Лекции по "Основы построения телекоммуникационных систем"

Причем gatekeeper осуществляет эти функции в отношении терминалов, шлюзов и устройств управления, зарегистрированных в нем. Идентификация узла может осуществляться по его текущему IP-адресу, телефонному номеру Е.164 или подстановочному имени – строке  символов, наподобие адреса электронной почты. Функции gatekeeper могут быть встроены в шлюзы, УПАТС, и даже в терминалы. С помощью механизмов регистрации RAS терминалы могут находить gatekeeper и регистрироваться в нем.

Процесс передачи голоса по IP-сети состоит из нескольких этапов

На первом этапе осуществляется оцифровка голоса. Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического  объема данных. Как правило, на этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессирование.

 На следующем этапе полученная  последовательность данных разбивается  на пакеты и к ней добавляется  протокольная информация – адрес  получателя, порядковый номер пакета, и дополнительные данные для  коррекции ошибок. При этом происходит временное накопление необходимого количества данных для образования пакета до его непосредственной отправки в сеть.

Извлечение переданной информации из полученных пакетов также происходит в несколько этапов. Когда голосовые пакеты приходят на терминал получателя, то вначале проверяется их порядковая последовательность. Поскольку IP- сети не гарантируют время доставки, то пакеты со старшими порядковыми номерами могут придти раньше, более того интервал времени прихода может колебаться. Для восстановления исходной последовательности и синхронизации происходит временное накопление пакетов. Однако некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при доставке, либо задержка их доставки превышает допустимый разброс. В обычных условиях приемный терминал запрашивает повторную передачу. Но передача голоса слишком критична ко времени доставки, поэтому в этом случае либо включается алгоритм аппроксимации для восстановления потерянных данных, либо потери просто игнорируются, а пропуски заполняются данными случайным образом.

 Полученная таким образом  последовательность данных декомпрессируется   и преобразуется непосредственно  в аудиосигнал.

Таким образом, с большой степенью вероятности полученная информация не соответствует исходной (искажена)  и задержана (из-за необходимости накопления). Однако в некоторых пределах избыточность голосовой информации позволяет мириться с такими потерями.

Основным сдерживающим фактором на пути масштабного внедрения  IP-телефонии является отсутствие в протоколе IP механизмов обеспечения гарантированного качества услуг, что делает его пока не самым надежным транспортом для передачи голосового трафика.  Сам протокол IP не гарантирует доставку пакетов, а также время их доставки, что вызывает такие проблемы, как «рваный голос» о просто провалы в разговоре.

Сегодня эти проблемы решаются: организации  по стандартизации разрабатывают новые  протоколы, производители выпускают  новое оборудование. Пока дело обстоит  не очень хорошо. Однако есть надежда, что проблемы будут разрешены, и IP-телефония будет постепенно занимать все большую часть рынка голосовых услуг. Пока же она занимает примерно 1% в общих доходах телефонных компаний США и Европы, и является вспомогательным средством коммуникаций.

 

Виды соединений в  IP-телефонии.

Сети IP-телефонии предоставляют возможности для вызовов 4-х основных типов:

1. «От телефона к телефону» (см. рис.)
2. «от компьютера к телефону» (Мультимедийный компьютер с программным обеспечением IP-телефонии, звуковой картой, микрофоном, акустической системой подключается к IP-сети, с другой стороны – телефонный аппарат), (см. рис.)
3. «от компьютера к компьютеру» (Соединение устанавливается через OP-сеть между мультимедийными компьютерами) (см. рис.)
4. «От WEB-браузера к телефону» ( С помощью кнопки «Вызов» на WEB странице можно установить соединение без набора телефонного номера) (см. рис.)

 

 

 

 

 

АТС

АТС

 

 

Шлюз Абоненты

Абоненты Шлюз  ТфОП

ТфОП

 

 Схема связи «телефон – телефон»

 

ЛВС

 

Маршрутизатор Шлюз

IP  АТС

 Абоненты

     ТфОП

Мультимедийные

компьютеры

 Схема связи «компьютер-телефон»

 

ЛВС ЛВС

 

 

 

Маршрутизатор Маршрутизатор

 IP IP

 

Мультимедийные                          Схема связи «компьютер- компьютер»                Мультимедийные                                                     компьютеры компьютеры 

 

 

 

 Шлюз

 АТС

 

 Пользователи 

Абоненты Интернет

ТфОП Схема связи «WEB-браузер – телефон»  

Хост

 

Классификация шлюзов IP –телефонии

Шлюзы IP-телефонии  могут быть ориентированы на корпоративное использование и на операторов и поставщиков услуг. Типовая инсталляция этих шлюзов предусматривает их подключение с одной стороны  к IP сети (например, через Ethernet –интерфейс), а с другой стороны к ТфОП (обычно по каналам Е1).

