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■ＲＡＤ数据通信公司首席科学家 Ｙａａｋｏｖ Ｓｔｅｉｎ
■ＲＡＤ数据通信公司工程和商务发展部副总裁 Ｅｉｔａｎ Ｓｃｈｗａｒｔｚ
序言
基于ＩＰ的高速网络是通信领域最近一次革新。网络容量以惊人的速度增长，这归功于因特网的大规模应用和该技术带来的成本下降。全球范围的数据流量已经超过电话网络的流量，对于许多应用，ＩＰ流量的费用已经低于传统ＴＤＭ服务的价格了。正是基于此，人们正在ＶｏＩＰ技术上进行了大量的工作。
所有ＶｏＩＰ技术，本质上都具有革命性的变化；因此，许多现存的电话基础设施将被基于ＩＰ的新机制取代。尽管呼声很高，比预期也付出了更多的努力，而收效甚微。
还有另外一种利用ＩＰ网络完成电话服务的方法，它是渐进性而非革命性的。这种方法把ＩＰ网络作为原有ＴＤＭ网络的一种插入式替换。它可以与所有的现有设备，如传统ＰＢＸ和交换机，实现无缝接入，轻松自如地提供上百种电话功能和用户熟悉的ＰＳＴＮ质量。这种方案就是使用ＴＤＭｏＩＰ技术在ＩＰ网络上进行线路扩展。
ＶｏＩＰ的缺陷
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，可以和其它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。
服务质量（ＱｏＳ）
服务质量对于数据和话音有着完全不同的含义。虽然大多数数据可以允许相当长的延迟，但对话音应用来说，低延迟和信号的正确传输顺序致关重要，而丢失几毫秒的信号通常并不会引起注意。这些要求与ＩＰ网络的基本原则完全相左（尽管对其他分组网络的原则并不必要）。为了克服这些限制，使用了如隧道、抖动缓冲等技术。有关话音质量的其它技术，如回声抑制、话音压缩，并不是数据网的固有功能，对ＶｏＩＰ技术需要添加到已有网络中。
信令
几乎所有在ＶｏＩＰ领域的研发努力都集中在解决ＱｏＳ问题上，而信令问题的解决几乎是空白。我们所说的信令问题是指打电话时除了话音之外所需的交换信息。信令包括如摘机，震铃等基本的功能；接通正确的号码和记帐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。这样的功能包括几千种，再加上几十个国家和地区的细微差别，更增加了复杂程度。除非当你减少了他们已熟悉的功能，终端用户往往没有意识到这种复杂性。
当把ＩＰ网络和标准的电话网相互连接时，要想实现在全球的标准电话互连，必须面对以下问题。
ＴＤＭｏＩＰ技术
概念、带宽和端到端的延迟
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的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。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。
第一种方法是报头压缩方案。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％。
第二种方法是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。合并确实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。其它方法首先对ＴＤＭ数据在进行ＩＰ封装前利用其它协议进行编码。为什么要在ＴＤＭ和ＩＰ之间加入另外一层协议呢？其实是有很多好处的。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、与其它系统实现互操作、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。
ＴＤＭｏＩＰ环境中的信令
ＴＤＭｏＩＰ是如何解决ＩＰ网络与电话网络互连时随之产生的信令问题的呢？为了回答这个问题，我们区分三种不同的信令：带内信令、ＣＡＳ和ＣＣＳ。
正如其字面意思，带内信令与话音在相同的声音频带内传送。它的形式有呼叫进程音，如拨号音或回铃，ＤＴＭＦ音、用于呼入确认的ＦＳＫ，北美的ＭＦＲ１或欧洲的ＭＦＣＲ２等。因为这些都是能听见的音调，它们被编码到ＴＤＭ时隙中，自动被ＴＤＭｏＩＰ传输。ＶｏＩＰ系统使用的话音压缩算法通常不能很好传输这些信令。因此ＶｏＩＰ系统需要音频转发协议来确保带内信令正确工作。
