用于Fusion的Clarent ThroughPacket IP中繼
──提高基于Fusion的VoIP網關的效益／成本和質量

一．引言　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　在過去的幾年里，因特網已經發(fā)展成為全世界普及的網絡。這個基于包的網絡以及網絡上的IP協(xié)議已經成為傳遞所有各類信息（包括數(shù)據(jù)、語音、音樂和圖象）事實上的傳輸介質。

　　為了利用這個快速發(fā)展的技術，許多運營商和大公司已經建起了私有的基于IP的包網絡，通過中繼把這些網絡和公共交換電話網（PSTN）連接起來。近幾年，合并這些完全不同網絡環(huán)境的想法越來越多。基于包的IP網和基于電路的PSTN的匯聚，已經引領了一個對VoIP網關系統(tǒng)（這個網關系統(tǒng)能夠通過基于IP的網絡傳輸PSTN語音數(shù)據(jù)）的正在增長的需求。
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二．VoIP網關的報頭開銷

　　在IP網和PSTN之間的網關使用VoIP技術橋接這兩個網絡世界。源于PSTN側一個發(fā)話人的語音數(shù)據(jù)被以一個連續(xù)流的形式帶到VoIP網關。網關打斷這個連續(xù)的數(shù)據(jù)流，包裝成包含特定時間間隔語音數(shù)據(jù)的離散數(shù)據(jù)塊。這些數(shù)據(jù)塊被稱為語音載荷。在以叫作RTP的專用包形式把語音載荷發(fā)送到因特網之前，網關也可能按照在VoIP使用的一個標準語音編碼器的要求壓縮這些數(shù)據(jù)。RTP包包含一個載荷，一個RTP報頭，以及一個IP報頭。根據(jù)傳送數(shù)據(jù)所用的鏈路和物理層，也可能會加入其它的報頭（例如，８０２.２／３以太網報頭）。RTP包的格式根據(jù)RFC1890為每種類型語音編碼器作了定義。當RTP包到達目的地的時候（通常是另一個網關），會做相應的逆處理。接收VoIP網關重新裝配語音載荷，在PSTN側形成一個連續(xù)的語音數(shù)據(jù)流，并把這個數(shù)據(jù)流傳遞給受話人。

　　在源始網關生成數(shù)據(jù)包的時候，就在整個數(shù)據(jù)傳遞過程中引入了一些延遲。在網關能夠形成并發(fā)送出每一個包之前，它必須等待從接收載荷的第一個字節(jié)開始 ，到最后一個載荷字節(jié)結束那么長的時間。這就導致至少是載荷間隔周期那么長的延遲。這個延遲會隨著載荷間隔的增減而增減。

　　在一個減少發(fā)話方和受話方間音頻反應時間的努力中，VoIP網關通常會配置成發(fā)送較小的語音數(shù)據(jù)載荷。雖然這樣做通常可以減少聽得見的傳輸延遲，但同時也增加了一個給定語音數(shù)據(jù)流需要傳遞的包的數(shù)量。因為不管多小的音頻載荷都需要一個固定大小的包報頭，網上需要傳遞的數(shù)據(jù)量越大這個效果越明顯──跟隨的是網絡包和數(shù)據(jù)流量的相應增長。圖１說明了用于傳輸包報頭的帶寬會隨著包載荷大小的縮小而增大。

圖1 載荷越小開消就越大

　　如果帶寬是免費的話，那報頭的開銷無關緊要。但事實并非如此，報頭的開銷減少和由此導致的帶寬效率的提升正是網關設計的一個關鍵目標。本文描述了NMS通信Fusion４.２ VoP網關平臺上使用的語音通道復用技術。這種技術減少了包報頭開銷，提高了基于Fusion的VoP網關的效益／成本和質量。

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三．Clarent ThroughPacket技術

　　Clarent ThroughPacket是Clarent公司擁有專利權的IP多路復用算法，提供了一個讓數(shù)據(jù)和包的速率失效的解決方案。Clarent ThroughPacket通過把來自多個Fusion語音通道的語音載荷組合進一個大包來實現(xiàn)這一功能。需要說明的是：Clarent ThroughPacket是Clarent公司和NMS公司合作開發(fā)的，NMS公司完全有權把這一技術應用于Fusion平臺以及其它的NMS產品之中。

