即比特率、時延、復雜度和話音質量。降低比特率是話音編碼的主要任務,它直接關系到傳輸資源的有效利用和網絡容量的提高。
(2)IP語音通信協議。IP語音通信協議主要包含以下幾個部分:話音通信控制協議、語音信息的傳送協議及實時控制協議。語音通信控制協議相對于電信網中的呼叫控制信令;語音信息的傳送協議規定了話音分組如何封裝、復用和傳送,包括具有靜音檢測功能的各種話音編碼分組如何組裝和標識,由于話音分組必須采用實時傳送,不允許有大的時延,因此無法采用重發校錯機制的TCP作為其運輸層的協議,只能采用UDP協議。目前端到端語音通信協議比較成功且多采用SIP協議。
二、VoIP技術在LTE中的實現
2.1 LTE技術特點
LTE是世界范圍內的新一代寬帶無線移動通信技術,不同于以往的移動通信系統。在新的LTE系統架構下,LTE不再有支持實連接要求的網絡架構。因此,LTE是分組網絡,且該網絡結構非常扁平,從接入網到核心網,只有兩層架構,即基站和核心網兩種網元結構。
2.2 LTE承載語音的協議
目前有兩大協議支持實現VoIP,分別為ITU-T提出的H.323協議和IETF提出的SIP協議。但兩種協議研究的出發點有所不同:H.323是在已有的PSTN基礎上著重考慮與IP網絡的互聯,因此其協議復雜,同時語音的實現與承載媒體有很大的對應或依賴關系;SIP協議則重點把語音當作IP的一個應用,協議相對簡單,且語音實現與承載媒體不需要很強的對應關系。目前,LTE已發展成為端到端的IP網絡,語音可以看作LTE網絡今后的一個應用,因此其語音協議只能選擇SIP協議。
2.3 LTE承載語音的平臺選擇
為在分組域基礎上實現語音及多媒體業務,3GPP在3G分組域上成功地構建了IMS(IP多媒體子系統)平臺,本質上IMS采用的是新一代軟交換技術。IMS平臺技術實現了業務、控制及承載的完全分離,用戶屬性與接入無關等特性。這些特性在IMS上的體現解決了軟交換技術無法解決的問題,如用戶移動性支持、標準開放的業務接口、靈活的IP多媒體業務提供等。因此,從LTE發展的使命結合IMS平臺技術特點,LTE承載語音將會采用IMS平臺。
2.4 LTE承載語音需要解決的問題
確定了語音協議及控制平臺等整體框架后,理論上說LTE可以傳輸語音了,下一步考慮的將是細節問題,主要涉及QoS。關于QoS需要考慮的因素包括語音編碼、端到端總時延、接收端分組抖動時延、分組丟失率及無序分組等。
語音在IP傳輸是不能采用64kb/s的波形編碼技術的。這種編碼技最大特點是語音沒有失真,但其編碼速率太高,需要的網絡成本代價太大;3G時代語音編碼采用參數編碼技術AMR,其編碼速率在4.75~12.2kb/s內變化。隨著各種媒體增值業務逐漸走向應用,AMR語音已經滿足不了用戶的需要,寬度語音和音頻編碼在電信級網絡中越來越受關注。
語音電話是一種典型的交互類業務,據統計和調研,該業務對時延和時延抖動有嚴格要求,但對語音包丟失等有較強的容忍度。LTE是針對高速數據業務設計的系統,目前從LTE實驗和商用網情況來看,其時延和時延抖動達不到VoIP電信級要求,因此一旦oIP用戶量入網,這種數據率低的實時業務需要LTE系統在設計上進行改進,甚至需要引入新的技術才能減少時延和時延抖動。因此,基于IMS平臺實現VoIP是LTE的終極目標,目前還不能實現。
2.5 LTE初期語音承載方案
