企业网络电话技术和市场及应用综述

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;;;;IP技术的诞生和广泛应用使得我们的信息通信模式从集中走向分布，建立了遍布全球开放而对等的、前所未有的、灵活可扩展的网络通信平台。从运营商的IP基础设施和增值应用服务、企业的电子商务应用到个人的Internet浏览，它正改变着我们的工作方式甚至生活方式。近年来随着统一网络概念的提出和逐步深入，许多传统的信息传输和服务业务正逐步迁移甚至被以IP为基础的新一代信息业务所替代。电话业务这一存在数十年的传统业务，目前正处在IP洪流的旋涡中，它就是VoIP(Voice over IP)业务。
采用IP网络承载话音业务与传统的电话业务相比存在着诸多的优势。VoIP可以使电话物理网络和Internet或IP物理数据网络合二为一，有效地简化通信系统，减低系统成本和治理成本；利用IP分布式的、灵活而可扩展的通信方式，以及VoIP所提供的新功能可以使企业、雇员、合作伙伴和客户更灵活而有效的沟通；VoIP可以使话音应用与原有的数据业务应用有机的融合在一起，开创新一代业务应用。
VoIP市场综述
VoIP可以定义为以IP包交换的方式传输话音。从全球通信网络市场角度来看VoIP主要应用在以下两个市场段。
运营商VoIP市场
提供VoIP网络的电信基础设施，承载IP话音交换服务可降低话音长途交换的成本，并在VoIP基础传输业务的基础之上提供话音与数据相统一应用的增值服务。运营商VoIP通信网络产品市场可细分为：VoIP网关(Gateway)、软交换(Soft Switchs)和应用服务(Application Servers)三个纵向层次，它们的组合将构成运营商话音网络的新一代体系机构。
VoIP网关
主要提供PSTN电话通信网络与IP网络的接口和转换。目前，一般采用H.323作为IP网络信令和SS7作为PSTN的信令。在这个市场的设备提供商中既有传统的数据网络公司如3Com、Cisco等，也有老牌的电信设备提供商如Alcatel、EriCsson、Nortel、LUCent等，以及Sonus、Clarent、convergent network、Nuera等公司。
软交换
主要提供呼叫控制和信令。它可以在使传输层网关通过标准的协议协同工作的同时，还提供策略、认证和安全等服务，并提供开放的API接口。
应用服务 提供开放的应用层服务，主要是融合数据和话音的统一网络服务，如统一消息、IVR等。在软交换和应用服务市场中活跃着3Com、Clarent、Sonus等公司。
企业VoIP市场
企业VoIP市场根据其应用领域可划分为企业话音网关和局域网络电话(LAN telephony)。
企业话音IP广域数据网关
一般为带有话音接口的路由器和在传统PBX上扩展IP中继模块。可以使企业传统话音网络连接企业广域数据网络或利用公用IP网络，以传输长途话音。在企业内部提供所谓Toll Free免费长途服务，可有效降低企业长途话音的通信费用。企业话音网关市场是短期内企业向VoIP迁移的过渡性市场而非未来高增长市场，所以提供相关设备的厂商比较少。


局域网络电话(LAN telephony)
Network telephony、局域网PBX、IP PBX等提法一般都是指这一市场中的主要通信设备和技术。这一企业通信系统主要在基于分布式的开放包交换数据网络体系基础上提供桌面话音和企业话音业务应用服务。这一市场是企业VoIP的主流市场主要厂商有3Com、Ayaya、Cisco以及西门子等等。
下面着重企业VoIP市场中的网络电话市场领域做进一步探讨，旨在为国内的广大企业和事业单位用户，就企业建设VoIP统一网络通信平台方面，提供一些技术、产品以及建设实施方面的介绍和建议。
局域网PBX的技术结构体系
一般意义上讲，网络电话系统是用来替代传统的PBX系统并与局域网络集成在一起。然而并不是所有的局域网PBX系统都是一样的，它们有着不同的功能特点和体系结构。我们探讨局域网PBX不同体系结构的原因在于它们将决定该系统的灵活性、可扩展性和成本。考虑采用网络电话系统的企业应根据其规模和现状选择不同种类的局域网PBX产品。
局域网PBX可分为三种体系结构：混合结构体系、纯IP结构体系以及PC-PBX(communication server通信服务器)。
混合结构体系
在传统的PBX上扩展IP网关模块以连接局域网络。这些可扩展IP网关的PBX一般都采用专用操作系统(极少数基于NTOS)，支持IP电话、软件IP电话、传统数字电话和模拟电话，并提供等同的功能支持。采用IP附加结构的局域网PBX系统即企业话音IP广域数据网关之后，也是企业计划向VoIP迁移过程中的一个选择方案。
