IP技术范文（精选12篇）
IP技术 第1篇
1 我国IP技术发展状况
随着网络规模的不断扩大和发展, 人们对网络资源利用率的要求也不断增大, IP已经发展成为全球化的国际网络, IP技术的使用以其简单和灵活等优势为我们提供了更加快速的网络服务。
1.1 业务的IP化
随着我国网络的不断发展和普及, IP协议已经发展成为各种操作系统的主要配置, 因而大部分的业务系统都有必要实行业务的IP化。网络的开放性使得IP技术的应用更加成为可能, 同时, 一些电信网络也吸取了网络化中好的部分, 进一步实现业务的IP化。因此, IP技术已经成为新一代网络的核心技术, 并且也得到了非常广泛的应用。虽然, 我国网络的发展相对比较落后, 网络业务在一定程度上并没有实现IP化, 这是我国网络技术发展存在的主要现状。因此, 在我国加强网络业务的IP化显得至关重要。
1.2 网络的IP化
目前, 我国的IP技术和设备都已经发展的相对比较完善, 在一定程度上已经实现了标准化。因此, 网络的IP化就显得非常重要。并且随着网络技术的不断发展, 我国的IP技术硬件设备的性能和稳定性都得到了较大的改善, 同时, IP技术的发展又具有很大的技术驱动作用, 使得网络新技术的出现越来越频繁。但是, 由于IP的设计和定位不能满足现代化网络的需要, 使得IP技术在网络的安全性和可用性等方面还没有形成完善的体系。网络的IP化在我国大部分地区已经得到了实现, 但是, 在一些经济发展比较落后的区域, 网络的IP化实现的情况不是很理想。因此, 网络的IP化对于我国的网络技术的进一步发展显得非常重要。
2 IP承载网建设面临的问题
2.1 业务的转变要求IP建设者具有丰富的经验
由于网络业务模式存在很大的区别, 导致人们对IP网络的需求也具有很大的差距, 使得网络技术无法解决所有的问题。从我国网络技术目前发展的情况来看, 我国的网络还没有实现大规模的检验, IP承载也还只是处于发展的初级阶段。因此, 实现业务的转变要求IP建设者具有非常丰富的经验。只有这样, 才能更好地使用好网络设备和技术, 成功完成IP承载。
2.2 业务与网络的紧密结合考验运营能力
P网络具有较好的灵活性和扩展性, 因而受到了人们广泛的关注和应用, 但是, IP网络具有拓扑结构小和网络流量低等问题。因此, 现代的IP网络承载需要进行系统化的规划和完善的管理, 进而保证IP网络服务的质量。IP承载网络的管理和运营已经成为现代化网络服务中最为关键的技术。因此, 网络业务与网络技术的紧密结合要求网络运营者具有较好的运营能力。
2.3 业务的多样性要求网络的可扩展性
传统的IP网络技术已经无法满足现代化网络的需求, 因而改变现存的网络模式势在必行。同时, 现代化的网络业务变得越来越广泛, 网络业务的多样性进一步要求网络具有较好的可扩展性。但是, 一旦IP承载网络进入到商业化阶段, 使得网络不同的网络业务也不断出现, 这样使得我国的IP承载网络技术面临着更高的挑战。因此, 网络业务的多样性是实现网络进一步发展的必要。
3 IP技术的发展趋势
尽管现代的IP网络技术能够在一定程度上解决网络服务方面的问题, 但是, 在实际的实施过程中, IP网络技术的应用还存在很大的问题。主要表现在以下几个方面:第一, 无法实现网络技术的全面控制。对于传统的网络服务, 一旦出现网络资源不足等问题, 网络服务就只能降低服务, 进而无法满足客户的需求。第二, IP承载网络与网络业务之间没有实现通信, 使得网络服务在一定程度上也不能满足客户的需求。因此, 为了解决问题服务中的这些问题, 有必要对网络资源进行访问控制, 进一步采取控制功能模型来增大网络承载控制功能。但是, 现代化的IP技术正朝着访问控制功能的方向发展, 主要包括策略决策功能和传输资源控制功能两个方面的功能。网络承载控制功能能够实现较好的网络拓扑, 有利于实现网络资源的共享。为了更好地实现网络资源的共享和资源的最大化利用, 有必要采取一定的策略, 进行资源的分配和预留等处理。
4 总结
总而言之, IP承载网的发展是一种新的挑战。目前, 在我国实现IP承载网的统一还需要一定的发展。当然, IP网络的可靠性和安全性都需要很多技术的支撑, 并且这些支撑技术的实施也具有很大的困难, 从而使得IP网络承载业务不能顺利的实现。同时, IP网络的运营也存在较大的问题, 主要是运营的风险较大, 所以, 一些经济不景气的地区都无法实现IP承载网络技术。可是, 随着社会的不断发展, 人们对网络服务的要求也越来越高, 基于IP技术的网络服务是网络发展的主要趋势, 也是实现我国网络更好发展的重大方向。因此, 现阶段研究IP技术与IP承载网的发展趋势具有非常重大的现实意义。
参考文献
IP技术 第2篇
一、教学目标 【知识与技能】
学生能准确说出IP地址概念;完整复述IP地址格式及分类方法.【过程与方法】
学生通过生活实例直观感受IP地址的作用和便捷;通过小组讨论，自主探究掌握IP地址的分类形式，并能正确辨别IP地址类型。
【情感态度与价值观】
学生体验通过计算识别IP地址类型的学习乐趣，在进行自主学习的过程中勇于克服困难，同时提高对网络技术应用的学习兴趣。
二、教学重难点 【重点】
能够理解IP地址的概念，熟记IP地址的格式组成和分类方法。【难点】
能进行IP地址类型识别。
三、教学过程 环节一：导入新课
1.老师利用多媒体播放视频，内容是关于我国首例利用因特网破获聚众赌博案件
(1)学生观看视频。(2)学生概括视频主要内容。
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2.设置疑问：公安机关根据什么线索进行破案的?根据学生的回答，引入IP地址的概念。
环节二：新课讲授 任务
一、查一查
1.设置小组竞赛，根据查看本机IP地址的方法，学生动手操作查看自己计算机的IP地址。
2.请较快完成的同学说出自己的IP地址，老师在黑板上记录。任务
二、答一答
(1)学生自学课本上关于IP地址概念的内容。
(2)学生回答问题：“什么是IP地址”“ip地址类型”“各类ip地址可以容纳的计算机台数”，老师做补充总结。
任务
三、说一说
1.学生利用2分钟自学书上内容，讨论IP地址的组成特点。
2.教师带领学生结合黑板上记录的IP地址，总结IP地址组成的特点，包括点分十进制的表示方法及网络标识、主机标识;并通过对网络号和主机号的讨论，引入IP地址分类的概念。
环节三：巩固提高
根据之前学习的内容，完成巩固训练习题：
1.请学生随机说出一个IP地址，设置纠错环节帮助学生进一步理解IP地址的组成特点。
2.进一步训练学生辨别IP地址类型的能力，突破难点。环节四：小结作业
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1.首尾呼应：回顾上课播放的视频，请同学们思考警察到底是如何根据IP地址查获罪犯，根据网络号和主机对应进行分析。
2.小结：简单回顾本节课所学要点。
3.作业：因特网IP地址、我国的IP地址分别由谁来分配与管理，请同学们课后去查资料，下节上课时请同学们分享。
四、板书设计
五、教学反思
IP电话技术成为企业新宠 第3篇
IP电话的优势所在
IP电话，又称IP Phone或VoIP。它是一种利用Internet技术或网络进行语音通信的新业务。从网络组织来看，目前比较流行的方式有两种：一种是利用Internet网络进行的语音通信，被称之为网络电话；另一种是利用IP技术，电信运营商之间通过专线点对点联结进行的语音通信，被称之为经济电话或廉价电话。
IP电话之所以受到宠爱，是因为它具有鲜明的特点。
首先，传统电话使用公众电话网作为语音传输的媒介；而IP电话则是将语音信号在公众电话网和Internet之间进行转换，对语音信号进行压缩封装，转换成IP包。同时，IP技术允许多个用户共用同一带宽资源，改变了传统电话由单个用户独占一个信道的方式，节省了用户使用单独信道的费用。
其次，由于技术和市场的推动，将语音转化成IP包的技术已变得更为实用、便宜。同时，IP电话的核心元件之一的数字信号处理器价格在下降，从而使得电话费用明显降低。这一点，在国际电话通信费用上尤为明显，这也是IP电话迅速发展的重要原因。
对于目前大多数企业和行业用户来说，IP电话网仍然是供企业内部使用的专用网，鉴权、计费、用户认证等功能并不很重要。所以，在建设企业IP电话网的时候，往往可以省去不少功能服务器。
SIP将成主流
目前，IP电话终端所采用技术标准主要有H.323和相关协议、MGCP 协议和SIP协议，其复杂度和工作原理也会因采用的协议不同而异。
H.323协议是由ITU－T为多媒体会议系统提出的一个建议书，并不是为IP电话专门提出的，只是IP电话，特别是电话到电话经由网关的这种IP电话工作方式。
MGCP (Media Gateway Control Protocol) 和 Megaco / H.248是分别由IETF和ITU－T制定的媒体网关控制协议，用于媒体网关控制器和媒体网关之间的通信。
H.248/Megaco是在MGCP协议（RFC2705定义）的基础上，结合其他媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议，它提供控制媒体的建立、修改和释放机制，同时也可携带某些随路呼叫信令，支持传统网络终端的呼叫。该协议在构建开放和多网融合的下一代网络中，发挥着重要作用。
会话启动协议（SIP）是由IETF推出的会话初始协议，是一种基于文本的协议，采用SIP规则资源定位语言描述。SIP协议采用“点对点”的模式进行通信，它以现有的Internet为基础来构架IP电话业务网。
SIP协议需要相对智能的终端，即终端需要包含用户代理客户机和用户代理服务器两部分，由这两部分实现呼叫请求、呼叫应答和一些用户的特定需要，正是因为SIP系统有了相对智能的终端系统，所以它才有可能实现用户个性化需求。 由于SIP具有简单、通用、易于扩展等特性，逐渐发展成为主流协议。
带来“增值”效益
相对于传统电话，IP电话机无论是对于用户来说，还是对于运营商来说都具有相当大的优势。
对于终端用户来说，办公室内无须使用电话线，只需要使用五类线即可，在桌面上数据业务和语音业务统一由网线进行传输，从而可以节省费用。同时，IP电话具有出色的移动性，由于IP网络没有物理位置的限制，使用IP电话可比使用手机还要方便，使用者在世界任何能通网络的地方均可使用IP电话，呼叫者和被呼叫者均可以随时随地地享受IP电话带来的高效率。
再者，IP电话拥有低廉的通话费用，IP电话使用IP网络，其通信成本相比传统电话网络要便宜很多，在IP网内通话目前大都采取免费或者收取包月费的形式，而呼叫传统电话也只需支付本地通话费；IP电话不可以提供强大的商务功能，IP电话终端配合软交换设备可以很容易地实现多方通话、智能转接等商务应用，相比传统电话功能很容易实现扩充。
从运营商的角度，IP电话机方便运营商开展增值业务。由于IP电话采用数字形式进行通信，IP电话终端一般均有处理数字数据的能力，因此可以非常方便地开展多种增值业务。同时，IP电话机的推广可以推动其他业务的发展，目前宽带接入网发展如火如荼，但是现在网络缺少的不是带宽，而是内容，IP电话的推出为网络服务内容增加了色彩浓重的一笔，相应地也可以推动宽带网络业务的发展。
运营模式