在現有的LTE版本下,實現VoIP達不到電信運營條件,但市場要求LTE必須提供語音業務,那么運營商必須依賴現有實連接網絡(如GSM、3G網絡、CS域網絡等)才能解決語音運營問題。
(1)雙待機終端方案。該方案的基本思路是雙待機終端可以同時待機在LTE網絡和2G/3G網絡里,可同時從LTE和2G/3G網絡接收和發送信號。在撥打電話時,該終端可自動選擇從2G/3G模式下進行語音通信,LTE網絡僅提供數據業務。該方案相對比較簡單,終端芯片需要采用兩個芯片(1個2G/3G芯片和1個LTE芯片)或多模芯片。由于雙待機終端的LTE與2G/3G模式之間沒有任何互操作,終端不需要實現異系統測量,因此LTE網絡和傳統的2G/3G網絡沒有信令接口要求,網絡無需改造。
(2)CSFB方案。CSFB方案基本思路是用戶終端一般附著在LTE網絡上,用戶需要進行語音業務時可從LTE網絡回落到2G/3G的電路域重新接入,并按照電路域的業務流程發起或接聽語音業務。該方案要求網絡互通,需要提供信令支撐,還要對現有網絡架構改造,以實現SGs關聯。SGs關聯在CSFB技術中起著橋梁作用,能夠將兩個不同的系統聯系起來,實現用戶在不同系統間的語音業務連續。為實現SGs關聯,首先,現網MSC需要新增與MME的SGs接口,現網3G網絡SGSN需要新增與MME的S3接口;其次,現網2G/3G網絡的無線子系統,包括BTS NODEB,BSC及RNC等,需要增加LTE的鄰小區配置;再者,為使終端在CSFB到2G/3G網絡的語音業務結束后,盡快回到LTE網絡,原有網絡的無線子系統需要支持Fast Return功能;最后,為了優化終端從LTE回落到2G/3G的延遲,原有網絡的無線子系統需要支持RIM功能。
三、總結
CSFB方案和雙待機方案共同點是語音業務均由現有的2G/3G網絡提供。兩者不同點是CSFB方案以數據業務優先;雙待機方案在TDD-LTE和2G/3G網絡下同時待機,能及時提供數據和語音業務。在LTE建設初期,運營商選擇何種方案提供語音業務,需要結合建網成本、終端的成熟度及語音向VoIP終極目標演進進度等綜合因素后才能確定。
參 考 文 獻
一、系統概述
由于系統是基于電信運營商的IMS電話系統進行系統架構,首先需要到電信運營商部門申請一個IMS方式的固定電話號碼,申請后我們會得到電話的用戶名、密碼和中繼網關的地址(一般會有兩個地址一個主地址一個備用地址),其次我們還需要準備一臺服務器安裝Asterisk系統(建議13及以上版本)軟件,此系統建議安裝到Centos系統上(建議6.5及以上版本)。
1.1 IMS介紹
IMS(IP Multimedia Subsystem)是IP多媒體系統,是一種全新的多媒體業務形式,它能夠滿足現在終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業務的需求。目前,IMS被認為是下一代網絡的技術核心,也是解決移動與固網融合,引入語音、數據、視頻三重融合等差異化業務的重要方式。隨著4G網絡及 VoLTE的發展,IMS也得到了快速推進。
IMS旨在建立一個與接入無關、基于開放的SIP/IP協議及支持多種多媒體業務類型的平臺來提供豐富的業務,它將峰窩移動通信網絡技術、傳統固定網技術和互聯網技術有機結合起來,為未來的基于全IP網絡多媒體應用提供了一個通用的業務智能平臺,也為未來網絡發展過程中的網絡融合提供了技術基礎。通信技術發展到今天,運營商對多網融合技術的需求越來越迫切,在行業轉型的大背景下,智能化、移動化及寬帶化的趨勢日益顯著。以SIP核心的IMS技術,支持多種固定、移動、無線接入方式,作為下一代固定移動融合解決方案的標準得到了廣泛認可。
