Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
10
1 1.Особенности оборудования IP-телефонии для России
При внедрении технологии передачи речевой информации по сетям с маршрутизацией IP-пакетов во Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации (ВСС РФ), помимо рассмотренных выше, возникают следующие специфические трудности:
- при подключении оборудования IP-телефонии к АТС телефонной сети общего пользования по двухпроводным аналоговым абонентским линиям препятствием часто становится большое затухание сигналов в этих линиях;
- при подключении оборудования IP-телефонии к коммутационному оборудованию ТфОП по межстанционным соединительным линиям затруднения связаны с тем, что декадно-шаговые и координатные АТС имеют специфические системы сигнализации [6], основная из которых определяется неформальным, но весьма точным термином «R полтора»;
- присутствующие в ТфОП декадно-шаговые АТС создают большие помехи и поддерживают только импульсный набор номера.
Специфические требования к оборудованию IP-телефонии, подключаемому к ВСС России, изложены в руководящем документе отрасли РД 45.046-99 «Аппаратура связи, реализующая функции передачи речевой информации по сетям передачи данных с протоколом IP. Технические требования», утвержденном Министерством связи 12.11.99 г., изложение которого выходит за рамки данной книги. Сэкономленное таким образом место отдано краткому описанию отечественной платформы IP-телефонии ПРОТЕЙ-IP, реализующей все требования данного РД и учитывающей упомянутую выше специфику ВСС России.
2) Конкурентом DiffServ на роль протокола для обеспечения QoS является другой проект IETF под названием «Многопротокольная коммутация меток» ( Multiprotocol Label Switching , MPLS ).
При IP-коммутации узел анализирует первые несколько пакетов поступающего трафика и, в случае короткой посылки, например запроса DNS или SNMP , обрабатывает их как обычный маршрутизатор. Но если узел идентифицирует длительный поток - от трафика telnet или FTP до загрузки файлов через Web и мультимедийных приложений, то IP-коммутатор переключается на нижележащую структуру ATM и применяет сквозную коммутацию для быстрой доставки данных адресату.
Если DiffServ задействует заголовок DS , уже имеющийся в пакетах IPv4, то MPLS использует 32-разрядную информационную метку, добавляемую к каждому IP-пакету. Эта метка, добавляемая при входе в сеть с поддержкой MPLS, сообщает каждому маршрутизатору вдоль пути следования, как надо обрабатывать пакет. В частности, она содержит информацию о требуемом для данного пакета уровне QoS .
В отличие от поля DS, метка MPLS изначально не является частью пакета IP . Скорее, она добавляется при поступлении пакета в сеть и удаляется при выходе пакета из сети MPLS.
В обычной ситуации маршрутизаторы анализируют заголовок пакета для определения его адресата. Ввиду того, что такой анализ проводится на каждом транзитном узле независимо, предсказать, каким маршрутом будет следовать пакет, практически невозможно, поэтому обеспечение гарантированного уровня QoS оказывается невероятно сложной задачей.
При использовании меток MPLS маршрутизатор или коммутатор может присвоить метки записям из своих таблиц маршрутизации и в виде меток передать информацию о маршрутизации конкретным маршрутизаторам и коммутаторам. Считав метку, каждый коммутатор или маршрутизатор узнает информацию о следующем адресате на пути, не анализируя заголовок пакета. Это экономит время и ресурсы ЦПУ. Пакеты с метками MPLS могут, следовательно, передаваться от отправителя к получателю без задержек на обработку, причем все промежуточные узлы знают, как нужно обрабатывать каждый пакет.
По сути, MPLS привносит коммутацию каналов, какую мы имеем в ATM , в мир пакетных сетей, связанных с IP . На практике MPLS можно использовать для доставки IP-трафика по сетям IP .
Следует отметить, что DiffServ функционирует на третьем уровне, а MPLS - на втором, поэтому с технической точки зрения обе технологии могут мирно существовать друг с другом. Как уже упоминалось, DiffServ классифицирует пакеты при их поступлении на краевой маршрутизатор, поэтому данный стандарт, скорее всего, будет использоваться на границе сети, например, между компанией и ее сервис-провайдером.
Если DiffServ требует некоторой настройки сетевых маршрутизаторов, то MPLS предполагает более серьезную модернизацию, чтобы коммутаторы могли читать метки и направлять пакеты по конкретным маршрутам.
3) кодек G. 711
Кодек G.711 - «дедушка» всех цифровых кодеков речевых сигналов, был одобрен ITU-T в 1965 году. Применяемый в нем способ преобразования аналогового сигнала в цифровой с использованием полулогарифмической шкалы был достаточно подробно описан выше. Типичная оценка MOS составляет 4.2. В первую очередь отметим, что, как и для ТфОП, минимально необходимым для оборудования VoIP является ИКМ- кодирование G.711. Это означает, что любое устройство VoIP должно поддерживать этот тип кодирования.
11
Упростить процесс внедрения технологии IP-телефонии призван проект TIPHON, реализация которого позволит успешно решить задачи:
Проект TIPHON (Telecommunications and Internet Protocol Harmonization over Networks - название проекта ETSI) был разработан для обеспечения взаимодействия IP-сетей и коммутируемых сетей с коммутацией каналов.
Функциональная модель TIPHON состоит из трех компонентов: контроллера зоны (Gatekeeper), шлюза (Gateway), терминала. Шлюз состоит из трех функциональных объектов:
Шлюз сигнализации служит промежуточным звеном сигнализации при взаимодействии сетей IP с сетями, использующими технологию коммутации каналов (Switched Circuit Network, SCN). В задачи транспортного шлюза входят:
Контроллер MGC выполняет процедуры сигнализации Н.323, которые определены в рекомендациях Н.323, Н.225 (RAS и Q.931) и Н.245, и преобразует (конвертирует) сообщения сигнализации SCN в сообщения сигнализации Н.323. Основная его задача - управлять работой транспортного шлюза: осуществлять контроль соединений, использования ресурсов, трансляции протокольных блоков данных.