　　在Fusion網關的發(fā)送側，Clarent ThroughPacket系統(tǒng)取出從多個Fusion語音通道送來并要發(fā)往同一個目的地的載荷，把它們組合成一個大的復合包。這些復合包被以Clarent ThroughPacket格式數(shù)據(jù)報流的形式，通過包網絡傳送到接收網關。
　　在接收一邊，另一個Fusion網關把每一個復合包解復用成分離的組成載荷。然后，這些載荷被導向到對應的Fusion接收通道。Clarent ThroughPacket包報頭包含有Fusion網關把復合包解復用成不同F(xiàn)usion通道上載荷所需的所有信息。
　　由于每個包承載著好幾個獨立會話的復合載荷，應用不但要發(fā)送數(shù)量較少的總包，還要貢獻出相對于總體包大小較小比例的空間來傳送報頭信息。圖２顯示出一個Fusion網關利用Clarent ThroughPacket多路復用方法在一個共同的包里發(fā)送來自多個會話的載荷。

圖2 Clarent ThroughPacket包和普通RTP／UDP包的比較

　　Clarent ThroughPacket在傳送數(shù)據(jù)時的增強效率減少了系統(tǒng)通過網絡傳送包化語音數(shù)據(jù)所需的總的帶寬。通過復用許多RTP數(shù)據(jù)流，一個Fusion VoIP網關使用Clarent ThroughPacket技術能夠提供兩個主要好處：
　　· 降低數(shù)據(jù)速率
　　· 降低包速率

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　　3.1 降低數(shù)據(jù)速率

　　在一個VoIP系統(tǒng)中用Clarent ThroughPacket代替RTP充分地減少了和數(shù)據(jù)包有關的大量報頭信息，從而降低廣域網上的數(shù)據(jù)速率，數(shù)據(jù)速率的降低通常會帶來WAN成本的減少，這通常既是合計的數(shù)據(jù)速率，又是長途的數(shù)據(jù)速率。利用Clarent ThroughPacket設計的網關系統(tǒng)通常都通過長途IP部分實現(xiàn)了真正的成本節(jié)省。
　　表１說明了使用Clarent ThroughPacket技術能降低的數(shù)據(jù)速率。

　　表１：使用Clarent ThroughPacket降低的數(shù)據(jù)速率

　　表中TPKT數(shù)據(jù)速率效率因子列提供了Clarent ThroughPacket通過使用各種標準VoIP語音編碼器高效利用可用帶寬的能力測度。最節(jié)省帶寬的是使用低比特率語音編碼器的時候，比如Ｇ.７２３.和Ｇ.７２９Ａ。
　　例如，在一個使用了１２０個Ｇ.７２９Ａ語音編碼端口的網關中，RTP數(shù)據(jù)速率是承載類似語音通道的一個Clarent ThroughPacket流數(shù)據(jù)速率的兩倍多（也就是要乘一個２.３８的因子）。這些數(shù)是對１２０個單純的Ｇ.７２９通道計算得來的，沒有使用語音活動性檢測（VAD）。當在兩種情況（RTP和Clarent ThroughPacket）中都使用了VAD時，得出的TPKT數(shù)據(jù)速率因子會更大。

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　　3.2 降低包速率

　　Clarent ThroughPacket本質上是一種中繼技術，它把來自多個通道的數(shù)據(jù)連接成一個單獨的包。這明顯地減少了網關每時每刻都要傳送的包數(shù)量。由于發(fā)送更少的包穿過網絡，Clarent ThroughPacket減少了加在網絡路由上的負荷。因為路由性能（例如抖動和丟包）會隨著包速率的增加而下降，所以Clarent ThroughPacket能夠減少路由損耗和提升語音質量。由于IP網絡的包流量具有突發(fā)性，所以任何方向上包速率的降低都能夠減少由于路由器峰值瞬間擁塞造成的包丟失可能。
　　表２比較了１２０個單純RTP流的包速率和單個復用了１２０個語音流的Clarent ThroughPacket流的包速率。TPKT包速率效率因子列顯示出使用不同標準語音編碼器的結果。又一次，最好的情況出現(xiàn)在使用低比特率語音編碼器的時候。

