用于Fusion的Clarent
ThroughPacket IP中继
一．引言
在过去的几年里，因特网已经发展成为全世界普及的网络。这个基于包的网络以及网络上的IP协议已经成为传递所有各类信息（包括数据、语音、音乐和图象）事实上的传输介质。
为了利用这个快速发展的技术，许多运营商和大公司已经建起了私有的基于IP的包网络，通过中继把这些网络和公共交换电话网（PSTN）连接起来。近几年，合并这些完全不同网络环境的想法越来越多。基于包的IP网和基于电路的PSTN的汇聚，已经引领了一个对VoIP网关系统（这个网关系统能够通过基于IP的网络传输PSTN语音数据）的正在增长的需求。
二．VoIP网关的报头开销
在IP网和PSTN之间的网关使用VoIP技术桥接这两个网络世界。源于PSTN侧一个发话人的语音数据被以一个连续流的形式带到VoIP网关。网关打断这个连续的数据流，包装成包含特定时间间隔语音数据的离散数据块。这些数据块被称为语音载荷。在以叫作RTP的专用包形式把语音载荷发送到因特网之前，网关也可能按照在VoIP使用的一个标准语音编码器的要求压缩这些数据。RTP包包含一个载荷，一个RTP报头，以及一个IP报头。根据传送数据所用的链路和物理层，也可能会加入其它的报头（例如，８０２.２／３以太网报头）。RTP包的格式根据RFC1890为每种类型语音编码器作了定义。当RTP包到达目的地的时候（通常是另一个网关），会做相应的逆处理。接收VoIP网关重新装配语音载荷，在PSTN侧形成一个连续的语音数据流，并把这个数据流传递给受话人。
在源始网关生成数据包的时候，就在整个数据传递过程中引入了一些延迟。在网关能够形成并发送出每一个包之前，它必须等待从接收载荷的第一个字节开始
，到最后一个载荷字节结束那么长的时间。这就导致至少是载荷间隔周期那么长的延迟。这个延迟会随着载荷间隔的增减而增减。
在一个减少发话方和受话方间音频反应时间的努力中，VoIP网关通常会配置成发送较小的语音数据载荷。虽然这样做通常可以减少听得见的传输延迟，但同时也增加了一个给定语音数据流需要传递的包的数量。因为不管多小的音频载荷都需要一个固定大小的包报头，网上需要传递的数据量越大这个效果越明显──跟随的是网络包和数据流量的相应增长。图１说明了用于传输包报头的带宽会随着包载荷大小的缩小而增大。
图1 载荷越小开消就越大
如果带宽是免费的话，那报头的开销无关紧要。但事实并非如此，报头的开销减少和由此导致的带宽效率的提升正是网关设计的一个关键目标。本文描述了NMS通信Fusion４.２
VoP网关平台上使用的语音通道复用技术。这种技术减少了包报头开销，提高了基于Fusion的VoP网关的效益／成本和质量。
Clarent ThroughPacket是Clarent公司拥有专利权的IP多路复用算法，提供了一个让数据和包的速率失效的解决方案。Clarent ThroughPacket通过把来自多个Fusion语音通道的语音载荷组合进一个大包来实现这一功能。需要说明的是：Clarent ThroughPacket是Clarent公司和NMS公司合作开发的，NMS公司完全有权把这一技术应用于Fusion平台以及其它的NMS产品之中。
在Fusion网关的发送侧，Clarent ThroughPacket系统取出从多个Fusion语音通道送来并要发往同一个目的地的载荷，把它们组合成一个大的复合包。这些复合包被以Clarent
ThroughPacket格式数据报流的形式，通过包网络传送到接收网关。
在接收一边，另一个Fusion网关把每一个复合包解复用成分离的组成载荷。然后，这些载荷被导向到对应的Fusion接收通道。Clarent
ThroughPacket包报头包含有Fusion网关把复合包解复用成不同Fusion通道上载荷所需的所有信息。
由于每个包承载着好几个独立会话的复合载荷，应用不但要发送数量较少的总包，还要贡献出相对于总体包大小较小比例的空间来传送报头信息。图２显示出一个Fusion网关利用Clarent
ThroughPacket多路复用方法在一个共同的包里发送来自多个会话的载荷。
图2 Clarent ThroughPacket包和普通RTP／UDP包的比较
Clarent ThroughPacket在传送数据时的增强效率减少了系统通过网络传送包化语音数据所需的总的带宽。通过复用许多RTP数据流，一个Fusion
VoIP网关使用Clarent ThroughPacket技术能够提供两个主要好处：
· 降低数据速率
· 降低包速率
在一个VoIP系统中用Clarent ThroughPacket代替RTP充分地减少了和数据包有关的大量报头信息，从而降低广域网上的数据速率，数据速率的降低通常会带来WAN成本的减少，这通常既是合计的数据速率，又是长途的数据速率。利用Clarent
ThroughPacket设计的网关系统通常都通过长途IP部分实现了真正的成本节省。
表１说明了使用Clarent ThroughPacket技术能降低的数据速率。
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语音编码器类型
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语音编码器速率 （kbit/s） |
默认载荷 （ms） |
120个RTP流的数据速率 （kbit/s） |