Контроллер зоны в модели TIPHON поддерживает все те функции, которые определены для него в стандарте Н.323. Но, помимо этого, он решает и другие задачи:
Разработанная в рамках проекта TIPHON модель сети, состоящая из функциональных элементов и интерфейсов, показана на рисунке 3.4.
Чтобы соответствовать рекомендациям TIPHON, программно-аппаратные средства поставщика должны поддерживать следующие интерфейсы:
Контроллер и шлюз обмениваются информацией при:
создании, модификации и разъединении соединений; определении требуемого формата информации;включении в поток тональных сигналов и различных речевых уведомлений; запросе данных о событиях, связанных с прохождением информационного потока.
Показанные на рисунке 3.4 службы поддержки могут быть использованы для аутентификации, биллинга, преобразования адресов и решения других задач.
Одним из механизмов обеспечения безопасности IP-телефонии может быть использование виртуальных частных сетей (Virtual Private Network, VPN).
Виртуальные частные сети создаются, как правило, для решения двух задач:
В первом случае они используются в качестве альтернативы удаленному доступу. Вместо того чтобы устанавливать соединение с корпоративной средой по междугородной или международной сетям, пользователи локально подключаются к Интернет и связываются с сетью компании. Во втором случае VPN часто применяются для организации так называемых виртуальных выделенных линий.
Виртуальная частная сеть создается между инициатором туннеля и терминатором туннеля. Термином туннель (tunnel) обозначают высокоскоростную магистраль, соединяющую между собой две локальные сети связи. В туннеле может быть реализован режим многоадресной прозрачной передачи данных (без обработки и преобразования формата). Туннелирование реализуется протоколами канального уровня. Инициатор туннеля инкапсулирует свои пакеты в новый пакет, содержащий, наряду с исходными данными, новый заголовок с информацией об отправителе и получателе. Терминатор туннеля выполняет процесс, обратный инкапсуляции, удаляя новые заголовки и направляя исходный пакет адресату в локальной сети.
Сама по себе инкапсуляция никоим образом не повышает конфиденциальности или целостности туннелируемых данных. Конфиденциальность обеспечивается с помощью шифрования. Поскольку методов шифрования данных существует множество, очень важно, чтобы инициатор и терминатор туннеля использовали один и тот же метод. Кроме того, для успешного дешифрации данных инициатор и терминатор должны иметь возможность обмена ключами. Чтобы туннели создавались только между уполномоченными пользователями, конечные точки требуется идентифицировать. Целостность туннелируемых данных можно обеспечить с помощью некоей формы выборки сообщения или хэш-функции для выявления изменений или удалений.
Для реализации унифицированного способа инкапсуляции трафика третьего уровня (и более высоких уровней) на клиентах и серверах Windows компании Microsoft, Ascend Communications и 3Com разработали туннельный протокол управления доставкой данных между двумя точками (Point-to-Point Tunneling Protocol, РРТР), представляющий собой расширение протокола РРР.
Компания Cisco Systems разработала протокол пересылки на втором уровне модели OSI (Layer-2 Forwarding, L2F), с помощью которого удаленные клиенты могут связаться по каналам провайдера Internet и быть идентифицированы.
Оба этих тесно связанных друг с другом протокола IETF были объединены, и получившийся в результате протокол, включивший лучшее из РРТР и L2F, называется протоколом туннелирования второго уровня (Layer-2 Tunneling Protocol, L2TP). Его поддерживают компании Cisco, Microsoft, 3Com, Ascend и многие другие производители. Как и предшествующие протоколы второго уровня, спецификация L2TP не описывает методы идентификации и шифрования.
Спецификацией IETF, где описаны стандартные методы для всех компонентов VPN, является протокол IPSec (Internet Protocol Security), иногда его называют туннелированием третьего уровня (Layer-3 Tunneling). Протокол IPSec предусматривает стандартные методы идентификации пользователей или компьютеров при инициации туннеля, стандартные способы использования шифрования конечными точками туннеля, а также стандартные методы обмена и управления ключами шифрования между конечными точками.
12
1. Услуги VPN
VPN (англ. Virtual Private Network — виртуальная частная сеть[1]) — обобщённое название технологий, позволяющих обеспечить одно или несколько сетевых соединений (логическую сеть) поверх другой сети (например, Интернет). Несмотря на то, что коммуникации осуществляются по сетям с меньшим или неизвестным уровнем доверия (например, по публичным сетям), уровень доверия к построенной логической сети не зависит от уровня доверия к базовым сетям благодаря использованию средств криптографии (шифрования, аутентификации,инфраструктуры открытых ключей, средств для защиты от повторов и изменений передаваемых по логической сети сообщений).
В зависимости от применяемых протоколов и назначения, VPN может обеспечивать соединения трёх видов: узел-узел, узел-сеть и сеть-сеть.
2. Расширение номерной емкости в технологии коммутации каналов
Изобретение относится к технике телефонной связи, в частности к телефонным сетям с коммутацией каналов - сетям общего пользования, сотовым, локальным (например, офисным или сетям предприятий и тому подобным). Техническим результатом описываемого изобретения является расширение номерной емкости телефонной сети сверх номинальной, равной 10000000, 1000000, 100000... соответственно для 7-, 6-, 5-значных... сетей на примерно 10...11% без существенной переделки оборудования, в основном программными средствами и введением дополнений к дисциплине набора номера, и намного больше - при устройстве соответствующих шлюзов между основной сетью и дополнительными сетями, как описано ниже. Для этого вводятся N/10+N/100+N/1000... телефонных номеров с длиной номера N-1, N-2, N-3... соответственно (6-, 5-, 4-значные для семизначной телефонной сети, например) - укороченные телефонные номера (УТН). Вызов такого номера производится простым набором его цифр. Телефонная станция, обнаружив отсутствие продолжения набора до номинального числа цифр по истечении времени ожидания очередной цифры (таймаут) производит посылку вызова на порт, соответствующий набранному УТН. 4 з.п. ф-лы.
