PSTN与VoIP相关知识

发展阶段

1、物理线直接连接时代：每两个单独个体直接连接

2、人工电话交换时代：由接线员转接通对方线路

3、自动电话交换时代：

步进式自动电话交换机，由用户话机的拨号脉冲直接控制交换机动作（直接控制）
旋转式和升降式交换机，由纪发器接受用户的拨号脉冲，通过译码器译成电码来控制接线器的动作（间接控制）
纵横制交换机，使滑动摩擦方式的触点改成压接触，提高使用寿命和可靠性，控制部分和话路部分分开。控制部分由标志器和记发器来完成，称为公共控制

4、半电子交换机时代：控制部分引入电子技术，话机部分仍是采用机械触点

5、空分交换机时代：使用程控电话的交换机，由于话机部门仍保留机械触点，以空分方式工作，交换的模拟信号

6、数字交换机时代：脉冲编码调制（PCM）技术应用于传输系统中，将模拟信号数字化

7、PSTN时代：交换机之间通过中继线（Trunk）相连，随着电子交换机和程控交换机的发展，形成PSTN网络

移动网专门用于移动电话交换的通信网络
- 基站（Base Station）天线
- 归属位置寄存器（Home Location Register HLR）
- 拜访位置寄存器（Visitor Location Register VLR）
- 移动交换中心（Mobile Switch Center MSC）
固网程控交换网称为固定电话网

8、VoIP时代
NGN 是一种规范和部署网络的概念，即通过采用分层、分布和开放业务接口的方式，为业务提供者和运营商提供一种能够逐步演进的策略，实现一个具有快速生成、提供、部署和管理新业务的平台

1G 第一代移动通信技术（模拟系统）
2G 第二代移动通信技术（以GSM为代表的数字系统）
3G 第三代移动通信技术（主要支持高速IP数据传输）
4G 第四代移动通信技术（静态传输速率达到1Gbps，用户高速移动状态下可以达到100Mbps）

LTE （Long Term Evolution，长期演进) 是由3GPP组织制定的UMTS技术标准的长期演进

VoLTE （Voice Over LTE LTE网络直传）基于IMS网络以及GSMA的LTE控制和媒体层面的语音服务标准，语音将以数据流形式在LTE网络中传输，就是LTE网络环境下的VoIP业务
CSFB （Circuit Switched Fallback 电路交换网络支援）LTE网络只用于数据传输，当有语音拨叫或者呼入时，终端将使用原有电路交换网络，切网增加接续时间延长
SVLTE （Simultaneous Voice and LTE LTE与语音网同步支持）同时支持LTE网络和电路交换网络的终端，终端昂贵且耗电
OTT （Over-The-Top）将服务建于网络之上的方式，LTE具备高带宽、低时延、永远在线、全IP等特点

通信网络演进，无线方面GSM-CDMA-UMTS-LTE，核心网方面电路交换-IMS发展

电话实现技术

1、电话号码 号码大部分与业务内容和行政区划有关

固定电话号码
1）电话号码可以表示为 ABCD EFGH，其中ABCDE称为一个千群，ABCD称为一个万群
2）交换机拨号规则遵循短号优先原则，拨号时不加0就是本地号码，加一个0就认为时国内长途，两个0是国际长途。对于国际长途拨号方式，在实际会省略国际长途字冠，统一用“+”号代替，如 +86 10 ABCD EFGH（北京区号是10,010中前面的0是国内长途字冠）
移动电话号码和专用号段
1）我国移动电话号码都是以1开头的，按不同的运营商来划分，前3位称为移动电信运营商专用的号段，手机号共11位，170号段作为虚拟运营商的专用号段
短号码
1）公益性号码（紧急号码），如110,119,120，拨打都是免费的
2）预付费电话卡类业务，如200,201,300，从关联电话卡上扣费
3）短号码如114等,5位短号码专供大的集团使用，如95555,95588等，这些无论何时何地拨打，一般只收市话费
4）800开头的号码是被叫付费的业务，手机用户打不通；400业务主被叫分摊付费，手机用户可以呼叫
国内电话号码的书写格式
（010）ABCD EFGH
+86 （10）ABCD EFGH 固话
+86（728）ABC DEFG 固话
+86 159 ABCD EFGH 手机

2、模拟信号与数字信号

模拟量是连续的变化的量，易引入噪声，距离远时，放大信号，引入线路噪声，导致信噪比下降
数字信号是不连续的（离散的），是按一定的时间间隔（单位时间内抽样的次数称为频率）对模拟信号进行抽样，然后通过量化和编码过程将抽样离散值变成数字信号
根据抽样定理，当抽样频率是模拟信号最高频率的2倍时，就能够完全还原原来的模拟信号