这一解决方案向用户提供一条最简单的结合数据和话音的途径，不需要大量替换原有的电话系统。采用它企业可以在局域网和广域网上尝试IP电话，而又充分保护原有的投资。它的另外一个优点是可靠性。传统PBX产品技术产生并应用数十年，其成熟性和可靠性不言而喻，这一解决方案是基于对传统PBX的IP功能扩展，自然可靠性较高。
同时采用混合结构的局域网PBX也存在不少弊端。从它的体系结构来看，这一解决方案并不是真正的彻底开放的网络电话系统。
假如用户最终追求的是完全的基于IP的数据和话音服务网络，投资于这一结构体系的投资回报率将是最低的，因为它最终将被基于纯IP体系结构的解决方案所替代。另外，由于这一系统还是基于采用传统PBX系统的TDM时分复用结构体系来控制所有的呼叫交换，即使两台IP电话之间的话音通话，也要先通过IP网关模块转换到电路交换，再转换回IP。这样低效率的处理过程将造成话音传输的延迟，从而影响话音的传输质量。更重要的是这一系统中的IP电话和软件电话的功能性将局限于传统的PBX电话功能，这样扩展新应用和功能的能力局限性将会很大。因为它还是基于传统PBX专有的软件和硬件，其基础处理结构和应用接口也缺乏灵活性。虽然部分传统PBX厂家同样提供了基于TAPI的标准应用接口，但从系统根本的结构技术来讲，其可扩展性、灵活性和开放性等，仍然无法与基于纯IP结构系统的局域网PBX解决方案相比拟。
纯IP结构体系
完全采用数据报交换方式实现整个话音系统。这一解决方案包括三个组成部分：呼叫处理服务器、网关和IP电话。呼叫处理服务器用于呼叫控制，有些运行在Windows NT操作系统上，有些采用VxWork操作系统(一种基于Unix技术的高可靠工业内嵌式操作系统)。网关系统主要提供局域网IP话音系统与其他相关系统的互连，如PSTN公用电话网络，以及采用不同VoIP协议的网络如H.323、SIP、MGCP等。IP电话可为独立硬件设备和软件电话。所有设备均直接连接在局域数据网络上。呼叫处理服务器与网关系统的硬件实现方式是多种多样的，有的一起集成在同一模块化专用硬件设备上，有的分别采用独立的硬件设备分布式结构。另外，部分厂商会在呼叫处理服务器上集成一些常用的话音应用如语音信箱、自动话务员等。
纯IP结构局域网PBX是真正完全的话音和数据相统一的系统结构。基于单一的数据网络布线系统。这种方式使得企业只需治理单一的网络通信基础设施，还可以将电信通信和数据部分合二为一。它可以充分发挥IP网络所带来的可扩展性、灵活性和开放性，并使话音和数据集成CTI应用更开放更具许多新的功能扩展能力，使企业可以建立从局域通信到广域通信、从通信网络到业务应用的统一网络通信平台。


这一解决方案的优势不言而喻。但目前作为新市场、新技术和新产品也存在着一些弱点。比如：对传统电话设备的支持成本，IP电话终端设备的价格较高，协议标准还在不断发展过程中，虽然部分厂商产品可靠度可以达到99.9%，但仍低于传统PBX产品等。另外，纯IP局域网PBX系统对数据网络提出一些非凡的需求，如网络带宽、QoS、IP地址治理等，需要企业用户在方案设计与实施中非凡考虑。
虽然有一些弱点和不足，但纯IP结构的局域网PBX系统是主流技术，它代表和决定着企业VoIP解决方案的未来。
PC-PBX系统
一般用于企业小型的分支结构，它的突出特点是高集成度，即所谓“all in one box”。它在一个集中式结构中集成集线器、路由、RAS、电话系统以及语音信箱，一些产品还可以包括电子邮件服务器、FTP服务器、文件服务器等。IP电话的支持是通过一个内置的网关和呼叫处理软件来实现的。一般都支持模拟电话和软件电话，近来一些厂家也开始提供IP硬件电话。PC-PBX系统表面上看来象是基于包交换网络的系统，实际从内部技术实现上还是主要基于TDM结构的，只是传统话音技术添加一些数据应用的从新打包的解决方案。它的主要优点是集成度高，使企业分支结构的综合系统建设成本降低。
但由于各个企业组织数据应用结构策略各异，而这种集成多种数据应用的方式是否适用将成为问题。下面的章节将着重就基于纯IP结构体系的局域网PBX系统解决方案来进行讨论。
网络电话技术的信令协议浅析
与VoIP相关的网络技术协议很多，常见的有控制实时数据流应用在IP网络传输的RTP和RTCP；有保证网络QoS质量服务的RSVP和IP different Service等，还有传统语音数字化编码的一系列协议如G.711、G.728、G.723、G.729等等。这里我们要讨论信令(signaling)协议，在网络电话系统基础组成部分之间如何进行呼叫控制与交换的标准规程。
H.323
