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VoIP之应用架构
企业省钱之道

【作者: 蔡旻甫】2007年04月23日 星期一

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前言

当今的传统电话机都是透过公众交换电信网路( PSTN,Public Switched Telephone Network )俗称电信局,来做回路切换的工作,使用交换机( PBX )或是局线( CO )把两点或是多点之间通路接起来;这种传统电话,是透过实体线路当成传导的媒介,在过去,这线路也是为电话服务专设的。


然而实体线路铺设困难,必须广泛架设,遇到海洋阻隔,还必须另设海底电缆来达成通讯的目的,而且对于经过他国的范围,还得支付租金和使用费,简单的说,现今任一公司希望提供像中华电信的电话服务,以传统的PS​​TN 建置方式的话,除去法令上的限制外,实际建置所付出的成本不论在时间或金钱上,都将是十分可观的。


VoIP(Voice over Internet Protocol )简而言之,就是将类比声音讯号( Voice )数位化,以数据包( Data Packet )的型式在IP 数据网路( IP Network )上做即时传递,然而,在这样的应用之下,有许多不同的技术与功能,当然在功能上也有其各自的限制,以下我们将分别由技术面、产品面和企业的实际应用面来探讨VoIP 的应用与问题。


VoIP 技术探讨

五年前,VoIP 代表着高科技的应用的一个热门名辞,但最大的问题在于频宽与语音压缩技术的问题而难以推行,因为在频宽与语音压缩技术的限制下,造成通话品质不良,应用受限,近年来,随着科技的进步,网路的广泛应用下ADSL、Cable Modem 等宽频技术的普及,及未来FTTB ( Fiber to the building )的推行,频宽将不是问题,每一个公司,甚至是个人,都能使用宽频的服务,加上VoIP 的技术进步与标准的订定,也使得VoIP 的品质得到相当改善。于是,在最近的一年以来 VoIP 又再度成为热门的话题,我们先就技术面来看:


1.H.323 协定的迷思

最常见的一个VoIP 的协定,当首推H.323 了,许多人会把H.323 与VoIP 划上等号,虽然H.323 的确被广泛的应用在VoIP 的使用上,但它并不是唯一,也不是VoIP 最有效率的协定,H.323 是ITU-T 在1996 年所提出,整个协定架构的定义,最早是针对区域网路中多媒体视讯会议所设计的,H.323 协定主要是在制定,即时的声音与影像及资料的传输规格及控制的规范,H.323 并非只是一个单一的协定,它是一连串的Signaling、声音与影像压缩规范及控制协定的组合,H.323 不只规范了在网路上传输的标准,同时也对一些实体的设备有规范,如Terminals (如电话或电脑等设备)、Gateway、Gatekeeper 及MCU等进行规范。而这些实体在多媒体视讯会议及VoIP 的应用上都分别控制特殊的功能。


在后来网路电话的观念提出之后,H.323 便开始被应用在 VoIP 上,且得到许多厂商的支持。为什么笔者会在文章前就提到「H.323 并不是唯一,也不是VoIP 最有效率的协定」,就是因为H.323 并不是为了VoIP 量身定做的,所以在实际VoIP 的应用上,出现了许多的技术问题,H.323 的规范不但过于复杂而且有弹,造成执行上的问题,加上许多的业者声称支援H.323 ,并不是包含所有的H.323 的子协定,而是各自取所需的子协定而去设计产品。


因此,各家即使是支援H.323 的产品,都或多或少会出现大小程度不同的不相容情形,加上ITU-T 并没有为H.323 设计一套关于相容及互通的检测方法,所以相容的问题由来已久,更甚者则完全无法相通,所以在1998 年H.323 Version2 提出后,已为VoIP 的应用做了许多改善,然而问题是,H.323 与H. 323 Version2 间也有许多技术问题待解决。以市场面而言,H.323 还是享有绝大的优势,但复杂 高及扩充 低是 H.323 最大的致命之处。


2.Gateway

Gateway 是属于使用者终端必备的一个转换设备,它主要负责类比及数位的影音转换,即 Gateway 扮演着 PSTN 与 Internet 间的转换介面,且 Gateway 也负责数位影音资料的编解码( Code )。另外它也负责一些不同传输协定的转换。


3.Gatekeeper

Gatekeeper 是H.323 传输架构中最为重要的实体设备,它相当于整个架构的管理者角色,它的工作包括各个终端的IP 认证及Alias​​ address 转换、传输频宽的管理、信令的转接等。 Gatekeeper 对整个H.323 架构是必须的,因为必须利用它来管理,所有在它管辖领域( Zone )下的终端设备, Gatekeeper 可以是独立的,也可以置放在某一终端处,只要它能撷取到其他终端的资讯就可以,但Gatekeeper 并不是属于终端设备的一部份。


H.323 之外 其他通讯协定

1.MGCP

在1998 年年底IETF ( Internet Engineering Task Force )所提出的MGCP ( Media Gateway Control Protocol )协定,针对了H.323 在VoIP 应用上的点进行改良,MGCP 的架构中,MG 仍是根据MGC ( Media Gateway Controller )所下的指令作对应的作,一个MGC 可以同时管理多个MG,在MG 与MG 之间的传输是以RTP/RTCP 做为媒体传输的协定,MGCP 即是MGC 与MG 之间联系的传输协定,且MGCP 宣称其协定能够与原先的H.323 协定互通,所以MG 也具备了与H.323 做协定转换的功能。


2.SIP协定

SIP ( Session Initiation Protocol ) 是 IETF 于 1999 年 3 月针对 VoIP 所提出的传输控制协定,它​​的架构与 H.323 则全然不同。