3. Расчет оборудования шлюзов
13
1. Мобильность в сетях IP – телефонии
Сети IP-телефонии должны поддерживать следующие четыре типа мобильности.
Мобильность пользователя — способность пользователя соединяться с сетью IP телефонии, используя для соединения различные терминалы и типы терминалов.
Мобильность терминала — способность терминала менять физическое местонахождение, сохраняя возможность соединения с сетью. В свою очередь мобильность терминала подразделяется на два вида.
Дискретная мобильность терминала (roaming) — изменение физического местонахождения терминала за пределами сеанса связи с сетью.
Непрерывная мобильность терминала (handover) — изменение физического местонахождения терминала в пределах сеанса связи с сетью с потерей или без потери передаваемых данных.
Мобильность обслуживания — предоставляет абоненту возможность воспользоваться услугой, на которую он подписался, вне зависимости от местонахождения и типа терминала.
Режим виртуальной домашней сети — то же самое, что и мобильность обслуживания, но касается не одной услуги, а пакета услуг. При этом, в зависимости от конкретной услуги, предоставляемой абоненту, в его обслуживание может быть вовлечен только сервер домашней сети или необходимо взаимодействие сервера домашней сети с сервером визитной сети.
Поддержка того или иного типа мобильности зависит, прежде всего, от протокола, который применяется в IP-сети. Далее будут рассмотрены возможности мобильности в сетях IP-телефонии, использующих протоколы IPv4, IPv6 и SIP, а также в сетях стандарта H.323.
Кроме того, доступ к сетям IP-телефонии могут получить и абоненты сотовых сетей. Одной из перспективных технологий, обеспечивающих доступ мобильного абонента сотовой связи к сетям передачи данных, является система пакетной радиосвязи общего пользования (GPRS). Эта технология первоначально разработана для стандарта сотовой связи GSM, однако она уже адаптирована для третьего поколения стандартов сотовой связи, например UMTS.
2. Реализация функций СОРМ в IP – телефонии
Так как в сетях IP-телефонии используется передача речевой информации между абонентами, то такие сети подпадают под действие системы оперативно-разыскных мероприятий (СОРМ). Для реализации необходимых функций СОРМ необходимо обеспечить возможность фиксации не только всей справочной информации о телефонных вызовах (источник и получатель вызова, дата и время разговора и др.), но и возможность полной записи разговора.
В сети IP-телефонии реализация функций СОРМ может быть выполнена различными способами. В том случае, когда вызывающий абонент включен в телефонную сеть общего пользования (например, сценарии 2 и 3 проекта TIPHON), то функции СОРМ реализуются существующими средствами на телефонных станциях.
При включении исходящих терминалов (например, терминалов H.323 на базе персональных компьютеров) непосредственно в IP-сеть вопросы реализации функций СОРМ должны решаться в оборудовании доступа сети с пакетной коммутацией (серверы доступа, маршрутизаторы, коммутаторы и др.)
3. Дифференциальное обслуживание трафика - Diff – Serv
Для обеспечения гарантированного качества обслуживания комитет IETF разработал модель дифференцированного обслуживания разнотипного трафика - Diff-Serv. В соответствии с этой моделью байт ToS (Type of Service) в заголовке IP-пакета получил другое название DS (Differentiated Services), а шесть его битов отведены под код Diff-Serv. Каждому значению этого кода соответствует свой класс PHB (Per-Hop Behavior Forwarding Class), определяющий уровень обслуживания в каждом из сетевых узлов. Пакеты каждого класса должны обрабатываться в соответствии с определенными для этого класса требованиями к качеству обслуживания.
Модель Diff-Serv описывает архитектуру сети как совокупность пограничных участков и ядра. Пример сети согласно модели Diff-Serv приведен на рисунке 10.1.
Поступающий в сеть трафик классифицируется и нормализуется пограничными маршрутизаторами. Нормализация трафика предусматривает измерение его параметров, проверку соответствия заданным правилам предоставления услуг, профилирование (при этом пакеты, не укладывающиеся в рамки установленных правил, могут быть отсеяны) и другие операции. В ядре магистральные маршрутизаторы обрабатывают трафик в соответствии с классом РНВ, код которого указан в поле DS.
Достоинства модели Diff-Serv состоят в том, что она, во-первых, обеспечивает единое понимание того, как должен обрабатываться трафик определенного класса, а во-вторых, позволяет разделить весь трафик на относительно небольшое число классов и не анализировать каждый информационный поток отдельно. К настоящему времени для Diff-Serv определено два класса трафика:
• класс срочной пересылки пакетов (Expedited Forwarding PHB Grouo);
• класс гарантированной пересылки пакетов (Assured Forwarding PHB Group).
Механизм обеспечения QoS науровне сетевого устройства, применяемый в Diff-Serv, включает в себя четыре операции. Сначала пакеты классифицируются на основании их заголовков. Затем они маркируются в соответствии с произведенной классификацией (в поле Diff-Serv). В зависимости от маркировки выбирается алгоритм передачи (при необходимости - с выборочным удалением пакетов), позволяющий избежать заторов в сети. Заключительная операция, чаще всего, состоит в организации очередей с учетом приоритетов [15].
Хотя эта модель и не гарантирует качество обслуживания на 100%, у нее есть серьезные преимущества. Например, нет необходимости в организации предварительного соединения и в резервировании ресурсов. Атак как в модели Diff-Serv используется небольшое, фиксированное количество классов и трафик абонентов распределяется по общим очередям, не требуется высокая производительность сетевого оборудования.
14
1. Классификация шлюзов IP – телефонии
Классификация шлюзов по области применения
Шлюзы IP-телефонии по масштабности применения можно разделить на два основных типа: шлюзы, ориентированные на корпоративное применение, и шлюзы, предназначенные для операторов и поставщиков услуг связи. Продукты последнего типа отличаются большой емкостью и масштабируемостью, присутствием средств аутентификации и мониторинга, а также дополнительных возможностей биллинга.
