摘 要：随着烟草行业兼并重组进行，越来越多的烟草大集团组建成立，集团内部异地管理目前最为频繁的就是电话，运用当今流行的VoIP技术，建立集团各生产企业之间内部IP电话系统，可以降低集团通讯费用，提高自身竞争能力。新郑烟草(集团)公司VoIP电话系统就是在提高设备资源利用率，降低集团通讯费用，提高集团竞争能力的指导思想下规划实施的信息化项目。
关键词：VoIP RTCP(实时传输控制协议) 1号信令(E1/R2) STDM
一、应用背景
为了增加国内烟草企业与世界烟草巨头的竞争能力，在国家烟草局的领导下，全国卷烟工业企业拉开了兼并重组步伐的序幕。为适应全国烟草形式的发展，由原新郑卷烟厂、安阳卷烟厂、洛阳卷烟厂于2003年7月重组为新郑烟草（集团）公司，取消原各厂法人资格，集团具有独立的法人资格，集团内部建立紧凑的管理模式，总部与各厂、部门与部门之间的日常管理信息交流量迅猛增加，而处于新郑、安阳、洛阳三地之间受空间的限制，日常信息交流主要靠电话来完成。大量的日常管理工作需要长途电话为依托，内部高额的话务费用迫切希望能够通过现有的技术解决。而VoIP技术的日趋成熟可以解决这一困扰企业重组后受地域影响管理成本的问题。通过在总部和各厂之间建立VoIP网络，可以大量节省通信费用，支持多种呼叫方式和几乎不改变用户呼叫习惯的VoIP网络为用户提供了完整的解决方案。
二、可行性分析
1.电话设备现状可行性：新郑烟草（集团）公司总部在原新郑卷烟厂老厂办公楼，集团总部及新郑卷烟厂利用原新郑卷烟厂电话系统，新郑卷烟厂电话系统所使用的程控交换机由河南网通集团投资，交换能力为5000门。安阳卷烟厂电话系统所使用程控交换机仍然应用的是92年自己投资购置的西门子程控交换机，交换能力800门，厂内使用办公电话为分机拨号。洛阳卷烟厂目前状况是厂内部门之间的联系使用厂申瓯程控交换机，交换能力为120门，有业务联系部门另外安装直拨电话。三厂之间设备差异很大，给集团内部VoIP电话的调试带来一定的难度。
2.网络设备和数字线路：根据集团信息化需求及规划，集团内部要在新郑、安阳、洛阳三厂原有网络基础上建立集团广域网络，做为三厂网络连接的设备是CISCO 7200和3745路由器，都支持语音模块，为集团VoIP电话系统提供设备保障。集团内部建立远程视频会议系统及办公自动化系统（OA），线路使用上如果通过Internet网络构建VPN虚拟网络，不能保证远程视频会议画面和语音效果，故需要租用2M SDH数字线路，而须占带宽较多的远程视频会议系统使用的不定期性，使租用线路造成一定的闲置。故利用集团三地之间2M数字线路实施集团VoIP电话系统既提高了租用线路的使用率，也为集团内部VoIP电话提供了可靠的线路保障。
3.技术可行性：所谓VoIP(Voice over Internet Protocol)就是一种以IP电话为主，并推出相应的增值业务的技术。它通过IP包发送实现的话音业务，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话音进行压缩编码处理，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目的地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压缩处理后，恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送话音的目的。随着VoIP电话技术的发展，IP电话语音延迟、语音失真等固有缺点逐渐得到改进，为该方案的实施提供技术可行性保障。
三、设计原则
1．经济实用：新烟集团VoIP电话系统是在原有电话系统基础之上进行改造，是对现有资源的充分利用，如果需要的投资比改造后很长一段时间节约的电话费用还高，实施集团内部IP电话将毫无意义可谈，所以尽量减少设备资金投入，在现有设备资源基础上建立经济实用的IP电话系统是首要考虑的因素。新烟集团VoIP电话系统所需增加设备包括CISCO路由器7200和3745上语音模块PBX和电话语音网络管理设备广州高科通讯V2060；所用线路是远程视频会议系统和办公自动化系统（OA）所租用2M数字线路，提高了线路利用率，而不需增加线路租用费用。所使用电话是办公室的普通电话，比目前使用的专用IP电话机减少专用IP电话机的投入，使用时只是加拨特别设定号码即可。
