Современный стандарт связи, предполагающий передачу голоса и сообщений через интернет. Она независима от аналоговых линий и мобильных каналов. Чтобы организовать корпоративную связь, потребуется только подключение к интернету и IP-телефонии от UIS.
ПодробнееПреимущества IP-телефонии
1. Минимальные расходы:
можно подключать дополнительные номера, не прокладывая кабель;
не нужно покупать АТС и другое дорогостоящее оборудование;
поддержкой SIP-телефонии занимается провайдер, что снижает нагрузку на IT-службу клиента.
2. Масштабируемость ip телефонии:
при открытии новых подразделений сохраняются те же контакты компании;
для расширения call-центра не нужно покупать дополнительную аппаратуру;
при проведении акций и других мероприятий специальные телефонные номера подключаются за 10–15 минут.
3. Оперативность:
организовать связь в офисе можно за один день. Настройка внешних коммуникаций отнимает немного больше времени;
при переезде компании SIP-линии продолжают функционировать, поэтому бизнес-процессы не прерываются ни на минуту;
автоматическая переадресация звонков с единых номеров компании напрямую нужным отделам и сотрудникам экономит немало времени, что улучшает отношение клиентов к компании.
4. Расширенный функционал Виртуальной АТС по обработке звонков клиентов:
оптимизация распределения звонков и инструменты контроля качества коммуникаций позволяют повысить конверсию обращений в продажи;
динамический коллтрекинг , уведомления о событиях и автоперезвоны по пропускам обеспечивают меньшую стоимость лидов;
приведение схем обработки звонков в соответствие с бизнес-процессами - например, интеграция телефонии с CRM - приводят к оптимизации процесса продаж в целом.
Как работает IP-телефония
VoIP-связь отличается от классической аналоговой телефонии. Она преобразовывает голос человека в цифровые пакеты, а не электрические сигналы. И это дает бизнесу гибкие возможности по обработке обращений.
Компания получает от провайдера многоканальные IP-номера. Виртуальная АТС способна принять до 100 вызовов на такой номер одновременно. Она выбирает адресата звонка, учитывая разные факторы: от местоположения клиента до предыдущего опыта общения. Простейший пример: если вызов поступает с незнакомого номера, IP-оборудование направит его менеджеру по продажам. Если же звонок исходит от партнера компании, то IP-телефония в офисе соединит его со специалистом, «ведущим» определенное направление.
Подключив IP телефонию вы сможете прослушивать все разговоры сотрудников и выявлять ошибки. Система премирования на основе качества обслуживания повышает конверсию и улучшает деловую репутацию компании. А при сотрудничестве с удаленным call-центром (на аутсорсинге) контроль офисной телефонии поможет установить справедливую стоимость услуг.
Другие возможности IP телефонии для бизнеса: :
подключение электронных инструментов: систем обратной связи, форм автоматического звонка, виртуальных чатов, ботов и прочего;
совместимость IP-технологий с корпоративными системами планирования, учета и управления, в том числе CRM;
простую интеграцию работы со звонками в готовые решения и индивидуально разработанные программы.
Многоканальный виртуальный номер также позволяет добавлять в беседу других участников, разграничивая их общение. Выглядит сложно, но такая функция SIP-телефонии обусловлена реальными потребностями компаний, работающих со звонками клиентов. При возникновении проблем в разговоре с клиентом процесс контролирует руководитель отдела или тренер. Его замечания и рекомендации будет слышать только менеджер компании. SIP-линии позволяют контролировать общение в режиме реального времени, предотвращая возникновение конфликтов и повышая эффективность продаж.
Оборудование для IP телефонии
В корпоративную телефонию могут входить разные виды оборудования. Для цифровых звонков обычно используется IP-аппарат. Он совместим с различными системами маршрутизации и архитектурами сетей, что облегчает его подключение. Альтернативой ему служат компьютеры, смартфоны и рабочие станции со специальными приложениями для звонков. IP-телефония легко соединяется с популярными мессенджерами, включая Skype, WhatsApp и Viber, что делает ее удобной для малого бизнеса.
Вместо цифрового IP-телефона можно использовать и классическое аналоговое устройство. Его подключают через IP-шлюз, который преобразовывает электрические сигналы в цифровые пакеты. Такое решение упрощает обновление существующих коммуникаций.
Иногда IP-канал служит посредником между двумя системами связи. Хороший пример: переадресация звонка сотруднику, работающему на выезде или находящемуся в командировке. В таком случае разговор посредством IP поступает не на стационарный аппарат, а на мобильный телефон. При этом клиент даже не догадывается о сложном пути, который преодолевает сигнал. Соединение устанавливается за доли секунды.
Выгодная стоимость коммуникаций от UIS
Наша компания - надежный провайдер IP-телефонии. Мы работаем в сфере цифровой связи более 18 лет и входим в ТОП-3 российского рынка виртуальных АТС (по данным IKSMEDIA). Показатель стабильности сети UIS на уровне 99,97% делает IP-передачу данных быстрой и качественной. В условиях высокой конкуренции мгновенное соединение с клиентом и четкая передача речи – залог успешной продажи.
Использование новейших программных и аппаратных комплексов позволяет нам налаживать телефонию в офисе менее чем за день. Мы сотрудничаем с разными предприятиями: от небольших стартапов до финансовых учреждений и промышленных комплексов и интернет-магазинов всероссийского масштаба.
Подключив IP-телефонию от UIS, вы получаете удобное и доступное решение для бизнеса. Стоимость подключения виртуальной АТС начинается от 590 рублей в месяц.
СкрытьAvtandilko 13 июня 2013 в 11:07
Основы IP-телефонии, базовые принципы, термины и протоколы
- Разработка систем связи
- Recovery Mode
Добрый день, уважаемые хабражители. В данной статье я постараюсь рассмотреть основные принципы IP-телефонии, описать наиболее часто используемые протоколы, указать способы кодирования и декодирования голоса, разобрать некоторые характерные проблемы.
Под IP-телефонией подразумевается голосовая связь, которая осуществляется по сетям передачи данных, в частности по IP-сетям (IP - Internet Protocol). На сегодняшний день IP-телефония все больше вытесняет традиционные телефонные сети за счет легкости развертывания, низкой стоимости звонка, простоты конфигурирования, высокого качества связи и сравнительной безопасности соединения. В данном изложении будем придерживаться принципов эталонной модели OSI (Open Systems Interconnection basic reference model) и рассказывать о предмете “снизу-вверх”, начиная с физического и канального уровней и заканчивая уровнями данных.
"
Модель OSI и инкапсуляция данных
Принципы IP-телефонии
При осуществлении звонка голосовой сигнал преобразуется в сжатый пакет данных (подробнее этот процесс будет рассмотрен в главах “Импульсно кодовая модуляция” и “Кодеки”). Далее происходит пересылка данных пакетов поверх сетей с коммутацией пакетов, в частности, IP сетей. При достижении пакетами получателя, они декодируются в оригинальные голосовые сигналы. Эти процессы возможны благодаря большому количеству вспомогательных протоколов, часть из которых будет рассмотрена далее.В данном контексте, протокол передачи данных - некий язык, позволяющий двум абонентам понять друг друга и обеспечить качественную пересылку данных между двумя пунктами.
Отличие от традиционной телефонии
В традиционной телефонии установка соединения происходит при помощи телефонной станции и преследует исключительно цель разговора. Здесь голосовые сигналы передаются по телефонным линиям, через выделенное подключение. В случае же IP-телефонии, сжатые пакеты данных поступают в глобальную или локальную сеть с определенным адресом и передаются на основе данного адреса. При этом используется уже IP-адресация, со всеми присущими ей особенностями (такими как маршрутизация).При этом IP-телефония оказывается более дешевым решением как для оператора, так и для абонента. Происходит это благодаря тому, что:
- Традиционные телефонные сети обладают избыточной производительностью, в то время, как IP-телефония использует технологию сжатия голосовых пакетов и позволяет полностью использовать емкость телефонной линии.
- Как правило, на сегодняшний момент доступ в глобальную сеть есть у всех желающих, что позволяет сократить затраты на подключение или совсем исключить их.
- Звонки в локальной сети могут использовать внутренний сервер и происходить без участия внешней АТС.
- Телефонные серверы постоянно совершенствуются и алгоритмы их работы становятся более устойчивыми к задержкам или другим проблемам IP-сетей.
- В частных сетях их владельцы обладают полным контролем над ситуацией и могут изменять такие параметры, как ширина полосы пропускания, количество абонентов на одной линии, и, как следствие, величину задержки.
- Сети с коммутацией пакетов развиваются, и ежегодно вводятся новые протоколы и технологии, позволяющие улучшить качество связи (например, протокол резервирования полосы пропускания RSVP).
Физический уровень (Physical Layer)
На физическом уровне осуществляется передача потока битов по физической среде через соответствующий интерфейс. IP-телефония практически полностью опирается на уже существующую инфраструктуру сетей. В качестве среды передачи информации используются, как правило витая пара категории 5 (UTP5), одномодовое или многомодовое оптическое волокно, либо коаксиальный кабель. Тем самым в полной мере реализуется принцип конвергенции телекоммуникационных сетей.PoE
Интересно рассмотреть технологию PoE (Power Over Ethernet) - стандарты IEEE 802.3 af-2003 и IEEE 802.3at-2009. Ее суть заключается в возможности обеспечения питанием устройств посредством стандартной витой пары. Большинство современных IP-телефонов, в частности, модельный ряд Cisco Unified IP Phones 7900 Series, поставляются с поддержкой PoE. Согласно стандарту 2009 года, устройства могут получать ток мощностью до 25,5 Ватт.При подаче питания используются лишь две витых пары кабеля 100BASE-TX, однако некоторые производители задействуют все четыре, достигая мощности до 51 Ватт. Необходимо заметить, что технология не требует модификации уже существующих кабельных систем, в том числе и кабелей Cat 5.
Для определения того, является ли подключаемое устройство питаемым (PD - powered device) на кабель подается напряжение 2,8 - 10 В. Тем самым вычисляется сопротивление подключаемого устройства. Если данное сопротивление находится в диапазоне 19 - 26,5 кОм, то процесс переходит на следующий этап. Если же нет - проверка повторяется с интервалом ≥2 мс.
Далее происходит поиск диапазона мощностей питаемого устройства путем подачи более высокого напряжения и измерения тока в линии. Вслед за этим на линию подается 48 В - питающее напряжение. Также осуществляется постоянный контроль перегрузок.