Исполнение шлюзов IP-телефонии
Автономные IP-шлюзы
Большинство производителей шлюзов предлагает автономные IP-шлюзы, которые обычно состоят из серверов на базе персональных компьютеров с комплектом голосовых плат. Голосовые платы не предназначены для компрессии/декомпрессии голоса, поэтому данная операция должна выполняться главным процессором ПК.
Маршрутизаторы-шлюзы
В мире производителей оборудования телекоммуникаций наметилась тенденция к тому, что крупные компании традиционное сетевое оборудование оснащают узлами, отвечающими за IP-телефонию. Одной из первых в этом направлении стала работать компания Cisco Systems (устройства серии 2600 и 3600), за которой последовали другие фирмы (Memotec Communications Inc. с машиной СХ950 Access Switch, Motorola Inc. с устройством Vanguard). Диапазон предлагаемых фирмами средств: маршрутизаторы и устройства доступа к распределенным сетям со встроенными шлюзами IP-телефонии.
RAS-шлюзы
Свою часть рынка оборудования для IP-телефонии занимают шлюзы для VoIP, состоящие из плат, устанавливаемых в серверы удаленного доступа (Remote Access Server, RAS). Установка устройств данного типа при построении IP-сетей оправдана при работе с приложениями с множеством голосовых портов и имеющими предельно важное значение.
Шлюзы-модули для УПАТС
В настоящее время получили распространение шлюзы IP-телефонии, представляющие собой модули для классических учрежденческих АТС. Компании Lucent Technologies и Nortel Networks производят их для своих станций Definity и Meridian 1. Эти модули проверяют качество связи перед тем, как будет установлено соединение через IP-сеть. Соединение устанавливается через IP-сеть в том случае, когда качество доставки удовлетворяет показателю, норматив на который устанавливается администратором системы. В противном случае АТС устанавливает соединение по телефонной сети.
Шлюзы с интеграцией бизнес-приложений
По мере развития систем IP-телефонии все более востребованными становятся дополнительные услуги (value-added services). При этом аппаратно-программные средства шлюзов должны обеспечивать не только интеграцию трафика, но и интеграцию бизнес приложений, позволяющих повысить продуктивность работы предприятий. Аппаратно-программные средства шлюзов должны обеспечивают интеграцию Web-служб и центров по обработке вызовов. Они позволяют реализовать службу типа "щелкни и говори" для установления телефонной связи между посетителями Web-узла компании и ее сотрудниками.
Учрежденческие АТС на базе шлюзов
Еще одно направление развития оборудования IP-телефонии - построение учрежденческих телефонных систем на базе инфраструктур ЛВС.
В случае, когда нецелесообразна установка отдельного сервера для преобразования телефонных сигналов в IP-пакеты, используются сетевые устройства (концентраторы), подключаемые напрямую к ЛВС по кабелю на основе неэкранированной витой пары 10BaseT (по типу концентраторов Ethernet). При этом каждый концентратор представляет собой УАТС небольшой емкости с функциями голосовой почты и автоматического секретаря, подключаемую через разъем RJ-14 (стандартный разъем, применяемый в телефонных аппаратах) к внешним и внутренним телефонным линиям и через соединители RJ-45 (разъем для неэкранированной витой пары) к локальной сети Ethernet.
Сетевые платы с функциями телефонии
Одним из решений IP-телефонии являются многоцелевые сетевые платы с функциями телефонии (небольшие устройства типа Internet PhoneJACK от Quicknet Technologies, EtherPhone фирмы PhoNet Communications или крупные устройства типа плат ATM от Sphere Communications). Такие устройства оборудованы портами RJ-11 для подключения обычного телефонного аппарата.
Автономные IP-телефоны
По внешнему виду и базовым сервисным возможностям аппаратные реализации IP-телефонов ничем особо не отличаются от обычных телефонов, но их программные средства позволяют существенно уменьшить нагрузку на персонал, отвечающий за телефонную связь.
Недостатками таких систем являются неполная совместимость со стандартом Н.323 версии 2, а также отсутствие поддержки функций безопасности при работе с контроллером зоны (Gatekeeper).
2. Трафик реального времени в IP – сетях
Все большую часть трафика в IP-сетях составляют потоки информации, чувствительной к задержкам. Максимальная задержка не должна превышать нескольких десятых долей секунды, причем сюда входит и время обработки информации на конечной станции.
Вариацию задержки также необходимо свести к минимуму. Кроме того, необходимо учитывать, что при сжатии информации, обмен которой должен происходить в реальном времени, она становится более чувствительной к ошибкам, возникающим при передаче, и их нельзя исправлять путем переспроса именно из-за необходимости передачи в реальном времени.
Телефонный разговор - это интерактивный процесс, не допускающий больших задержек. В соответствии с рекомендацией ITU-T G. 114 для большинства абонентов задержка речевого сигнала на 150 мс приемлема, а на 400 мс - недопустима.
Общая задержка речевой информации делится на две основные части - задержка при кодировании и декодировании речи в шлюзах или терминальном оборудовании пользователей и задержка, вносимая самой сетью. Уменьшить общую задержку можно двумя путями: во-первых, спроектировать инфраструктуру сети таким образом, чтобы задержка в ней была минимальной, и, во-вторых, уменьшить время обработки речевой информации шлюзом.
Для уменьшения задержки в сети нужно сокращать количество транзитных маршрутизаторов и соединять их между собой высокоскоростными каналами. А для сглаживания вариации задержки можно использовать такие эффективные методы как, например, механизмы резервирования сетевых ресурсов.
В сетях традиционных операторов обслуживается трафик разных видов, поэтому в таких сетях, чтобы обеспечить приемлемое качество, целесообразно применять дифференцированное обслуживание разнотипного трафика (Diff-Serv).