从技术的角度而言，目前的IP电话大部分采用H.323作为其通信协议，其中部分产品兼容MGCP，而基于SIP协议的IP电话尚未大规模使用。由于H.323协议族本身比较复杂，且原来是为局域网多媒体应用设计的，比较适应专网。对不同带宽、不同延迟的Internet而言，需要进一步完善和发展，而SIP协议以其良好的互通性和兼容性，适合3G无线网络结构的特点，以及与现有的Internet应用紧密结合的特点使其越来越受到业界的关注。
但是，由于这两种协议是完全平行的，各自使用不同的方法构建IP电话网，因此它们是不可能互相兼容的，需要解决的是两者之间的互通问题。
从运营模式的角度而言，在国内，IP电话最早的运营模式是由运营商通过配置网关开通以普通电话为终端，通过发售电话卡的形式向个人提供服务，以及通过架设专用设备向企业提供服务。目前的IP电话大多以这种形式为主，其主要特点是运营商与服务提供商同为一体，用户的选择只局限在几家电信运营商。
IP电话面临的挑战
然而，目前IP电话向本地的转移还有很多的问题需要解决，会有很多政策方面的问题要解决。比如运营许可证，还有像号码资源、网络之间互通互连联，这样跨技术和政策领域的问题需要解决。撇开这些问题，在技术上还有很多地方需要突破。
当前的IP电话运营商已纷纷开始或正在计划开始不断地开发新的增值业务，IP电话除提供传统电话网提供的增值服务外，它所提供的一些新型增值业务是传统电话网所不能提供的。专家们预言，统一未来通信的将是Internet，而IP电话技术的出现和商业应用，则开始把话音和Internet网结合起来。
IP广播安全技术 第4篇
IP广播安全技术项目是以广播电视新技术发展为背景, 以IP广播的业务经营模式及其技术体系为基础, 研究适合产业发展和国家监管需要的监测技术方法, 项目属于电子信息技术领域。
项目分为软课题和技术课题两部分。
技术课题实现IP广播安全监管原型系统, 包括六个子课题:
1.授权审查子系统;
2.节目分类分级子系统;
3.标识嵌入子系统;
4.具有标记提取和节目过滤功能的监控网关;
5.具有标记提取和节目过滤功能的机顶盒;
6.监控点管理中心。
项目研究节目源、信号播出、数据传输到用户端接收各环节的监测方法和安全监控技术体制, 包括安全保密强度、内容防篡改、防止非法内容插入和授权认证等方面的内容。
项目原型系统具有以下技术特点:
1.有效的安全标记嵌入技术
通过嵌入到IP广播中的包含节目版权、来源、拥有者、使用规则等信息的计算机码, 保护内容提供商的利益, 并考虑政府监管部门监控媒体信息是否违规的安全需求。
2.具备标记识别功能的IP广播监控网关
研发具备标记提取和内容过滤功能的IP广播监控网关, 根据该过滤网关设定的安全等级来判断是否过滤该视频节目。
3.完整的端到端的IP广播信号监测
原型系统实现了端到端的信号监测, 即从IP广播内容源、播出端、传输层直到终端显示全部环节的信号监测。
项目软课题包含四部分内容:
1.《IP广播安全监管法规建议书》
该课题结合当前我国IP广播发展现状, 通过对已有相关法律法规的深入研究和剖析, 从《安全监管和技术监管》、《市场监管和行政监管》、《起草依据和说明》三方面系统全面地阐述了IP广播安全监管。
2.《IP广播安全监管技术体制研究报告》
该课题在介绍IP广播安全监管的背景及现状的基础上, 描述了当前国内外IP广播安全监管的现状、分析了IP广播监测需求, 通过对IP广播监管体系架构、IP广播监管技术路线的研究, 提出了基于嵌入标识方案的技术架构及其安全信任体系。
3.《IP广播安全监管标准化建议书》
该课题在软课题2和技术课题IP广播安全监管原型系统的基础上, 全面总结分析了IP广播安全监管体系中涉及需要规范的内容。
4.《IP广播安全监管项目立项可研报告》
该课题对整个项目的技术成果进行了全面提取和深入总结, 为下一步IP广播安全的实施部署提供了可行性依据。
IP技术 第5篇
VoIP技术和网关技术是实现高质量语音通信的关键所在。内置语音压缩技术为节点间的相互连接提供了一套新的解决方案，并且可以减少企业专网的通信费用。语音压缩方案可以在不改变现有的网络构造条件下，增加交换节点间的话务通过能力。 语音压缩能用于租用线就象语音和数据多路复用器。通挂惶酰叮矗耄猓椋簦s租用线连接两个语音交换节点，64kbit／s带宽其间可传输多个语音通道和1个专网信令数据通道。
在最先进的组网方案中，可以无需永久专网信令通道而实现行真正具有压缩功能的VPN方案，专网信令可在B信道传送，而这B信道仅在两节点间有话务时按需建立，即按需建立专网网络，提供全部专网业务。 语音压缩的另一个应用是可降低两个高话务量公司间的通信费用。这一功能又称为第二呼叫免费业务。这免费的第二呼叫也是按需建立的。凭借内置语音压缩平台及语音网关，语音交换节点可以在IP网上传送语音VoIP
一、语音压缩平台技术
目前先进的语音交换机中内置的语音压缩平台是由系统内的链路优化功能模块实现的。具体选择哪种功能板是由交换节点之间如何连接组网决定的。交换节点之间的连接可以是租用线，ISDN交换网络，帧中继及IP网络等。 所谓压缩平台实际上是一个语音、数据的多路复用器。在一个复用器上总是涉及三项内容：语音接入；专网信令及数据；通过广域网络（也称混合通道）组网。
1．语音接入部分 先进的内置语音压缩平台使用的压缩算法为G723．1，压缩率约为6．4 kbit／s，这也是低速VoIP的默认压缩标准，微软公司的通信应用软件网络会议netmeeting也采用该标准
G723．1的质量由M．O．S平酒琅械梅量定。5表示质量最好＃牵罚保64k语音被量定危矗2，G723．1算法被量定约为3．9，8kbit／s时的G729也为3．9，GSM为3．5。因为压缩会引起延时，故内置回声消除技术。第三类传真支持的最大速率为9600bit／s，传真将被解调和再调制以避免使用广域网的64kbit／s带宽。Modem呼叫不经过压缩设备。MFQ23代码的翻译，编码及重建也在另一端完成。这样就避免了信号的失真Q23接受器非常敏感。遗失帧的修补功能可避免语音帧的妒А8霉δ茉谥≈屑掏中非常有用，帧中继网会在网络饱和情况下丢弃帧。语音检测，静音压制及静音再生仅在发生时发送，这就意味着带宽为动态分布，50％的时间被节约下来，可重新分配给其他话务如数据。为了损失尽量少的语音，即使语音是在几个交换节点间传送，也仅仅是执行一次压缩和解压缩。
2．数据部分 对语音压缩平台来说数据支持是非常重要的，这样专网信令可在节点间交换。同时低速率HDLC数据也被支持。专网信令事实上也是HDLC数据，其不仅包括呼叫处理信号，同时包括对话务的管理，路由选择，监视等信息。先进的语音压缩平台采用动态带宽管理，如果没有语音信号，则带宽被用作传送专网信令和数据。
3．广域网（WAN）部分 WAN的连接可以是租用线，ISDN通道，帧中继永久虚拟电路或IP网络。在WAN网传送之前，语音及数据被复用。有两种复用和管理WAN带宽的方法：时分复用、帧／信元或包。
TDM方式为每个通道预定一个固定的带宽。其优点为延时及延时抖动很小。但缺点是浪费带宽，这对于使用低速接入64Kbit＃ 128Kbit／s时是不能接受的R蛭当通道未被使用或没有语音话务，带宽不能被其他话务如数据使用。在交换节点的内置语音压缩平台，使用帧模式。这意着带宽的分配是动态的。当有一个或更多的语音通道没有建立或处于通话的间隙阶段，带宽可被专网信令或数据所用。这意味着例如在夜间，没有语音话务，计费话单可以使用绝大多数的带宽传送。
帧模式复用带来的问题是延时和如何管理话务的优先级，为了克服这些问题，先进的交换节点可采取以下措施： 数据帧分割，用户的数据帧可能很长，当有一个很长的帧发送时，为避免长的延时，该长帧被分割成小段；帧被有规律的以最小延时及延时变化方式发送；语音优先，帧内首先安排语音信息送入WAN，带宽内剩余部分发送专网信令和用户数据。 网络中的时延：两个节点端到端的音呼叫时延为40～90 ms，每次传送增加10～40ms。
4．链路优化语音压缩功能模块 以阿尔卡特OmniPCX 4400综合业务宽带多媒体交换平台为例，语音压缩平台的实现由LIOx系列模块实现：LIOP， LIOB， LIOX。每板都有6个语音压缩模块，每个模块动态处理一个语音或传真。不同之处在于外部接口：LIOP带有一个PRA接口，LIOB带有一个串行口及4个BRA网络接口，LIOX没有外部接口。 LIOP耦合板。LIOP是2合1板，LIOX加PRA板。PRA接口可连接至公共ISDN网。专网话务按需搅⑼ǖ和雇话务采用相同接口。PRA也可连接至G703／G704的部分速率E1租用线。适用于两地间高话务量要求。
LIOB耦合板。LIOB是LIOX加4个BRA网络接口加1个串行接口。LIOB可适用于新系统或已安装的基于串行口要求的系统。LIOB板上的串行口可以是X24／V11或V36。可以连接小容量的租用线64bit＃螅128kbit／s或帧中继吐纾唬蹋桑希碌拇行接口不能被用作连接终端。该接口连接至网络。并且在串口上的压缩只能是使用LIOB，而不可以是LIOX加同步终端适配器；BRA可连接至ISDN网上的T0接口。该接口可用作传送专用和公用话务；BRA接口不能连接S0分机或S0 PC板，BRA接口只能接T0，不能接S0。 LIOX耦合板。LIOX板没有外部接口，LIOX可以用作LIOP或LIOB板的扩展板用户不腋多的外部接口，只需要附加的语音压缩资源；LIOX可以安装在已装有PRA或BRA板的OmniPC 4400系统上。在语音压缩资源的集中，语音压缩资源在一节点内集中，可被各个方向共享。优点为：安全，某些压缩资源发生故障不会影响全局；在中心节点压缩资源的需要量大于远端节点的需要量。损失率应该非常低。
二、在租用线上
使用内置语音压缩技术 内置语音压缩可使用在租用专线上。这可使用户减小实际租用线的带宽，从而达到节省通信费用的目的。阿尔卡特OmniPCX 4400可以通过各种不同的接口连接：可以是X24／V11或V36或G703／G704E1
1．内置语音压缩平台以租用线连接。 串口连接Serial link leased line；OmniPCX 4400可通过串口连接网络；物理接口为X24／V11或V36。需使用LIOB板；接口速率为64kbit／s或128kbit／s；一个64kbit／s接口可支持最多6个语音通道和专网信令；一个128kbit／s接口可支持最多12个语音通道和专网信令；如果需更多语音通道，需使用G703／G7 04租用线。 G703／G704 E1租用线。如所需的语音通道超过12，可使用部分速率租用线；物理接口为PRA，
可使用LIOP板；使用256kbit／s E1租用线可实现最多24个语音通道和专网信令。 2．针对租用线饱和溢出时的处理。
如果2节点间所有的语音通道都忙如64kbit＃笞庥孟呱希陡鐾ǖ5谄吒龊艚幸绯鲋凉网，由于使用专网VPN，用户得到的仍是专网层的业务。
3．多方向租用线的语音压缩通信 使用租用线构造了一个星形网，租用线点对点形式，一般情况下有多少远端节点就需要在中心配置多少接口：如10个以64kbit／s租用线连接的节点，在中心节点需配置10个串口链路，需加上大量硬件。一些运营商可提供多方向租用线：这意味着在中心节点的租用线为多方向的G703／G704 E1 接口。在E1中有些B通道指定去向方向A，有些去向方向B。远端可以E1或64kbit／s串联链路连接依据运由
4．语音及数据集成通信 下游的OmniPCX 4400连接至TDM复用器，替代通常在复用器上进行的语音压缩功能。在OmniPCX 4400内部本身可以合成内部语音压缩，在TDM复用器上只需简单集成语音及数据流可采用Newbridge复用器