Шлюзы бывают:

• автономными в виде серверов на базе ПК
• встроенными в маршрутизаторы  и устройства доступа к распредел.сетям (Cisco 2600, 3600)
• в виде модулей в УПАТС (Meridian, Definity)
• интегрированными с бизнес-приложениями (например, Web-службами)
• интегрированными с концентраторами ЛВС
• в виде сетевых плат с функциями телефонии
• в виде автономных IP-телефонов

Стандартизация IP - телефонии

 Начальное развитие техники  IP- телефонии опиралось на рекомендации Международного союза электросвязи (ITU-T).

Это стандарты:

• на компрессию речи до скорости 8 Кбит/с (G.729a) и 6,3/5,3 кбит/с (G.723.1)

-   на порядок взаимодействия между системами передачи мультимедийной информации и сетями с пакетной коммутацией (Рекомендации Н.323 v.2), которые могут не обеспечивать гарантированного качества обслуживания (QoS) . Для передачи речевой информации через IP-сеть Рекомендации Н.323 обязательны, т.е. фактически являются Стандартом.

Набор рекомендаций Н.323 определяет сетевые  компоненты, протоколы и процедуры, позволяющие организовать мультимедиа-связь в пакетных сетях, в том числе в ЛВС Ethernet. Они определяют порядок функционирования абонентских терминалов в сетях с разделяемым ресурсом, не гарантирующих качество обслуживания QoS. Н.323 совместимые устройства могут применяться для телефонной связи (IP-телефония), передачи звука и видео (видеотелефония), а также звука, видео и данных (мультимедийные конференции).

Стандарт Н.323 входит в семейство  рекомендаций, описывающих порядок  организации мультимедиасвязи в сетях различного типа:

• Н.320 –узкополосные цифровые сети ISDN;
• Н.321 – широкополосные сети ISDN и АТМ;
• Н.322 – пакетные сети с гарантированной полосой пропускания;
• Н.324 – телефонные сети общего пользования.

Основными компонентами стандарта  Н.323 являются :

• Н.225 – определяет сообщения по управлению вызовом, включая сигнализацию, регистрацию, пакетизацию и синхронизацию потоков мультимедийных данных
• Н.245 – определяет сообщения для открытия и закрытия каналов для передачи потоков мультимедийных данных
• Н.261 – видеокодек в каналах Р х 64 Кбит/с
• Н.263 – видеокодек  для передачи видео по обычным телефонным сетям
• G.711 –аудиокодек 3,1 кГц на 48, 56, 64 Кбит/с
• G.722 – аудиокодек , 7 Кгц на 48, 56, 64 Кбит/с
• G.728 - аудиокодек 3,1 кГц на 16 кбит/с
• G.723 – аудиокодек для режимов 5,3 и 6,3 Кбит/с
• G. 729 – аудиокодек

 

Европейский институт стандартизации телекоммуникаций ETSI разрабатывает проект TIPHON (Telecommunications and IP Harmonization over Network). Цель проекта – определение глобальных стандартов на Интернет- телефонию, обеспечивающих взаимодействие IP-сетей с телефонными сетями общего пользования, а также сотовыми сетями. При этом для доступа абонентов ТфОП предлагается выделить глобальный код службы в международном плане нумерации, определенном в Рекомендации ITU-T  E.164.

Рабочая группа по инженерным проблемам Интернет -IETF (Internet Engineering Task Force) работает над развитием мультимедийных возможностей  Интернет. Это протоколы резервирования ресурсов RSVP для специального качества обслуживания, RTP –транспортный протокол реального времени, RTCP –управление передачей в реальном времени, SIP – протокол инициализации сеансов связи, протокол MPLS (Multiprotocol  Label Switching) – внедрение методов коммутирования цепей в среду коммутации пакетов с использованием специальных меток в IP-пакетах, чтобы трафик направлялся по определенным маршрутам.

 

Сигнализация в  сетях IP-телефонии

Достижение  совместимости систем различных  фирм возможно только на базе стандартных  протоколов сигнализации.

