Как добиться успеха при внедрении VoIP

При реализации «голоса по IP» (Voice over IP, VoIP) в корпоративных сетях систематические подготовительные мероприятия позволяют избежать таких неприятных неожиданностей при эксплуатации сети, как низкое качество передачи речи, поэтому они приобретают решающее значение для успешной реализации VoIP.

Планирование VoIP начинается с определения потребностей. В каждом случае необходимо выяснить ответы на следующие вопросы: много ли абонентов звонят по телефону, когда, как долго и куда? Каково ожидаемое количество параллельных разговоров? Идет ли речь об офисной среде или о центре обработки вызовов? Планируется ли проведение видеоконференций? Нужно также принять в расчет предполагаемые изменения в существующих приложениях. За определением потребностей следует этап анализа фактического состояния имеющейся сети.

В статье описаны используемые на этой стадии методы измерения и тестирования. Необходимые при этом затраты позволяют избежать ошибок при инсталляции и окупаются благодаря отсутствию проблем при внедрении новой технологии.

ОТ АНАЛИЗА К ПИЛОТНЫМ ПРОЕКТАМ

Определение рабочих характеристик сети и качества сервиса (Quality of Sevice, QoS) имеющихся приложений — анализ фактического состояния сети — может осуществляться как пассивными (анализаторы, зонды RMON), так и активными системами измерения рабочих характеристик. На этот процесс необходимо отвести приблизительно неделю времени.

Еще три—пять дней нужны для выполнения пробного развертывания. Чтобы получить реалистическую оценку того, в какой мере пригодна сеть в ее текущем состоянии для поддержки VoIP, производится поэтапное активное наращивание подключенных к оцениваемой линии телефонов и одновременно определяется фактическое качество передачи речи. Каждый добавочный сервис оказывает влияние на работающие приложения, поэтому на этапе пробного развертывания рекомендуется применять активную контрольно-измерительную систему, причем такую, чтобы она могла имитировать не только VoIP, но также, к примеру, доступ к базе данных или в Internet, регистрацию в службе имен Windows Internet Naming Service или передачу файлов. Так, например, при использовании активной системы измерения Netally в качестве виртуальных пользователей выступают распределенные агенты трафика. Они выдают тестовые последовательности, с помощью которых измеряются характеристики как сети, так и приложений (VoIP или запросы к базам данным на языке SQL), с точки зрения пользователя. Наращивая количество параллельно выполняющихся тестов, можно определить не только предел нормальной работоспособности сети, ее компонентов и приложений, но и качество сервиса QoS для каждого уровня нагрузки для любого из приложений и в любой точке системы «локальная-глобальная-локальная сеть». При этом качество сервиса QoS оценивается в так называемых «усредненных мнениях» (Mean Opinion Score, MOS).

Рисунок 1. Анализ рабочих характеристик сети с помощью системы Netally: в рамках пробного развертывания можно оценить качество передачи речи по отдельным соединениям в единицах MOS (ITU G.107).

Качество голосовой связи зависит главным образом от трех параметров: дрожание (Jitter), задержка (Delay) и потери (Loss). Скорость передачи данных играет скорее подчиненную роль. Основное влияние оказывает задержка (Delay): сколько требуется времени, чтобы данные добрались до приемника? Кроме того, значение имеет и вариация задержки (Jitter): насколько равномерным оказывается поток речи? И, наконец, много ли пакетов теряется (Loss)? Эти показатели дают обобщенную оценку качества сервиса (QoS). Итоговый показатель MOS предоставляет объективную картину качества передачи речи. Он базируется на математическом перерасчете субъективных оценок и представлен шкалой баллов от 1 до 5. Для сравнения качество передачи речи, к которому немецкие пользователи привыкли при использовании каналов ISDN, оценивается по показателю MOS значениями от 4 до 4,5.

На основании имеющихся результатов анализа потребностей, фактического состояния и пробного развертывания принимается решение о пригодности сети для внедрения VoIP. Теперь ответственные лица могут судить, достаточно ли, например, просто оптимизировать имеющиеся ресурсы или требуется увеличить пропускную способность и произвести модернизацию сети. Более того, по результатам измерений определяются также и параметры таких компонентов, как привратник (gatekeeper) и шлюз (gateway), которые необходимо установить в сети. После этого можно начать тестирование. Преимущества подобных тестов, проводимых непосредственно перед закупкой нужных компонентов, настолько очевидны, что затраты на них вполне оправдываются.