如果用户不认可由复用器提供语音压缩，他可使用OmniPCX 4400完成内置的语音压缩，这样仍保留TDM复用器完成复用。LIOB板的串联输出可连接至复用器的同步串联链路输入端。由LAN网来的数据被一起复用，复用器接在OmniPCX 4400后端。若在OmniPCX 4400前端连接高速数据2Mbit＃。可以使用N64功能模块板两勇酚善鳎提供E1或部分速率E1可使带宽最大为2Mbit／s。租用线带宽在TDM模式下可由语音加专网信令和数据一起共享：B通道一些给语音，一些给数据。 OmniPCX 4400的内置语音压缩将减少语音通信的带宽。节约下来的带宽可被数据传送使用，以便为数据用户提供更好的服务。
在上游的OmniPCX 4400连接低速数据最大64kbit＃。内置语音压缩平台是语音示莞从闷鳎它处理特殊数据专网信令。它还可以复用低速HDLC数据流，如连接一个小的分局路由器到总部的大路由器。使用64K租用线最极端情况，具有6个语音通道，专网信令和数据可使用64－6×7＝22kbit／s。但由于可对带宽实现动态分配和静声抑制，当6个通道忙时，数据可使用64－6×35＝36kbit＃蟆T谝辜涿挥杏镆敉ㄐ诺那榭鱿拢整个64K可被数据传输使用。数据设备必须连接至同步64kbit／s终端适配器。数据交换必须是HDLC，如果从路由器来的数据流量为PPP或是帧中继，数据流量必须遵从HDLC规范，OmniPCX 4400对HDLC规范透明。语音的优先级高于专网信令和HDLC数据。而专网信令又高于HDLC数据。注：当租用线为128K并提供串联链路连接，需使用TDM复用器。其中64K用作数据，64K用作压缩语音。
该种语音数据集成模式仅工作在租用线。当WAN的链路是ISDN或帧中继时，就不可能集成语音和数据。对于用ISDN组网方式，路由器间的数据链路永久连接与按需建立专网网络不相容。 对于采用帧中继组网方式，OmniPCX 4400不是FRAD，因此OmniPCX 4400不能复用不同的FR数据流，数据被集成在OmniPCX 4400之外。
三、基于IP网络的语音压缩技术及其VoIP
所谓IP电话，就是在IP网上通过TCP／IP协议实时传送语音信息的应用。IP电话发展迅速、受到人们关注的主要原因是IP电话能大量节省打长途电话的费用，尤其是打国际长途电话时更为显著。IP电话可以比普通的长途电话节省很多费用是因为普通的长途电话是通过电话网传送的，而IP电话是利用因特网传送的。 电话网和因特网的传送有很大的区别。电话网是采用电路交换方式，即电话通信的电路一旦接通后，电话用户就占用了一个信道，无论用户是否在讲话，只要用户不挂断，信道就一直被占用着。一般情况下，通话双方总是一方在讲话、另一方在听，听的一方没有讲话也占用着信道，而且讲话过程中也总会有停顿的时间。因此用电路交换方式时线路利用率很低，至少有50％以上的时间被浪费掉。而因特网的信息传送是采用分组交换方式，所谓分组交换，是把数字化的信息，按一定的长?quot;分组“、打”包“，每个”包“加上地址标识和控制信息，在网络中以”存储-转发“的方式传送，即遇到电路有空就传送，并不占用固定的电路或信道，因此被称为是”无连接“的方式。这种方式可以在一个信道上提供多条信息通路，此外在因特网上传送信息通常还采用数据压缩技术，被压缩的语音信息分组在到达目的地后再复原、合成为原来的语音信号送到接收端的用户。因此，利用因特网传送语音信息要比电话网传送语音的线路利用率提高许多倍，这也是电话费用大大降低的重要原因。
VoIP是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术，其基本原理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包，经过IP网络把数据包传输到接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送语音的目的。(☆ 编程入门网 ☆)
IP电话系统把普通电话的模拟信号转换成计算机可联入因特网传送的IP数据包，同时也将收到的IP数据包转换成声音的模拟电信号。
要使企业语音交换机上的普通电话机或企业局域网IP电话机利用IP网进行通话或实现交换机组网，网关及语音压缩技术尤为重要。所谓网关，是一个H．323标准实体，它能够提供在不保证质量的网络上的H．323终端之间实现实时双向通信，网关起到连接IP网络与PSTN／ISDN网络的关闸作用。它将来自语音交换机的话音信号经数字化和压缩处理后转化成IP网络上传送的IP包，并将它送到IP网上，在对端的网关上又将这些IP包还原成话音信号并传送到语音网上。
话音网关是把因特网（或IP专网）和电话网这两种不同特性的网络互联起来的设备，它的作用就好比是IP网和电话网之间的桥梁。任务是解决电话呼叫接续过程在这两种网络之间的各种转换问题，包括把用户拨号的电话号码转换成IP地址，把模拟话音信号转换为数据信号，把数据信号分段打包成为分组，选择路由发送分组，以及在接收时把发来的话音分组按次序合并、解码恢复成原来的模拟信号等工作，因此网关设备需要具备话音信号处理、信令转换、呼应答、选择路由等多种功能，它是因特网电话技术中的主要设备。
无线互联网的移动IP技术 第6篇
文章首先阐述了移动IP的概念，分析了采用移动IP技术的宽带移动通信系统的网络结构，并结合所承担的“863”项目，讨论了无线互联网中的移动性管理问题。
关键词：
移动IP；无线互联网；高速无线接入；移动性管理
ABSTRACT:
TheconceptofmobileIPisgivenfirst,andthenthenetworkarchitectureofbro
adbandmobilecommunicationsystemadoptingmobileIPtechnologiesisanalyz
ed.Attheendofthepaper,themobilitymanagementforthewirelessInternetis
alsodiscussedwithconsiderationtotheNational"863"Project.
KEYWORDS:
MobileIP;WirelessInternet;High-speedwirelessaccess;Mobilitymanageme
nt
在过去的10年中，无线通信和Internet技术的迅猛发展给人们的生活方式和生活质量带来了巨大的变化。越来越多的用户希望在移动的过程中高速接入Internet，获取信息和享受娱乐生活，这两种技术结合在一起已经成为必然的趋势[1,2]。
目前，国际上研究移动IP和无线Internet的公司很多，在Telecom‘99会议上，爱立信展示了Bluetooth无线技术与3G系统相结合的图像会议业务，其分组交换的数据速率在广域网中达到472kbit/s。爱立信计划研发的宽带无线IP接入系统Beewip，能给每个终端用户提供3Mbit/s的容量(3.5GHz频段)。思科和摩托罗拉也共同构建基于Internet的无线网络，这一合作关系将为无线业务提供第一个全IP平台，该平台将把世界范围内不同的无线服务标准统一起来，为通过蜂窝网络传送数据、语音和视频一体化服务提供基于Internet的开放平台。如何在无线移动环境下，保证Internet移动用户的可靠接入，为移动用户提供类似固定用户的业务质量是移动IP和无线通信面临的首要任务。
1移动IP
在IETF给出的移动IP协议(RFC2002)[3]中，定义了3个功能实体：移动节点(MN)、本地代理(HA)和外地代理(FA)。其工作原理可大致描述如下：
(1)移动代理(包括本地代理和外地代理)通过代理广播消息广播它们的存在。MN接收到这些代理广播消息后，就知道它是在本地网还是在外部网。
(2)当MN检测到它是在本地网，如果以前未发生移动，那么和正常节点一样工作；如果它是从外部网回到本地网，MN就首先跟其HA通过交换注册请求和注册应答消息进行注册。
(3)当MN检测到它已经移动到外部网后，它就在外部网中得到一个关照地址(Care-of-Address)，这个关照地址可以从外地代理的广播消息中得到(外地代理关照地址)，也可由某个外部分配机制如DHCP(动态主机配置协议)得到。
(4)在外部网的MN就用它得到的关照地址通过注册请求和注册应答消息的交换向其HA注册，在消息交换的过程中，可能要经过FA。
(5)送给MN的数据分组首先被其HA截获，然后通过隧道送给MN的关照地址，在隧道的终点得到数据分组(该终点可能在FA，也可能是在MN自身)，最终送给MN。
(6)对于MN发出的数据分组，就根据标准IP路由机制送往目的地，不必经过HA。
从上面描述业务的路由来看，实际上送往移动主机的IP分组是效率很低的。因此IETF提出了业务路由的优化方法，即通过一些必要的信令交换，使移动主机与目标主机之间存在直接路由。图1给出这种移动IP的业务路由的优化方式。
在这个系统中，增加了一条信令消息——绑定更新消息(UpdateBindingMessage)。这条消息是在本地代理收到一些发给移动主机的分组后，除了通过IP隧道将分组发到关照地址或FA，同时发送一条绑定更新消息给发送这些分组的主机，消息中包括了移动主机的关照地址。当主机收到这条消息后，建立一条通往关照地址的IP隧道，将原本发给移动主机的IP分组通过这个隧道发到FA，由FA发送到移动主机。这种方法中，除了开始的一些分组外，大部分业务直接送到外地子网中，不需要HA的隧道转发。但是这种方法要求目标主机支持IP隧道和移动IP的协议信令。
2支持移动IP的宽带无线网络
这里以空中接口为WCDMA和cdma2000[4，5]的两种宽带无线通信系统为例，来说明其网络结构，它们都完全支持移动IP，可实现“无缝”接入Internet。
2.1WCDMA系统
图2是WCDMA的网络结构，其中接入网和核心网已经明确分离，其优点是可以用同一个核心网支持各种不同的接入网，比如UTRAN、GSM和Ad-hoc等，其中UTRAN中的RNS是无线网络子系统，包括RNC(无线网络控制器)和NodeB(节点B），后者相当于GSM中的BTS。核心网的结构如图2所示，它是由GPRS＋GSM的核心网发展而来的。在WCDMA的核心网中，将SGSN和GGSN合并为一个节点
IGSN(InternetGPRSSupportNode)，整个核心网都是在IP基础之上。同时，在IGSN的网络接口处提供外地代理的功能，在核心网内包括一个本地代理，这样，IGSN、HLR、HA、FA和其他的一些本地网络路由器就构成了整个核心网。
在移动主机建立分组业务的连接时，由IGSN分配给移动终端一个关照地址，在切换时，移动终端可能移动到另外一个IGSN区域内，这时，移动终端将接收新的IGSN的代理广播，并开始建立一个新的连接和获得一个新的关照地址。在WCDMA中，分组的路由与移动IP的分组路由相同，通过外地代理和本地代理来共同实现。在图2中，核心网与Internet之间的IP过滤实体是用来实现移动IP中路由优化的功能，IGSN支持移动IP的路由优化。实际上，因为移动通信系统内在的移动管理性，对于其网络内部终端的移动，可以通过HLR、VLR和注册等过程来实现管理，关键在于从Internet上发过来的数据，要能够正确地找到对应的移动终端。在WCDMA中，这个功能的实现并不依赖于无线网络本身，而是通过HA和FA进行，其实质是通过IP网络或者说Internet来进行移动性管理。当分组发往移动终端时，HA能将分组正确地发到移动终端的关照地址上去，往往就是移动终端所在区域的IGSN，而IGSN将发起呼叫和建立连接等过程，将分组发到移动终端。可见，对于实现大范围内的漫游和移动性管理，WCDMA系统提供了很好的解决方案。