Канальный уровень (Data Link Layer)
Согласно спецификации IEEE 802 канальный уровень разделяется на два подуровня:- MAC (Media Access Control) - обеспечивает взаимодействие с физическим уровнем;
- LLC (Logical Link Control) - обслуживает сетевой уровень.
Необходимо упомянуть механизм виртуальных локальных сетей (Virtual Local Area Network). Данная технология позволяет создавать логическую топологию сети без оглядки на ее физические свойства. Достигается это тегированием трафика, что подробно описано в стандарте IEEE 802.1Q.
Формат фрейма
В контексте IP-телефонии отметим Voice VLAN, широко применяющуюся для изоляции голосового трафика, генерируемого IP-телефонами, от других данных. Ее использование целесообразно по двум причинам:
- Безопасность. Создание отдельной голосовой VLAN уменьшает вероятность перехвата и анализа голосовых пакетов.
- Повышение качества передачи. Механизм VLAN позволяет задать повышенный приоритет голосовым пакетам, и, как следствие, улучшить качество связи.
Сетевой уровень (Network Layer)
На сетевом уровне происходит маршрутизация, соответственно основными устройствами сетевого уровня являются маршрутизаторы (Router). Именно здесь определяется, каким путем данные достигнут получателя с определенным IP-адресом.Основной маршрутизируемый протокол - IP (Internet Protocol), на основе которого и построена IP-телефония, а также всемирная сеть Интернет. Также существует множество динамических протоколов маршрутизации, самый популярный среди которых OSPF (Open Shortest Path First) - внутренний протокол, основанный на текущем состоянии каналов связи;
На сегодняшний момент существуют специальные VoIP-шлюзы (Voice Over IP Gateway), обеспечивающие подключение обычных аналоговых телефонов к IP-сети. Как правило, они имеют и встроенный маршрутизатор, позволяющий вести учет трафика, авторизовать пользователей, автоматически раздавать IP-адреса, управлять полосой пропускания.
Среди стандартных функций VoIP-шлюзов:
- Функции безопасности (создание списков доступа, авторизация);
- Поддержка факсимильной связи;
- Поддержка голосовой почты;
- Поддержка протоколов H.323, SIP (Session Initiation Protocol).
Как правило, в этих целях на маршрутизаторах используется очередность с малой задержкой (LLQ - Low-Latency queuing), либо взвешенная организация очередей на основе классов (CBWFQ - Class-Based Weighted Fair Queuing).
Кроме того, необходимы схемы маркировки с заданием приоритетов для рассмотрения голосовых данных, как наиболее важных для передачи.
Транспортный уровень (Transport Layer)
Для транспортного уровня характерны:- Сегментация данных приложений верхнего уровня;
- Обеспечение сквозного соединения;
- Гарантия надежности данных.
UDP
UDP базируется на сетевом протоколе IP и предоставляет транспортные услуги прикладным процессам. Его главное отличие от TCP - обеспечение негарантированной доставки, то есть при отправке и получении данных никаких подтверждений не запрашивается. Также при отправке информации не обязательно установление логического соединения между модулями UDP (источник и приемник).RTP
Несмотря на то, что RTP принято считать протоколом транспортного уровня, как правило он работает поверх UDP. С помощью RTP реализуется распознавание типа трафика, работа с метками времени, контроль передачи и нумерация последовательности пакетов.Основное назначение RTP состоит в том, что он присваивает каждому исходящему пакету временные метки, обрабатывающиеся на приемной стороне. Это позволяет принимать данные в надлежащем порядке, снижает влияние неравномерности времени прохождения пакетов по сети, восстанавливает синхронизацию между аудио и видео данными.
Уровни данных (Data Layers)
Три последних уровня модели OSI рассмотрим совместно. Такое объединение допустимо, так как процессы, происходящие на данных уровнях тесно связаны между собой, и описывать их безотносительно разделения на подуровни будет логичнее.H.323
Первым делом необходимо описать стек протоколов H.323, разработанный в 1996 году. Данный стандарт содержит описание оборудования, сетевых служб и терминальных устройств, предназначенных для осуществления аудио- и видеосвязи в сетях с коммутацией пакетов (Интернет). Для любого устройства стандарта H.323 обязательна поддержка обмена голосовой информацией.- Платформенную независимость.
- Стандарты кодирования аналоговых данных.
- Управление полосой пропускания.
- Гибкость и совместимость.
Согласно H.323 четырьмя основными компонентами VoIP-соединения являются:
- терминал;
- шлюз;
- контроллер зоны;
- контроллер управления многоточечной конференции (MCU - Multipoint Control Unit).
Пример структурной схемы сети в IP-телефонии
Выдержка из документа, описывающего стек протоколов H.323
1. Управление соединением и сигнализация:
1.а. H.225.0: протоколы сигнализации и пакетирования мультимедийного потока (использует подмножество протокола сигнализации Q.931).
1.б. H.225.0/RAS: процедуры регистрации, допуска и состояния.
1.в. H.245: протокол управления для мультимедиа.
2. Обработка звуковых сигналов:
2.а. G.711: импульсно-кодовая модуляция тональных частот.
2.б. G.722: кодирование звукового сигнала 7 кГц в 64 кбит/с.
2.в. G.723.1: речевые кодеры на две скорости передачи для организации мультимедийной связи со скоростью передачи 5.3 и 6.3 кбит/с.
2.г. G.728: кодирование речевых сигналов 16 кбит/с с помощью линейного предсказания с кодированием сигнала возбуждения с малой задержкой.
2.д. G.729: кодирование речевых сигналов 8 кбит/с с помощью линейного предсказания с алгебраическим кодированием сигнала возбуждения сопряженной структуры.
3. Обработка видеосигналов:
3.а. H.261: видеокодеки для аудиовизуальных услуг со скоростью 64 кбит/с.
3.б. H.263: кодирование видеосигнала для передачи с малой скоростью.
4. Конференц-связь для передачи данных:
4.а. T.120: стек протоколов (включает T.123, T.124, T.125) для передачи данных между оконечными пунктами.
5. Мультимедийная передача:
5.а. RTP: транспортный протокол реального времени.
5.б. RTCP: протокол управления передачей в реальном времени.
6. Обеспечение безопасности:
6.а. H.235: обеспечение безопасности и шифрование для мультимедийных терминалов сети H.323.
7. Дополнительные услуги:
7.а. H.450.1: обобщенные функции для управления дополнительными услугами в H.323.
7.б. H.450.2: перевод соединения на телефонный номер третьего абонента.
7.в. H.450.3: переадресация вызова.
7.г. H.450.4: удержание вызова.
7.д. H.450.5: парковка вызова (park) и ответ на вызов (pick up).
7.е. H.450.6: уведомление о поступившем вызове в состоянии разговора.
7.ж. H.450.7: индикация ожидающего сообщения.
7.з. H.450.8: служба идентификации имен.
7.и. H.450.9: служба завершения соединения для сетей H.323.
Сценарий установки соединения на основе протокола H.323
SIP (Session Initiation Protocol)
SIP - протокол сигнализации, предназначенный для организации, изменения и завершения сеансов связи. SIP независим от транспортных технологий, однако при установлении соединения предпочтительно использовать UDP. Для передачи самой голосовой и видеоинформации рекомендовано применять RTP, но возможность использования других протоколов не исключена.В SIP определены два типа сигнальных сообщений - запрос и ответ. Также существует шесть процедур:
- INVITE (приглашение) - приглашает пользователя принять участие в сеансе связи (служит для установления нового соединения; может содержать параметры для согласования);
- BYE (разъединение) - завершает соединение между двумя пользователями;
- OPTIONS (опции) - используется для передачи информации о поддерживаемых характеристиках (эта передача может осуществляться напрямую между двумя агентами пользователей или через сервер SIP);
- АСК (подтверждение) - используется для подтверждения получения сообщения или для положительного ответа на команду INVITE ;
- CANCEL (отмена) - прекращает поиск пользователя;
- REGISTER (регистрация) - передает информацию о местоположении пользователя на сервер SIP, который может транслировать ее на сервер адресов (Location Server).
Сценарий сеанса связи SIP
Кодеки
Аудиокодеком называют программу или алгоритм, который сжимает, либо разжимает цифровые звуковые данные, позволяя снизить требования к пропускной способности канала передачи данных. В IP-телефонии на сегодняшний день наиболее распространено преобразование посредством кодека G.729, а также сжатие G.711 по А-закону (alaw) и μ-закону (ulaw).G.729
G.729 является кодеком, который сжимает исходный сигнал с потерей данных. Основная идея, заложенная в G.729 - передача не самого оцифрованного сигнала, а его параметров (спектральной характеристики, количества переходов через ноль), достаточных для последующего синтезирования на принимающей стороне. При этом все основные характеристики голоса, такие как амплитуда и тембр сохраняются.Пропускная способность канала, на которую рассчитан данный кодек - 8 кбит/с. Длина кадра обрабатываемого G.729 - 10 мс, частота дискретизации - 8 кГц. Для каждого из таких кадров определяются параметры математической модели, которые в дальнейшем и передаются в канал в виде кодов.
При использовании кодирования G.729 задержка составляет 15 мс, из которых 5 мс тратится на заполнение предварительного буфера. Отметим также, что кодек G.729 предъявляет достаточно высокие требования к ресурсам процессора.
G.711
G.711 - голосовой кодек, который не предполагает никакого сжатия, помимо компандирования - метода уменьшения эффектов каналов с ограниченным динамическим диапазоном. В основе данного метода лежит принцип уменьшения количества уровней квантования сигнала в области высокой громкости, сохраняя при этом качество звука. Две широко использующиеся в телефонии схемы компандирования - alaw и ulaw.Сигнал в данном кодеке предоставлен потоком величиной 64 кбит/с. Частота дискретизации - 8000 кадров по 8 бит в секунду. Качество голоса субъективно лучше, нежели при применении кодека G.729.
alaw
alaw или А-закон - алгоритм сжатия звуковых данных с потерей информации. В основном используется на территории Европы и России.Для сигнала x преобразование по алгоритму alaw выглядит следующим образом:
Где А - параметр сжатия (обычно принимается равным 87,7).
ulaw
ulaw или μ-закон - алгоритм сжатия звуковых данных с потерей информации. В основном используется на территории Японии и Северной Америки.Для сигнала x преобразование по алгоритму ulaw выглядит следующим образом:
где μ принимается равным 255 (8 бит) в стандартах Северной Америки и Японии.