1.2 Asterisk介紹
Asterisk是一個開放源代碼的軟VoIP PBX系統,它是一個運行在Linux環境下的純軟件實施方案。Asterisk,提供了許多電信功能,能夠把你的x86機 器變成自己的交換機,還能夠當作一臺企業級的商用交換機。本文我們將利用Asterisk較新的PJSIP協議與電信IMS網絡進行雙向通信。
1.2.1 Asterisk 接口介紹
Asterisk接口主要是三種AMI、AGI以及ARI。AMI主要是呼叫控制管理接口,允許管理客戶端程序連接到一個Asterisk實例并且可以通過TCP/IP流發送命令或讀取事件;AGI是類似CGI的接口,提供Asterisk撥號規則和外部程序之間的接口;ARI是新增接口,是個異步接口,可以利用REST請求方式方便的與Asterisk通道、多媒體、端點、橋接等進行管理與交互。三種接口的關系如下圖1。
二、系y開發
系統采用B/S架構,基于PHP(5.5)語言進行開發。主要通過調用AGI接口和ARI接口進行與IMS電話進行雙向通信。
關鍵詞:通訊工程;應用;軟交換技術;探討
軟交換技術的概念一經提出,便迅速躥紅,得到了市場以及業界的廣泛認可和重視,其憑借著強大的功能、低成本的優勢,贏得了各大運營商的追捧,成為下一代通信工程的核心技術。
一、軟交換技術網絡結構
分層化和構件化是軟交換網絡的基本特點。對于分層化,其在縱向上的分層從低到高依次是接入層、承載層、控制層、業務/應用層。接入層的功能是為用戶提供各種接入手段,并將其所接受的信息格式進行轉化,使信息能夠順利在IP承載網上進行傳輸。承載層的任務為負責將軟交換網絡的信息流傳輸至目的地。控制層的作用是提供呼叫控制、承載控制。(交換技術便是它的核心)業務/應用層功能是提供各項業務、應用。對于構件化,軟交換技術的基本構件主要由軟交換、接入設備、中繼網關、信令網關、媒體資源服務器、業務服務器、組承載網等組成。
二、軟交換技術特點及其優勢
1.軟交換特點。軟交換技術最大的亮點就是它獨立于底層硬件與上層操作系統,因此軟交換技術擁有良好的伸縮性和開放性,可以為通信系統提供多種所需的同步通信協議。軟交換技術的主要技術特點表現在三個方面:(1)可以兼顧多種通信系統需求并保證其通信質量使通信寬帶得到有效利用。(2)網絡結構清晰層次感強。軟交換技術設備可以被部署于中心機房,更有利于建立新業務和引入。(3)網絡結構簡單,語言承載面平面化,淘汰了匯接局機制。
2.軟交換優勢。基于軟交換的特點,其優勢主要表現在:(1)由于集中控制核心結構與開放通用的接口協議,使網絡組建成本得到極大降低,新業務部署速度得到提高,從而使網絡制式實現平滑遷移。(2)由于軟交換使用的設備功能齊全、功耗低、處理能力強大,因此網絡運營和維護成本易于控制。(3)軟交換技術擁有多節點間相互備份的功能,因此對于網絡的安全性和可靠性更加突出。
三、軟交換技術在通訊工程的應用
1.在前期的應用。在軟交換網絡建設的開始階段,因為其業務量相對較小、網絡規模有限,因此軟交換首先應該獨立設點,然后隨著軟交換網路業務量的不斷增加,一步步由點及面進行擴展。此外,可以嘗試將軟交換設備植入信息工程系統中,與綜合接入設備(IAD)、媒體接入網關(AMG)、智能終端等相配合實現本地用戶覆蓋,為本地用戶土工多媒體業務、話音等。另外,可以通過一套通用媒體網關(UMG),使軟交換網絡與匯接中心、公網相連接,從而達到與電話交換網絡互通的目的。