2.2cdma2000系统
图3是cdma2000的网络结构，其中核心网也与无线相关的部分分离，
PDSN(PacketDataServingNode)通过R-P接口与无线网络相连，在PDSN之上实现FA的功能。与WCDMA系统不同的是，cdma2000对无线资源的管理和呼叫流程的控制是在无线接入网络中完成，而不是通过核心网。当移动终端接入cdma2000的无线网时，在PDSN和移动终端之间建立一条PPP连接，之后PDSN通过这个PPP连接进行代理广播，移动终端通过这个PPP连接进行注册等的信令交换，来实现移动IP的建立。而PDSN与HA之间的通信采用IP基础上的AAA(Authentication,AuthorizationandAccounting)协议。当移动IP的路由建立起来之后，cdma2000系统中业务的路由将按照移动IP的规范进行。
此外，HomeAAA是在本地IP子网中的用户注册信息和计费的服务器，VisitedAAA是记录外地网用户注册信息和计费的服务器，BrokerAAA是在HomeAAA和VisitedAAA之间通过安全的方式传递AAA消息的中继服务器。这些AAA服务器的功能相当于在电路交换网中的HLR、VLR和AUC的作用。
一个PDSN可以通过多个R-P接口，与多个无线接入网进行通信，当移动终端在同一个PDSN范围内切换或是漫游的时候，PDSN将相应切换其R-P接口；当移动终端进行PDSN之间的切换时，首先切换的是物理信道，移动终端通过新的物理信道建立新的PDSN连接，同时PDSN支持移动IP的路由优化。
3移动性管理
当移动IP和无线通信融合在一起，人们希望在任何时间和地点接入Internet，这样对于无线终端移动性的管理就显得非常重要。这是由于终端快速、频繁切换造成的切换时延较大，将导致通信性能下降。图4反映了无线终端的移动性管理层次，它可分为子网级移动和蜂窝级移动两个层次。前者是在子网之间移动，可以用移动IP进行有效的管理；后者是指终端在同一子网内部的小区之间移动，移动IP对于这种方式就显得比较困难，在这里采用了蜂窝IP(CellularIP)的策略。这两者的结合可以解决整个区域内的移动性管理问题。在此以中国科技大学个人通信与扩频通信实验室承担的“863”重大项目——宽带无线IP技术为例[6]，来讨论无线终端的移动性管理问题。
3.1子网级移动性管理
在这种管理方式中，我们提出了一种新的位置管理的算法，基本思想是采用本地代理和外地代理的协作。每一个子网中的代理既是本子网的本地代理，又是其它子网的外地代理，而接口服务器负责管理同一个子网内的若干个蜂窝小区。当无线终端的本地代理发现属于本子网的无线终端已移动到其它子网时，它就多点播送位置查询消息给与它相邻子网的外地代理，由每一个外地代理在它所属子网内也广播位置查询消息；移动的无线终端收到该消息后，发送位置应答消息并通过外地代理转发给它的本地代理，以此来确定该无线终端当前所在的位置。同样，当某个子网的外地代理发现移动到本子网内的一个无线终端发生移动时，它就多点播送位置查询消息给与它相邻子网的代理服务器；每一个收到位置查询消息的外地代理(包括收到位置查询消息的本地代理)在它所属子网内广播位置查询消息；该无线终端收到位置查询消息后，将位置应答消息通过它当前所在子网的外地代理或者其本地代理(表明它已返回自己所属子网)发送给多点播送位置查询消息的外地代理，并由该外地代理转发一个位置变更分组给该无线终端的本地代理(若该无线终端已返回到自己所属子网，则无须转发)，以此来重新确定该无线终端当前所在的位置。当无线终端开机后或者发生移动后，将广播一个注册申请广告消息，若在自己所属子网内，则其本地代理进行注册并回送一个注册应答分组给该终端；若在其它子网内，则外地代理将注册申请消息转发给该无线终端的本地代理，其本地代理注册后发送注册应答给该外地代理，再由此外地代理将注册应答发送给该终端。该算法大大减少了无线子网的广播消息，降低了移动切换的开销，该位置管理算法流程参见图5。
3.2蜂窝级移动性管理
这里引入了蜂窝IP[7，8]的概念，此时移动终端在同一子网内的不同蜂窝之间移动，不需要向本地代理注册，而只需要通知接口服务器和外地代理，这样就减少了信令开销。当主机在接口服务器的管理范围内移动时，无需进行位置更新；一旦穿越子网，则必须进行位置更新，以便能够被网络寻呼到。如果主机移动到新的蜂窝，移动主机可以从NodeB的广播消息中得到网络标识及接口服务器的地址，那么主机就可以向接口服务器发起登记请求，同时也可以向本地代理发送登记消息，以告知关照地址(也可以由外地代理完成)。在移动终端中都设有路由表，分组的传送会在所经过终端的表中产生和更新入口，每个入口与该分组的上游终端之间建立映射关系，这些映射关系链表形成了分组传输的路径。如果主机到达新的NodeB，那么发送路由更新消息并将分组重定向到此基站，路由更新消息将对路由表重新配置。从NodeB到接口服务器的分组路由按照最短路径原则进行，与分组的目的地址无关，分组到网关后，才根据目的地址进行下一跳选择。除了路由表外还有寻呼表，目的是在移动主机处于被访状态时可以节约资源，此时发往移动终端的分组可通过寻呼表进行。当终端处于等待状态时，SGSN先向它发寻呼请求，移动主机接受寻呼后就可转为准备状态，随后SGSN可发送下行数据。
此外，蜂窝IP采用终端控制切换，同时规定了小区重选(CellReselection)，由终端主动决定选用哪个小区。由于分组数据与传统语音存在比较大的差异，所以切换的策略也不相同。语音模式下资源必须是由网络分配的，而分组模式下资源是共享的，切换无需一定由网络决定，这种控制方式有利于缩短切换时间。
4结束语
未来移动通信的发展趋势是Internet和无线通信的结合，这将会为人们提供更多种类的信息、娱乐和商业服务。由于移动IP可以使移动终端随时随地接入Internet，因此在将来的宽带无线通信系统中，都无一例外地支持移动IP技术。尽管二者之间的结合还有很多问题需要作进一步的研究，但这是未来移动通信发展的方向，必将有广阔的发展空间和美好的市场前景。
参考文献
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6周武,顾渝骢,朱近康.宽带无线IP技术.电信科学,2001,17(5):29—32
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(收稿日期：2001-11-27)
作者简介
陆晓文，中国科学技术大学电子工程与信息科学系通信与信息系统专业博士生。研究方向为移动通信、MAC层接入协议。
浅析移动IP节点技术 第7篇
关键词：移动,IP,节点技术
1 传统网络节点的不足
计算机技术是信息科技研究的主要对象, 计算机技术发展也标志着信息时代的到来。互联网推广应用初期, 为企业及个人用户提供了虚拟操作平台, 在数据通信及共享资源传输上实现了突破。但计算机技术日趋成熟之后, 传统网络中使用的节点技术显得相对落后。主要表现:
(1) 固定性。所谓固定性, 具体是指传统网络使用的节点固定, 只限于某个区域的互联网使用, 而无法跟随用户位置的变化而正常提供网络服务。如:用户使用笔记本或台式计算机在某地登录互联网, 当笔记本转移到其它地区后则无法正常登录, 网络节点技术的这种固定性缺陷限制了网络的使用范围。
(2) 滞后性。旧网络虽然为用户提供的虚拟操作平台, 但相对于成倍增长的计算机用户, 其整改网络漫游服务的质量相对滞后。一方面, 网络用户增加对节点连接的要求更高, 旧网络显然无法满足这一要求;另一方面, 应用虚拟网传输共享资源时, 固定节点容易受到外界干扰, 影响了资源传输的效率。
2 移动IP的关键技术
从计算机应用原理来说, 移动IP技术就是让计算机在互联网及局域网中不受任何限制的即时漫游, 也称移动计算机技术。移动IP技术是移动节点 (计算机/服务器/网段等) 以固定的网络IP地址, 实现跨越不同网段的漫游功能, 并保证了基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变, 如图1。移动IP的关键技术如下:
(1) 代理搜索。当节点设备转移到另外一个地点, 如:台式计算机、笔记本等, 需要重新搜索新地区的互联网, 才能登陆到网络使用资源。移动IP技术具备代理搜索功能, 主要是计算节点用来判断自己是否处于漫游状态。
(2) 转交地址。在异地登陆互联网需要使用新的地址, 由于这种地址并非用户的常用地点, 只需搜寻某一个临时地址即可。移动IP中的转交地址技术, 可以使移动节点移动到外网时从外代理处得到的临时地址。
(3) 登录。访问某一网站必须事先登陆, 才能正常享有网络的服务功能。移动IP技术设置了登陆模块, 应用于移动节点到达外网时进行一系列认证、注册、建立隧道的过程, 方便了互联网络服务体系的管理。
(4) 隧道。建立双向隧道是移动IP技术的一大改革, 此项技术是家代理与外代理之间临时建立的双向数据通道。当用户在家代理隧道上无法登陆网络时, 可选择外代理服务器登陆, 保证了正常的网络使用效果。
3 移动IP技术应用的管理
为了让移动IP技术发挥最高的服务作用, 网络运营商及用户还需注意其它方面的管理, 创造相对稳定的网络使用环境。具体情况:首先, 运营商应在不同区域内为用户提供节点接口, 让笔记本、掌上电脑等硬件设备能与局域网相互连接, 如图2;其次, 用户要时刻关注节点的功能状态, 防止异常故障影响到网络运行的效率。
4 结语
积极推广移动IP技术, 可以满足用户在不同时间、不同地点对网络服务的要求, 稳定了互联网数据传输的整个过程。选用移动IP技术, 要注意节点设备的更新与管理, 保持移动网络的正常运行。
参考文献
[1]徐华中, 郑诚.移动IP隧道技术实现的研究[J].中国水运 (下半月) , 2008 (4)
[2]赵凤兰.IP Phone的概念原理及特点[J].内蒙古科技与经济, 2000 (5)
全台IP化技术探讨 第8篇
自2010年国务院再次确立三网融合推进的大方针以来, 电信和广电都在努力进行技术革新, 不断打破行业间存在的技术障碍, 日益向融合发展的共同目标迈进。广电行业作为专业化领域向国家大战略看齐的技术核心之一, 从全台数字化、网络化的实践之中, 已经越来越感觉到, 如果要拉平与电信进行业务融合的技术沟壑, 专业化的信号IP化必须要进行更好的变革, 为三网融合铺平道路。
一IT技术应用于广电的现状分析
随着IT技术在广电领域的广泛应用, 技术平台的不断革新推进了广电行业从业人员对IT平台技术的深入应用。节目生产及管理人员从业务出发对IT技术服务于不同业务环节提出了细致的功能需求, 也促进了IT技术在广电行业的服务水平日益提高。
同时, 具备广电行业特点的媒体应用也逐步受到各行各业的重视, 可视可听的视音频直观展现给人们带来了巨大的信息量, 广大受众的信息接触方式和习惯悄然产生了变化。
广电行业内部的IT技术变革的加速, 使较为封闭的专业领域应用模式发生了本质变化, 广电行业的内部竞争也因为IT技术的深入应用转换到了依托IT平台着手业务实现的通用行业的竞争平面上, 广电行业的壁垒不断被打破, 可以参与广电行业建设和发展推进的门槛也越来越低, 这也使广电行业面临的挑战越来越大。