2．性能稳定：VoIP电话通常难以解决的问题是语音延时和语音失真甚至变形，造成语音延时主要因素有路由器语音包压缩、语音压缩包的传送和语音包解压，而造成语音失真甚至变形的主要原因是语音压缩包传送过程中线路忙造成丢报所致。新烟集团VoIP电话系统是在利用原三厂电话系统进行改造完成的，在原有电话系统性能稳定的前提条件下，对路由器语音模块设置进行合理配置，尽量减少语音压缩和解压所耗时间，而通过数字专线进行语音数据包的传送，与通过Internet网络上使用VPN的IP电话相比，数据丢包率低，可以保证话音的质量。所以就目前具备的条件来讲，能够保证新烟集团VoIP电话系统通话语音的性能稳定。
四、设计
1.理论技术分析：在目前应用的各种语音网络技术中，成熟的技术有ATM语音(VoATM)、帧中继语音(VoFR)、IP语音(VoIP)。ATM语音(VoATM)是面向连接的，它的设计拥有多种控制延迟和延迟变化的机制，可以提供较好的语音质量，但造价太高。帧中继语音(VoFR)在帧中继语音网络中，地址映射通过静态表格来处理，拨号数字则映射到特定的PVC。如何路由语音取决于建立PVC的路由协议和帧中继网络中使用的硬件。路由过程依赖于带宽限制、驿站、延迟等。而在IP语音(VoIP)语音网络中，拨号规则映射功能把拨号数字映射为IP地址，并向对应于该IP地址的远程站点发送Q.931通话建立请求信号。基于IP的电话系统有两类：IP电话和Internet电话。它们都是基于同一种技术，但操作在不同的网络上，所以提供的服务质量是不一样的。Internet电话运行在一个公共的、无管理的庞大的网络中，服务质量没有保证，但价格便宜。而IP电话是建立在自己的专有的局域网或广域网上，只是运行TCP/IP协议，因为是自己的专网，自己可以控制各种应用如何使用资源，所以服务质量有保证。而且国际标准化组织目前在VoIP技术上制定了许多新的标准，控制网络延迟和延迟变化，保证语音实时传输。VoIP信令上采用RTCP(实时传输控制协议)用于建立语音信道。RTCP是一种可靠的面向会话协议，可以用于在端站点之间传输信令。RTP(实时传输协议)建立于UDP上，传输实时语音流。RTP将UDP用作传输机制，因为UDP的延迟低于RTCP。所以使用可靠的RTCP协议建立会话，使用低延迟的UDP协议传输语音，这是VoIP技术的新进展。此外，IP语音网络中的QoS服务，资源预留协议(RSVP)允许按端站点预留网络资源，降低IP网络中固有的延迟和延迟变化。
VoIP互通系统中的关键是VoIP网关和VoIP呼叫代理（call agent），也叫网闸（Gatekeeper）。网关是用来连接不同系统的物理链路的，因此电话网中继线的末端可能是本地用户环路，而LAN可以和SONET链路连接，网关还负责系统之间的信号转换。来自电话网的64kbps的数字语音信号可以由网关转换为8kbps的低速语音信号以便传送到其他两个分厂上的GA上，或者正好相反。整个系统的控制部分是CAG。实际上，网关也要受CAG控制，它接受CAG的命令进行相应动作。例如CAG可以指挥网关去监视某条用户线的摘挂机状态，然后告诉网关如何收集用户拨号，如何将呼叫转移到下一个节点。CAG一般是通过信令链路和基于中国1号信令的电话网相连接的。
2.方案：为实现集团总部与各厂之间的内部IP电话，在新郑中心机房安装一套语音接入网关cisco7206，语音模块用的是PA-VXA-1TE1-30+，通过E1专线连接到网通的程控交换机华为c08。集团总部租用网通的E1专线连接到安阳卷烟厂和洛阳卷烟厂。使用的是PA-4E1G/120模块。在两个洛阳、安阳两个厂也各安装一套语音接入网关CISCO3745。通过cisco的语音模块NM-HDV-1E1-30E接入PBX，两地的PBX都为广州高科通讯的V2060设备，中间线路用的是75欧姆的E1中继线。在两个分厂还各有一台PBX，安阳用的是西门子的PBX，洛阳用的是申瓯的PBX,因为V2060用的是FXS口接入这两台设备，所以不用考虑这两台设备的结构。在与华为C08和高科的V2060设备连接都使用的是中国一号信令。在设计上采用64KDDN专线上传输2路话音；19.2KDDN专线上传输1路话音。由此：每个点均按30通道设计，选择含双话音通道的语音接入网关。
3.网络拓扑图 略
4.路由语音模块命令（其它部分略）：
dial-peer voice 100 voip
destination-pattern 79T
session target ipv4:172.33.32.1
dtmf-relay cisco-rtp h245-signal h245-alphanumeric
req-qos guaranteed-delay
fax rate 9600
fax protocol cisco
ip qos dscp cs5 media
!
dial-peer voice 10 pots
destination-pattern 72T
direct-inward-dial
port 2/0:0
!