2.在中期的應用。隨著前期軟交換網絡業務的不斷拓展,網絡規模不斷擴大,軟交換節點數目不斷增加,由軟交換主導的包交換網的用戶量達到或超過電話交換網的用戶量時,電話交換網便會邊緣化,而軟交換控制的數據網便會在網絡應用中占據主導地位。與此同時,為順勢進一步擴大規模、開拓業務、搶占市場,可以在網絡中進行通用媒體網關(UMG)設置,其不僅可以起到中繼媒體網關的作用,更重要的是,它可以實現運營商對電力電話交換網絡的連接,匯接覆蓋電力電話交換專網,從而使VOIP長途業務得到順利開展。在網絡用戶數量和網絡容量達到一定規模時,可以適時加入一套軟交換設備,從而使網絡的可靠性得到提高,容量得到加大,業務層系統得到增加,業務更加豐富,網絡運營管理功能更加完善。
3.在后期的應用。在軟交換網絡成熟以后,軟交換設備可以通過SIP-T與BICC協議實現整體網絡互聯互通,從而借助于IP承載網,使各區域、地區的業務互聯互通。用戶的媒體網關功能主要由通用媒體網關實現,使用戶處于主體地位,而中繼網關的功能相應弱化,其主要功能轉化為對各省各地區運營商以及電話交換網絡的連接。
四、軟交換在通訊工程的應用前景
軟交換技術的應用前景十分廣泛,最主要的應用有三方面:第一,使計算機網絡與電力通信網中的電話網實現互通。軟交換技術憑借其對多種信令、協議的支持,可以有效地解決計算機網絡與電話網絡信令不通等問題,實現不同網絡之間的互操作。第二,對增值業務進行補充,軟交換技術不僅能實現傳統的語音、數據、視頻等業務,而且可以充分利用軟交換技術的開放式應用程序接口,開展更多的新業務。第三,使整個網絡可以實現信息交換,現存的網絡傳輸介質有載波、光纖、微波等,其設備系統等都相互獨立,軟技術交換的應用有望在一臺機器上實現對多種介質的信息進行交換。
五、結語
網絡技術的發展一日千里,網絡系統的更新換代已經是大勢所趨。而軟交換技術作為下一代通訊工程的關鍵性技術,其在公用通信網、各類專網甚至電力專用通信網中都有著非常廣闊的前景。但是,目前軟交換技術并非盡善盡美,在應用方面仍然有一些難關需要攻克。因此,我們應該以積極進取的精神不斷開拓創新,在實際應用中完善、發展。
參考文獻:
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流媒體,顧名思義是流動的媒體。要理解流媒體的作用,便需要理解WWW的運行機理。網絡服務器通常被描述為“無狀態”的,它接受信息請求,將信息盡快發出,完成處理,斷開連接,轉而處理其他用戶的請求。而在客戶端,你的瀏覽器處理收到的信息,將信息匯集在屏幕上,直到你點擊鏈接時才再次激活網絡服務器。服務器與客戶端之間的網絡傳輸只是瞬間的快速交換,然后便斷開。
這種“無狀態”方式很適合靜止的圖形或文字一類的媒體,將它們輸入瀏覽器便可輕松地顯示在屏幕上。但對動態的圖像和聲音來說卻很成問題。因為圖像、錄像、動畫和聲音帶有時間元素,這會增大文件的容量。在“無狀態”方式下,網絡用戶需要在觀看之前將整個錄像片段下載下來。這種等待是令人難以忍受的,因而需要其他的解決途徑。
應用流媒體的目的是突破WWW的限制,采用基于Internet的技術,將媒體數據在觀看時才傳輸給用戶。這非常像看電視或聽收音機,在看到圖像或聽到聲音的當時才接收到它們。因而流媒體是一種持續的連接,而不是“無狀態”的數據連接,但原數字聲音和錄像文件還是非常大,因而要讓它們適于調制調解器或局域網,必須對其進行壓縮。