同等TPKT流的数据速率 （kbit/s） |
TPKT数据速率效率因子 |
|
G.711
|
64.00
|
20
|
9600.00
|
8640.00
|
1.11
|
| G.726 | 32.00 | 20 | 5760.00 | 4320.00 | 1.33 |
| G.723.1 | 6.40 | 30 | 2048.00 | 940.41 | 2.18 |
| G.723.1 | 5.33 | 30 | 1920.00 | 808.42 | 2.37 |
| G.729A | 8.00 | 20 | 2880.00 | 1212.63 | 2.38 |
表中TPKT数据速率效率因子列提供了Clarent ThroughPacket通过使用各种标准VoIP语音编码器高效利用可用带宽的能力测度。最节省带宽的是使用低比特率语音编码器的时候，比如Ｇ.７２３.和Ｇ.７２９Ａ。
例如，在一个使用了１２０个Ｇ.７２９Ａ语音编码端口的网关中，RTP数据速率是承载类似语音通道的一个Clarent ThroughPacket流数据速率的两倍多（也就是要乘一个２.３８的因子）。这些数是对１２０个单纯的Ｇ.７２９通道计算得来的，没有使用语音活动性检测（VAD）。当在两种情况（RTP和Clarent
ThroughPacket）中都使用了VAD时，得出的TPKT数据速率因子会更大。
Clarent ThroughPacket本质上是一种中继技术，它把来自多个通道的数据连接成一个单独的包。这明显地减少了网关每时每刻都要传送的包数量。由于发送更少的包穿过网络，Clarent
ThroughPacket减少了加在网络路由上的负荷。因为路由性能（例如抖动和丢包）会随着包速率的增加而下降，所以Clarent ThroughPacket能够减少路由损耗和提升语音质量。由于IP网络的包流量具有突发性，所以任何方向上包速率的降低都能够减少由于路由器峰值瞬间拥塞造成的包丢失可能。
表２比较了１２０个单纯RTP流的包速率和单个复用了１２０个语音流的Clarent ThroughPacket流的包速率。TPKT包速率效率因子列显示出使用不同标准语音编码器的结果。又一次，最好的情况出现在使用低比特率语音编码器的时候。
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语音编码器类型
|
语音编码器速率 （kbit/s） |
默认载荷 （ms） |
120个RTP流的包速率（kbit/s） | 同等TPKT流的包速率（kbit/s） | TPKT包速率效率因子 |
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G.711
|
64.00
|
20
|
6000.00
|
750.00
|
8.00
|
| G.726 | 32.00 | 20 | 6000.00 | 375.00 | 16.00 |
| G.723.1 | 6.40 | 30 | 4000.00 | 81.63 | 49.00 |
| G.723.1 | 5.33 | 30 | 4000.00 | 70.18 | 57.00 |
| G.729A | 8.00 | 20 | 6000.00 | 105.26 | 57.00 |
虽然Clarent ThroughPacket对大多数基于Fusion的VoP应用都是有用的，但仍有它不适宜的情形。应用开发商和系统集成商弄清楚那里最适合使用Clarent ThroughPacket很重要。不适宜的使用或配置错误，Clarent ThroughPacket都可能实际上增加了网络流量。
Clarent ThroughPacket是一个私有的VoIP包复用方案。到目前为止，还没有标准定义这种形式的复用，以确保和其它VoIP端点系统协同工作。在过去的三年里，IETF的音频视频传输工作组（AVT）已经致力于找到一个复用RTP流的一致方法来减少包和数据占用的带宽。由于IETF的六个月就过期的规定，这些草案已经再也找不到，即使是在IETF网站。AVT在两个方面特别难决断：
1．商定复用方案要达到的目的和量度标准，以及
2．决定在ＩＳＯ协议栈的哪一层上实现复用。
在舍弃了许多技术之后，AVT最终得出了一个叫作TCRTP的草案。因为这个草案设想成集合现有RFC的所有方法来实现带宽节省，目的是要把它设计成一个IETF的最好公共实验,
而不是一个标准跟踪ＲFC。
TCRTP按照RFC2508使用报头压缩。它也使用PPP的复用格式，然后，得出的复用PPP载荷能够使用第二层隧道协议（或叫L2TP）在两个RTP端点系统间传递。由于大部分网关都不使用PPP或L2TP，所以TCRTP的使用也是不适宜的。
这个时候，似乎没有复用方案能够让VoIP和其它类型的媒体网关之间协同工作。NMS一直在跟踪并参与AVT工作组的工作，并会继续下去。Clarent ThroughPacket代表着在明确定义的VoIP网络场合中的一种可行的技术。若IETF集中到一个适宜的复用技术上，由于NMS在内部消化、测试和特征化Clarent ThroughPacket技术的过程中获得了丰富的经验，利用这些经验NMS能很快推出和新的复用技术相兼容的产品。
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