dial-peer voice 101 voip
destination-pattern 71T
session target ipv4:172.33.48.2
dtmf-relay cisco-rtp h245-signal h
req-qos guaranteed-delay
fax rate 9600
fax protocol cisco
ip qos dscp cs5 media
五、功能特点：
VoIP在新郑烟草（集团）公司的内部专用网中是非常有效的。在系统使用的初期已经考虑到信道组、PBX、按键系统、数据服务单元（DSU）甚至以后扩展到Centrex系统。集团VoIP系统采用了CISCO公司的AVVID系统解决方案，是现在众多VOIP系统方案中比较成熟一套结构，不仅在解决现有VoIP系统的各种问题以外，对将来的视频媒体的支持也极为出色。
集团在各分厂的cisco路由器充当了GA,CAG的功能，各厂的PBX信号通过了CISCO路由器转换为H.323协议包，传到目标电话的GA,CAG上，也就是目标电话所在厂的路由器上，经过GA转换，CAG信令控制，发送到目标电话的PBX上，发起震铃请求。
在voip系统中语音质量极为关键，主要考虑的语音系统用户流量的丢失。系统在设计的初期考虑到了分组长度（在信道中分组的持续时间）的概念，分组的尺寸对于语音是很重要的。分组长度是分组中的用户比特数以及信号的编码速率（比如说，64kbps）的函数。对音丢失的真实感觉是其他很多因素的函数，例如所采用的压缩算法等。集团公司VoIP系统采用网通SDH专用线路，在分组语音使用了较小的分组长度，加上CISCO公司产品较强的QOS系统，对语音信号进行了优先处理，系统将会把抽样平分成大小相等的块，并把它们放置在连续的帧中以充分使用净荷带宽，使IP电话的语音质量得到了较好得保证，而且充分利用了网络资源。
另一个语音质量要考虑的是缓冲区大小。一个较大的缓冲区将增大时延，但会减小分组的丢失率。这是因为较大的缓冲区允许更灵活的负载变化，而且处理机也不用丢弃很多的分组。而减小缓冲区的大小固然会降低时延，但却意味者更多的分组将会被丢弃。当缓冲区尺寸减小到0时，处理机将以传输线的速率进行操作，但会造成更多的流量丢失。因此，这是一种“catch-22”的情况。CISCO公司路由器内部的IOS系统对缓冲区进行了较好的定义。使语音系统能在较好的环境中进行。
在与PBX连接的CISCO E1模块使用了DSP处理器。DSP是一种专用的处理器，在移动/无线网络等电话系统中已经使用了很多年。因为数字信号处理器体积比较小、功率消耗少、运算速度快，所以非常适于用在IP电话中。分组语音需要计算密集型运算和特殊处理，而一般微处理器不能胜任这些运算。除此之外，处理分组语音需要在短时间内完成大量的乘、加运算。DSP可以支持这些类型的运算。例如，估计信号频谱一般采用快速傅立叶变换（FFT）算法，DSP是进行语音分组和压缩的关键部件。DSP用于支持语音分组模块。该模块与负责处理电话信令、网络管理（简单网络管理协议[SNMP]）和分组协议等模块（用于发送和接收语音分组）的微处理器进行交互。DSP用于语音压缩、语音激活检测、回声抵消、时延抖动处理和时钟同步。电话信令模块负责DSP和分组协议模块之间的通信。而分组协议模块则把信号信息从电话网协议（DS0）转换为分组协议（IP）。网络管理协议监测整个系统的活动状态，并且负责对各部分所执行的操作进行配置。通常一块DSP能支持多条电话信道。能够支持的电话信道数量取决于许多因素，一个主要因素是DSP芯片每秒能够处理多少百万条指令（MIPS, millions of instructions persecond）。在处理与PBX的连接过程中，模块起到了快速建立连接的重要功能。
集团VoIP系统拨号规则使用减位的方法，使集团员工在使用IP电话系统的时候更加简便，定义的号码未在原有的集团电话号码的前提下，增加3位号码即可拨到各烟厂的分机电话上，使拨号更加简便。
六、体会：
传统的电话技术，语音独占以时隙划分的信道（如信道组。数据业务单元DSU等），这不是支持数据应用的有效技术要克服这一缺陷，首先想到的就是不再使用电话中严格的时分复用（Time DivisionMultiplexing, TDM）机制。在电话交谈中一般有相当长的静音期（即电话用户在交谈中停下来思考的时间，及轮流讲话中间的停顿时间等），在过去的电话通信机制中即使是这段用户不讲话的时间也要占用带宽，而如果使用新的统计时分复用（Statistical TDM, STDM）的数据通信机制则可以更加有效地使用宝贵的带宽资源。STDM方式使得只有在用户需要时才占用带宽资源，当这个用户不讲话时，空闲的带宽资源可以为其他用户所用，一般交谈中都有5 0％的静音期。基于TDM方式构筑的电话网必须占用带宽来承载大量的静音期业务，而数据通信网就无需如此；语音中存在的20％左右的冗余还可以通过压缩算法消除，传统的TDM方式没有利用这一优势。而且，利用先进的模拟－数字转换技术，一条高质量的语音信道只需运行在4.8kbps~8kbps，而目前使用的TDM电话信道都运行在64kbps。将来，分组语音速率还有望进一步下降，假设压缩后的语音速率为8kbps，那么消耗的带宽的是原来的1/8。
集团建设的VoIP系统很好的利用了这一特点，将现有的资源以及将最新的技术应用到了实际的日常应用当中，使信息化建设提升到了一个新到高度和领域。
在集团日渐发展和发展中，以及集团集中管理的的环境下，信息化建设也日渐重要。如何将现有最新的技术应用到集团的建设中，也是当前我们考虑的最大任务与责任。
在集团VoIP系统的建设过程中，集团领导对于系统给予了大力支持，使VoIP系统顺利完成，并能够应用到实际中。