1、流媒體技術及其格式
傳統的多媒體文件需要從服務器上下載之后才能播放,而流媒體和常規視頻媒體不同,可邊下載邊播放。流媒體是運用可變帶寬技術,以“流”的傳輸方式在因特網上播放的媒體格式,如音頻、視頻或多媒體文件,使人們可以從28kbit/s到1200kbit/s的帶寬環境下在線欣賞連續的高品質音頻和視頻節目。與單純的下載方式相比,這種對多媒體文件邊下載邊播放的流式傳輸方式使啟動延時大幅度地縮短,而且對系統緩存容量的需求也大大降低。流媒體不僅可以進行單向的視頻點播,還能夠提供真正互動的視頻節目,如互動游戲、三維動畫等,可以實時觀看電影或收聽廣播,給網上生活增添色彩。在流媒體技術中,需對A/V、3D等多媒體文件數據進行預處理后才能進行流式傳輸,采用先進高效的壓縮算法。盡管流式傳輸對于系統緩存容量的要求大大降低,但仍需要緩存,使用緩存系統是用來彌補延遲和抖動的影響,并保證數據包傳輸順序的正確,使媒體數據能連續輸出,不會因網絡暫時擁堵而使播放出現停頓。流式傳輸的實現需要合適的傳輸協議,如實時傳輸協議(RTP)、實時傳輸控制協議(RTCP)、實時
流協議(RTSP)。
2、流式傳輸的基礎概念
在網絡上傳輸音/視頻等多媒體信息目前主要有下載和流式傳輸兩種方案。A/V文件一般都較大,所以需要的存儲容量也較大;同時由于網絡帶寬的限制,下載常常要花數分鐘甚至數小時,所以這種處理方法延遲也很大。流式傳輸時,聲音、影像或動畫等時基媒體由音視頻服務器向用戶計算機的連續、實時傳送,用戶不必等到整個文件全部下載完畢,而只需經過幾秒或十數秒的啟動延時即可進行觀看。當聲音等時基媒體在客戶機上播放時,文件的剩余部分將在后臺從服務器內繼續下載。流式不僅使啟動延時成十倍、百倍地縮短,而且不需要太大的緩存容量。流式傳輸避免了用戶必須等待整個文件全部從Internet上下載才能觀看的缺點。
流式傳輸定義很廣泛,現在主要指通過網絡傳送媒體(如視頻、音頻)的技術總稱。其特定含義為通過Internet 將影視節目傳送到PC機。實現流式傳輸有兩種方法:實時流式傳輸(Real time streaming)和順序流式傳輸(progressive streaming)。一般說來,如視頻為實時廣播,或使用流式傳輸媒體服務器,或應用如RTSP的實時協議,即為實時流式傳輸。如使用HTTP服務器,文件即通過順序流發送。采用那種傳輸方法依賴你的需求。當然,流式文件也支持在播放前完全下載到硬盤。
(1)順序流式傳輸
順序流式傳輸是順序下載,在下載文件的同時用戶可觀看在線媒體,在給定時刻,用戶只能觀看已下載的那部分,而不能跳到還未下載的前頭部分,順序流式傳輸不像實時流式傳輸那樣可以在傳輸期間根據用戶連接的速度做調整。由于標準的HTTP服務器可發送這種形式的文件,也不需要其他特殊協議,它經常被稱作HTTP(超文本傳送協議)流式傳輸。順序流式傳輸比較適合高質量的短片段,如片頭、片尾和廣告,由于該文件在播放前觀看的部分是無損下載的,這種方法保證電影播放的最終質量。順序流式文件是放在標準HTTP 或 FTP(文件傳送協議)服務器上,易于管理,基本上與防火墻無關。順序流式傳輸不適合長片段和有隨機訪問要求的視頻,如:講座、演說與演示。它也不支持現場廣播,嚴格說來,它是一種點播技術。
(2)實時流式傳輸