H.323 是针对区域网路所设计的,架构繁杂而且不是针对VoIP 而设计的,所以应用上的技术限制较多,而SIP 是属于OSI 中应用层( application layer )的协定,它像是HTTP协定的主从架构,且在包的处理上SIP 可以利用HTTP 既有的包资料,而不需要像H.323 的包那样必须保留很多传输上的资讯,所以SIP 非常适用于广域网路的应用。


由于大部分的厂商是使用H.323 的架构来设计VoIP 的产品,所以在建置上,必需有所谓的三层( 3-Tier )架构,分别为媒体运作层( Media Processing Layer ),控管层( Control & Management Layer ),服务层( Service Creation Layer)由最下层的Media Processing Layer 做语音的转换,也就是在H.323 中定义的Gateway,中层的Control & Management Layer 来做语音资料的控管的工作,也就是在H.323 中定义的Gatekeeper 的工作,最上层的Service Creation Layer 则是由许多的伺服器组成,主要在建立后端的计费与进阶的管理等等机制,也就是所谓的Clearinghouse 的工作,这样的标准架构,最常被应用在网路电话服务供应商ITSP ( Internet Telephone Service Provider )的环境上,透过这样的架构与环境,则能使VoIP 的应用上广泛而且有弹,达到PC to PC,Phone to Phone,Phone to PC,PC to Phone 的运用。请参考(图一)及(图二)。


《图一 VoIP三层架构图》
《图一 VoIP三层架构图》

《图二 VoIP示意图》
《图二 VoIP示意图》

VoIP 产品面面观

1.VoIP Software

VoIP 的软体,只需安装在电脑上即可使用,它可能是套独立的软体,或包含在其他的套装软体内,可直接做到PC to PC 的功能,或经由ITSP 做到PC to Phone 的功能,最具代表的如Microsoft NetMeeting,iPhone 等等。


2.IP Telephone

功能基本上约略同 VoIP Software,但它做成实体的话机,有的又把传统的话机功能整合进来,形成会有一端接网路,一端接市内电话的情形。


3.IP enable Solution

这是由交换机( PBX )厂商提出的方案,多是将现有的PBX 系统经由软硬体的扩充或升级,来达成把原先需经由PSTN 的电话流量转到IP 网路上,这种设备的设计会基于传统的交换机设计,所以通常系统在VoIP 的功能限制上会有所限制,代表的厂商如Nortel、Lucent 等。


4.IP PBX

近年来,市面上出现了一个全新架构的 PBX 系统,整个架构是完全基于网路的环境设计的,同时有 PBX 的优点与完整 VoIP 功能的应用弹 ,代表的厂商如 3Com 的 NBX。


5.VoIP Stand-Along Gateway

这样的设备大多不遵循 VoIP 完整的架构,形成 Device to Device 的特殊应用情形,但它却有建置简单的特性,主要代表的厂商有 SMC 的 VoIP Gateway。


6.VoIP Service Provider Solution

这是最昂贵的建置,基本上多由大型企业或ITSP 来建置的环境,它包含完整的3-Tier 架构所需的软硬体设备,所以辄数万或上千万,但也是最完整、功能最多的方案。


企业 VoIP 应用层面

根据IDC 的统计资料显示,二○○三年后网路电话可望占据全球43%的通讯流量,而通话使用量也会从去年的全球四十亿分钟,到达二○○六年超过六千亿分钟的规模;​​另外根据Probe Research 的研究报告,网路电话到二○○五年,可以成长八十四倍之多。在亚洲地区的产值也可望达到四十三亿美元的市值规模,成为 VOIP 成长幅度最高的重要地区。


先前提到,VoIP 的应用能够作到PC to PC、Phone to Phone、Phone to PC、PC to Phone 的多种层面的应用,完全跳脱以往“必需使用电话来讲话”的使用观念,在完整的应用环境下,企业可以VoIP 来达到以下各个不同层面的运用。


1.节省电话费

使用VoIP 第一个想的到就是节省电话费用,大量的运用VoIP,在电话费用的节省上是马上可见的效益,以跨国企业为例,只需投资第一次的设备建置,便能省下大量的国际电话支出。


2.Call Center 整合

VoIP 借着CTI 整合Call Center 服务,客户能够透过电话拨入服务中心得到服务外,也能上网透过网路直接与服务人员交谈、整合资料库的应用,而服务人员亦能快速获得客户的相关讯息,以提供更完善的服务。有的跨国企业,为了更有效的节省电话费与人事支出,甚至会利用 VoIP 的技术,将 Call Center 移往人力比较便宜的国家。


3.E-Service

Call Center 更进一步的应用层次,也就是达成所谓的 E-Service 的服务,籍由高科技的整合技术,结合 Voice Video Data Fax LAN 为一体,有效的达成各种不同的电子媒体服务。


4.ISP/固网业者的加值服务

基于现有的网路建置,许多的ISP/固网业者对于偍供VoIP 的服务都充满高度的兴趣,对于ISP/固网业者来说,他们可以更有效的利用现有的频宽,而且能沿用现有的建置,不需所有的设备都重新投资的情形下,便可以提供更多的加值服务。


结语

然而,回归现实面的考量,有多少企业能建置完整架构的 VoIP 环境?而建置 VoIP 环境的主要诉求为何?台湾的企业型态是以中小型企业为主,特殊的企业生态加上经济不景气的大环境影响,VoIP 的应用在台湾将形成另一个特殊的需求。


事实上,完整功能的VoIP 解决方案,并不如提供一个简单、能马上省下电话费的方案来得吸引人,因此近来的需求,多以VoIP Stand-Along Gateway 产品为主,这样的设备有安装简易的特,主要的用途是做为节省电话费用,而在简单的架构下,通话品质则成为选择最重要的依据。但是在不久的未来,相信 VoIP 多功能的整合 应用,定会被企业广泛的接受。


(本文作者任职于智邦科技)






 


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