Импульсно кодовая модуляция (PCM - Pulse Code Modulation)
Импульсно кодовая модуляция - передача непрерывной функции в виде серии последовательных импульсов.Для получения на входе канала связи модулированного сигнала, мгновенное значение несущего сигнала измеряется АЦП с определенным периодом. При этом количество оцифрованных значений в секунду (иначе, частота дискретизации) должно быть большим или равным двукратной максимальной частоте в спектре аналогового сигнала.
Далее полученные значения округляются до одного из заранее принятых уровней. Заметим, что количество уровней необходимо принимать кратным степени двойки. В зависимости от того, сколько было определено уровней, сигнал кодируется определенным количеством бит.
Квантование сигнала
На данном рисунке представлено кодирование с помощью четырех битов (то есть все промежуточные значения аналогового сигнала будут округляться до одного из заранее заданных 16 уровней). Для примера, при времени равном нулю сигнал будет представлен подобным образом: 0111.
При демодуляции последовательность нулей и единиц преобразуется в импульсы демодулятором, уровень квантования которого равен уровню квантования модулятора. После этого ЦАП на основе данных импульсов восстанавливает сигнал, а сглаживающий фильтр окончательно убирает неточности.
В современной телефонии число уровней квантования должно быть большим или равным 100, то есть минимальное количество бит, которым может кодироваться сигнал - 7.
Вопросы качества обслуживания в IP-телефонии (Quality of Service - QoS)
В сетях на основе стека TCP/IP высокое качество обслуживания трафика, чувствительного к задержкам передачи не обеспечивается по умолчанию. При использовании протокола TCP имеется гарантия достоверной доставки информации, но ее перенос может осуществляться с непредсказуемыми задержками. Для UDP характерна минимизация задержек, но гарантия верной доставки пакета отсутствует.В то же время добротность речевого трафика сильно зависит от качества передачи, и в сети, где не реализованы механизмы, гарантирующие соответственное качество, реализация IP-телефонии может быть не удовлетворяющей требованиям пользователей.
Основными показателями качества обслуживания являются пропускная способность сети и задержка передачи. Задержка при этом определяется как промежуток времени, прошедший с момента отправки пакета, до момента его приема.
Также существуют такие характеристики, как готовность сети и ее надежность (оцениваются по результатам контроля уровня обслуживания в течение длительного времени, либо по коэффициенту использования).
Для улучшения качества связи используются следующие механизмы:
- Перемаршрутизация. При перегрузке одного из каналов связи позволяет осуществить доставку при помощи резервных маршрутов.
- Резервирование ресурсов канала связи на время соединения.
- Приоретизация трафика. Дает возможность помечать пакеты в соответствии с уровнем их важности и производить обслуживание на основе меток.
Задержка при кодировании информации в голосовых шлюзах или терминальном оборудовании. Уменьшается путем улучшения алгоритмов обработки и преобразования голоса.
- Задержка, вносимая сетью передачи. Уменьшается путем улучшения сетевой инфраструктуры, в частности, сокращением количества маршрутизаторов и использованием высокоскоростных каналов.
Источники задержки в IP-телефонии
Джиттер
Еще одно явление, характерное для IP-телефонии - джиттер, или, иначе, случайная задержка распространения пакета.Обуславливается джиттер тремя факторами:
- Ограниченная полоса пропускания или некорректная работа активных сетевых устройств;
- Высокая задержка распространения сигнала;
- Тепловой шум.
Обычно предусматривается динамическая подстройка длины буфера в течение всего времени существования соединения. Для выбора наилучшей длины используются эвристические алгоритмы.
Джиттер буфер
Для компенсации неравномерной скорости поступления пакетов на приемной стороне создают временное хранилище пакетов, или так называемый джиттер буфер. Его задача, собрать поступающие пакеты в правильном порядке в соответствии с временными метками и выдать их кодеку с правильными интервалами и правильном порядке.Джиттер буфер
Размер буфера приемное VOIP устройство рассчитывает в процессе работы, либо принудительно задается в настройках. С одной стороны он не может быть слишком большим, чтобы не увеличивать транспортную задержку. С другой стороны, маленький размер буфера вызывает потери пакетов при изменениях времени задержки в IP сети.
Отсюда и происходит одно из главных противоречий, между интернет провайдерами и пользователями IP телефонии. С точки зрения провайдера все пакеты доставлены абоненту, то есть, потерь нет. А с точки зрения VoIP устройства, разница во времени между приходом пакетов значительно превышает джиттер буфер. Поэтому фактически потери есть. На практике потеря более 1% вызывает определенные неприятные ощущения. При 2% разговор оказывается затруднен. При значениях больше 4% разговор уже практически невозможен.
Размер джиттер буфера
Случайная задержка распространения Ji для i-го пакета может определяться по формуле:
где:
Di – отклонение от ожидаемого времени прибытия i-го пакета.
Отклонение от ожидаемого времени прибытия i-го пакета Di определяется по формуле:
где:
R – время прибытия пакета в метках времени RTP,
S – временная метка RTP, взятая из пакета.
Приведем пример расчета ожидаемого размера случайной задержки распространения 5-го пакета, на основе двух предыдущих.
Пусть J4=10 мс; R4=10, R3=11, S4=6, S3=5, тогда D5 будет равно (10-11)-(6-5)=-2.
В среднем, случайная задержка времени распространения для одного пакета в текущем примере составит 10 мс (точнее можно посчитать по формуле, приведенной выше). Тогда для того, чтобы ни один пакет не был отброшен, размер джиттер буфера должен быть равным 10 мс.
Для определения требуемого размера джиттер буфера в мегабайтах, домножим полученное значение на 100 мбит/сек – среднюю пропускную способность сети: 10 10^-3 100 = 128 кб.
Размер джиттер-буфера должен быть больше, чем флуктуация транзитного времени в сети. Например, если для 10 пакетов время транзита колеблется от 5 до 10 мс, то буфер должен быть хотя бы 8 мс, чтобы ни один пакет не был потерян. Лучше, если буфер еще больше, например 12 мс, тогда сможет работать механизм перезапроса потерянных пакетов.
Решения для развертывания телефонной сети
Asterisk
Asterisk - программная АТС, способная коммутировать как VoIP вызовы, так и вызовы, осуществляемые между IP-телефонами и традиционной телефонной сетью общего пользования.
Поддерживаемые протоколы: IAX, SIP, H.323, Skinny, UNIStim.
Поддерживаемые кодеки: G.711 (ulaw и alaw), G.722, G.723, G.729, GSM, iLBC, LPC-10, Speex.
Asterisk - динамично развивающееся открытое программное обеспечение, которое может быть установлено без оглядки на лицензирование. Это делает данную программную АТС привлекательной для малого и среднего бизнеса. Количество абонентов в сети может достигать 2000 и ограничено только мощностью сервера.
Еще одно достоинство Asterisk - возможность гибкой настройки. Весь необходимый функционал либо уже реализован, либо может быть дописан самостоятельно без существенных временных и денежных затрат. Этому способствует принцип: одна задача - один программный модуль.
В сравнении с решениями от таких вендоров, как Cisco или Avaya, Asterisk привлекателен еще и стоимостью развертывания. Фактически все затраты сводятся только к покупке телефонных аппаратов и сервера, способного обеспечить требуемую нагрузку на сеть. Сама программа абсолютно бесплатна.
Cisco Unified Communication Manager (CallManager)
CallManager предназначен скорее для крупных сетей, включающих до 30000 абонентов. Данный программно-аппаратный комплекс обеспечивает надежность работы и позволяет конфигурировать множество параметров, таких как переадресация звонков или голосовое меню. Существует и “облегченная” express версия, предназначенная скорее для небольших офисов.
Из преимуществ Cisco CallManager следует отметить в первую очередь знаменитую техническую поддержку корпорации Cisco. При соответствующем уровне контракта на обслуживание, любая проблема, начиная с вопросов по настройке и заканчивая вышедшим из строя оборудованием, будет решена практически мгновенно. Поэтому Cisco CallManager подойдет компаниям, готовым платить немалые деньги, но и получать при этом высочайшее качество обслуживания.
Avaya IP Office
Система IP Office может стать неплохим выбором для среднего размера телефонной сети. Количество абонентов здесь ограничено не только мощностью сервера, но и количеством приобретенных лицензий. Лицензировать необходимо практически все - платы расширения, используемые приложения и т.д., что может доставить определенные неудобства.
Конфигурирование может осуществляться через ряд программ, но наиболее популярная и простая в обращении - Avaya IP Office Manager. Также возможно управление через консоль с помощью Avaya Terminal Emulator.
В целом, продукция корпорации Avaya не ограничивается одним IP Office. Avaya, в 2009 году слившаяся с еще одним известным производителем Nortel, является признанным лидером на рынке оборудования для IP-телефонии.
Добрый день, уважаемые хабражители. В данной статье я постараюсь рассмотреть основные принципы IP-телефонии, описать наиболее часто используемые протоколы, указать способы кодирования и декодирования голоса, разобрать некоторые характерные проблемы.
Под IP-телефонией подразумевается голосовая связь, которая осуществляется по сетям передачи данных, в частности по IP-сетям (IP - Internet Protocol). На сегодняшний день IP-телефония все больше вытесняет традиционные телефонные сети за счет легкости развертывания, низкой стоимости звонка, простоты конфигурирования, высокого качества связи и сравнительной безопасности соединения. В данном изложении будем придерживаться принципов эталонной модели OSI (Open Systems Interconnection basic reference model) и рассказывать о предмете “снизу-вверх”, начиная с физического и канального уровней и заканчивая уровнями данных.
"
Модель OSI и инкапсуляция данных
Принципы IP-телефонии
При осуществлении звонка голосовой сигнал преобразуется в сжатый пакет данных (подробнее этот процесс будет рассмотрен в главах “Импульсно кодовая модуляция” и “Кодеки”). Далее происходит пересылка данных пакетов поверх сетей с коммутацией пакетов, в частности, IP сетей. При достижении пакетами получателя, они декодируются в оригинальные голосовые сигналы. Эти процессы возможны благодаря большому количеству вспомогательных протоколов, часть из которых будет рассмотрена далее.В данном контексте, протокол передачи данных - некий язык, позволяющий двум абонентам понять друг друга и обеспечить качественную пересылку данных между двумя пунктами.