二全台IT化进展
从电视台技术发展看, IT化进程主要分为以下三个主要阶段。
1. 信号数字化
在过去的很长一段时间里, 广电行业技术体系的大部分环节都还是采用模拟信号进行业务实现, 但模拟信号固有的缺点随着数字技术的推广应用凸显出来。当数字电视成为全球广电行业的大趋势时, 要求从节目摄制、编辑、发射、传输到信号接收、处理、显示等众多环节提供完全数字化的系统。
信号数字化是电视台数字电视改革过程中, 保证节目生产流程不同环节节目的高质量首先要解决的核心问题。
2. 业务平台IT化
随着数字电视推广产生的电视频道资源增加, 需要实现电视频道播出节目大规模生产的技术系统支撑需求, 使电视台及相关制作机构建设技术系统的投入不断加大, 随之而来的技术系统网络化成为自2000年开始的主题。由总局领导起草的《电视台数字化网络化建设白皮书》指导了全国广电行业全台网建设的实践。很大程度上提高了节目制作水平和效率, 提升了节目生产过程的管控能力。
3. 信号IP化
2010年, 国务院常务会议明确了“三网融合”时间表并开始实施试点工作在广电和电信双向动力的驱进过程里, 加速了互联网音视频应用的发展。受众收听收看音视频内容的习惯发生了巨大的变化, 新媒体的概念和对广电行业产生的实际冲击对广电行业的技术系统建设提出了新的要求。
如何快速响应满足“大众体验”的终端用户需求, 高效支持已经有较长时间发展的新媒体转型企业对内容的需要, 解决好电视台和节目制作机构需要在原有体制下完成的节目播出和网络电视台发布形式, 向可以广泛与新媒体运营企业合作转变。
新媒体运营企业是居于互联网业务和IT技术体系的平台, 信号方式的传输完全无法满足节目周转的需要, 信号IP化是这一阶段需要重点解决的问题之一。
三信号流转典型架构
目前大多数电视台的电视信号流转架构如图1所示。
由于节目生产基本都已经非线性数字化处理, 信号所在区域集中在“信号汇聚域”和“信号输出域”两个部分。另外, 收录和播出部分既有信号, 也有数字化, 所以跨信号域和内容生产域。
目前, 信号汇聚域和信号输出域两环节信号中转在大多数电视台是通过总控系统来实现的;未建设总控系统的电视台, 则主要由硬件设备连接方式解决信号中转问题。
四总控业务的新变化
随着三网融合业务的深入开展, 广电行业的内容优势突出。数字电视节目从不同渠道获取的素材量不断扩大, 随之而来的信源接入, 信源处理等管理日趋复杂。
各种新媒体运营平台用于承载运营行为的载体是内容, 而内容的主体是来自于广电行业的专业视音频节目。据统计, 新媒体运营企业的IT化程度高, 接收内容的方式多数是IP类型, 对于电视台总控业务来说, 大量的IP数据中转需求已经逐渐成为常态。
针对IP需求的国际国内众多厂商都已经开始并陆续生产出响应IP化业务应用的设备和系统。
五信号IP中转域的设想
从电视台业务应用流程中的全台信号IP化角度, 信号的入出两端必将在较长一段时期内还维持多种信号使用形式, 基于此, 本文提出电视台信号流IP中转域的设想, 如图2所示。
电视台信号输入端的信号来源种类大致分为四大类:
卫星、有线电视网形式的RF信号;
微波、光端设备、演播室、播出、外送等形式的SDI信号;
微波、光端设备、SDH、播出、外送等形式的ASI信号;
现场监控实时回传的IP流。
经过核心设备“IP网关”后可以统一转化为IP流, IP流可以单播流形式, 也可以组播形式输出到文件化处理域的相关业务系统进行文件化处理。待文件处理域完成节目生产和处理工作后, 形成的有价值素材和成品文件通过编码处理, 统一输出为IP流。
IP流将统一通过IP流切换系统进行分发, 根据不同的IP流需求, 在信号的输出端配置不同的设备和系统进行解码或业务处理工作。比如:将高码率IP流分发到对应的广播级解码器, 解成SDI或HD-SDI信号送电视台总控矩阵;或者分发到监测系统、节目收录系统等台内节目生产相关业务环节;也可以直接将IP流分发到新媒体 (IPTV或OTT等) 平台进行发布。
在中转域使用的核心设备IP网一般需要提供多类信号源接入支持, 能够处理字幕、台标等信息的叠加, 完成编码、语音识别、图像挖掘、视音频内容比对等视音频处理工作, 并能针对IP流进行遵循于290/MDI标准的视频层监测及多画面显示支持的功能提供, 最终输出时也应该能兼容多种信号需求的接口能力。
六全台IP分发分析
当IP分发的基础已经发展到可以实施时, 需要进行充分论证来解决对IP分发系统是否可落地的顾虑。
1. 可行性分析
首先, 电视台业务随着IT技术的广泛应用, 信号线的连接和网络布线两种形式的传输工程实施的优劣已经十分明显。
传统的基带信号传输需要较为复杂的布线工作, 随着技术的发展, 在原有的线材重量、线粗、走线要求高、信号随线材加长的不断衰减, 需要增加众多中继设备, 对空间、电力和温湿度要求高等问题的基础上, 4K等超高清信号对线材要求的提高, 传统基带信号工程的劣势更加凸显, 再加上需要线材测试等配套设备多, 居高不下的成本也成为突出的劣势。
其次, 从视音频压缩技术和视音频数据封装技术都已经发展非常成熟, 视音频内容在网络中的分发已经不再困惑于视音频数据的庞大。以太网传输协议提供了单播、组播等成熟的方式, 可以将视音频数据以不同形式到达业务需求想到达的目的地。
再者, 以太网带宽已经足以传输多路视音频信号所承载的数据, 带宽已经从以前常用的百兆发展到现在的万兆, 光纤技术的成熟应用解决了数据远距离传输带来的问题, IP化之后的视音频信号可以在一根网络线缆中同时传输多路;同时, 传输过程中的检测技术、网络安全技术、IP流的授权访问、传输过程中的IP流监看和链路高可靠保障等技术从成本的节约和应用的成熟性上, 都已经提供了充足的实践依据。
从以上几点看, 全台信号IP分发的可行性已经毋庸置疑。
2. IP意义所在的分析
从电视台业务角度看IP化对视音频应用产生的驱动力, 可以分以下几个方面分析。
(1) 对制播过程中使用信号的总控、传输环节将产生重大技术革新
在当前技术产品化进程里, 尚有不少关键设备还在不断完善, 在无法做到全面即时IP化之时, 采用一些核心设备部分替代总控或传输环节的设备, 为全台信号IP技术实践进行铺垫。工作人员对新技术应用产生的变化需要有一个缓冲, 在逐步实践的过程中, 改造并提升技术水平。使技术平台和配套人员能够适配社会对视音频内容获取的期望。
(2) 更好地保障节目质量
在模数转换的初始环节, 影像被转换为原始的视音频文件, 按IP封装模式进行的传输未经过新的数模转换, 也没有重新编解码的过程, 以原始质量传递的原始码流避免了多次编码, 最大程度地保障节目质量。如果在入、出两端之间均通过IP形式进行数据的传递, 节目的质量不受任何新的环节影响。
(3) 更好地高效支撑节目生产
从节目生产工艺流程看, 因为没有中间数据码率的转换, 不会发生中间的额外时间占用, 效率被保持在最高, 对节目生产效果起到最好的支撑作用。
(4) 拓展对新媒体业务的支持
虽然新媒体业务所需文件往往是低码率的, 但从不同新媒体平台发布的需求看, 由IP方式进行的内容分发和接收, 避免了专有设备的配置、系统的配置和操作, 标准的封装模式打破了不同平台之间不同厂商建设系统之间的壁垒。为可能产生的新业务支撑提供了开放、灵活的良好基础。
(5) 节约投入
由于全台信号IP化分发主要采用的网络技术, 绝大多数环节都不需要增加额外的设备, 同时系统构成所需的后续技术保障都是通过技术, 并能快速进行人才的培养和储备, 总体系统投入的成本以及后续的系统维护成本都缩至最小范围, 总体投入可以得到很好的节约。
3. IP化的挑战
全台IP化总体变革还在进展过程之中, 还存在诸如:延时和丢包问题, IP化控制问题, 设备改造可能带来的业务流程变化, 以及人才储备和运营思路改变等问题, 但从系统角度, 总体上需要解决好以下几个原则性问题:
从可靠性上, 系统必须具有极高的运行可靠性, 具有检错、纠错能力, 并具备完善的应急方案, 且应急操作安全、快捷。IP业务管理分发系统的高可靠性是第一原则, 系统具备多种安全备份技术、应急处理机制;系统功能完善、架构及流程合理, 具有一定冗余和容错能力, 应急处理简单有效, 减少故障恢复时间;设备及技术兼顾先进性与成熟性, 确保IP业务管理分发系统安全、稳定的运行。
从稳定性上, 整个系统应采用稳定、成熟的先进技术和高质量的设备, IP网络将确保具备高稳定性的运行;系统关键设备热备份;系统具有故障自动检测、自动恢复能力;应用管理系统具备容错和应变能力。
从兼容性上, 系统必须解决好与现有各硬件系统、软件应用系统的兼容, 包括总控控管监系统、总控以及传输硬件系统, 全台Portal系统等, 以确保总控整体业务顺利运行。
从可扩展性上, 系统应该能够实现可预见的平滑升级。在保证初期业务的前提下, 预留充分的扩展空间, 保证将来各种新业务的开展。除了能够满足规模的扩展, 总控IP信号的来源也是多种多样, 系统对和各种IP流预处理系统对接管理, 留下了充足的空间, 支持更多的应用场景扩展。
从易用性上, 系统需兼顾操作人员的现有使用习惯和值班特点, 操作方便, 界面友好, 体现以人为本的易用特性。必须具备完善的网络管理功能, 网络管理操作简单、直观、维护管理方便。
七全台IP分发管理系统功能设计
全台IP分发管理系统, 按实际应用可明确分为IP业务分发管理和IP业务分发监控两个核心环节。
IP分发系统, 核心业务是把TS/IP流发生设备产生的IP流, 按照业务人员使用要求, 分发到TS/IP流接收方。IP流发生设备由总控控管监系统控制, 设备资源申请, 由业务人员通过央视Portal进入TRM系统提交。
IP流来源包括卫星接收机接收并生成的IP流, 现有的播出系统的编码器输出的IP流, SDH网络经过相关适配器后生成的IP流, 总控SDI信号经过视频编码器编码输出的IP流。未来还可能包括3G/4G网络传输来的外部IP流, 以及其他来源的非广播级IP流等。
IP业务分发管理主要针对业务部门使用组播IP资源进行管理, 可以提高组播源设备利用率, 能够方便业务部门对整体组播资源情况的了解, 并能根据自身所需进行相关资源申请。
主要负责IP组播流资源的发布, IP任务的建立、执行与共享管理, IP组播分发网络设备资源的状态监测, IP组播流接收设备集的管理, 以及各项应急策略和应急业务处理。该系统包括IP业务管理用户门户、IP任务管理模块、IP任务执行模块、IP任务状态监控及IP多画面监看、以及外部系统接口模块等部分。
IP业务分发监控, 主要实现对IP组播流授权管理和IP流组播网监控。基础网管功能有网络拓扑自动发现、交换机配置管理、网络状态监控、网络故障告警、网络流量统计等等。
组播流授权管理, 按照IP流分发任务指令, 对于终端设备加入组播流的请求批准或拒绝。组播流监控, 针对每一个组播流, 监控IP流的状态、码率、抖动、延迟、丢包和中断;针对组播流分发网整体的负载、延迟、丢包进行监控。
八小结
IP网络和光纤通信技术 第9篇
IP技术与光光纤通信技术密不可分, IP技术改变了我们的世界, 而它所依赖的光纤通信技术更是把我们所有的带宽梦想变为了现实。随着科学研究的不断深入, 它们二者的关系将更加紧密的结合, 未来要实现的光互联, 全光网技术。IP技术与光纤通信技术的关系是两者成为了支撑通信大夏的基石。
IP网络
