TDMOIP:通过IP延伸电路交换_

TDMOIP:通过IP延伸电路交换

2004/08/17

　　编者按：VoIP无疑是网络通信领域的革新技术，也正在不断完善之中。而在此过渡阶段还有另外一种技术—TDMoIP(Time Division Multiplexing over IP)，可以利用IP完成电话服务。这种方法是把IP网络作为原有TDM网络的一种插入式替换，支持该技术的设备可以与所有的现有设备，如传统PBX和交换机，实现无缝接入，提供上百种电话功能和用户熟悉的PSTN质量。

　　不可否认，基于IP的高速网络是通信领域的一次革新，这归功于因特网的日益流行和该技术带来的成本下降。据悉，对于许多应用来说，IP流量的费用已经低于传统TDM服务的价格，随之而来的是全球范围的数据流量超过了电话网络的流量。可以预见的是，许多现存的电话基础设施将被基于IP的新机制取代。然而，这项革命性的工作并不会在短期内完成，今天的电路交换网络，不论是VoIP准备取代的部分，还是VoIP必须与之连接的部分，都十分复杂……

VoIP的烦恼

　　从理论上讲，在IP网络上传输话音看起来并不难：数字化后的话音信号只是一种数据，可以和其他数据一样由分组网络传输。电话网络的主要技术成就，如最低成本路由方法，在IP网络中都可以找到与之相对应的部分。然而，如果想与TDM网络进行竞争，VoIP必须切实解决两个主要问题：即QoS和信令。

　　为了解决服务质量问题，使用了如隧道、抖动缓冲等技术，而有关话音质量的其他技术，如回声抑制、话音压缩，并不是数据网的固有功能，对VoIP技术来讲需要添加到已有网络中，这是麻烦之一。另外，几乎所有在VoIP领域的研发努力都集中在解决QoS问题上，而信令问题包括如摘机、震铃等基本的功能；接通正确的号码和记账所需的更高级的功能；来电显示、呼叫转移、电话会议等复杂的功能，以及目前智能网络新增的功能等，再加上几十个国家和地区的细微差别，则增加了复杂程度。

TDMoIP生存之道

　　为了解释TDMoIP的原理，我们首先回忆一下有关TDM的知识。一个T1帧由24个单字节的时隙和1个单独比特的同步位共193比特组成。一个E1帧由完整的32个字节（256比特）组成，其中一个字节用来保持同步，一个字节传统上为信令保留。在这两种情形下，帧速率为8000帧/秒。

　　TDMoIP最简单的实现方法如下：通过附加适当的报头，用IP包封装每个T1或E1帧。因为数据包提供分段，同步位/字节不必包括在内。因此对T1和E1的有效负载分别为24字节和31字节。对于可靠的、面向连接的服务，有人考虑使用TCP/IP协议，这需要20字节的TCP报头、20字节的IP报头，每个数据分组共需40字节。TCP提供了端到端的可靠连接，但这对话音分组用处不大，因为重传的话音分组到达接收端时次序已乱，将被丢弃。更合理的选择将是使用实时传输协议RTP，它的报头至少12个字节，另加8字节的UTP报头和IP的报头，这与上面的开销一致。而用40字节的额外开销传送24字节或31字节的有效负载实在是浪费，解决这一问题有两个方法：

报头压缩方案：现在已经有RFC文档提出把TCP和RTP的平均报头减到只有3个字节，把开销百分比降到8%～9%。

把多个帧在封装前组成一个超级帧：例如，把8个T1（E1）帧合并成192（248）字节的负载，使得开销百分比降到17%（14%）的合理程度。尽管合并增加了一定的缓冲延迟，但每帧只有125微秒的持续时间，与VoIP系统相比这一延迟是可以忽略的。例如由8个连续帧组成的一个超级帧引入1毫秒的单向延迟，是用在VoIP中标准的16Kbps低延迟编码器的一半，大大低于具有15毫秒延迟的8Kbps的编码器。

　　对原始帧的简单封装只是实现TDMoIP方法之一。其他方法则是首先对TDM数据在进行IP封装前利用其他协议进行编码。为什么要在TDM和IP之间加入另外一层协议呢？这可以有很多好处:当初始包含TDM数据的帧的尺寸不合适时，使用中间编码可提供错误校验、与其他系统实现互操作、以及实现话音压缩或增强。