Отличие от традиционной телефонии
В традиционной телефонии установка соединения происходит при помощи телефонной станции и преследует исключительно цель разговора. Здесь голосовые сигналы передаются по телефонным линиям, через выделенное подключение. В случае же IP-телефонии, сжатые пакеты данных поступают в глобальную или локальную сеть с определенным адресом и передаются на основе данного адреса. При этом используется уже IP-адресация, со всеми присущими ей особенностями (такими как маршрутизация).При этом IP-телефония оказывается более дешевым решением как для оператора, так и для абонента. Происходит это благодаря тому, что:
- Традиционные телефонные сети обладают избыточной производительностью, в то время, как IP-телефония использует технологию сжатия голосовых пакетов и позволяет полностью использовать емкость телефонной линии.
- Как правило, на сегодняшний момент доступ в глобальную сеть есть у всех желающих, что позволяет сократить затраты на подключение или совсем исключить их.
- Звонки в локальной сети могут использовать внутренний сервер и происходить без участия внешней АТС.
- Телефонные серверы постоянно совершенствуются и алгоритмы их работы становятся более устойчивыми к задержкам или другим проблемам IP-сетей.
- В частных сетях их владельцы обладают полным контролем над ситуацией и могут изменять такие параметры, как ширина полосы пропускания, количество абонентов на одной линии, и, как следствие, величину задержки.
- Сети с коммутацией пакетов развиваются, и ежегодно вводятся новые протоколы и технологии, позволяющие улучшить качество связи (например, протокол резервирования полосы пропускания RSVP).
Физический уровень (Physical Layer)
На физическом уровне осуществляется передача потока битов по физической среде через соответствующий интерфейс. IP-телефония практически полностью опирается на уже существующую инфраструктуру сетей. В качестве среды передачи информации используются, как правило витая пара категории 5 (UTP5), одномодовое или многомодовое оптическое волокно, либо коаксиальный кабель. Тем самым в полной мере реализуется принцип конвергенции телекоммуникационных сетей.PoE
Интересно рассмотреть технологию PoE (Power Over Ethernet) - стандарты IEEE 802.3 af-2003 и IEEE 802.3at-2009. Ее суть заключается в возможности обеспечения питанием устройств посредством стандартной витой пары. Большинство современных IP-телефонов, в частности, модельный ряд Cisco Unified IP Phones 7900 Series, поставляются с поддержкой PoE. Согласно стандарту 2009 года, устройства могут получать ток мощностью до 25,5 Ватт.При подаче питания используются лишь две витых пары кабеля 100BASE-TX, однако некоторые производители задействуют все четыре, достигая мощности до 51 Ватт. Необходимо заметить, что технология не требует модификации уже существующих кабельных систем, в том числе и кабелей Cat 5.
Для определения того, является ли подключаемое устройство питаемым (PD - powered device) на кабель подается напряжение 2,8 - 10 В. Тем самым вычисляется сопротивление подключаемого устройства. Если данное сопротивление находится в диапазоне 19 - 26,5 кОм, то процесс переходит на следующий этап. Если же нет - проверка повторяется с интервалом ≥2 мс.
Далее происходит поиск диапазона мощностей питаемого устройства путем подачи более высокого напряжения и измерения тока в линии. Вслед за этим на линию подается 48 В - питающее напряжение. Также осуществляется постоянный контроль перегрузок.
Канальный уровень (Data Link Layer)
Согласно спецификации IEEE 802 канальный уровень разделяется на два подуровня:- MAC (Media Access Control) - обеспечивает взаимодействие с физическим уровнем;
- LLC (Logical Link Control) - обслуживает сетевой уровень.
Необходимо упомянуть механизм виртуальных локальных сетей (Virtual Local Area Network). Данная технология позволяет создавать логическую топологию сети без оглядки на ее физические свойства. Достигается это тегированием трафика, что подробно описано в стандарте IEEE 802.1Q.
Формат фрейма
В контексте IP-телефонии отметим Voice VLAN, широко применяющуюся для изоляции голосового трафика, генерируемого IP-телефонами, от других данных. Ее использование целесообразно по двум причинам:
- Безопасность. Создание отдельной голосовой VLAN уменьшает вероятность перехвата и анализа голосовых пакетов.
- Повышение качества передачи. Механизм VLAN позволяет задать повышенный приоритет голосовым пакетам, и, как следствие, улучшить качество связи.
Сетевой уровень (Network Layer)
На сетевом уровне происходит маршрутизация, соответственно основными устройствами сетевого уровня являются маршрутизаторы (Router). Именно здесь определяется, каким путем данные достигнут получателя с определенным IP-адресом.Основной маршрутизируемый протокол - IP (Internet Protocol), на основе которого и построена IP-телефония, а также всемирная сеть Интернет. Также существует множество динамических протоколов маршрутизации, самый популярный среди которых OSPF (Open Shortest Path First) - внутренний протокол, основанный на текущем состоянии каналов связи;
На сегодняшний момент существуют специальные VoIP-шлюзы (Voice Over IP Gateway), обеспечивающие подключение обычных аналоговых телефонов к IP-сети. Как правило, они имеют и встроенный маршрутизатор, позволяющий вести учет трафика, авторизовать пользователей, автоматически раздавать IP-адреса, управлять полосой пропускания.
Среди стандартных функций VoIP-шлюзов:
- Функции безопасности (создание списков доступа, авторизация);
- Поддержка факсимильной связи;
- Поддержка голосовой почты;
- Поддержка протоколов H.323, SIP (Session Initiation Protocol).
Как правило, в этих целях на маршрутизаторах используется очередность с малой задержкой (LLQ - Low-Latency queuing), либо взвешенная организация очередей на основе классов (CBWFQ - Class-Based Weighted Fair Queuing).
Кроме того, необходимы схемы маркировки с заданием приоритетов для рассмотрения голосовых данных, как наиболее важных для передачи.
Транспортный уровень (Transport Layer)
Для транспортного уровня характерны:- Сегментация данных приложений верхнего уровня;
- Обеспечение сквозного соединения;
- Гарантия надежности данных.
UDP
UDP базируется на сетевом протоколе IP и предоставляет транспортные услуги прикладным процессам. Его главное отличие от TCP - обеспечение негарантированной доставки, то есть при отправке и получении данных никаких подтверждений не запрашивается. Также при отправке информации не обязательно установление логического соединения между модулями UDP (источник и приемник).RTP
Несмотря на то, что RTP принято считать протоколом транспортного уровня, как правило он работает поверх UDP. С помощью RTP реализуется распознавание типа трафика, работа с метками времени, контроль передачи и нумерация последовательности пакетов.Основное назначение RTP состоит в том, что он присваивает каждому исходящему пакету временные метки, обрабатывающиеся на приемной стороне. Это позволяет принимать данные в надлежащем порядке, снижает влияние неравномерности времени прохождения пакетов по сети, восстанавливает синхронизацию между аудио и видео данными.
Уровни данных (Data Layers)
Три последних уровня модели OSI рассмотрим совместно. Такое объединение допустимо, так как процессы, происходящие на данных уровнях тесно связаны между собой, и описывать их безотносительно разделения на подуровни будет логичнее.H.323
Первым делом необходимо описать стек протоколов H.323, разработанный в 1996 году. Данный стандарт содержит описание оборудования, сетевых служб и терминальных устройств, предназначенных для осуществления аудио- и видеосвязи в сетях с коммутацией пакетов (Интернет). Для любого устройства стандарта H.323 обязательна поддержка обмена голосовой информацией.- Платформенную независимость.
- Стандарты кодирования аналоговых данных.
- Управление полосой пропускания.
- Гибкость и совместимость.
Согласно H.323 четырьмя основными компонентами VoIP-соединения являются:
- терминал;
- шлюз;
- контроллер зоны;
- контроллер управления многоточечной конференции (MCU - Multipoint Control Unit).
Пример структурной схемы сети в IP-телефонии
Выдержка из документа, описывающего стек протоколов H.323
1. Управление соединением и сигнализация:
1.а. H.225.0: протоколы сигнализации и пакетирования мультимедийного потока (использует подмножество протокола сигнализации Q.931).
1.б. H.225.0/RAS: процедуры регистрации, допуска и состояния.
1.в. H.245: протокол управления для мультимедиа.
2. Обработка звуковых сигналов:
2.а. G.711: импульсно-кодовая модуляция тональных частот.
2.б. G.722: кодирование звукового сигнала 7 кГц в 64 кбит/с.
2.в. G.723.1: речевые кодеры на две скорости передачи для организации мультимедийной связи со скоростью передачи 5.3 и 6.3 кбит/с.
2.г. G.728: кодирование речевых сигналов 16 кбит/с с помощью линейного предсказания с кодированием сигнала возбуждения с малой задержкой.
2.д. G.729: кодирование речевых сигналов 8 кбит/с с помощью линейного предсказания с алгебраическим кодированием сигнала возбуждения сопряженной структуры.
3. Обработка видеосигналов:
3.а. H.261: видеокодеки для аудиовизуальных услуг со скоростью 64 кбит/с.
3.б. H.263: кодирование видеосигнала для передачи с малой скоростью.
4. Конференц-связь для передачи данных:
4.а. T.120: стек протоколов (включает T.123, T.124, T.125) для передачи данных между оконечными пунктами.
5. Мультимедийная передача:
5.а. RTP: транспортный протокол реального времени.
5.б. RTCP: протокол управления передачей в реальном времени.
6. Обеспечение безопасности:
6.а. H.235: обеспечение безопасности и шифрование для мультимедийных терминалов сети H.323.
7. Дополнительные услуги:
7.а. H.450.1: обобщенные функции для управления дополнительными услугами в H.323.
7.б. H.450.2: перевод соединения на телефонный номер третьего абонента.
7.в. H.450.3: переадресация вызова.
7.г. H.450.4: удержание вызова.
7.д. H.450.5: парковка вызова (park) и ответ на вызов (pick up).
7.е. H.450.6: уведомление о поступившем вызове в состоянии разговора.
7.ж. H.450.7: индикация ожидающего сообщения.
7.з. H.450.8: служба идентификации имен.
7.и. H.450.9: служба завершения соединения для сетей H.323.