3、PCM 是一种通用的将模拟信号转换成以0和1表示的数字信号的方法

人声音频率范围300~3400Hz，滤波器得到4000Hz内的模拟信号，使用8000Hz抽样，一般一次抽样得到16bit，将每一次抽样压缩到8bit,每秒抽样8x8000=64kbit
PCM通常有两种压缩方式 A律，U律，我国和欧洲使用A律。

4、局间中继与电路复用技术

连接交换机（局）的E1或T1电路称为局间中继，交换机间的消息以及通话数据都是在局间中继上传送的
利用时分复用技术（TDM）将32个64kbit的信道合并到一条2Mbit/s的电路上，称为E1，其中每一个信道称为一个时隙，0时隙固定传送同步时钟，其他31个时隙最多可以同时支持31路电话（有时使用16时隙传送信令）
在北美和日本，是24个64kbit/s复用，称为T1
将63个E1合并到一个155Mbit/s（2x63+P=155,P为电路复用开销）速率的光路上，在SDH（同步数字传输体系）技术中称为STM-1（同步传输模块）
155Mbit/s速率光路使用波分复用（wavelength-division multiplexing, WDM）等技术合并到1Gbit/s或10Gbit/s速率的光路上

电话网结构

1、由本地网与长途网组成，并通过国际交换中心进入国际电话网
2、本地网固网结构：用户话机或模块局或接入网——端局交换机——汇接局——长途局，长途电话需要通过长途局与其它长途局相连，有必要也可将汇接局与其它长途局开通高速直达中继

信令

通信包含的信息如用户、中继线状态、主叫号码、被叫号码、中继路由选择等这些消息称为信令

1、信令分类

功能分为：线路信令、路由信令、管理信令
工作区域分为：用户线信令、局间信令
信道分为：随路信令、公共信道信令
其它

2、用户线信令

从用户终端到端局交换机之间经常需要传送一些控制信息，用户摘机，挂机，拨号，主叫号码显示等信息称为用户线信令，可以通过模拟或数字信号传递
普通话机只能在电话线路上传送模拟信号，这种信令称为带内信令，电压变化来传递摘挂机，DTMF传送拨叫电话号码，FSK技术支持来电显示
ISDN用户在线上传送的是数字信号，BRI使用144kbit/s的2B+D信道，连个64kbit/s的B信道和一个16kbit/s的D信道，B信道一般用来传输语音、数据、图像，D信道用来传输信令或分组信息

3、局间信令

交换机与交换机之间传送控制信号，用于话路的建立、释放等，这些控制信号称为局间信令
传统PSTN网络常见的局间信令由ISDN PRI信令和七号信令
PRI信令和话路在同一个E1上传送（30B+D）
七号信令可以用同一个E1，也可以用专门传送信令链路的E1中继上传送
七号信令的每个通信设备都需要一个全局唯一信令点编码，资源有限，七号信令主要用在运营商设备上，而运营商与用户设备一般使用PRI信令对接

4、七号信令
我国局间通信主要使用信令方式就是七号信令（Signaling Systen No.7 SS7），我国有专门的七号信令网

TUP 电话用户部分：

IAM 初始地址消息
ACM 地址全消息
ANC 应答计费消息
CBK 后向释放消息
CLF 前向释放消息
RLG 释放监护消息

ISUP ISDN用户部分：

IAI 带附加信息的IAM
ACM
ANM
REL 释放
RLC 释放完成

5、H323和SIP信令
属于VoIP领域通信信令，适用于用户线信令和局间信令

H320 在N-ISDN上进行多媒体通信的标准，H321是在B-ISDN上进行多媒体通信的标准，H322是在有服务质量保证的LAN上进行多媒体通信的标准，H323是在现有分组网络PBN提供多媒体通信标准（结合资源预留协议RSVP等IP技术，实现IP网络的多媒体通信），H324是在GSTN和无线网络上进行多媒体通信的标准
SIP是由IETF提出的IP电话信令协议，它控制多个参与者参加多媒体会话的建立与终结，并能动态调整和修改会话属性
SIP是基于文本的协议，H323二进制方法
SIP会话请求过程和媒体协商过程等是一起进行的，H232是分开进行的
SIP在必要时对头域进行扩展，H323需要实现补充业务定义的专门协议
SIP设计上可以为分布式呼叫模型服务部署，H323进行集中层次式控制，在执行会议控制功能的多点控制单元很可能成为瓶颈