3. Основные алгоритмы кодирования речи, используемые в IP – телефонии
В первую очередь необходимо понять, какими критериями нужно руководствоваться при выборе «хорошего» кодека для использования в IP-телефонии.
Использование полосы пропускания канала
Скорость передачи, которую предусматривают имеющиеся сегодня узкополосные кодеки, лежит в пределах 1.2–64 Кбит/с. Естественно, что от этого параметра прямо зависит качество воспроизводимой речи. Существует множество подходов к проблеме определения качества. Наиболее широко используемый подход оперирует оценкой MOS (Mean Opinion Score), которая определяется для конкретного кодека как средняя оценка качества большой группой слушателей по пятибалльной шкале. Для прослушивания экспертам предъявляются разные звуковые фрагменты — речь, музыка, речь на фоне различного шума и т.д. Оценки интерпретируют следующим образом:
Подавление периодов молчания (VAD, CNG, DTX)
Детектор речевой активности (Voice Activity Detector — VAD) необходим для определения периодов времени, когда пользователь говорит. Детектор VAD должен обладать малым временем реакции, чтобы не допускать потерь начальных слов и не упускать бесполезные фрагменты молчания в конце предложений; в то же время детектор VAD не должен срабатывать от воздействия фонового шума.
Поддержка прерывистой передачи (Discontinuous Transmission — DTX) позволяет кодеку прекратить передачу пакетов в тот момент, когда VAD обнаружил период молчания. Некоторые наиболее совершенные кодеры не прекращают передачу полностью, а переходят в режим передачи гораздо меньшего объема информации (интенсивность, спектральные характеристики), нужной для того, чтобы декодер на удаленном конце мог восстановить фоновый шум.
Генератор комфортного шума (Comfort Noise Generator — CNG) служит для генерации фонового шума. В момент, когда в речи активного участника беседы начинается период молчания, терминалы слушающих могут просто отключить воспроизведение звука. Однако это было бы неразумно. Если в трубке возникает «гробовая тишина», т.е. фоновый шум (шум улицы и т.д.), который был слышен во время разговора, внезапно исчезает, то слушающему кажется, что соединение по каким-то причинам нарушилось, и он обычно начинает спрашивать, слышит ли его собеседник.
Размер кадра
Большинство узкополосных кодеков обрабатывает речевую информацию блоками, называемыми кадрами (frames), и им необходимо производить предварительный анализ отсчетов, следующих непосредственно за отсчетами в блоке, который они в данный момент кодируют.
Размер кадра важен, так как минимальная теоретически достижимая задержка передачи информации (алгоритмическая задержка) определяется суммой этого параметра и длины буфера предварительного анализа. В действительности процессоры цифровой обработки сигналов, которые выполняют алгоритм кодирования, имеют конечную производительность, так что реальная задержка сигнала больше теоретической.
Чувствительность к потерям кадров
Потери пакетов являются неотъемлемым атрибутом IP-сетей. Так как пакеты содержат кадры, сформированные кодеком, то это вызывает потери кадров. Но потери пакетов и потери кадров не обязательно напрямую связаны между собой, так как существуют подходы (такие как применение кодов с исправлением ошибок -forward error correction), позволяющие уменьшить число потерянных кадров при данном числе потерянных пакетов. Требующаяся для этого дополнительная служебная информация распределяется между несколькими пакетами, так что при потере некоторого числа пакетов кадры могут быть восстановлены.
16.
1. Особенности сетей NGN
NGN (от англ. next generation networks, new generation networks — сети следующего/нового поколения) — мультисервисные сети связи, ядром которых являются опорные IP-сети, поддерживающие полную или частичную интеграцию услуг передачи речи, данных и мультимедиа. Реализует принцип конвергенции услуг электросвязи
Ключевыми особенностями сетей нового поколения являются высокое качество предоставляемых услуг, безопасность, надежность и открытость. Высокое качество достигается путем использования номенклатуры QoS-классов (Quality of Service). К примеру, для передачи аудиопотока с высоким битрейтом или HDTV будут использоваться наивысшие классы QoS и т.д. Безопасность NGN включает мониторинг всех исходящих сигналов и проверку всех инициаторов соединения, будь это компьютер или телефон. В случае обнаружения опасности подозрительный трафик блокируется. Наконец, NGN — это открытая сеть, использующая не только национальные, но и международные стандарты.
2. Расчет производительности коммутаторов пакетной сети
3. Определение емкостных параметров подключения
15.
1. Расширение абонентской емкости в технологии NGN
2. Эффективность IP – телефонии
эффективность IP-телефонии ограничивается сегодня неустойчивыми и непредсказуемыми уровнями задержки на передачу пакетов. Другими словами, IP-телефония представляет собой пример классического проектного компромисса между стоимостью и характеристиками качества. Разумеется, в будущем компромисное решение будет другим, и некоторые способы его оптимизации ясны уже сейчас.
В этом направлении ведется разработка оборудования следующего поколения. Шлюзы (маршрутизаторы) располагаются только на краях сети, где должны приниматься наиболее часто сложные решения и где должны вызываться наиболее используемые процессы, а далее развертываются высокоскоростные коммутаторы ATM, причем, в соответствии с проектными спецификациями, маршрутизаторы и коммутаторы смогут работать со скоростью 1 Тбит/с. Если к этому добавить невероятно высокоскоростные системы оптоволоконной передачи в сети, то перспектива представляется весьма оптимистичной. Каждое оптическое волокно в настоящее время может поддерживать не менее 32 световых волн (оптических частот), причем каждая запускается на скорости не менее 10 Гбит/с и поддерживает приблизительно 130,000 каналов передачи речевой информации при стандартных скоростях 64 кбит/с. Вдоль маршрута укладываются сотни оптических волокон.
Кроме того, будет предусматриваться фиксация маршрутов от каждого шлюза к каждому из остальных шлюзов, чтобы все пакеты от шлюза N к шлюзу М направлялись по тому же самому маршруту.