Сценарий установки соединения на основе протокола H.323
SIP (Session Initiation Protocol)
SIP - протокол сигнализации, предназначенный для организации, изменения и завершения сеансов связи. SIP независим от транспортных технологий, однако при установлении соединения предпочтительно использовать UDP. Для передачи самой голосовой и видеоинформации рекомендовано применять RTP, но возможность использования других протоколов не исключена.В SIP определены два типа сигнальных сообщений - запрос и ответ. Также существует шесть процедур:
- INVITE (приглашение) - приглашает пользователя принять участие в сеансе связи (служит для установления нового соединения; может содержать параметры для согласования);
- BYE (разъединение) - завершает соединение между двумя пользователями;
- OPTIONS (опции) - используется для передачи информации о поддерживаемых характеристиках (эта передача может осуществляться напрямую между двумя агентами пользователей или через сервер SIP);
- АСК (подтверждение) - используется для подтверждения получения сообщения или для положительного ответа на команду INVITE ;
- CANCEL (отмена) - прекращает поиск пользователя;
- REGISTER (регистрация) - передает информацию о местоположении пользователя на сервер SIP, который может транслировать ее на сервер адресов (Location Server).
Сценарий сеанса связи SIP
Кодеки
Аудиокодеком называют программу или алгоритм, который сжимает, либо разжимает цифровые звуковые данные, позволяя снизить требования к пропускной способности канала передачи данных. В IP-телефонии на сегодняшний день наиболее распространено преобразование посредством кодека G.729, а также сжатие G.711 по А-закону (alaw) и μ-закону (ulaw).G.729
G.729 является кодеком, который сжимает исходный сигнал с потерей данных. Основная идея, заложенная в G.729 - передача не самого оцифрованного сигнала, а его параметров (спектральной характеристики, количества переходов через ноль), достаточных для последующего синтезирования на принимающей стороне. При этом все основные характеристики голоса, такие как амплитуда и тембр сохраняются.Пропускная способность канала, на которую рассчитан данный кодек - 8 кбит/с. Длина кадра обрабатываемого G.729 - 10 мс, частота дискретизации - 8 кГц. Для каждого из таких кадров определяются параметры математической модели, которые в дальнейшем и передаются в канал в виде кодов.
При использовании кодирования G.729 задержка составляет 15 мс, из которых 5 мс тратится на заполнение предварительного буфера. Отметим также, что кодек G.729 предъявляет достаточно высокие требования к ресурсам процессора.
G.711
G.711 - голосовой кодек, который не предполагает никакого сжатия, помимо компандирования - метода уменьшения эффектов каналов с ограниченным динамическим диапазоном. В основе данного метода лежит принцип уменьшения количества уровней квантования сигнала в области высокой громкости, сохраняя при этом качество звука. Две широко использующиеся в телефонии схемы компандирования - alaw и ulaw.Сигнал в данном кодеке предоставлен потоком величиной 64 кбит/с. Частота дискретизации - 8000 кадров по 8 бит в секунду. Качество голоса субъективно лучше, нежели при применении кодека G.729.
alaw
alaw или А-закон - алгоритм сжатия звуковых данных с потерей информации. В основном используется на территории Европы и России.Для сигнала x преобразование по алгоритму alaw выглядит следующим образом:
Где А - параметр сжатия (обычно принимается равным 87,7).
ulaw
ulaw или μ-закон - алгоритм сжатия звуковых данных с потерей информации. В основном используется на территории Японии и Северной Америки.Для сигнала x преобразование по алгоритму ulaw выглядит следующим образом:
где μ принимается равным 255 (8 бит) в стандартах Северной Америки и Японии.
Импульсно кодовая модуляция (PCM - Pulse Code Modulation)
Импульсно кодовая модуляция - передача непрерывной функции в виде серии последовательных импульсов.Для получения на входе канала связи модулированного сигнала, мгновенное значение несущего сигнала измеряется АЦП с определенным периодом. При этом количество оцифрованных значений в секунду (иначе, частота дискретизации) должно быть большим или равным двукратной максимальной частоте в спектре аналогового сигнала.
Далее полученные значения округляются до одного из заранее принятых уровней. Заметим, что количество уровней необходимо принимать кратным степени двойки. В зависимости от того, сколько было определено уровней, сигнал кодируется определенным количеством бит.
Квантование сигнала
На данном рисунке представлено кодирование с помощью четырех битов (то есть все промежуточные значения аналогового сигнала будут округляться до одного из заранее заданных 16 уровней). Для примера, при времени равном нулю сигнал будет представлен подобным образом: 0111.
При демодуляции последовательность нулей и единиц преобразуется в импульсы демодулятором, уровень квантования которого равен уровню квантования модулятора. После этого ЦАП на основе данных импульсов восстанавливает сигнал, а сглаживающий фильтр окончательно убирает неточности.
В современной телефонии число уровней квантования должно быть большим или равным 100, то есть минимальное количество бит, которым может кодироваться сигнал - 7.
Вопросы качества обслуживания в IP-телефонии (Quality of Service - QoS)
В сетях на основе стека TCP/IP высокое качество обслуживания трафика, чувствительного к задержкам передачи не обеспечивается по умолчанию. При использовании протокола TCP имеется гарантия достоверной доставки информации, но ее перенос может осуществляться с непредсказуемыми задержками. Для UDP характерна минимизация задержек, но гарантия верной доставки пакета отсутствует.В то же время добротность речевого трафика сильно зависит от качества передачи, и в сети, где не реализованы механизмы, гарантирующие соответственное качество, реализация IP-телефонии может быть не удовлетворяющей требованиям пользователей.
Основными показателями качества обслуживания являются пропускная способность сети и задержка передачи. Задержка при этом определяется как промежуток времени, прошедший с момента отправки пакета, до момента его приема.
Также существуют такие характеристики, как готовность сети и ее надежность (оцениваются по результатам контроля уровня обслуживания в течение длительного времени, либо по коэффициенту использования).
Для улучшения качества связи используются следующие механизмы:
- Перемаршрутизация. При перегрузке одного из каналов связи позволяет осуществить доставку при помощи резервных маршрутов.
- Резервирование ресурсов канала связи на время соединения.
- Приоретизация трафика. Дает возможность помечать пакеты в соответствии с уровнем их важности и производить обслуживание на основе меток.
Задержка при кодировании информации в голосовых шлюзах или терминальном оборудовании. Уменьшается путем улучшения алгоритмов обработки и преобразования голоса.
- Задержка, вносимая сетью передачи. Уменьшается путем улучшения сетевой инфраструктуры, в частности, сокращением количества маршрутизаторов и использованием высокоскоростных каналов.
Источники задержки в IP-телефонии
Джиттер
Еще одно явление, характерное для IP-телефонии - джиттер, или, иначе, случайная задержка распространения пакета.Обуславливается джиттер тремя факторами:
- Ограниченная полоса пропускания или некорректная работа активных сетевых устройств;
- Высокая задержка распространения сигнала;
- Тепловой шум.
Обычно предусматривается динамическая подстройка длины буфера в течение всего времени существования соединения. Для выбора наилучшей длины используются эвристические алгоритмы.
Джиттер буфер
Для компенсации неравномерной скорости поступления пакетов на приемной стороне создают временное хранилище пакетов, или так называемый джиттер буфер. Его задача, собрать поступающие пакеты в правильном порядке в соответствии с временными метками и выдать их кодеку с правильными интервалами и правильном порядке.Джиттер буфер
Размер буфера приемное VOIP устройство рассчитывает в процессе работы, либо принудительно задается в настройках. С одной стороны он не может быть слишком большим, чтобы не увеличивать транспортную задержку. С другой стороны, маленький размер буфера вызывает потери пакетов при изменениях времени задержки в IP сети.
Отсюда и происходит одно из главных противоречий, между интернет провайдерами и пользователями IP телефонии. С точки зрения провайдера все пакеты доставлены абоненту, то есть, потерь нет. А с точки зрения VoIP устройства, разница во времени между приходом пакетов значительно превышает джиттер буфер. Поэтому фактически потери есть. На практике потеря более 1% вызывает определенные неприятные ощущения. При 2% разговор оказывается затруднен. При значениях больше 4% разговор уже практически невозможен.
Размер джиттер буфера
Случайная задержка распространения Ji для i-го пакета может определяться по формуле:где:
Di – отклонение от ожидаемого времени прибытия i-го пакета.
Отклонение от ожидаемого времени прибытия i-го пакета Di определяется по формуле:
где:
R – время прибытия пакета в метках времени RTP,
S – временная метка RTP, взятая из пакета.
Приведем пример расчета ожидаемого размера случайной задержки распространения 5-го пакета, на основе двух предыдущих.
Пусть J4=10 мс; R4=10, R3=11, S4=6, S3=5, тогда D5 будет равно (10-11)-(6-5)=-2.
В среднем, случайная задержка времени распространения для одного пакета в текущем примере составит 10 мс (точнее можно посчитать по формуле, приведенной выше). Тогда для того, чтобы ни один пакет не был отброшен, размер джиттер буфера должен быть равным 10 мс.
Для определения требуемого размера джиттер буфера в мегабайтах, домножим полученное значение на 100 мбит/сек – среднюю пропускную способность сети: 10 10^-3 100 = 128 кб.
Размер джиттер-буфера должен быть больше, чем флуктуация транзитного времени в сети. Например, если для 10 пакетов время транзита колеблется от 5 до 10 мс, то буфер должен быть хотя бы 8 мс, чтобы ни один пакет не был потерян. Лучше, если буфер еще больше, например 12 мс, тогда сможет работать механизм перезапроса потерянных пакетов.
Решения для развертывания телефонной сети
Asterisk
Asterisk - программная АТС, способная коммутировать как VoIP вызовы, так и вызовы, осуществляемые между IP-телефонами и традиционной телефонной сетью общего пользования.
Поддерживаемые протоколы: IAX, SIP, H.323, Skinny, UNIStim.
Поддерживаемые кодеки: G.711 (ulaw и alaw), G.722, G.723, G.729, GSM, iLBC, LPC-10, Speex.
Asterisk - динамично развивающееся открытое программное обеспечение, которое может быть установлено без оглядки на лицензирование. Это делает данную программную АТС привлекательной для малого и среднего бизнеса. Количество абонентов в сети может достигать 2000 и ограничено только мощностью сервера.
Еще одно достоинство Asterisk - возможность гибкой настройки. Весь необходимый функционал либо уже реализован, либо может быть дописан самостоятельно без существенных временных и денежных затрат. Этому способствует принцип: одна задача - один программный модуль.