　　不管细节如何，重要的是TDMoIP技术不做任何数据解释地透明传输TDM帧，这对时隙、信令通道等TDM内部内容的优势显而易见。这样一来，TDMoIP可以用来传输任意的T1/E1服务，即使有些通道是用来传送数据的，或整个帧都是非结构化的数据流。类似地，TDMoIP的基本思想可以很容易地扩展到分档T1或信道化的E1系统中。为了减少流量，在IP数据包中只包含载有信息的字节。

竞争和互补

　　总体来说，TDMoIP比VoIP简单，因为它对话音、数据信令和协议是透明的，即使这些协议都是专用的。而VoIP则面临新协议带来的麻烦并且要实现信令格式的转换，尽管VoIP承诺支持新的协议，但TDMoIP自动使用了现存PBX和CTI功能所具备的优势。至于带宽优化，VoIP使用DSP进行话音压缩和静音抑制从而满足带宽要求，但这是以降低通信质量和增加延迟为代价的。TDMoIP的简单性转化成为所有者最初的低投入和运行时的低成本利益。再有，一些企业用户对替换传统TDM设备和“forklift式升级”有关的培训和维护费用不感兴趣，因为TDMoIP可以为他们节省大量开支。

　　另外，TDMoIP 与 VoIP相比，一个很重要的特点是其出色的带宽利用率。对VoIP来讲，在单个IP包中只有一个语音信道，而TDMoIP因应用了TDMoIP多路复用器，可在单个IP包中携带多个语音信道，这个特点大大提高了带宽利用率。毕竟在不同国家的市场上，每个端口的成本都不同，而与VoIP相比，TDMoIP占用带宽较低的特点适用于任何市场，它可持续帮助用户节省运营成本。另一方面，用在电信方或客户端的TDM设备对任何协议和信号都很透明，就是说，使用TDMoIP不需对用户原有的设备（比如说PBX或TDM设备）进行升级，同样，也能节省运营成本（不需要培训人员来维护客户端需要升级的、有IP功能的TDM设备）。总的来说，TDMoIP相比VoIP的优势是：

出色的带宽利用率，可在单个IP包中携带多个语音信道；

对局端和客户端TDM设备协议和信号都透明，与VoIP相比，实现TDMoIP技术不需要对用户的设备进行任何的升级。

　　从服务提供商的角度看，TDMoIP和VoIP是互补的。从用户端到运营商POP之间通过IP网络透明扩展TDM主干，使运营商在现有资源的POP上开发更大的、可扩展的VoIP网关和软交换变得简单容易，并为用户在用户端提供简单的TDMoIP网络终端单元(NTU)。这时TDMoIP电路可提供比VoIP更多的服务，如通常的PSTN接入，中央交换机、帧中继和ISDN。

　　另外，具有竞争力的本地交换运营商（Competitive local exchange carriers-CLEC）可通过TDMoIP技术的优势，利用更多的连接点（POP），迅速、简易、低成本地扩展其市场份额。现有的本地交换运营商（Incumbent local exchange carriers-ILEC）利用TDMoIP可以通过高性能价格比在光纤或无线链路上扩展T1或E1线路，直到CLEC的服务连接点，从而为CLEC批发提供基本的传输线路。

　　负责数据交换的本地交换运营商以及公用事业公司可以利用其无线或光纤数据网络，使用TDMoIP在位于不同地点的单位间扩展T1或E1线路，达到增加收入的目的。通过这种方法，服务提供商可以把专线服务捆绑到宽带数据应用中，具体服务包括：

高速因特网接入、Web托管和VLAN;

传统的PSTN接入或集线服务，利用中心局到客户端4/5类交换实现线路扩展;

通过使用IP网关或交换机提供新的话音服务和一致的消息服务，把线路扩展到远程;

专线服务;

本地环路接入到ATM、帧中继、ISDN和X.25网络。

　　TDMoIP为CLEC提供了为其用户扩展服务的又一选择。通常CLEC需要从ILEC租用本地环路，但现在任何分组网络都可以达到这一目的。所有从前运行在T1或E1线路上的话音和数据服务都可以自动地在IP上运行。这不但包括简单的PSTN接入，而且包括PRI、集线、VoIP的话音服务和ATM、帧中继、PPP、ISDN、SNA、X.25等数据服务。可使用的分组网络不再局限于同步的ATM和SONET，而且可以同样运行于10/100Base-T无线局域网、千兆以太网或任何其他网络之上。

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