3. Общая архитектура сети NGN
1вар
2вар.
17. Эволюционный подход к передаче речи по IP-сетям
Сегодня в мире появляется все больше и больше высокоскоростных IP-сетей. Их пропускная способность увеличивается стремительно, что во многом обусловлено популярностью Интернет и существенной экономией, связанной с использованием новой технологии. Объем общемирового трафика данных уже превысил объем традиционного телефонного трафика, и для многих приложений IP-сети стали более дешевым транспортом, чем традиционные сети с временныўм уплотнением (TDM). Все это послужило причиной того огромного внимания, которое сегодня уделяется IP-телефонии.
Эта технология практически в любом своем проявлении требует революционных изменений в сетях — большинство существующего телефонного оборудования должно быть заменено IP-системами. Отчасти поэтому темпы внедрения новой технологии оказались значительно медленнее, а успехи — гораздо скромнее, чем предрекали многие эксперты. Традиционные телефонные системы чрезвычайно сложны, и быстрая реализация на новой платформе сотен телефонных функций и тысяч их нюансов оказалась просто невозможной.
Но существует и другой, эволюционный способ использования IP-сетей под телефонию. Он предусматривает замену TDM-транспорта IP-сетью, но при этом гарантирует бесшовное взаимодействие с телефонным оборудованием, таким, как городские и учрежденческие АТС, и сохранение всех тех функций и качества телефонной связи, к которым за многие годы привыкли пользователи. Этот способ основан на технологии TDMoIP.
2. Концепция TDMoIP
Для начала вспомним основы самой технологии TDM. Как известно, базовый “кирпичик” сетей TDM — поток E1 формируется путем временноўго мультиплексирования 32 каналов 64 Кбит/с. При этом так называемый цикл (frame) Е1 состоит из 32 тайм-слотов (байтов), два из которых обычно используются для служебных целей: один — для синхронизации, другой — для сигнализации.
Простейшая реализация технологии TDMoIP предполагает инкапсуляцию каждого цикла Е1 в IP-пакет путем добавления соответствующего заголовка. При этом биты/байты синхронизации не включаются в пакет, поэтому полезная нагрузка составляет 31 байт
Следует заметить, что простая инкапсуляция циклов Е1 в IP-пакеты — это далеко не единственный способ реализации технологии TDMoIP. Можно сначала кодировать TDM-трафик с использованием какого-либо другого протокола, а затем уже упаковывать в IP. Зачем, спросите вы, добавлять еще один “слой” между TDM и IP? Причин здесь может быть несколько. В частности, промежуточное кодирование может использоваться для согласования размеров циклов TDM и IP-пакетов, коррекции ошибок, обеспечения совместимости с другими системами, сжатия речи и реализации дополнительных механизмов качества обслуживания.
Но, каковыми бы ни были детали реализации систем TDMoIP, важно четко понимать, что они обеспечивают прозрачную пересылку циклов TDM, не пытаясь при этом изменить ни тайм-слоты, ни каналы сигнализации, ни передаваемую информацию. Поэтому их можно использовать для транспортировки трафика любых сервисов Е1, даже если часть каналов занята под данные или, скажем, поток Е1 не имеет вообще никакой структуры (т. е. представляет собой неструктурированный поток битов). Технология TDMoIP применима и для сервиса Fractional E1, в этом случае для снижения объема трафика в IP-пакет включаются специальные информационные байты.
3. Временные характеристики интеллектуальных сетей, пакетных сетей
18.
1. Обеспечение качества IP – телефонии. Показатели качества IP – телефонии
Основными составляющими качества IP-телефонии являются (рис. 5.1):
Качество речи, которое включает:
диалог — возможность пользователя связываться и разговаривать с другим пользователем в реальном времени и полнодуплексном режиме;
разборчивость — чистота и тональность речи; эхо — слышимость собственной речи; уровень — громкость речи.
Качество сигнализации, включающее: установление вызова — скорость успешного доступа и время установления соединения; завершение вызова — время отбоя и скорость разъединения; DTMF — определение и фиксация сигналов многочастотного набора номера.
Факторы, которые влияют на качество IP-телефонии, могут быть разделены на две категории: Факторы качества IP-сети: максимальная пропускная способность — максимальное количество полезных и избыточных данных, которая она передает; задержка — промежуток времени, требуемый для передачи пакета через сеть; джиттер — задержка между двумя последовательными пакетами; потеря пакета — пакеты или данные, потерянные при передаче через сеть.
Факторы качества шлюза: требуемая полоса пропускания — различные вокодеры требуют различную полосу. Например, вокодер G.723 требует полосы 16,3 кбит/с для каждого речевого канала; задержка — время, необходимое цифровому сигнальному процессору DSP или другим устройствам обработки для кодирования и декодирования речевого сигнала; буфер джиттера — сохранение пакетов данных до тех пор, пока все пакеты не будут получены и можно будет передать в требуемой последовательности для минимизации джиттера; потеря пакетов — потеря пакетов при сжатии и/или передаче в оборудовании IP-телефонии; подавление эхо — механизм для подавления эхо, возникающего при передаче по сети; управление уровнем — возможность регулировать громкость речи.
2. Шлюз MultiVoice Gateway
Шлюз MultiVoice Gateway для аппаратуры МАХ обеспечивает сопряжение ТфОП и пакетной сети IP. Для пакетной телефонной сети он является точкой входа/выхода обычных телефонных звонков. Шлюз MultiVoice Gateway выполняет следующие функции. Оконечное устройство для стандартных сетевых интерфейсов ТфОП (такие как Т1, PRI, E1/DPNSS и E1/R2).
Поддержка различных голосовых кодеков, что обеспечивает различные уровни сжатия голоса, снижая требования к пропускной способности пакетной сети. Генерация/обнаружение тоновых посылок DTMF для эмуляции телефонных сетей ТфОП.