IP网络自然用的是TCP/IP协议。那什么是TCP/IP协议呢?TCP/IP协议的基本传输单位是数据包 (datagram) , TCP协议负责把数据分成若干个数据包, 并给每个数据包加上包头 (就像给一封信加上信封) , 包头上有相应的编号, 以保证在数据接收端能将数据还原为原来的格式, IP协议在每个包头上再加上接收端主机地址, 这样数据找到自己要去的地方 (就像信封上要写明地址一样) , 如果传输过程中出现数据丢失、数据失真等情况, TCP协议会自动要求数据重新传输, 并重新组包。总之, IP协议保证数据的传输, TCP协议保证数据传输的质量。
IP是与支撑它的下层物理网络无关的网络层协议, 基于IP协议组建的网络, 统称为IP网络, 这种网络支持的各种应用业务, 统称为IP业务, 而实现这些业务的技术, 即为IP技术。IP技术最吸引人的特点是可以将所有系统都连接在一起, 几乎任何一种计算机硬件和操作系统的组合都具有用于IP网络协议的驱动程序。IP技术的这种广泛的物理网络适应能力;以及各计算机、网络设备厂家都对IP支持的特点, 使得IP业务的地域范围和应用业务领域十分广泛。
介绍完了IP网络的基础, 我们再来看看目前电信网的发展, TDM技术已经不是未来的发展方向。TDM设备虽然还在生产, 但全世界的TDM研发已经全面停止了。另外由于ATM的许多标准并未得到验证, 也不是未来的发展方向。还有, 现在的IP网是基于传统的因特网理念, 以用户自律为基础, 自由发展, 缺少管理, 是一个非盈利的商业模型。因此, 传统的因特网不能成为未来电信网的发展方向。基于这样的情况, 新型IP网络有了大显身手的机会。随着IP网络设备技术上的快速发展、路由器性能的极大提高、以及DWDM的大量商用, 传输成本大为降低。而Internet上的业务发展相对较慢, 从而使得网络处于相对轻载状态, 可以在Internet上开展丰富的数据、语音、视频等综合业务, 开展电话通信等等。
另外移动IP能够实现用户任何时间、任何地点、用任何一种媒体与任何一个人进行通信共享。目前移动IP已经在开展3G国家和地区已经开始运营, 移动IP在我国也开始提上了日程。首先IP是3G的需要, 3G业务将以数据和互联网业务为主, 在3G将承载者实时话音、移动多媒体、移动电子商务等多种业务。移动IP可以让3G真正实现随时随地无缝接入, 将大大促进3G业务发展。虽然目前移动IP技术还有很多不足之处, 但是基于移动技术的网络系统和Internet网络相结合, 提供高速、高质量移动IP技术必将是大势所趋。其次, 移动IP是IPv4发展到IPv6的必然, 随着互联网的规模及应用快速发展, IP地址将从IPv4演进到IPv6, IPv6将现有地址扩展多128位, 可用地址是原来的8倍, 这将大大方便移动IP的应用, 不仅满足了对空间的需求, 也对移动终端设备对IP地址的配置要求, 而用户对于基于IP的应用业务使用也更为方便, 3G移动网络向IPv6承载过渡是必然趋势。
光纤通信技术
因光在不同物质中的传播速度是不同的, 所以光从一种物质射向另一种物质时, 在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且, 折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时, 折射光会消失, 入射光全部被反射回来, 这就是光的全反射。
进入光传播时代以来, 在尽享数字信号带来高数据处理能力的同时, 我们不得不忍受光纤这种娇贵的传输介质。因为施工人员必须将光纤铺得平直舒坦, 它才老老实实地为人们传输清晰的信号, 所以造成了在建筑物里铺光纤难度大、成本高的难题。而《时代》周刊将“计算机类最佳发明”头衔授予了康宁 (Corning) 公司, 理由正是该公司研发了名为nano Structures的技术, 并基于这个技术发明了一种能让信号在角落处转弯、百折不挠的“变形光纤”, 为突破光传播介质的瓶颈做出了贡献。
光纤通信技术是通过光学纤维传输信息的通信技术。在发信端, 信息被转换和处理成便于传输的电信号, 电信号控制一光源, 使发出的光信号具有所要传输的信号的特点, 从而实现信号的电光转换, 发信端发出的光信号通过光纤传输到远方的收信端, 经光电二极管等转换成电信号, 从而实现信号的光电转换。电信号再经过处理和转换而恢复为原发信端相同的信息。现在以长波长光源和单模光纤为标志的第二代光纤通信技术也已经成熟, 无中继通信距离约为30公里, 通信容量约为5000路, 适用于长途干线通信。全光化和光集成化的光纤通信技术正在研究之中。全光化指的是在中继器中光信号直接被放大, 省去了光电转换和电光转换过程。全光化的光集成化功能大大减少中继器和光端机的体积, 降低功耗和成本, 提高可靠性。未来的光纤通信将向超高速系统、超大容量WDM系统演进, 而实现光联网是整个光纤通信发展的战略大方向。我们期待着这些新技术的实现来更大的促进整个信息产业的发展。
参考资料
参考文献
[1].《百折不挠的光纤》作者:王雅丽1.《百折不挠的光纤》作者:王雅丽
IP网络性能优化关键技术研究 第10篇
互联网应用的多样化以及应用的普及, 使得提供互联网支撑服务的网络运营商必须考虑如何能为用户提供最好的服务, 以在市场竞争中取得先导地位。其中, 如何打造出智能化管道, 基于网络流量特征来优化网络的通信性能已成为当前IP承载网络的重要研究内容。
1 IP网络的性能问题
IP网络的性能问题可以转化为互联网业务应用对IP网络提出服务质量 (Qo S) 要求问题。这要求IP网络的管理人员可以对网络当前的性能指标进行提取, 并根据业务应用需求和业务流量特征, 优化网络性能, 为业务提供满足服务质量要求的网络支撑服务。
2 IP网络性能的测定
2.1 网络性能定义
IP网络性能是指一系列对于运营商有意义的、可用于系统设计、配置、操作和维护的参数进行测量所得到的结果[1]。网络性能可以用一系列的网络参数来度量和描述, 体现了网络本身的特性。
2.2 网络性能测定过程中注意事项
确保样本空间足够大;一定要确保样本具有代表性;对于粗粒度时钟使用的时候一定要小心;对于不可预知的事情, 尽量确保在进行测试的时候避免发生;深知干扰测量结果的还有缓存机制;注意对结果的外推等等。
2.3 网络性能测定的若干参数
在IP承载网络中, 需要测定的网络性能参数有如下这些:
1) IP网络的连接性:也称可用性、连通性或可达性, 是网络的基本能力或属性;
2) IP网络延迟:是IP包穿越1个或多个网段所经历的时间;
3) IP网络丢包率:是指传输的数据包在网络上传输时被丢弃的概率。目前主要用贝努利、马尔可夫和隐马尔可夫等模型来评估网络丢包率[1];
4) IP网络带宽:包括瓶颈带宽和可用带宽, 其中瓶颈带宽是指网络能提供最大的吞吐量。
3 影响网络性能的若干因素
3.1 CPU的速度比网络的速度更重要
我们现今使用的大部分网络中, 用实际经验长期的结论, 操作系统在传输线路上所花的时间往往多于协议所使用的开销, 换句话说, 瓶颈问题多半是由主机引起的, 只要加大CPU的速度, 数据的吞吐量几乎成倍的增加, 而这点想通过网络容量加倍的方法几乎是徒劳的, 可见, CPU的速度比网络的速度更重要,
3.2 减少分组数以便减少软件开销
众所周知, 中断是需要软件开销的, 而每个分组的到达都要引起一个中断, 建议在数据传输之前尽量收集必要的数据用来减少传输过程中的中断次数, 减少分组数有助于减少中断, 从而减少软件开销。
3.3 使环境切换次数最高
如从内核模式到用户模式称之为环境切换 (context switch) , 此类切换方式非常不利于网络性能, 通常情况下, 他们像中断一样带来不良后果, 当然最坏的情况还是使大量的缓存没有命中率。这种做法环境切换在每个分组都浪费了大量的可贵的CPU时间, 甚至对网络性能的影响是致命的, 不可恢复的。
3.4 分组在网络中复制的次数
网络中传递的数据文件在传递过程中需要使用两次系统调用:Read/Write, 包括如图1所示的将接收到的数据文件读到内存和把内存存储的数据文件读出并通过Socket发送出去的过程。
上述过程中, 由于数据文件解析和套接字转发分别处于网络设备操作系统的用户空间和内核空间。在不同空间进行数据传递时必须进行数据拷贝操作。一个完整的Read/Write过程中至少需要进行4次拷贝复杂操作。而数据拷贝是一个非常消耗CPU和内存资源的过程。
3.5 网络带宽与延迟
业务占用的网络带宽可以通过增加付费来加倍提升, 但这并不能降低业务数据的传输延迟。解决网络业务延迟问题, 需要改变网络协议, 网络接口和使用合适的操作系统。
3.6 网络拥塞
有句话:“防病胜过治病”这句多年被人们认可的格言用在网络拥堵方面是非常适用的。一旦出现网络拥塞, 很多问题接踵而至, 比如分组数据丢失、浪费带宽、没必要的延迟以及其他问题都会马上出现。因此, 一个有效的手段是尽量避免出现拥塞。由于互联网视频业务的普及, IP组播承载的需要也得到广泛应用。在组播应用中, 需要在IP网络中建立组播转发树, 负责将端数据转发到各种接收端。这当中, 转发树的分支节点的协调控制对IP组播网络的拥塞控制具有重要影响。因此, 如何基于分支路由器协调机制来控制流量拥塞已成为网络运营商当前迫切需要解决的问题。
3.7 避免使用过多的超时机制。
网络中定时器是必不可少的, 但是否一定要使用呢?结论是尽量少用。除此之外定时器还会出现超时, 一旦出现超时现象, 通常情况下是要重复某一个动作, 如果这个重复动作是必须的, 似乎可以理解, 但如果是没必要的, 那这种类似状况的重复动作显然是一种浪费了。
4 一种简单网络性能优化方法
目前已有的网络性能分析和优化解决方案中, 很少将网络性能与网络成本进行统一考虑。面对纷繁复杂的互联网应用业务, 如果以最优的服务质量满足所有业务服务质量要求, 需要付出昂贵的网络成本。从经济角度看, 是一个不可持续发展的网络模式。而且, 不同的网络应用对服务质量的要求是不一样的, 对网络成本的支持能力也是不同的。因此, 本文提出了一种充分考虑网络效益的网络性能分析与优化解决方案。将网络成本需求放到网络性能优化目标的参数中。方案目标是依据业务给定的网络成本支付能力, 提供服务质量最优的网络支撑服务。
通过公式 (1) 中的参数改变, 可以实现网络性能分析优化。
假设网络D= (V, E) , 其中V表示节点的集合, E表示链路的集合, 网络D的成本包括链路成本和节点成本, 即:
其中, cos t (link) 为链路link的成本, cos t (node) 为node的成本。
5 结语
针对网络性能优化的研究近年来已经取得了一些进展, 但由于未考虑网络成本支撑的需求, 因而在实际应用中未得到普及。在市场化条件下, 满足网络成本效益需求的网络性能优化, 是一种合理的网络管道智能化管理方案。
摘要：互联网应用的多样化导致其承载IP网络的结构日益复杂、管理日趋困难。尤其是针对网络流量的监控和优化网络的性能也面临越来越大的挑战。文章以IP网络的性能问题、网络性能的测定、网络优化性能的系统设计为研究点, 给出了一个简单的网络性能分析优化模型。
关键词：网络性能问题,网络流量监测,网络性能优化
参考文献
[1]Maya Yajnik, Sue Moon, Jim Kurose.Measurement andModeling of the Temporal Dependence in Packet Loss[A].IEEE INFOCOM[C].1999:345-352.