實時流式傳輸指保證媒體信號帶寬與網絡連接配匹,使媒體可被實時觀看到。實時流與HTTP流式傳輸不同,它需要專用的流媒體服務器與傳輸協議。
實時流式傳輸總是實時傳送,特別適合現場直播,支持隨機訪問,用戶可快進或后退以觀看前面或后面的內容。理論上,實時流一經播放就不可停止,但實際上,可能發生周期暫停。
實時流式傳輸必須匹配連接帶寬,這意味著在以調制解調器連接時圖象質量較差。而且,由于出錯丟失的信息被忽略掉,網絡擁擠或出現問題時,視頻質量很差。如欲保證視頻質量,順序流式傳輸也許更好。實時流式傳輸需要特定服務器,如QuickTime Streaming Server、Real Server與Windows Media Server。這些服務器允許你對媒體發送進行更多級別的控制,因而系統設置、管理比標準HTTP服務器更復雜。實時流式傳輸還需要特殊網絡協議,如:RTSP (Real time Streaming Protocol)或MMS(Microsoft Media Server)。這些協議在有防火墻時有時會出現問題,導致用戶不能看到一些地點的實時內容。
流媒體在寬帶網絡上的應用
比爾?蓋茨說:“流媒體是微軟真正看好的方向。”
寬帶的出現和發展是互聯網發展到一個新階段的標志,也是互聯網用戶需求增加和互聯網技術提高的產物,互聯網的寬帶化是互聯網發展的大勢所趨。 互聯網的迅猛發展和普及為流媒體業務發展提供了強大的市場動力,流媒體業務正變得日益流行。流媒體技術廣泛用于在線直播、視頻點播、遠程教育、多媒體新聞、網絡廣告、電子商務、遠程醫療、網絡電臺、實時視頻會議等互聯網信息服務的方方面面,它的應用將為網絡信息交流帶來革命性的變化,對人們的工作和生活將產生深遠的影響,流媒體的應用將為寬帶網絡的應用創出一條新路。
1、流媒體在寬帶網上的應用
(1)因特網視頻直播
流媒體的視頻直播應用突破了網絡帶寬的限制,實現了在低帶寬環境下的高質量影視、音頻傳輸,其中的智能流技術保證不同連接速率下的用戶,可以得到不同質量的影、音效果。此外,流媒體的多址廣播(Multicast)技術可以大大減少服務器端的負荷,同時最大限度地節省了帶寬。
(2)校園視頻網
校園網的建設近幾年來也逐漸呈現出蓬勃向上的態勢,隨著多媒體技術的不斷發展,特別是多媒體傳輸技術的突破,使網絡多媒體教學得以實現。現在已經有許多成熟的產品,如Cisco公司的IP/TV,可以用來組建校園視頻網,提供實時廣播、定時廣播、視頻點播三種通信模式。
(3)遠程教育
就目前來講,能夠在互聯網上進行多媒體交互教學的技術多為流媒體,像Real System、Flash、Shockwa-
ve等技術就經常應用到網絡教學中。隨著網絡及流媒體技術的發展,越來越多的遠程教育網站開始采用流媒體作為主要的網絡教學方式。
(4)寬/窄帶會議電視
目前符合H.323以及H.264的會議電視系統均采用流媒體技術;按照ITU-T等國際標準,實施IP會議比電信網環境更為復雜,大多數產品均采用Intranet或VPN;至于實時流問題,可采用電信網出口接路由器,實現大規模、大區域會議,但QoS又難以保證,是亟待解決的問題之一;在信息安全方面,有的公司產品推出三級安全措施的VPN網關,QoS較好;目前許多部門正在研發寬窄帶互通、不同制式終端、不同速率的媒體流。在真正的IP環境中實現實時、多點交互、高清晰度的會議系統時,如何保證流媒體特點,比一般視頻技術應用難度更大。
2、商業流媒體運營模式