Поддержка эхокомпенсации и обнаружения пауз для повышения качества голоса передачи речи и снижения требуемой полосы пропускания. Поддержка стека протокола ITU-T H.323 для разговора с обычных телефонных аппаратов по IP сети.
Работа в паре с MultiVoice Access Manager для установления и разъединения вызовов VoIP.
Схема коммутатора доступа МАХ 6000 показана на рис. 12.1. Управляющий цифровой сигнальный процессор (control DSP) взаимодействует с основным процессором шасси МАХ (host CPU), установленным на материнской плате для связи с сетью IP и выполнения других управляющих функций. После того, как голос оцифрован и сжат, он обрабатывается основным процессором для передачи по IP-сети
3. Виртуальная телефонная линия
19.
1. Аппаратно – программные комплексы платформы IP – телефонии
Отдельную нишу на рынке оборудования IP-телефонии занимают комплексные решения VoIP, представляющие собой единый комплект аппаратных и программных средств, настроенных на совместную работу. Обычно такое решение включает в себя шлюз, gatekeeper, систему управления и другие компоненты и предназначено для использования в сетях крупных операторов IP-телефонии.
Такими решениями являются следующие комплексы:
программно-аппаратный комплекс MultiVoice, включающий шлюз MultiVoice Gateway, контроллер шлюзов MultiVoice Access Manager, систему управления и мониторинга Navis компании Lucent Technologies;
семейство шлюзов Clarent Carrier Gateway, Clarent Gatekeeper, пакет ПО для биллинга, маршрутизации и администрирования Clarent Command Center компании Clarent Corp.;
шлюз/маршрутизаторы серий 2600 и 3600, система управления Cisco Voice Manager компании Cisco Systems;
Telephony Packet Network компании Nortel Networks;
шлюз Hi-Gate 1000, gatekeeper Hi-Keeper 1000, менеджер Hi-Manage 1000, пакет ПО Client Applications и другие компании ECI Telecom-Hi-Net.
2. Влияние сети на показатели качества IP – телефонии. Задержка Задержка Задержка создает неудобство при ведении диалога, приводит к перекрытию разговоров и возникновению эхо. Эхо возникает в случае, когда отраженный речевой сигнал вместе с сигналом от удаленного конца возвращается опять в ухо говорящего. Эхо становится трудной проблемой, когда задержка в петле передачи больше, чем 50 мс. Так как эхо является проблемой качества, системы с пакетной коммутацией речи должны иметь возможность управлять эхо и использовать эффективные методы эхоподавления.
Задержка накопления (иногда называется алгоритмической задержкой): эта задержка обусловлена необходимостью сбора кадра речевых отсчетов, выполняемая в речевом кодере. Величина задержки определяется типом речевого кодера и изменяется от небольших величин (0,125 мкс) до нескольких миллисекунд. Например, стандартные речевые кодеры имеют следующие длительности кадров:
G.729 CS-ACELP (8 кбит/с) — 10 мс
G.723.1 -Multi Rate Coder (5,3; 6,3 кбит/с) — 30 мс.
Задержка обработки: процесс кодирования и сбора закодированных отсчетов в пакеты для передачи через пакетную сеть создает определенные задержки. Задержка кодирования или обработки зависит от времени работы процессора и используемого типа алгоритма обработки. Для уменьшения загрузки пакетной сети обычно несколько кадров речевого кодера объединяются в один пакет. Например, три кадра кодовых слов G.729, соответствующих 30 мс речи, могут быть объединены для уменьшения размера одного пакета.
Сетевая задержка: задержка обусловлена физической средой и протоколами, используемыми для передачи речевых данных, а также буферами, используемыми для удаления джиттера пакетов на приемном конце. Сетевая задержка зависит от емкости сети и процессов передачи пакетов в сети.
3. Модель организации связи
Для описания процесса обслуживания вызова с использованием протокола MGCP рабочей группой MEGACO разработана модель организации соединения - Connection model. Базой модели являются компоненты двух основных видов: порты (Endpoints) и подключения (Connections).
Endpoints - это порты оборудования, являющиеся источниками и приемниками информации. Существуют порты двух видов: физические и виртуальные. Физические порты - это аналоговые интерфейсы, поддерживающие каждый одно телефонное соединение, или цифровые каналы, также поддерживающие одно телефонное соединение и мультиплексированные по принципу временного разделения каналов в тракт Е1. Примером виртуального порта является источник речевой информации в интерактивном речевом сервере, т.е. некое программное средство.
Connection - означает подключение порта к одному из двух концов соединения, которое создается между ним и другим портом. Такое соединение будет установлено после подключения другого порта к его второму концу. Соединение может связывать порты разных шлюзов через сеть с маршрутизацией пакетов IP или порты внутри одного шлюза.
20.
1 Общие принципы IP – телефонии. Сеть Интернет и протокол IP
О технологии и сети Интернет и используемом в ней протоколе IP (Internet Protocol) имеется огромное количество информации, как в самом Интернете, так и в печатных изданиях, и желающие могут без труда ее найти. Далее приведены лишь основные концептуальные положения, которые необходимы для понимания возможностей применения сети Интернет и IP-протокола для передачи речевых сообщений.
Точное определение термина «Интернет» было дано в октябре 1995 г. федеральным Сетевым Советом США (FNC или Federal Networking Counsil) в следующей форме:
«Интернет — это часть глобальной информационной системы, которая:
логически связана унитарным адресным пространством, основанном на IP-протоколе или на его перспективных расширениях/последователях;
может поддерживать коммуникации, используя Transmission Control Protocol/ Internet Protocol (TCP/IP) или его расширения/последователи и/или IP-совместимые протоколы;
предоставляет, использует или делает доступными (для всех или конфиденциально) сервисы высокого уровня, основанные на коммуникациях и связанной с ними инфраструктуре, здесь определенной».