[2]Lee G, Kwon Y, Cho K, et al.Performance Evaluation of GigabitEthernet Interfaces[C]//Proc.of ICACT’08.Gangwon-Do, Korea:[s.n.], 2008.
全IP软交换的技术创新与进展 第11篇
【关键词】 软交换；全IP化；技术创新；系统进展；规模完善
【中图分类号】 F224-39【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0032-01
前言
移动软交换技术，随着市场经济的发展，也不断的得到发展，在这一过程中，网络安全系统不断健全，大大提高了日常网络运行的安全程度及其其他信息量的运输效率，有利于计算机网络系统的日益健全。
一、全IP软交换的技术背景
随着计算机网络的发展，3GPP R4技术得到了不断发展，在此过程中期移动软交换系统不断得到健全，其相关协议越来越成熟，有利于日常的核心网的IP化环节的不断推进。的健全，有利于A接口IP化的不断完善，有利于相关环节的创新型的发展。
二、 软交换IP化总体发展模式
软交换IP化的发展具备很好的效益，也存在一些重大风险。这就需要针对软交换IP化总体发展模式进行相关不足的分析，具体解决相应的问题。在此过程中，较为灵活的IP网，促进了日常业务的有效发展，有利于日常业务的开放性发展。这种IP网络的多边形，也有利于促进了电信网络运输效率的提升。IP软交换技术能够有效的节约成本，但是其容易导致相关程度的网络质量的下降，不利于日常信息数据运输质量的提升。这就需要我们更新IP软交换扁平化的模式，促进其相应运行模式、管理模式的更新，以确保网络运输质量的提升，以促进IP整体网络系统的建立健全。IP网络是一种整体性的结构，每个部分之间都存在相互联系，也就是说，一方存在问题，这个系统的整体环节也会出现问题，在这种情况下，我们要做好日常故障变化的有效排除，以降低软交换IP化系统的风险，从而确保IP网络扁平化系统的更新，有利于突破传统的维护模式的局限性，实现集中化的维护模式，促进整体系统的有效发展。
三、关于全IP软交换催生技术模式的更新
1.分离式架构催生新的部署的策略分析
我们日常所说的R99核心网电路域模式是一种传统程控交换方式，它以TDM为承载载体，有利于GSM核心网和网络架构的统一性发展。R99MSC的集中化设计，不利于网络容灾系统的安全运行，也不利于话路迂回现象的避免。在此环节中，移动软交换技术的发展，有利于承载环节与控制环节的相剥离，有利于实现MGW环节的有效运行，有利于避免话路迂回的现象。有利于实现MSC Server程序的集中化管理，有利于提高其质量水平。在此过程中，软件换利用相关介质可以实现MSC Server POOL组网模式的建立健全，在此环节中，我们需要注重对MSC Server系统环节的相关运用，这个环节可以有效提高容灾环节的安全性，便于我们日常相关环节的管理。
2. 核心网IP承载语音优化网络组织的结构分析
我国移动公司运用一系列的软交换构架组网进行日常的网络通讯运行，它是以IP承载环节为基础部分，有利于促进，媒体网关MGW环节的有效运行，有利于促进MGW与移动软交换机的环节的健全，有利于促进3G、2G功能的发展，有利于实现各软交换机之间的CMN转接环节，有利于提高控制面环节的完善。与此同时，在用户面方面，MGW之间的媒体流，MGW平面组网，利用IP承载网进行疏通，不需要经过MGW转接环节，这样有利于通讯环节质量效率的提升。TDM端局与省内外长途IP端局进行互通话务的有效运行，有利于实现交换关口局TMG与GMGW互通设备环节的顺利进行。有利于促进省内外话务系统的疏通，有利于该系统的建立健全。在此环节中，IP端局与TDM端局互通话务环节的有效实现，就利于IP相关环节的发展，有利于P端局与TDM端局环节之间的互通话务的实现，有利于核心网IP承载语音环节的有效进行，有利于IP端局之间的媒体链接。有利于实现本地网转接环节的运用，有利于TMG扩容规模压力的降低。
3. 无线接入网IP化实现端到端全面IP承载的分析
为了网络IP策略的有效实现，我们需要确保全IP软交换系统的稳定运行，实现无线接入网IP化环节的实现，确保端到端全面IP承载模式的实现。有利于BSC到TS的Abis接口系统的完善，有利于促进对设备厂家的私有接口的有效利用。有效确保IP承载环节、GB接口IP标准化环节的发展，有利于确保技术规范的符合。在此过程中，用户面的IP化系统依然存在不足，它仅仅是一种A接口信令面的IP化的具体指定。A接口用户面IP化的完成，标志着移动软交换下端到端基于IP承载的实现，其优势主要体现为：话音业务质量提高：在A接口TDM承载时，保证其处于核心网IP化的条件，其单个2G-2G呼叫需要经过4次TC（编解码转换）过程，语音质量下降；AoIP后，可实现全程免编解码从而提高语音质量。降低网络成本：A接口IP化后，由于TC从BSC上移到MGW，IP化后TrFO情况下的2G呼2G不需要TC，大量降低设备投资。
在实际操作过程中，IP化有利于实现MSC POOL组网系统的健全。为了实现SGSN in Pool、 MSC in Pool方案难度的降低，确保E1传输连接环节的简单化，我们需要进行IP组网扁平化系统的建立健全，以有效降低日常管理维护的复杂性，有利于保证全IP组网的有效运行，有利于促进GSM核心网与接入网的统一性发展，有利于日常网络规划系统的建立健全。Abis接口、A接口、Gb接口IP化后，可以将需要维护的网络类型归一化，减少维护人员的技能要求，简化了维护管理难度。2G/3G共享网络传输，利于传输网的规划设计：在3G RAN采用IP传输的情况下，3G RAN的基础网络必然将采用IP化传输技术，IP BSS使得2G、3G可以共享基础网络，不需要为2G BSS单独维护一张TDM基础网络。
四、 ICS技术实现业务的IMS控制模式
为了有效实现全网IP化，我们需要做好移动软交换的IP化环节，有效实现IP的IMS控制架构的有效实现，有利于承载环节到业务控制环节的全面IP化。在此环节中，我们要确保M移动接入方式的融合，确保移动环节与业务连续环节的无缝性，有利于健全全业务运营的目标核心网架构系统的健全。以有效实现PS承载语音与多媒体业务的发展，有利于促进IMS的有效控制，从而确保全面覆盖环节的有效进行。由于2G/3G无线网络带宽和QoS等因素的限制，运营商可以在2G/3G网络提供一些PS域非实时业务，但移动话音业务还需要从CS域接入。IMS Centralized Services就是要建立一个公共的核心网络，同时向移动/固定IP接入和移动CS接入用户提供统一服务，有效地降低核心网的OPEX和CAPEX。
目前来看，国际上通用的ICS实现方案分为两部分。一部分以终端增强方案为基础，利用PS域与IMS域的连接，实现业务控制与会话环节的有效运行。有利于CS域的语音话语承载环节的有效运行。这个方案对于终端功能环节的依赖比较大，不利于日常现网部署系统效率的提升。
五、 结束语
未来网络系统的发展，离不开全网IP化，我们对该系统要引起相关重视，以促进网络运输质量、效率的提升。
参考文献
[1] 贾天鹏，杨大勇. 软交换技术应用研究[J].科技创新导报. 2011（18）
[2] 李海涛.IP软交换承载网技术在联通网络中设计与应用[J].硅谷. 2010（04）
电视中心IP化关键技术研究 第12篇
一直以来, 更好的节目声音和图像质量、音画效果, 更高的制作效率、节目发布速度、覆盖率都是广大电视工作者的理想。随着宽带IP网络技术的发展, 电视中心制作和播出系统正快速地从SDI电路交换系统向IP网络交换系统迁移, 这种变化深刻地影响了电视中心的节目采集、制作、播出、存储、分发和管理, 影响了节目生产的质量、效率、效果, 业务生产流程也出现了深刻的变化, 这无疑将使广大电视工作者距离他们的理想又近了一步。
IP化毕竟是成长中的事物, 应用和部署过程难免遇到困难。为此, 作者曾在本刊发表文章[1], 对电视中心IP化的可行性进行了深入讨论, 但是电视中心IP化过程是个复杂的工业化命题, 涉及到方方面面的问题。为了使广大电视工作者能够更好地理解电视中心IP化的原理和方法, 同时了解IP化所面临的困难, 本文首先对电视中心IP系统的结构特征进行分析, 然后对IP化过程中的标准化、数据封装传输、时钟同步和网络架构四个关键技术问题进行系统阐述。
1 电视中心IP系统结构特征
笔者认为电视中心IP化需要经历三个阶段:第一个阶段, 在电视中心内实现控制数据和压缩编码音视频数据点到点的IP化传输, 生产节点之间的互联通过IP网络实现;第二个阶段, 在电视中心的总控或节目信号调度系统内实现无压缩音视频数据的任意交换与精确同步, 用IP交换机代替SDI矩阵;第三个阶段, 在电视中心内实现无压缩音视频节目采集、制作、播出、存储、传输、分发的IP化。
第一个阶段虽已得到应用, 但未完美。图1展示的是该阶段电视中心的系统结构, 其中, IP系统成为最重要的基础设施, 音视频节目信息以文件或数据流的形式在IP系统上传输, 但在总控、播出、演播室和信号传输系统中, SDI仍旧发挥重要作用。
第二阶段, 在总控、播出、演播室和传输系统内实现无压缩音视频数据的IP交换, 是IP化研究与应用推广的重点阶段。
第三阶段需要强大的IT基础设施作为支撑, 按现有的技术条件, 还无法普及。在这个阶段, 制作和播出系统将不再需要复杂的编解码内核, 非编站点仅需配置高速数据接口、时间线处理、特效和合成等功能, 节目生产可以在无损环境下进行。图2展示的就是该阶段的电视中心系统结构, 核心是一套无阻塞的、延迟和可靠传输性能、时钟同步精度可媲美电路交换系统的IP交换系统, 边界是各类转换网关, 负责完成TS over IP、ASI、SDI与无压缩音视频数据之间的转换。
2 标准化
国际上有多个组织在推进音视频在IP网络上传输的标准化工作, 如国际电信联盟 (ITU) 、国际电气和电子工程师协会 (IEEE) 、美国电影电视工程师协会 (SMPTE) 、欧洲广播联盟 (EBU) 、视频服务论坛 (VSF) 、网络媒体联合工作小组 (JT-NM) 。
ITU是主管全球信息通信技术事务的联合国机构, 是信息领域最重要标准化组织, 主要机构由无线电通信部门 (ITU-R) 、电信标准化部门 (ITU-T) 和电信发展部门 (ITU-D) 组成。ITU-R的第6研究组 (SG6) 负责广播电视技术研究与标准化工作, 电视中心IP化工作由SG6下辖的WP 6B工作组负责。
2012年, WP 6B向ITU-R/SG6提交了课题申请并获得批准, 课题编号为137/6, 课题名称为“Internet Protocol (IP) interfaces for the transport of broadcast programmes”, 英国广播公司 (BBC) 和美国哥伦比亚广播公司 (CBS) 为课题报告起草人。
该课题主要研究广播电视节目经IP传输时的协议参数、网络性能要求、满足节目传输安全要求的条件、网络控制方式, 以及同步机制。自2012年3月起, 课题组收到了澳大利亚、日本、EBU提交的文稿。2013年4月, SG6正式发布BT.2268研究报告[2]。
IEEE是一个国际性协会, 专门设置了标准局, 负责管理和审查各个专业委员会提交的技术标准。电视中心IP化标准制订由IEEE 802.1标委会下的IEEE AVB任务组负责。IEEE AVB任务组制定了一系列用于音视频在IP网络上传输的标准, 目的是在局域网上提供时间同步和低时延的实时媒体流服务。