В сравнении с решениями от таких вендоров, как Cisco или Avaya, Asterisk привлекателен еще и стоимостью развертывания. Фактически все затраты сводятся только к покупке телефонных аппаратов и сервера, способного обеспечить требуемую нагрузку на сеть. Сама программа абсолютно бесплатна.
Cisco Unified Communication Manager (CallManager)
CallManager предназначен скорее для крупных сетей, включающих до 30000 абонентов. Данный программно-аппаратный комплекс обеспечивает надежность работы и позволяет конфигурировать множество параметров, таких как переадресация звонков или голосовое меню. Существует и “облегченная” express версия, предназначенная скорее для небольших офисов.
Из преимуществ Cisco CallManager следует отметить в первую очередь знаменитую техническую поддержку корпорации Cisco. При соответствующем уровне контракта на обслуживание, любая проблема, начиная с вопросов по настройке и заканчивая вышедшим из строя оборудованием, будет решена практически мгновенно. Поэтому Cisco CallManager подойдет компаниям, готовым платить немалые деньги, но и получать при этом высочайшее качество обслуживания.
Avaya IP Office
Система IP Office может стать неплохим выбором для среднего размера телефонной сети. Количество абонентов здесь ограничено не только мощностью сервера, но и количеством приобретенных лицензий. Лицензировать необходимо практически все - платы расширения, используемые приложения и т.д., что может доставить определенные неудобства.
Конфигурирование может осуществляться через ряд программ, но наиболее популярная и простая в обращении - Avaya IP Office Manager. Также возможно управление через консоль с помощью Avaya Terminal Emulator.
В целом, продукция корпорации Avaya не ограничивается одним IP Office. Avaya, в 2009 году слившаяся с еще одним известным производителем Nortel, является признанным лидером на рынке оборудования для IP-телефонии.
IP-телефония - это технология, позволяющая использовать Интернет или любую другую IP-сеть для ведения международных и междугородных телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени.
Для организации телефонной связи по IP-сетям используется специальное оборудование - шлюзы IP-телефонии. Каждый шлюз должен быть соединен с телефонным аппаратом или абонентской линией АТС, пользователи которых будут являться абонентами IP-шлюза. Два абонента разных IP-шлюзов, разделенные расстоянием в тысячи километров, могут общаться в режиме реального времени, оплачивая только время подключения к IP-сети. С равным успехом IP-шлюз может использоваться и в корпоративной ЛВС.
Общий принцип действия телефонных шлюзов IP-телефонии таков: шлюз принимает телефонный сигнал, оцифровывает его, значительно сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через IP-сеть по назначению. Определение и соединение с нужным шлюзом происходит по таблице маршрутизации, заполняемой через Web-интерфейс или telnet. Изменение/добавление/удаление IP-адреса возможно в любое время.
Наиболее экономичный способ организации выноса емкости УАТС в филиалы (например, связь центрального офиса с магазинами) - использование IP-шлюзов. Такое решение позволяет отказаться от оплаты абонентских линий ГТС и ограничиться лишь подключением филиала к сети передачи данных. В случае если филиалы расположены в разных городах, существенно снижаются и расходы на междугородную связь.
Еще одним способом применения IP-шлюзов является подключение к сети оператора IP-телефонии. В этом случае можно совершать вызовы на любые телефонные номера ТфОП. Стоимость звонка будет существенно дешевле, так как междугородние/международные тарифы операторов IP-телефонии существенно ниже тарифов операторов телефонной связи.
Основные компоненты IP-телфонии:
Шлюз
- необходимое устройство, подключенное к IP-сети и к телефонной сети (PBX/PSTN).
Функции:
ответ на вызов вызывающего абонента PBX/PSTN
установление соединения с удаленным шлюзом
установление соединения с вызываемым абонентом PBX/PSTN
сжатие, пакетирование и восстановление голоса (или факс-сигнала)
Таким образом шлюз, или Gateway, - это основная и неотъемлимая часть архитектуры IP-телефонии, непосредственно соединяющая телефонную сеть с сетью IP.
Шлюзы разных производителей отличаются способом подключения к телефонной сети, емкостью, аппаратной платформой, реализованными кодеками, интерфейсом и другими характеристиками. Но все они выполняют вышеперечисленные функции, являющимися базовыми для технологии IP-телефонии.
GateKeeper
- это дополнительное устройство, подключенное только к IP-сети и несущее в себе всю логику работы сети IP-телефонии.
Функции:
аутентификация и авторизация абонента
распределение вызовов между шлюзами
биллинг (как правило GateKeeper не содержит в себе законченной биллинговой программы, а только основанный на стандартах интерфейс к профессиональным системам биллинга третьих производителей, а также API для разработки оператором собственной биллинговой программы).
GateKeeper необходим в любой сети IP-телефонии, содержащей более двух шлюзов. В первых шлюзах (в первых host-based версиях VOCALTEC®, Vienna и др.) функции GateKeeper в их примитивном виде выполнялись самим шлюзом. С развитием технологии и ростом сетей IP-телефонии, функции GateKeeper были вынесены в отдельный модуль. Хотя у некоторых производителей GateKeeper может физически находиться на одной системе со шлюзом, логически это самостоятельный модуль.
Монитор
- необязательный дополнительный модуль сети IP-телефонии, подключаемый только к IP-сети, используемый для удаленного конфигурирования и поддержки остальных устройств сети- шлюзов и диспетчеров.
Функции:
интерфейс для удаленной настройки через IP-сеть параметров шлюзов и диспетчеров сети IP-телефонии.
Монитор является удобным средством конфигурирования и администрирования сети. В первых шлюзах для этого просто использовались стандартные сетевые приложения, такие как pcAnywhere. Позднее в целях оптимизации работы производители оборудования IP-телефонии стали выпускать собственные приложения для этих целей.
Кроме описанных выше требований, оборудование для IP-телефонии должно поддерживать еще несколько возможностей:
Передачу управляющей информации
Тональные сигналы не распространяются свободно через Интернет. Кодирование и разбивка на IP-пакеты искажают их до полной неузнаваемости на другом конце связи. Таким образом, телефонные сервера должны определять тональные сигналы локально, подавлять их передачу и затем генерировать на другом конце. Пока не существует стандарта для передачи DTMF через Интернет, однако в настоящее время различные группы ведут разработку по данному вопросу, что позволяет надеется на появление и этого стандарта в самое ближайшее время.
Интерфейс с телефонными линиями
На связь телефонного сервера с телефонной линией налагается два условия. Связь должна отвечать стандарту, принятому во всех основных странах, поскольку наибольшая экономия, приносимая IP-телефонией, - на международных звонках. Решение должно быть масштабируемым. В зависимости от задачи, стоящей перед системным интегратором, система может варьировать от двух линий для маленького предприятия до нескольких тысяч линий для крупного провайдера (оператора) услуги.
Удаление эха (Echo Cancellation)
Телефонные сервера должны уметь удалять эхо. В стандартной конфигурации оба сервера подсоединены к аналоговой телефонной линии через офисную телефонную станцию. Обычно при работе в локальных сетях телефонная система на удаляет эхо. Эхо существует, но локальным звонкам не мешает, т.к. задержка очень мала, так что эхо не возвращается в виде отдельного звука (он практически совпадает с речью). IP-телефония - уникальный случай. С технической точки зрения, используется локальная сеть, для которой проблемы эха как бы не существует, так как оно сливается с исходным звуком. Но необходимо осуществлять дальнюю связь, а IP-телефония сама по себе не гасит эхо. Следовательно, чтобы эхо не искажало звук, гасить его должны телефонные сервера с использованием специальных алгоритмов.
Поддержка полного дуплекса
Телефонное соединение является полнодуплексным, то есть оба собеседника могут говорить одновременно. Хорошие решения IP-телефонии также полнодуплексные.
IP-телефонией называют голосовую связь, осуществляется которая по сетям, предназначенным для передачи данных, чаще – по IP-сетям (термин IP расшифровывается как «Internet Protocol»). В настоящее время связь с использованием IP-телефонии стала вытеснять традиционные сети телефонной связи благодаря своей низкой стоимости звонков, легкости развертывания, высокого качества соединения и связи, их сравнительной безопасности, простоты конфигурирования . В этой статье изложение материала будет вестись начиная с канального и физического уровней до уровней данных с придерживанием принципов модели OSI (расшифровывается как Open System Interconnection basic reference model).
Принцип работы IP-телефонии
При звонке между абонентами IP-телефонии голосовые сигналы, транслируемые между ними, преобразуются в сжатые пакеты данных. Этот процесс будет подробнее рассмотрен в последующих главах об импульсно кодовой модуляции и кодеках. После сжатия пакетов данных они пересылаются поверх IP сетей с коммутацией пакетов. Как только пакеты данных достигают своего получателя, они снова преобразуются в голосовые сигналы. Все эти процессы реализованы благодаря использованию большого количества вспомогательных протоколов, некоторые из которых будут рассмотрены далее.
Рассматривая протоколы передачи данных в данном контексте можно назвать их неким языком, который позволяет абонентам наладить между собой голосовую связь и обеспечить пересылку необходимых для этого данных между пунктами связи.
Отличительные особенности IP-телефонии от традиционной связи
Установка соединения традиционной телефонии осуществляется через телефонную станцию и совершается только для осуществления разговора. Сигналы между абонентами передаются через выделенное подключение по линиям телефонной связи. При использовании IP-телефонии пакеты данных проходят через локальную или глобальную сеть, а также они имеют определенный адрес, на основе которого передаются по ней. При этом не обойтись без использования IP-адресации с такими ее особенностями как маршрутизация.
Более выгодным решением с точки зрения затрат на проведение разговоров для оператора и абонента будет IP-телефония благодаря таким ее особенностям:
— осуществить доступ в глобальную сеть сегодня может практически каждый пользователь компьютера с минимальными затратами или вовсе обойтись без них;
— осуществление звонков по локальной сети возможно при использовании внутреннего сервера без помощи внешней АТС;
— если в традиционных телефонных сетях присутствует избыточная производительность, то в IP-телефонии благодаря технологии сжатия пакетов можно использовать емкость телефонных линий полностью.