由ITU-T工业标准组织为VoIP制定的标准化信令协议，定义为基于包交换的多媒体传输系统。H.323结构体系由H.323终端、网关、关守和多点控制单元MCU组成。H.323的目标是可以使H.323的节点之间交换媒体数据流。而这些节点可以是H.323的终端、网关或MCU。H.323是末端用户的通信设备，必须支持语音，视频和数据可选。网关提供H.323网络与其他类型网络之间的服务转换翻译(比如信令、媒介格式等)。关守是一个可选设备，用来控制节点设备。而MCU用来控制多点会话。H.323与其他协议协同工作共同构成H.323网络，如所有H.323终端必需支持H.245，它是用来协商通道使用和容量问题，Q.931用于呼叫信令和呼叫建立，H.225RAS用于与关守的通信，RTP/RTCP用于音频和视频数据包流在IP网络上的传输，以及一些音频数据编码和视频数据编码的协议等。
SIP(Session Initiated Protocol)
SIP是IETF定义多媒体数据和控制体系结构中的重要组成部分。SIP是一种信令协议，用来建立、修改和终结多媒体会话。它还结合其他几个IETF的协议SDP、RSVP和SAP协同工作，一般采用RTP/RTCP协议进行传输控制。
MGCP(Media Gateway Control Protocol)和Megaco/H.248
用来控制媒体网关通信的协议。在企业VoIP网络与电信运营商VoIP服务网络相连接的网关系统上支持。
专用信令协议
在一些纯IP局域网PBX系统为了使企业VoIP交换系统更高效，并且可以扩展更多的数据语音功能，采用了专用的信令协议。
目前在全球VoIP技术领域存在着信令标准之争，如H.323与SIP之间。总的来讲，SIP更简捷高效，与IP网络技术结合得更紧密。在电信VoIP技术市场中，越来越多的人认为SIP与Megaco/H.248协议将组成未来VoIP的信令主体。然而在企业VoIP市场，用户不必过多考虑信令标准问题。因为企业通信网络与电信运营商通信网络本身就是相独立的系统，并且有不同的需求。企业用户在选择VoIP解决方案时，应更多地注重语音交换功能的支持、数据和语音的集成功能，以及是否适应企业不同发展阶段的需求等方面。过多讨论采用标准信令协议还是专用信令是没有意义的。将来企业VoIP网络与电信运营商VoIP网络更多的是通过独立的网关系统相连接，与企业内部VoIP网络如何实现基本无关。


网络电话技术应用简介
桌面电话系统采用IP以太网络电话或者在多媒体PC上加载软件电话。一般IP网络电话有两个以太网络RJ-45接口，其中一个接口连接以太网络交换机，另一个接口可与PC上的以太网卡串联。这样，在桌面只需要一个以太网络接口即可以同时传输话音和数据，即“单线到桌面”。
IP PBX系统也通过以太网络接口直接连入局域以太网络交换机。同时，IP PBX上可以集成PSTN网关卡或独立的PTSN网关设备，完成与公用电话网的连接。一般厂商通过在IP PBX上加配模拟板卡或独立的模拟适配器，以连接模拟电话或传真机等传统模拟设备。
可以看到此时企业的布线系统只需要数据网络布线系统即可，无需再考虑传统的电话布线系统，即所谓“单一布线系统”。而且，此时话音系统已经变成基于数据网络的应用。
网络电话系统的应用具备以下特点：
1．统一的网络基础设施——由于实现了单一布线系统和单线到桌面，使用户在网络基础设施的投入成本降低，同时用户可以合并电话系统和IT数据系统维护部门，使运作治理成本降低。
2．话音系统的添加、移动和调整非常便利——由于网络电话是智能化的终端设备，其电话号码与网络电话的网络地址一一对应，当用户需要调整电话的物理位置时，不需要对电话系统配置作任何调整。同时网络电话系统的治理维护的复杂度大大降低，有效的节省了运营维护成本。
3．灵活而可扩展的局域、园区部署——在企业局域和园区范围内部署网络电话非常灵活，只要局域或园区网络可到达的地方，就可以方便的部署网络电话系统。同时，网络电话还可以在无线局域网络上运行。
4．灵活而可扩展的广域部署并可实现企业内部的免费长途电话应用——企业的小型分支结构只需要部署网络电话而不需要部署PBX系统，即可实现话音系统的统一治理。较大型的分支结构间IP PBX可通过企业的广域数据网络进行语音交换，可节省企业的长途电话通信费用。
5．新一代的应用系统——网络电话系统能实现传统PBX系统的计费、自动话务员、语音信箱等应用，非凡是一些IP PBX解决方案内置了这些常用应用，使用户的综合成本降低，使用治理应用系统更便利。还能实现统一消息(如把语音信箱和电子邮件信箱合二为一)、协同工作和会议系统等。同时它的优势还在于CTI的应用，可提供丰富的TAPI开放式接口，使呼叫中心等语音应用的开发更为便利，与数据应用系统的结合更趋完美，非凡是融合IP网络的其他技术可实现未来的多媒体客户交流中心(contact center)。
网络电话是推动企业网络通信的革命性技术，它使企业建设面向未来业务应用的统一网络平台成为现实。企业用户在选择向VoIP迁移和转换的过程中，应从企业IT数据信息分布结构、数据网络的适应性(主要在QoS方面)、投资成本、企业业务发展需求等诸多方面慎重选择解决方案。