媒体

通信过程中传输的像语音数据等就是媒体

电路交换与分组交换

1、电路交换

优点：
①由于通信线路为通信双方用户专用，数据直达，所以传输数据的时延非常小。
②通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。
③双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。
④电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。
⑤电路交换的交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单。
缺点：
①电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说嫌长。
②电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用低。
③电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。

2、分组交换：

优点：
①加速了数据在网络中的传输。因为分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式传输方式减少了报文的传输时间。此外，传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲区不足而等待发送的机率及等待的时间也必然少得多。
②简化了存储管理。因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。
③减少了出错机率和重发数据量。因为分组较短，其出错机率必然减少，每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。
④由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数据，因此对于计算机之间的突发式的数据通信，分组交换显然更为合适些。
缺点：
①尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延，而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。
②分组交换与报文交换一样，每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等信息，使传送的信息量大约增大5%～10%，一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间，使控制复杂，时延增加。
③当分组交换采用数据报服务时，可能出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，增加了麻烦。若采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。

若要传送的数据量很大，且其传送时间远大于呼叫时间，则采用电路交换较为合适；当端到端的通路有很多段的链路组成时，采用分组交换传送数据较为合适。从提高整个网络的信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。

VoIP

VoIP呼叫控制协议主要有SIP、H323、MGCP、H248/MEGACO等

IMS

1、IMS
它是一个基于IP网络功能语音及多媒体业务的网络体系架构

IP多媒体的全套解决方案是由终端、GERAN或UTRAN、GPRS核心网和IP多媒体核心网子系统的一些特殊功能单元来支持的，功能单元包括CSCF、MGCF、IM-MGW、MRFC、MRFP、SLF、BGCF、AS、SGW等

2、特点

采用SIP作为呼叫控制协议
支持Diameter协议，用于（AAA）认证、授权、计费
采用归属控制方式，通过归属控制，漫游也可享受与归属地同样的服务
采用接入无关性，核心功能与具体接入技术无关
业务、控制、承载层完全分离
增强计费功能，通过CCF(计费采集功能)支持更灵活的在线、离线计费
增强多媒体业务，主要体现 Presence(呈现)、 Messaging(短消息)、Conferencing(会议)、PoC(Push-to-talk over Cellular 基于移动网络、采用VoIP技术的集群对讲业务)、MBMS(Multimedia Broadcast Multicast Service 多媒体广播多播服务)等

3、核心网元
SC域用于向用户提供电路型业务连接，PS域用于向用户提供分组型业务的连接。

CSCF 呼叫会话控制功能，分三种类型代理CSCF、问询CSCF、服务CSCF
MGCF 媒体网关控制功能 1）控制IMS-MGW中媒体通信连接 2）与CSCF通信 3）根据路由号码，为从传统网络来的入局呼叫选择CSCF 4）执行ISUP协议与IMS呼叫控制协议间的转换
IM-MGW 多媒体网关功能支持媒体转换、承载控制、负荷处理（多媒体信号编解码、回声消除器、会议桥）
MRF 多媒体资源功能
SLF 签约定位功能
HSS 归属用户服务器功能
BGCF 出口网关控制功能
SGW 信令网关功能完成传输层的信令转换
AS 应用服务器提供具体业务，包含三类功能与实体：SIP AS、 IM-SSF（IP多媒体交换功能实体）、OSA-SCS（SIP和OSA框架之间的接口）

名词解释

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line 非对称数字用户线路
PSTN Public Switched Telephone Network 公共交换电话网
ISDN Integrated Service Digital Network 综合业务数字网
VoIP Voice Over IP 承载于IP网上的语音通信
UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）
IMS （IP Multimedia Subsystem） IP多媒体子网
NGN（Next Generation Network NGN）下一代网络
SIP Session Initiation Protocol 会话发起协议
MEGACO/H.248 Media Gateway Control protocol 媒体网关控制协议
GPRS General Packet Radio Service 通用分组无线服务技术
GSTN 通用交换电话网络 General Switched Telephone Network
GSM 全球移动通信系统 Global System for Mobile Communications
OSA Open Service Architecture开放服务架构

OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）增加频谱效率
MIMO（Multi-Input & Multi-Output，多输入多输出）增加数据传输速率
Modem 调制解调器
PCM Pulse Code Modulation 脉冲编码调制
DTMF Dual Tone Multi Frequency 双音多频
FSK Frequency Shift-keying 移频键控
CLIP Caller Line Identification Presentation 主叫线路识别提示（来电显示）
BRI Base Rate Interface 基本速率接口

GSMA （Global System for Mobile Communications Alliance）全球移动通信系统联盟
3GPP（The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）
ITU 国际电信联盟
IETF Internet工程任务组