IEEE AVB已经发布了多项相关标准, 见表1。其中, 802.1Qat是一个基础性的标准, 用以保证源和目的之间的网络资源是可用的。802.1Qav规定了数据流队列及转发协议, 用于协调数据流量, 对音视频数据流量进行整形, 从而为时间敏感的数据流提供一种可靠的机制, 同时也解决了音视频流量与其他流量的带宽竞争问题。802.1AS在以太网上提供一种低延时、低抖动时钟, 用于对音视频的精确同步。802.1 BA规定AVB设备参数, 还有待完善。
上述这四个标准构成了IEEE AVB的基础, 再加上IEEE的音视频传输协议IEEE 1722和IEEE 1733, 就构成了完整的AVB协议栈, 如图3所示。
需要了解的是, 目前IEEE AVB任务组已经更名为TSN (Time-Sensitive Networking) , 继续对AVB标准体系进行完善。
SMPTE第32技术委员会 (TC-32NF) 下的WG60工作组负责研究电视中心IP化问题, 并制定了多项标准, 见表2。
其中, SMPTE ST 2022-1/2规定在IP网络上传输CBR MPEG-2 TS流的方法, SMPTE ST 2022-5/6规定在IP网络上传输无压缩YUV数据的方法, ST 2059-1/2规定时钟同步方法, SMPTE ST 2071规定媒体设备控制方法。
此外, 前述的其它标准化组织为电视中心IP化作出了重要的贡献, 它们的研究成果往往是国际标准的基础, 影响着行业的发展方向。
3 数据封装传输
数据封装的本质是解决如何将音视频数据变成IP载荷的问题, 编码或无压缩视音频数据经过不同网络协议层的封装后, 才能通过IP交换系统传到对端。不同标准或工业组织的数据封装规范可能略有不同, 本文以SMPTE 2022-6[3]为例, 阐述音视频信号在IP网络中的封装与传输过程。
图4是SMPTE 2022-6定义的封装格式示意图, 上层是音视频数据载荷, 中间是SMPTE 2022-6的封包头部字段, 用以描述载荷, 底层是RTP[4]协议包头。
图5形象描述了音视频数据封装进入IP系统后被逐层封装传递的过程, 左上角一系列向下的箭头表示封装了SMPTE 2022-6数据的RTP包由传输层的UDP协议封装后到达IP层, 再由IP层封装后交由更底层的MAC层和物理层才能以光电信号的形式进行传输。
为了传输高速媒体数据流, SMPTE2022-6对RTP包头数据段进行了定义, 如图6所示, V=2, P=0, X=0, CC=0。M为视频帧最后一个数据包标记位, 取0或1。PT为载荷类型, 取98或99。
SMPTE2022-6封包头部字段则完整地描述了所封装的音视频数据结构, 是用以恢复音视频数据流的元数据, 例如映射方式、帧率、取样方式等, 其结构如图7所示。
为了保证音视频数据在IP网络可靠传输, SMPTE 2022-7提出了一种无缝数据保护机制。基本思想是在传输RTP包时, 经双路由向接收端发送数据流拷贝。接收端接收双路数据, 但仅保存主链路收到的数据。一旦检测到主链路数据丢失, 接收端自动保存从备链路收到的数据。如图8所示, 发送端经链路1和链路2同时向接收端发送数据, 但接收端仅保存其中一份拷贝, 另一份起到冗余备份的作用。
4 时钟同步
在电视中心中, 无论是SDI还是IP系统, 均应部署时钟同步系统, 确保不同设备间具备帧同步能力。在IP系统中, 这就需要有一套精密时钟系统, 确保网络上的任何节点间能保持同步。通过时钟系统, 使网络节点间的相对延时可被精确测量并以此修正时钟偏移。
在以太网时钟与同步应用中, 主要使用“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准” (IEEE 1588) [5], 通过硬件和软件的方式将网络中的设备保持同步。IEEE1588在工业系统中有重要用途, 电信、移动通信、电力等工业自动化系统都广泛采用该协议。当在视频系统中需要精确定时以确保视音频系统中的设备帧/场同步时, IEEE 1588也是定时的基础协议, IEEE802.1AS、SMPTE 2059-1协议均是以IEEE 1588为基础的。IEEE 1588相对于GPS、北斗、原子钟等高精定时系统, 精度稍微低, 但从与以太网的兼容性、部署成本、可控性、安全性以及可靠性方面来考虑, 它却最适合于以太局域网应用。高精度的GPS、北斗、原子钟并不适合在局域网同步中应用, 而实现简单的网络时间协议NTP其精度又足。通过表3, 可看到不同定时系统间的性能差异。
IEEE 1588的计时器为64位, 在硬件辅助下, 精度可达ns级, 最长具有136年的计时跨度, 它具有主从结构, 利用主从时延做时间补偿, 一主可带多从。
IEEE 1588的有普通时钟和边界时钟模式, 采用最优主时钟算法实现同步。在同步过程中, 同步报文的过程如图9所示。由图9可见, 在同步前, 主从时钟均有自己的本地时间, 同步的基本过程如下:
第一步, 定时开始后, 主时钟在第100s (主时钟的本地时间) 向从时钟发送syn同步命令, 命令在网络中传输花了2s的时间 (“主→从”时延值) 。从时钟接收到的主时钟发来的同步命令, 并注明在第82s (从时钟的本地时间) 收到的。在这一步中, 主时钟还应向从时钟传送同步命令发出的时间 (该时间为主时钟的时间, 第100s) , 方法有两种:一是将该时间 (100s) 嵌在同步命令中, 这需要硬件配合, 可得到很高的精度;二是如图9所示, 在Follow_Up数据包中嵌入该时间 (从时钟在第83s收到Follow_Up数据包) 。第一步完成后, 从时钟发现自己的本地时间比主时钟的慢18s (100-82) , 为了保持同步, 从时钟加18s进行调整。至此从时钟的本地时间变为101s。
第二步, 测量主时钟到从时钟的传输时延, 取“主→从”、“从→主”延时值之和的二分之一。因从时钟已初步纠偏, “主→从”时延测量值必然为0 (主时钟于本地时间第105s发出的数据包, 从时钟于本地时间第105s收到该数据包) 。再测量“从→主”延时值。从时钟于本地时间第108s发出测量数据包, 经过2s的传输, 主时钟于本地时间第112s接收到该测量数据包。主时钟将接收时间打成时间戳发给从时钟, 于是从时钟就知道了“从→主”时延值为-4s (108-112) 。[0- (-4) ]/2得到主时钟到从时钟的传输时间为2s, 从时钟以该值纠正本地时钟, 即在第115s纠偏, 本地时钟调整为117s。
至此主从时钟的时间从时空上已保持同步, 同步精度只受本地时钟精度及网络传输稳定性的影响, 而在非重负载环境下, 高速以太局域网的传输稳定性相当好。
IEEE 1588还可以实现频率同步。在从时钟本地时钟的初始频率下, 从时钟同步到主时钟。经过一段时间后, 从时钟在初始频率下再次同步到主时钟, 记录时间误差, 并根据误差量微调本地时钟频率。经多次反复同步及频率微调后, 主从时钟频率趋于一致。
IEEE 1588既可以软件方式实现定时, 也可以硬件方式实现定时。软件定时的精度取决于CPU速度、系统开销、软件架构等因素, 可达到us级, 硬件定时的精度则可达到ns级。
5 网络架构
高分辨率高质量视频的压缩、编码流或无压缩高清视频的数据量非常庞大, 以我国采用的高清标准1920×1080/50i10bit高清无压缩视频为例, 嵌入音频后的最高数据速率可达1.485Gbps, 4:2:2格式下每帧数据量约为5.2MB, 在IP以太局域网上传完一帧图像需要3502个IP包, 传完一秒视频需要8.8万个IP包, 也就是约每11.4μs都要发送一个IP包。对于万兆链路, 传完一个IP包耗时1.2μs, 因此一条万兆链路最多可同时传送5个无压缩的高清视频。超高清的数据量更是惊人, 国内常用的4k超高清格式, 其数据速率约为高清的8倍, 对网络提出了更高的要求。
从表4可以看到, 3840×2160/50Hz超高清视频在10bit量化深度及4:2:2采样结构下的数据率为8.3Gbps, 10G以太网才能传输, 7680×6320/120Hz 12bit在4:4:4采样结构下的数据率为143.3Gbps, 增加了17.3倍。虽然通过压缩手段可以降低码率, 但是现有技术条件下, 最先进的无损压缩算法也只能将数据压缩到原来的四分之一, 其数据量仍是个天文数字。电视中心IP化, 绕不开基础网络架构设计这一话题, 尤其当单台中低端交换机满足不了业务要求, 而高端交换机的价格又过于昂贵时, 更要重视基础网络的架构设计。
在小业务量、低端口密度需求的场景下, 可采用单核心交换机结构就能满足生产要求。在大业务量、高端口密度的场景下, 单核心交换机结构系统将面临两个问题, 一是可用端口和性能不足, 二是高性能交换机的价格昂贵, 三是链路中断会引起丢帧问题。为解决这个问题, 文献[2]提出了的一种无阻塞的IP交换网络架构, 支持多源多点实时高清视频流的连续传输, 具备快速路径选择和全台时钟同步能力, 其原理如图10所示。该架构采用了PNT Clos-switch无阻塞交换结构 (PNT Clos-switch是一种多段交换结构, 由贝尔实验室的Charles Clos在1953年提出) , 增加唯一路径选择算法, 解决了clos-switch系统在多源、多播环境下的数据流的连续性问题。PNT Clos-switch可以用多台低端口密度的小型交换机搭建, 实现n×n矩阵需2r+m台交换机。
可见, 受限于IP网络“尽力而为”的设计思想, 在通用IP网络上传输有低延时、高可靠、精准定时需求的专业音视频信号的方法, 一是采用高性能冗余度系统, 二是采用专用结构。为了解决这个问题, IEEE的AVB方案使用了专用IP交换机, 在系统中部署AVB交换机, 即可在不增加系统复杂度的情况下, 确保音视频信号传输的质量, 缺点是AVB交换机市场尚未形成规模。
6 高码率视频IP化应用案例
关于高码率视频在IP网络上传送的问题, 作者专门查阅了相关资料, 发现国际上已经有一些研究与应用案例。例如2004年, 日本NTT通过i-Visto系统, 通过10Gb E传送日本高中棒球赛的无压缩高清信号, 2005年又试验在10Gb E上同时传送5路爱知世博会的高清视频信号。德国广播研究所以SMPTE 2022-6为基础设计了一套使SDI与IP可以互相转换、并以IP为交换核心的验证系统。2012年, 日本富士电视台搭建了BT.2268原型系统。2014年, 欧洲广播联盟在40Gb E网络上对无压缩超高清视频信号在IP网络上的传输进行了更为深入的研究与实验。此外, 美国的ESPN、我国中央电视台, 在电视中心IP化的研究与应用方面, 也是走在世界前列的。
7 结束语
从SDI到IP的转变, 除上文谈到了几个方面以外, 还存在用户操作习惯、运维团队培养、生产业务流程再造、设备投资保护或资源利旧、标准选择、标准融合等一系列问题。这些问题, 有些可以在管理层面解决, 有的可以在技术层面解决, 有些必须上升到经济政治层面才能妥善解决。关于电视中心IP化的未来, 让我们拭目以待。
(仅计算视频部分的数据)
参考文献
[1]韦安明.电视中心基础架构IP化探讨[J].广播与电视技术, 2015, Vol.42 (4) :18-21.
[2]ITU-R BT.2268.Integration of an SDI infrastructure with anIP-based infrastructure[R].2013.http://www.itu.int.
[3]SMPTE 2022-6.Transport of High Bit Rate Media Signals overIP Networks (HBRMT) .2012.http://www.smpte.org.
[4]RFC 3550.RTP:A Transport Protocol for Real-TimeApplications.2003.http://www.ietf.org.