時代華納公司是世界上最大的電視網絡公司。它采用了“內容+網站”的經營模式,網絡與內容兼營,如果將內容比作車,網絡比作路的話,它兩者都有了。時代華納原本就有龐大的內容制作部門,并且有2200萬的美國在線用戶。這使得它在發展網絡電視上具有得天獨厚的優勢。
中國電信與新華社的聯手合作。中國電信擁有強大的骨干網和較為完善的城域網,中國電信是目前及較長時間內國內惟一的擁有完整網絡體系的電信運營商;新華社是世界五大通訊社之一,擁有覆蓋全球的網絡,具有高素質的新聞采編力量,其節目原創性強,并具有獨家權威性的新聞資源。依托中國電信的優質網絡,新華社將語音、圖像、音頻、視頻等傳播訊號通過寬帶網向廣大用戶播出,為上網用戶提供一個更精彩的、全新互動的信息源。中新華電信的合作在目前國內是全新的運營商與媒體合作的寬帶運營模式。這種運營模式避免了重復投資,取長補短,值得提倡。
隨著寬帶向前的推動,寬帶運營商考慮的是如何在拓展寬帶增值業務的同時,有效控制成本,提高寬帶用戶忠誠度,實現盈利,進入商業流媒體運營的良性循環。要想向用戶提供豐富多彩的寬帶內容,并確保網絡運營商和內容提供商能夠通過寬帶內容的服務實現盈利,就必須盡快解決現行寬帶網絡商業運作模式中存在的弊端。
寬帶運營現存的主要問題是寬帶網絡大量鋪設,實際開通用戶少,原因是寬帶內容匱乏,尤其是多媒體增值內容的缺乏,使用戶選擇寬帶網絡動力不足,而網上寬帶內容匱乏的原因有幾方面的原因:內容提供商先天缺乏;知識產權管理不善;包月制繳費方式不利于內容提供商;運營商的宣傳力度不夠。
解決的辦法是用技術手段解決內容提供商的后顧之憂,也就是對知識產權作切實的保護,在版權管理上和收費機制上作重大改革。
由于電子文件可以多次復制的先天缺陷,內容提供商缺乏積極性,盜版的電影碟片和制片人對電影拍攝投入資金的緊縮是現實中很典型的例子,解決這個問題的思路有很多,數字加密、跟蹤的技術是一個較為根本的解決辦法,還有營銷上的技術性處理及加大打擊力度,版權管理的另一方面,對于版稅的計錄、計算和交易,其實這是對知識產權管理的最重要的一個方面,因為這是與內容商聯系最緊密、也是我們能力范圍內能做好的事情。
對于寬帶流媒體運營的模式,我們要在切實解決版權管理和收費機制問題的同時,加強我們的產品與其他寬帶傳播平臺的親和力,真正做到向運營商(包括最終用戶)提供一個能充分整合寬帶內容與增值服務的高性價的平臺級產
品。
迎接流媒體市場的全球發展
1、全球流媒體用戶越來越多
近兩年來,美國寬帶用戶日益增加。目前寬帶普及率已達20%~30%,而且上網的時間越來越長。到2003年,寬帶用戶的主要時間將在網上,其中流媒體業務的用戶也越來越多。
美國和歐洲之外還將有2000萬用戶;全球1/3的媒體用戶下載這類內容,40%的流媒體站點業務量來自于北美之外。在亞洲,韓國是一個增長最快的市場,已經有200萬的寬帶連接。香港、日本和臺灣也是流媒體增長的潛在的市場。
分析家們從3G拍賣中得到證實,流媒體今后的市場將十分巨大。很多3G許可證的擁有者都希望能提供一些可帶來較大收入的業務,流媒體業務是其中之一。很多運營商所以在3G上投資巨大,因為他們堅信人們將大量利用蜂窩網絡傳送數據。在歐洲,2005年有大約7000萬數據用戶,占無線蜂窩用戶的22%。
2、流媒體市場發展迅速
流媒體在企業用戶和消費者市場有很大的發展潛力。雖然視頻流與主要經由PC機的流媒體應用有關,但是電信運營公司通過TV提供的流媒體也有很大的市場。分析家認為今后幾年將是流媒體大發展的時期。