最常见的ＣＡＳ，即随路信令，与话音信号在相同的Ｔ１或Ｅ１帧中传送，但不在话音频带内。Ｔ１通过保留位实现该信令，Ｅ１通过保留一个时隙为其余３０个通道每个通道承载４比特实现该信令。因为ＣＡＳ比特通过同样的Ｔ１或Ｅ１数据流传输，它们仍可自动地被ＴＤＭｏＩＰ传递。ＶｏＩＰ系统需要发现ＣＡＳ比特，根据相关的协议对其进行解释，使用某种信息协议在ＩＰ网络中传输这些信令，并在远端重新生成并组合成相应的信令。
ＳＳ７是一种ＣＣＳ（即通用通道信令）方法。ＳＳ７链路是５６或６４ｋｂｐｓ的数据链路，通常占据一个ＴＤＭ时隙。在这种情况下，该信令自动被ＴＤＭｏＩＰ传送。如果不是这种情况，可以从ＳＳ７信令网关得到所需的ＩＰ格式的信息，直接把它作为附加信息，不经过任何处理，通过网络传输。
同步
目前为止，我们忽略了通常ＴＤＭ网络中存在的另一功能——时间同步。在公用交换电话网及ＳＯＮＥＴ／ＳＤＨ网络，主时钟的节点为从时钟的节点提供时间参考信号。在网络中通常至少存在一个非常准确的基准参考时钟，精确到１０１１的量级。该节点——其精确性被称为第一层——为第二精确层提供参考时钟，第二层为第三层节点提供参考时钟。这种分层的时间同步对整个网络正常工作致关重要。
ＩＰ网络中的数据包以一个随机的延迟到达目的地，该延迟称作抖动。当在ＩＰ网络上模拟ＴＤＭ时，假设存在合适的时间参考，可通过使用缓冲区来平滑所接收的数据，克服这种随机性。但大多数情况下，原始的时间参考信息就得不到了。
理论上在电话网络中集成ＴＤＭｏＩＰ有两种不同的层次。在长途情形下，具有竞争力的运营商在中央交换局之间引入一个基于ＴＤＭｏＩＰ的替换链路。因为上述讨论的价格优势，可以用比现有规定费用低的价格为用户提供“收费旁路”服务。在这样的应用中，两端的ＴＤＭｏＩＰ设备可以从它们连接的中央局得到时间参考信号。
在整个网络的情形下，大部分的基础设施被ＴＤＭｏＩＰ替换，这就需要一个时间同步的方法。ＩＰ网络通过ＮＴＰ协议发布时钟信息；但除非ＩＰ网络全部是专有的并且全部供ＴＤＭｏＩＰ连接使用，否则在ＮＴＰ时钟和所需的ＴＤＭ时钟之间就不会有连接。这个问题的一种解决方法是使用如原子钟或ＧＰＳ接收器等为所有的ＴＤＭｏＩＰ设备提供时间标准，来减轻ＩＰ网络发送同步信息的负担。如果不能提供本地精确时间参考或其实现代价较大，只要目的地重新生成并同步时钟，进行恢复是可能的。
竞争和互补的技术
ＴＤＭｏＩＰ和ＶｏＩＰ
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。ＶｏＩＰ的确承诺支持新的协议，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。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，ＴＤＭｏＩＰ可以为他们节省大量开支。另一个重要的区别是因为ＴＤＭｏＩＰ是透明的，因此可以提供话音和数据混合的服务。
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，使运营商在有资源的ＰＯＰ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。这些ＴＤＭｏＩＰ电路可提供比ＶｏＩＰ多的服务，如通常的ＰＳＴＮ接入，中央交换机、帧中继和ＩＳＤＮ。
ＴＤＭｏＩＰ和ＡＴＭ
ＴＤＭｏＩＰ提供了许多ＡＴＭ的优异性能，端到端的延迟小于２毫秒，结构化和非结构化Ｔ１或Ｅ１的连接。ＴＤＭｏＩＰ比ＡＴＭ简单得多，价格便宜，效率更高。更重要的是它可以在ＩＰ和以太网上运行。之所以ＴＤＭｏＩＰ比ＡＴＭ效率高是因为它的有效载荷尺寸，在每个应用前提下有效负载百分比大。每帧的长度可以设置使其成为可能。在ＡＴＭ情形下，有效载荷始终为４８字节，开销的百分比大。
ＴＤＭｏＩＰ和千兆以太网
千兆以太网（以及万兆以太网）已被广泛应用于城域网（ＭＡＮ）和广域网（ＷＡＮ）中。尤其是应用于光纤介质的千兆以太网正在成为ＳＯＮＥＴ和ＡＴＭ的替代技术。然而以太网从根本上来说是数据网络技术，只靠它自己不能处理话音流量。ＴＤＭｏＩＰ使千兆以太网具有话音处理和线路扩展能力，使其成为优势互补的技术。结合这些技术，可以通过提供对ＶｏＩＰ、ＡＴＭ和ＳＯＮＥＴ更简单的、更便宜的替换占有更大的市场份额。历史证明，以太网、帧中继等简单便宜的技术往往在同ＦＤＤＩ、ＡＴＭ和令牌环等复杂、昂贵的技术的竞争中占据主导地位，即使后者更完善。