При имении вышеперечисленных достоинств IP-телефония также позволяет повысить качество связи за счет трех основных факторов:
— владельцы частных сетей имеют полный контроль над аппаратными и программными средствами, что им позволяет изменять и настраивать такие параметры сети, как количество абонентов линии и ширина полосы пропускания, вследствие чего величина задержки уменьшается;
— постоянное совершенствование телефонных серверов совместно с совершенствованием их алгоритмов работы делает связь более устойчивой к задержкам и другим проблемам в IP-сетях;
— развитие сетей с коммутацией пакетов и ежегодное введение в эксплуатацию новых протоколов и технологий, которые позволяют улучшать качество сеансов связи (в качестве примера можно привести протокол RSVP, предназначенный для резервирования полосы пропускания);
— IP-телефония элегантно решает проблему занятой линии – осуществление переадресации или перевода в режим ожидания выполняется внесением нескольких команд в конфигурационный файл на АТС.
1. Физический уровень (англ. Physical Layer)
Физический уровень передачи данных характеризуется передачей потоков битов через соответствующий интерфейс по физической среде. И в этом IP-телефония использует практически полностью существующую инфраструктуру сетевых соединений. Для передачи информации, как правило, используется витая пара пятой категории (UTP5), коаксиальный кабель или многомодовое оптическое волокно. Таким заимствованием реализуется принцип конвергенции сетевых телекоммуникаций в полной мере.
PoE
В контексте рассмотрения физического уровня передачи данных интересно будет рассмотреть технологию PoE (расшифровывается как «Power Over Ethernet»), функционирующую по стандартам IEEE802.3 af-2003, а также IEEE 802.3 at–2009. Суть технологии заключается в ее возможности обеспечивать питанием устройства использованием стандартной витой пары. Современные IP-телефоны, например модельный ряд аппаратов Unified IP Phones 7900 Series компании Cisco, поддерживают PoE. По стандарту от 2009 года, к телефонным устройствам технологии IP может быть подведено питание, мощность которого не должна превышать 25,5 Ватт.
Для подачи питания к устройству задействуют две из четырех витых пар кабеля стандарта 100Base-TX, тем не менее, производители могут использовать и все пары, увеличив мощность передачи питания до 51 Ватт. Технология PoE не потребует модификаций кабельных сетей уже находящихся в эксплуатации, как и самих кабелей Cat 5.
Чтобы определить способность устройства быть питаемым (что обозначается маркировкой PD – powereddevice) на его кабель подают напряжение от 1,8 до 10 В. Так можно вычислить сопротивление входа подключаемого устройства. При определении сопротивления в пределах 19-26,5 кОм выполняется вторая операция, в обратном случае проверка будет продолжаться с интервалом 2 мс или более. Суть второй операции состоит в поиске диапазона мощностей проверяемого устройства. Осуществляется поиск подачей все более высокого напряжения на вход с последующим измерением в линии силы тока. После этого на линию питания подают напряжение в 48 В. В процессе питания устройства ведется постоянный контроль за перегрузками питающей сети.
2. Канальный уровень (англ. Data Link Layer)
Условия спецификации IEEE 802
разделяют канальный уровень на 2 подуровня:
1 – MAC
(расшифровывается как «Media Access Control»), обеспечивающий взаимодействие с уровнем физическим;
2 – LLC
(расшифровывается как Logic Link Control), который обслуживает уровень сетевой.
Канальный уровень задействует коммутаторы, предназначенные для обеспечения соединения между собой нескольких узлов сети компьютеров, а также для распределения фреймов между хостами, основанных на физической адресации (MAC).
Стоит написать и о виртуальных локальных сетях (англ. Virtual Local Area Network — VLAN). ТехнологияVLAN позволяет создать логическую топологию сети, не смотря на физические характеристики последней. Это достигается при помощи тегирования трафика, с которым можно подробнее ознакомиться в описании стандарта IEEE 802.1Q.
Для изоляции трафика голосовых данных, которые генерируются IP-телефонами, от прочих данных широко применяется технология Voice VLAN. Использовать возможности этой технологии целесообразно по следующим причинам:
— Повышение качества передачи данных. Реализуется механизмом VLAN задавать повышенный приоритет пакетам голосовых данных, вследствие чего возрастает качество связи.
— Безопасность. Создавая отдельную голосовую VLAN можно уменьшить вероятность перехватить а проанализировать голосовые пакеты посторонними лицами.
3. Сетевой уровень (англ. Network Layer)
Учитывая, что сетевой уровень предназначен для реализации маршрутизации потоков, его основными устройствами принято считать маршрутизаторы (англ. Router). Эти устройства определяют путь, по которому данные достигают получателя, имеющего определенный IP-адрес.
В качестве основного маршрутизированного протокола используется протокол IP (англ. Internet Protocol). На его основе функционирует как IP-телефония, так и всемирная сеть Интернета. Кроме основного существует множество динамических протоколов для осуществления маршрутизации, самым популярным из которых можно назвать внутренний протокол OSPF (англ. Open Shortest Path First).
Наряду с обычными шлюзами сегодня функционируют и специальные VoIP-шлюзы (англ. Voice Over IPGateway), которые обеспечивают подключение к IP-сети обычные телефоны. Они, как правило, имеют встроенный маршрутизатор, с помощью которого ведется учет трафика, авторизуются пользователи, автоматически раздаются IP-адреса, управляется полоса пропускания.
Некоторые из стандартных функций шлюзов VoIP:
— поддержка работы факсимильной связи;
— поддержка протоколов SIP (англ. Session Initiation Protocol) и H.323;
— поддержка работы голосовой почты;
— функции для повышения безопасности (авторизация, создание списков пользователей, имеющих доступ).
Чтобы избежать возникающие задержки при передаче данных по протоколу IP, вместе с ним необходимо использовать дополнительные средства, например, протоколы установления очередности, которые избавляют от проблемы конкурирования голосовых данных с обычными. Для достижения этой цели в маршрутизаторах используют взвешенную организацию очередей, основанную на классах CBWFQ (англ. Class-Bassed Weighted Queuing) или же очередность, имеющую малую задержку LLQ (англ. Low-Latencyqueuing). Также будут необходимы схемы маркировки, задающие приоритеты голосовым данным, как самым важным в общем потоке передачи.
4. Транспортный уровень (англ. Transport Layer)
Транспортный уровень обеспечивает:
- сквозное соединение;
- сегментацию данных приложений из верхнего уровня;
- надежность данных.
Транспортный уровень в качестве основных использует следующие протоколы:
- UDP (англ. User Datagram Protocol);
- TCP (англ. Transmission Control Protocol);
- RTP (англ. Real-time Transport Protocol).
В работе IP-телефонии непосредственно используются протоколы RTP и UDP, которые в основном отличаются от TCP тем, что не обеспечивают надежности при доставке данных. Для IP-телефонии такая особенность является более приемлемой, чем использование TCP с его контролем за доставкой, потому как телефонная связь очень зависит от задержек при передаче данных, но потеря пакетов для нее не критична.
Протокол UDP
UDP создан на основании сетевого протокола IP, а его функции сводятся к предоставлению транспортных услуг прикладным процессам. Главным отличием между протоколами UDP и TCP является обеспечение первым негарантированной доставки (при отправке и после получения данных никаких подтвержденийUDP не запрашивает). При отправке данных через протокол UDP установка логического соединения между источником и приемником не обязательна.
Протокол RTP
Хоть RTP и принято считать транспортным протоколом, работает он, как правило, поверх UDP. Возможностями RTP реализовывается работа с временными метками, распознавание типа проходящего трафика, нумерация последовательности пакетов и контроль их передачи.
Основная цель работы протокола RTP сводится к присваиванию всем исходящим пакетам временных меток, которые впоследствии обрабатываются приемной стороной. Благодаря этому появляется возможность принимать информацию в том порядке, в котором она была отправлена, снижается влияние неравномерности временных интервалов прохождения пакетов в сети, восстанавливается синхронизация между видео и аудио данными.
5. Уровни данных (англ. Data Layers)
Последние три уровня модели OSI можно рассматривать совместно. Объединить их в данном описании допустимо ввиду того, что происходящие в них процессы связаны между собой тесно, и описывать их отдельно было бы менее логично.
H.323
Стек протоколов H.323 был разработан еще в 1996 году. Этот стандарт содержит в себе описания сетевых служб, терминальных устройств и оборудования, предназначенных для реализации видео- и аудиосвязи в сетях с присутствием коммутации пакетов (сеть Интернет). Любое устройства стандарта H.323 обязано поддерживать обмен голосовой информацией.
Согласно рекомендациям H.323 в регламентируемом им оборудовании должно наличествовать:
— стандартные кодировки аналоговых данных;
— платформенная независимость;
— гибкость и совместимость;
— возможность управления полосой пропускания.
В этом контексте стоит отметить важный факт: рекомендации не определяют транспортного протокола, сетевого интерфейса и физической среды передачи. Такая неоднозначность позволяет всем устройствам, поддерживающим стандарт H.323 работать с любыми сетями доступными на сегодняшний момент и работающими с коммутацией пакетов.
Согласно стандарту H.323 основными 4-мя компонентами для VoIP-соединений являются:
Протокол SIP (расшифровывается как Session Initiation Protocol)
Протокол сигнализации SIP предназначен для организации сеансов связи, их изменения и завершения. Не смотря на то, что SIP не зависит от транспортных технологий, при его установлении желательно использовать UDP. При этом для передачи видео и голосовой информации рекомендуется применять RTP, а также не исключается возможность применения других протоколов.
В протоколе SIP определены 2 типа сигнальных сообщений, обозначаемых как запрос и ответ. В нем также осуществлена работа шести процедур:
— INVITE (приглашение) – служит для инициализации нового соединения, то есть приглашает пользователя в сеанс связи; эта процедура может иметь дополнительные параметры, используемые для согласования;
— BYE (разъединение) – служит для завершения соединения, созданного ранее двумя пользователями;
— OPTIONS (опции) – процедура используется при необходимости передать информацию о поддерживаемых характеристиках (передача может быть направлена как агенту другого пользователя, так и через посреднический сервер SIP);
— ACK (подтверждение) – процедура используется для возможности подтвердить получение сообщения или для того, чтобы получить положительный ответ на отосланную команду INVITE;
— CANCEL (отмена) – используется для прекращения поиска пользователя;
— REGISTER (регистрация) – с помощью процедуры можно передать информацию о месте нахождения пользователя на SIP-сервер, который в свою очередь может транслировать полученные данные на сервер адресов (англ. Location Server).
Кодеки
Аудиокодек – алгоритм или же программа, которая сжимает или разжимает данные звукового типа, позволяя таким образом снизить требования к каналам передачи данных относительно их пропускной способности. Сегодня в IP-телефонии более других распространены кодеки G.729 и G.711, которые осуществляют преобразование данных и их сжатие по законам A (alaw) и u (ulaw).