表2：使用Clarent ThroughPacket降低的包速率

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四．Clarent ThroughPacket應用

　　雖然Clarent ThroughPacket對大多數(shù)基于Fusion的VoP應用都是有用的，但仍有它不適宜的情形。應用開發(fā)商和系統(tǒng)集成商弄清楚那里最適合使用Clarent ThroughPacket很重要。不適宜的使用或配置錯誤，Clarent ThroughPacket都可能實際上增加了網絡流量。

能夠從使用Clarent ThroughPacket受益頗多的Fusion系統(tǒng)包括：

• 在受限的網絡條件下部署的Fusion網關，在這捉情形下帶寬和路由器擁塞都是潛在的問題。
  
• 由于Fusion網關連續(xù)處理多個同時發(fā)生的呼叫而需要RTP中繼的情形。
  
• 接續(xù)越洋呼叫的Fusion網關，在這種情況下，Clarent ThroughPacket和低比特率語音編碼器的結合能夠明顯減少帶寬需求和降低成本。
  
• 無線本地環(huán)路接入應用，在這種應用中，一個基于Fusion網關通過一條IP鏈路提供語音中繼，而這條IP鏈路可能還要承載數(shù)據(jù)。
  
  Clarent ThroughPacket在以下情況不適用：
  
• 帶寬和路由器擁塞不是主要因素的地方（由于過分的供給）。
  
• 需要在不同供應商網關之間配合的情況（Clarent ThroughPacket是一個專有協(xié)議）。
  
• 連續(xù)到多個其它基于Fusion網關或端點系統(tǒng)的系統(tǒng)，由于系統(tǒng)連接的方向很多，同時接往一個方向的通道就很少，因此利用Clarent ThroughPacket得到的好處就很有限，反而會引入額外的端到端延遲。

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五. RTP多路復用標準

　　Clarent ThroughPacket是一個私有的VoIP包復用方案。到目前為止，還沒有標準定義這種形式的復用，以確保和其它VoIP端點系統(tǒng)協(xié)同工作。在過去的三年里，IETF的音頻視頻傳輸工作組（AVT）已經致力于找到一個復用RTP流的一致方法來減少包和數(shù)據(jù)占用的帶寬。由于IETF的六個月就過期的規(guī)定，這些草案已經再也找不到，即使是在IETF網站。AVT在兩個方面特別難決斷：
　　1．商定復用方案要達到的目的和量度標準，以及
　　2．決定在ＩＳＯ協(xié)議棧的哪一層上實現(xiàn)復用。
　　在舍棄了許多技術之后，AVT最終得出了一個叫作TCRTP的草案。因為這個草案設想成集合現(xiàn)有RFC的所有方法來實現(xiàn)帶寬節(jié)省，目的是要把它設計成一個IETF的最好公共實驗, 而不是一個標準跟蹤ＲFC。
　　TCRTP按照RFC2508使用報頭壓縮。它也使用PPP的復用格式，然后，得出的復用PPP載荷能夠使用第二層隧道協(xié)議（或叫L2TP）在兩個RTP端點系統(tǒng)間傳遞。由于大部分網關都不使用PPP或L2TP，所以TCRTP的使用也是不適宜的。

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六．目前的解決方案

　　這個時候，似乎沒有復用方案能夠讓VoIP和其它類型的媒體網關之間協(xié)同工作。NMS一直在跟蹤并參與AVT工作組的工作，并會繼續(xù)下去。Clarent ThroughPacket代表著在明確定義的VoIP網絡場合中的一種可行的技術。若IETF集中到一個適宜的復用技術上，由于NMS在內部消化、測試和特征化Clarent ThroughPacket技術的過程中獲得了豐富的經驗，利用這些經驗NMS能很快推出和新的復用技術相兼容的產品。

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