最初象千兆以太网这样简单的技术的关注往往被后来的技术增强冲淡了。例如，因为ＳＯＮＥＴ环拓扑结构可以快速从故障和光纤断裂中恢复，所以被认为十分可靠的。千兆以太网并不是天生具有这种能力，但它可以在几毫秒内实现备份主干的切换。即使两个交换机之间只有一对光纤，如ＯＳＰＦ这样的协议可以使路由表在几毫秒内进行更新，实现ＩＰ数据流的快速重新连接。
另一个重要的例子是关于ＱｏＳ的，在该领域ＡＴＭ有其独到的优势。然而今天的千兆以太网和路由器实现了对数据包的优先级处理，为特定应用预留带宽等高级机制。通过使用标记，ＴＤＭｏＩＰ数据包（使用８０２．１ｐ＆ｑ，ＴｏＳ和设置ＵＤＰ端口）可以容易地被识别并优先处理。
ＴＤＭｏＩＰ与千兆以太网和路由器的结合确保了它是ＳＯＮＥＴ和ＡＴＭ有价值的替换，提供一个简单、更具性能价格比的解决方案，使Ｔ１或Ｅ１线路向千兆光纤网络过渡。
ＲＡＤ对ＴＤＭｏＩＰ的实现
ＲＡＤ在其ＩＰｍｕｘ系列产品中实现ＴＤＭｏＩＰ技术。该家族产品有以下三个类：小尺寸、低价格的ＩＰｍｕｘ－１ ＣＰＥ设备具有一个Ｔ１／Ｅ１端口和一个１０／１００ＢａｓｅＴ用户数据端口。上联端口可以是１０／１００ＢａｓｅＴ或１０／１００ＢａｓｅＦｘ方式，这样就不必使用本地交换机了。它还具有一个可选的外置ＴＢ／４Ｗ模块，可通过使用ＵＴＰ线缆把连接扩展到１２５０英尺。ＩＰｍｕｘ－４具有四个Ｅ１／Ｔ１端口和一个１０／１００ＢａｓｅＴ上联端口。ＩＰｍｕｘ－１６提供可扩展的解决方案，在１．５Ｕ高的围栏中支持最多１６个Ｔ１或Ｅ１端口，在７英尺１９英寸的机架中支持４８０个Ｅ１或Ｔ１连接。
运营商市场中的ＴＤＭｏＩＰ
具有竞争力的本地交换运营商（Ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅ ｌｏｃａｌ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃａｒｒｉｅｒｓ－ＣＬＥＣｓ）可通过ＴＤＭｏＩＰ技术的优势，利用更多的连接点（ＰＯＰｓ），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－ＩＬＥＣｓ）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。
大厦、数据或其它竞争性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。捆绑的服务包括：
·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
ＩＰｍｕｘ为运营商提供了在ＩＰ或千兆以太网低成本扩展Ｔ１或Ｅ１服务空前的灵活性。
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在局限于同步的ＡＴＭ和ＳＯＮＥＴ，而且可以同样运行于１０／１００ＢａｓｅＴ无线网、千兆以太网或任何其它网络之上。
蜂窝电话运营商的ＩＰ主干网
蜂窝电话运营商的网络是基于ＴＤＭ技术的。基站（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎｓ－ＢＴＳｓ）、基站控制器（Ｂａｓｅ Ｓｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｓ－ＢＳＣｓ）和移动交换中心（Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ－ＭＳＣ）之间的连接是通过使用ＴＤＭ的微波链路和Ｔ１／Ｅ１租用线路实现的。到目前为止，ＡＴＭ是最合逻辑的选择。由于来自环保组织的压力，蜂窝电话运营商正在寻找替代微波的技术，而租用线路价格昂贵。由于千兆以太网引入了ＱｏＳ机制以及ＴＤＭｏＩＰ的可行性，人们正在认真考虑使用ＩＰ作为可选的解决方案。
ＴＤＭｏＩＰ解决方案可用在ＩＰ网络作为蜂窝电话主干网的地方。将来，当前的和第三代蜂窝设备将在基于ＩＰ的主干网同时部署。
结论
使用ＴＤＭｏＩＰ技术在ＩＰ网络上扩展线路提供了ＩＰ网络的好处却不具风险。它在毫无功能损失的情况下通过数据基础设施支持传统的电话交换机和ＰＢＸ。同时，它通过在租用线路的服务，使ＩＰ网络可以运行话音、ＡＴＭ、帧中继、ＳＮＡ等服务。最后因为其简单、低价格和对所有信令和协议的透明性使得其成为下一代网络中的千兆以太网技术的理想互补。
----《通信世界报》