G.729
Кодек G.729 сжимает полученный файл с потерей его данных. Основная заложенная в основу кодека идея – передавать не сам оцифрованный сигнал, а лишь его параметры (спектральную характеристику, количество произведенных переходов через нулевую отметку), которых достаточно для их последующего синтезирования принимающей стороной. После разжимания звукового файла его основные характеристики (тембр, амплитуда и другие) не теряются.
Кодек G.729 рассчитан на пропускную способность канала равную 8 кбит/с. Длина обрабатываемого им кадра составляет 10 мс, а частота дискредитации равняется 8 кГц. Каждый обработанный кадр переопределяется в математическую модель в виде кода, который и передается в канал.
Использование кодирования G.729 вызывает задержку 15 мс, при том, что 5 из них тратится на то, чтобы заполнить предварительный буфер. Стоит также отметить, что данный кодек требователен к ресурсам процессора.
Кодек G.711
Голосовой кодек G.711 не предполагает сжатие данных, кроме компандирования – уменьшения эффектов в канале, имеющим ограниченный динамический диапазон. В основу метода положен принцип уменьшения уровней квантования сигнала областей с высокой громкостью, качество звука при этом не уменьшается. В телефонии широко используются две схемы компандирования, называемые alaw и ulaw.
Поток сигнала в данном кодеке составляет величину 64 кбит/с. В нем передается 8000 кадров в секунду, каждый по 8 бит. При субъективном сравнении качество звучания голоса после обработки его этим кодеком лучше, чем после G.729.
Alaw и ulaw
A-закон (alaw) – алгоритм сжатия, который сжимает звуковые данные, но при этом удаляет из них некоторую информацию . Используется он в основном в России и Европе. U-закон (ulaw) также как и A-закон предназначен для сжатия звуковых данных, при котором теряет часть данных из файла. Используется U-закон в основном в Северной Америке и Японии.
Модуляция импульсно кодового типа PCM (англ. Pulse Code Modulation)
Описать импульсно кодовую модуляцию можно как передачу непрерывной функции, имеющую вид последовательных импульсов.
Чтобы получить на входном канале связи модулированный сигнал, необходимо измерять несущий сигнал с помощью АЦП через определенный период времени. При этом частота дискретизации (описывается как количество оцифрованных значений за секунду времени) должна быть больше или равной удвоенному значению максимальной частоты из спектра аналогового сигнала. Полученные значения затем округляются до уровня, заранее указанного в программе. При этом стоит заметить, что все уровни должны быть кратными степени двойки. После определения количества уровней становится возможным определение и количества бит, которыми кодируется сигнал.
В процессе демодуляции последовательность из 0 и 1 при помощи демодулятора обретает копию в виде импульсов. При этом уровень квантования демодулятора равняется уровню квантования модулятора. Далее при помощи ЦАП восстанавливается сигнал, а последние неточности убирает сглаживающий фильтр.
Современная телефония должна располагать не менее ста уровнями квантования, иначе говоря, наименьшее количество бит для кодирования сигнала должно быть не меньше семи.
IP-телефония: качество обслуживания
Сети построенные на основе протоколов TCP/IP не способны обеспечить высокое качество обслуживание телефонных абонентов, так как они привносят в передачу данных недопустимые задержки. Протокол TCPгарантирует достоверную доставку информации, при этом ее перенос по умолчанию может осуществляться с различными задержками. Для протокола UDP характерно минимизирование таких задержек, гарантия же верной доставки не предоставляется.
Как известно, добротность передачи речевых сигналов очень зависит от качества их передачи. Сети, которые не могут реализовать механизмы, гарантирующие желаемое качество, не удовлетворяют требованиям пользователей IP-телефонии.
Качество обслуживания можно выразить в таких основных показателях, как задержка передачи и пропускная способность сети. Задержку определяют как время, прошедшее от момента отправления пакета и до момента приема. Кроме основных можно выделить и дополнительные характеристики, такие как надежность сети и ее готовность. Оценить их можно по истечении длительного времени основываясь на результатах контроля обслуживающего уровня или же по коэффициенту использования.
Чтобы улучшить качество связи могут быть использованы такие механизмы:
— на время всего соединения резервируются ресурсы связного канала;
— перемаршрутизация, с помощью которой осуществляется доставка данных с задействованием резервных маршрутов если основной канал перегружен;
— приоритезация трафика, которая позволяет помечать важность пакетов и в дальнейшем обслуживать их в соответствии этим маркировкам.
Как уже было сказано, трафик голосовых данных очень зависим от задержек их передачи. Максимальное значение задержки должно быть меньше 400 мс, куда включается продолжительность обработки пакетов на приемных станциях. Задержки можно разделить на два основных типа:
1) Задержка, которая вносится сетью передачи. Уменьшить ее можно улучшением инфраструктуры сети, а именно – использованием каналов высокой скорости и сокращением маршрутизаторов.
2) Задержка информации в терминальном оборудовании или при ее кодировании в голосовых шлюзах. Ее можно уменьшить путем улучшения эксплуатируемых алгоритмов преобразования и обработки голоса.
Джиттер
Явление, характерное в IP-телефонии – случайная задержка при распространении пакета, называемая джиттером . Обусловить джиттер можно тремя факторами:
- тепловым шумом;
- высокой задержкой при распространении сигнала;
- ограниченной полосой пропускания или же некорректной работой эксплуатируемых сетевых устройств.
Часто для борьбы с джиттером применяется такой метод борьбы, как джиттер-буфер, который хранит определенное программой количество пакетов. Длина буфера обычно динамически настраивается подстройкой при работе всего сеанса соединения. Для нахождения лучшей его длины могут использоваться эвристические алгоритмы.
Джиттер буфер
Чтобы компенсировать неравномерную скорость поступления пакетов приемная сторона создает временное хранилище для пакетов, называемое джиттер буфером. Задача этого буфера сводится к собиранию поступающих пакетов в верном порядке, соответствующему временным меткам, и выдаче их кодеку с верными интервалами и порядком.
Размер джиттер буфера можно указать в настройках принудительно либо рассчитывать его во время сеансов. Такое решение основано на невозможности высчитать оптимальное значение размера буфера, так как большое его значение вызовет увеличение транспортной задержки, а маленькое может вызвать потери пакетов, если задержки в IP сети неожиданно возрастут.
Размер джиттер буфера вызывает противоречия между пользователями и провайдерами IP телефонии. При малом размере буфера на стороне пользователя не все отосланные провайдером пакеты могут достигнуть пользовательского кодека, в то время как провайдер будет констатировать доставку всех без исключения пакетов. С практической точки зрения более 1% потерянных данных вызовет неприятные ощущения при разговоре, а при 2% он будет уже затруднен. Значение потерь равное 4% может сделать разговор практически невозможным.
Размер джиттер буфера делают большим, чем значение флуктуации транзитного времени сети. Если для десятка пакетов транзитное время колеблется между 5 и 10 мс, то буфер должен иметь размер до 8 мс, для того, чтобы не утерять ни одного пакета. Если же буфер имеет размер 12 мс, тогда он сможет осуществлять еще и перезапрос потерянных пакетов.
Программно-аппаратные средства для развертывания и использования телефонной сети
Asterisk
Программная АТС Asterisk способна коммутировать VoIP вызовы между абонентами традиционной телефонной сети и пользователями IP-телефонов.
АТС Asterisk поддерживает протоколы UNIStim, H.323, IAX, SIP, Skinny. Среди кодеков поддерживаются: G.222, G.223, G.729, G711 (alaw и ulaw), LPC-10, iLBC, Speex, GSM.
Программное обеспечение Asterisk открыто для сторонних разработчиков, оно динамически развивается, а устанавливать его можно без сомнений о необходимости лицензирования. Такая особенность делает программную АТС выгодным решением для среднего и малого бизнеса. Количество обслуживаемых ею абонентов может быть до 2 000, ограничением же служит только мощность сервера.
Вторым достоинством Asterisk можно назвать возможность ее гибкой настройки. Необходимые для полноценной работы функции уже реализованы в ней, а вспомогательные – можно дописать самостоятельно без ощутимых денежных и временных затрат. Способствует этому принцип программы: для одной задачи используется один программный модуль.
Если сравнивать Asterisk с продуктами таких вендоров как Avaya или Cisco, то она привлекает еще и стоимостью своего развертывания. Все затраты на нее сводятся только к закупке телефонных аппаратов, а также сервера, который смог бы справиться с необходимой нагрузкой на сеть. Сама же программа бесплатна.
Cisco CallManager
Аппаратно-программный комплекс CallManager в первую очередь предназначен для сетей, в которых насчитывается до 30 000 абонентов. Комплекс способен обеспечить надежную работу и позволяет настраивать множество параметров, например, таких как голосовое меню или переадресация звонков. Облегченная express версия комплекса предназначается для малых офисов.
Преимуществом Cisco CallManager является знаменитая техническая поддержка самой корпорации Cisco. Имея соответствующий уровень контракта обслуживания, любая проблема, связанная с вопросами по настройке аппаратной или программной среды или же с поломкой оборудования, решается практически мгновенно. Это качество комплекса CallManager придется кстати тем компаниям, которые готовы оплачивать немалые расходы, получая высочайшее качество обслуживания клиентов.
Avaya IP Office
Аппаратно-программное решение IP Office – неплохой выбор для телефонной сети среднего размера. Ограничение на количество абонентов здесь связано не только с мощностью сервера, но и приобретенными лицензиями. Лицензии накладываются на практически каждую деталь комплекса, такие как используемые приложения и платы расширения. Настройка оснащения осуществляется через различные программы, самая популярная из которых, а, к тому же, и простая в обращении – IP OfficeManager от той же компании Avaya. Управлять настройками IP Office можно и через консоль при использовании средства Avaya Terminal Emulator.
Компания Avaya кроме IP Office выпускает и другие продукты, а слившись в 2009 году с другим известным производителем Nortel, она стала признанным лидером среди компаний, реализующих оборудование для IP-телефонии.
Хотите знать больше про ? Обращайтесь в компанию ИТЕРАНЕТ — мы уже свыше 15 лет реализуем сложные коммуникационные проекты, занимаемся инфраструктурой объектов. Список наших услуг насчитывает перечень высокотехнологичных решений из более чем 100 пунктов.
Проблемы