Создатели технологии Интернет исходили из двух основополагающих соображений:
невозможно создать единую физическую сеть, которая позволит удовлетворить потребности всех пользователей;
пользователям нужен универсальный способ для установления соединений друг с другом
Internet Protocol (IP, досл. «межсетевой протокол») — маршрутизируемый протокол сетевого уровня стека TCP/IP. Именно IP стал тем протоколом, который объединил отдельные компьютерные сети во всемирную сеть Интернет. Неотъемлемой частью протокола являетсяадресация сети (см. IP-адрес).
2. Классификация шлюзов
Классификация шлюзов по области применения
Шлюзы IP-телефонии по масштабности применения можно разделить на два основных типа: шлюзы, ориентированные на корпоративное применение, и шлюзы, предназначенные для операторов и поставщиков услуг связи. Продукты последнего типа отличаются большой емкостью и масштабируемостью, присутствием средств аутентификации и мониторинга, а также дополнительных возможностей биллинга.
Исполнение шлюзов IP-телефонии
Автономные IP-шлюзы
Большинство производителей шлюзов предлагает автономные IP-шлюзы, которые обычно состоят из серверов на базе персональных компьютеров с комплектом голосовых плат. Голосовые платы не предназначены для компрессии/декомпрессии голоса, поэтому данная операция должна выполняться главным процессором ПК.
Маршрутизаторы-шлюзы
В мире производителей оборудования телекоммуникаций наметилась тенденция к тому, что крупные компании традиционное сетевое оборудование оснащают узлами, отвечающими за IP-телефонию. Одной из первых в этом направлении стала работать компания Cisco Systems (устройства серии 2600 и 3600), за которой последовали другие фирмы (Memotec Communications Inc. с машиной СХ950 Access Switch, Motorola Inc. с устройством Vanguard). Диапазон предлагаемых фирмами средств: маршрутизаторы и устройства доступа к распределенным сетям со встроенными шлюзами IP-телефонии.
RAS-шлюзы
Свою часть рынка оборудования для IP-телефонии занимают шлюзы для VoIP, состоящие из плат, устанавливаемых в серверы удаленного доступа (Remote Access Server, RAS). Установка устройств данного типа при построении IP-сетей оправдана при работе с приложениями с множеством голосовых портов и имеющими предельно важное значение.
Шлюзы-модули для УПАТС
В настоящее время получили распространение шлюзы IP-телефонии, представляющие собой модули для классических учрежденческих АТС. Компании Lucent Technologies и Nortel Networks производят их для своих станций Definity и Meridian 1. Эти модули проверяют качество связи перед тем, как будет установлено соединение через IP-сеть. Соединение устанавливается через IP-сеть в том случае, когда качество доставки удовлетворяет показателю, норматив на который устанавливается администратором системы. В противном случае АТС устанавливает соединение по телефонной сети.
Шлюзы с интеграцией бизнес-приложений
По мере развития систем IP-телефонии все более востребованными становятся дополнительные услуги (value-added services). При этом аппаратно-программные средства шлюзов должны обеспечивать не только интеграцию трафика, но и интеграцию бизнес приложений, позволяющих повысить продуктивность работы предприятий. Аппаратно-программные средства шлюзов должны обеспечивают интеграцию Web-служб и центров по обработке вызовов. Они позволяют реализовать службу типа "щелкни и говори" для установления телефонной связи между посетителями Web-узла компании и ее сотрудниками.
Учрежденческие АТС на базе шлюзов
Еще одно направление развития оборудования IP-телефонии - построение учрежденческих телефонных систем на базе инфраструктур ЛВС.
В случае, когда нецелесообразна установка отдельного сервера для преобразования телефонных сигналов в IP-пакеты, используются сетевые устройства (концентраторы), подключаемые напрямую к ЛВС по кабелю на основе неэкранированной витой пары 10BaseT (по типу концентраторов Ethernet). При этом каждый концентратор представляет собой УАТС небольшой емкости с функциями голосовой почты и автоматического секретаря, подключаемую через разъем RJ-14 (стандартный разъем, применяемый в телефонных аппаратах) к внешним и внутренним телефонным линиям и через соединители RJ-45 (разъем для неэкранированной витой пары) к локальной сети Ethernet.
Сетевые платы с функциями телефонии
Одним из решений IP-телефонии являются многоцелевые сетевые платы с функциями телефонии (небольшие устройства типа Internet PhoneJACK от Quicknet Technologies, EtherPhone фирмы PhoNet Communications или крупные устройства типа плат ATM от Sphere Communications). Такие устройства оборудованы портами RJ-11 для подключения обычного телефонного аппарата.
Автономные IP-телефоны
По внешнему виду и базовым сервисным возможностям аппаратные реализации IP-телефонов ничем особо не отличаются от обычных телефонов, но их программные средства позволяют существенно уменьшить нагрузку на персонал, отвечающий за телефонную связь.
Недостатками таких систем являются неполная совместимость со стандартом Н.323 версии 2, а также отсутствие поддержки функций безопасности при работе с контроллером зоны (Gatekeeper).
3. Модель организации связи
Для описания процесса обслуживания вызова с использованием протокола MGCP рабочей группой MEGACO разработана модель организации соединения - Connection model. Базой модели являются компоненты двух основных видов: порты (Endpoints) и подключения (Connections).
Endpoints - это порты оборудования, являющиеся источниками и приемниками информации. Существуют порты двух видов: физические и виртуальные. Физические порты - это аналоговые интерфейсы, поддерживающие каждый одно телефонное соединение, или цифровые каналы, также поддерживающие одно телефонное соединение и мультиплексированные по принципу временного разделения каналов в тракт Е1. Примером виртуального порта является источник речевой информации в интерактивном речевом сервере, т.е. некое программное средство.
Connection - означает подключение порта к одному из двух концов соединения, которое создается между ним и другим портом. Такое соединение будет установлено после подключения другого порта к его второму концу. Соединение может связывать порты разных шлюзов через сеть с маршрутизацией пакетов IP или порты внутри одного шлюза