По сравнению  с сигнализацией в обычных  телефонных сетях сигнализация IP-телефонии должна обладать более широкими возможностями в силу специфики конечных узлов. Они могут иметь самые разные характеристики в части требуемой полосы пропускания, кодирования/декодирования аудиосигналов, передачи данных и т.д., и для установления сеанса связи необходимо убедиться в совместимости этих характеристик.

 Еще  один важный вопрос, связанный  с сигнализацией - контроль за  доступом к сети. Если в обычной  телефонии абонент связан с  местным шлейфом, и идентифицировать  его просто, то в IP-телефонии существует много способов доступа к ней, и кроме того абоненты могут перемещаться между различными сетями. Поэтому оператор должен аутентифицировать каждого пользователя, запрашивающего услугу, а также выполнять соглашение по качеству обслуживания.

В общем  случае для установления соединения между абонентами шлюзы IP-телефонии должны:

• найти gatekeeper, на котором возможна регистрация оконечного устройства
• зарегистрировать свой мнемонический адрес на gatekeeper
• указать требуемую полосу пропускания
• передать запрос на установление соединения
• установить соединения
• в процессе вызова управлять параметрами соединения
• Разъединить соединение

Для выполнения операций сигнализации между шлюзами и gatekeeper могут использоваться различные протоколы сигнализации- H.323, SIP, TIPHON

 

Обеспечение качества  IP-телефонии

Сети с коммутацией пакетов  не обеспечивают гарантированной пропускной способности, поскольку не обеспечивают гарантированного пути между точками  связи.

Основные показатели качества IP-телефонии и факторы, влияющие на них, приведены в таблице.

Рассмотрим некоторые показатели качества IP-телефонии:

• Задержка. Эхо становится проблемой, если задержка больше 50 мс. Если задержка превышает 250 мс, то становится затрудненным диалог

Ниже приведены составляющие задержки в сети IP-телефонии

 

Суммарная задержка не должна превышать 250 мс

 Голосовой Голосовой шлюз

 шлюз 

Телефон                                                                                                                                                  Декодирование Телефон

       Кодирование Передача Передача  10 мс

     20 мс 0,2 мс для Е1 0,2 мс для Е1

  Инкапсуляция 7 мс для 56К 7 мс для 56К Буферизация

Фиксированные    10 мс                                                                                          Инкапсуляция

задержки 10 мс

Варьируемые  Постановка  Задержки  в сетях IP

задержки в очередь 10-20 мс 50-400 мс

 

 

 

 

 

 

Показатели качества IP-телефонии и влияющие факторы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Джиттер. Когда речь разбивается на пакеты для передачи через IP-сеть, пакеты часто прибывают в пункт назначения в различное время и в разной последовательности. Это создает джиттер, который слышится как щелчки и трески. Для устранения джиттера следует буферизировать пакетный поток, однако задержка за счет этого не должна быть большой.
• Потеря пакетов. Потерянные пакеты нарушают речь и создают искажения тембра. Повторять их передачу нельзя. Предполагается, что потеря до 5% пакетов незаметна, а свыше 10-15 –недопустима.

Обеспечение качества IP-телефонии (QoS) может быть достигнуто:

• применением протоколов резервирования ресурсов (пропускной способности) – RSVP
• Для уменьшения влияния джиттера применением протокола RTP –путем вычисления средней задержки некоторого набора принятых пакетов и выдачи их пользователю с постоянной задержкой
• Путем  управления доставкой информации за счет перехода на адресацию IPv6,  которая позволяет отмечать соответствие конкретного пакета определенным условиям его передачи, заданным отправителем. В результате достигается регулирование скорости передачи определенных потоков данных. За счет назначения приоритетов передачи данных по  определенным протоколам появляется возможность гарантировать первоочередность обработки наиболее критичной информации и предоставления важным данным всей полосы пропускания канала связи

Примечание. IPv6 использует 128 битные адреса ( 16 байтов), в результате чего адресное пространство увеличивается по сравнению с IPv4 в 10⁹⁶ раз.

• с помощью технологии дифференциального обслуживания путем переопределения 8-битного поля «тип сервиса» в заголовке IPv4. По информации, размещаемой в этом поле, маршрутизаторы узнают, каким образом обрабатывать данный конкретный поток.
• С помощью новой технологии MPLS, которая предполагает присоединение к пакетам 32-разрядных меток для информирования коммутаторов и маршрутизаторов о природе трафика. По сути дела MPLS привносит коммутацию каналов, какая имеется в АТМ,  в мир пакетных сетей.