ВЫБОР КОМПОНЕНТОВ И ИХ ТЕСТИРОВАНИЕ

Производители оборудования VoIP работают в соответствии с одними и теми же стандартами, но стандарт — это лишь «наименьший общий знаменатель». Разные производители вводят в дополнение к существующим стандартным протоколам те или иные дополнительные функции (с целью получения конкурентных преимуществ). В результате первые проблемы выявляются уже при проверке основной функциональности и совместимости компонентов. По этой причине, а также для определения рабочих характеристик и предельной производительности компонентов VoIP перед покупкой следует проводить их тестирование, что помогает избежать многих неудач, досады и разочарования интеграторов и потребителей — сравните с ситуацией, когда проблемы обнаруживаются только в процессе инсталляции.

Важно, чтобы такие тесты проводились в среде, отделенной от реальной сети. На этой стадии необходимо использовать специальные измерительные инструменты и имитаторы VoIP. Совершенно не обязательно, чтобы потребитель приобретал оборудование в собственность, достаточно просто взять его в аренду и привлечь соответствующих специалистов. Какие же тесты нужно провести?

Если отдельные функции или компоненты не обеспечивают согласованной работы (несовместимость), то надо скрупулезно проанализировать, как реализуются протоколы. Для этого требуется, чтобы измерительные приборы умели произвести детальное декодирование используемого протокола (например, H.323, SIP, Megaco, Skinny, MGCP, ISDN, SS7).

Проводя тестирование совместимости и функциональности, не следует забывать и о нагрузочных тестах. Они позволяют установить, начиная с какой нагрузки или с какого количества вызовов уже нельзя говорить о приемлемом качестве сервиса QoS или уровне сервиса (Grade of Service, GoS).

IP И КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕЛЕФОННАЯ СЕТЬ

Шлюзы между сетью IP и классической телефонной сетью выполняют функцию связи между пакетно-ориентированной и классической телефонной сетью. Это далеко не тривиальная задача. Сигнализацию и речь необходимо конвертировать при переходе из одной среды в другую. Чтобы оценить правильность реализации протокола и подтвердить заявленный уровень сервиса GoS, тесты следует провести по обе стороны шлюза, т. е. и в сети IP, и в общедоступной телефонной сети. Каждое преобразование речи неизбежно приводит к потере качества и, таким образом, оказывает влияние на желаемый уровень сервиса. Если в пакетно-ориентированной сети вызову не обеспечивается надлежащее качество, необходимо определить причину его ухудшения: было ли соединение плохим изначально или виной всему шлюз?

Чтобы выяснить истину, шлюз «берут в клещи». Для этого измерительное оборудование VoIP должно обладать возможностью имитировать и анализировать вызовы из сети IP в телефонную сеть и обратно. В процессе работы с одной стороны шлюза генерируются вызовы, а с другой — производится их оценка в соответствии со стандартами анализа, измерения и оценки качества речи (Perceptual Analysis/Measurement System, PAMS; Perceptual Evaluation of Speech Quality, PESQ). Разница позволяет оценить потери качества при прохождении сигналов через исследуемый компонент сети. Дополнительное измерение задержки дает возможность проверить рабочие характеристики шлюза. Поскольку задержка оказывает непосредственное влияние на качество передачи речи, ее величина должна рассматриваться как важный критерий принятия решений. Проверка функционирования при одном-единственном вызове может дать весьма высокие результаты, но в реальных условиях в сети всегда активно взаимодействуют множество пользователей, поэтому так важно определить предельную емкость сети при помощи имитации множества вызовов.

РЕГУЛИРОВЩИК ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ

Хотя привратники и не являются обязательными компонентами сети, они, благодаря своей основополагающей роли, в большинстве случаев присутствуют в среде VoIP и, отслеживая вид и количество соединений, регулируют доступ из сети к коконечным устройствам, шлюзам и блокам управления многоточечной связью (Multipoint Control Unit, MCU). В качестве «регулировщика движения» привратник определяет механизмы маршрутизации соответствующих соединений и отвечает за механизмы регистрации и авторизации пользователей, для чего используются функции регистрации, допуска, статуса (Registration, Admission, Status, RAS) из протокола H.323. Чтобы проверить, насколько хорошо выполняется эта задача, тестирующая система должна имитировать одновременно множество оконечных устройств VoIP и отслеживать принимаемые привратником решения RAS при различных реальных условиях (низкая или предельная нагрузка, ошибки в сети). При выявлении противоречий может помочь только подробное декодирование соответствующих данных.

ПРИЧИНЫ НЕДОСТАТОЧНОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Проверка на функциональность — это всегда только часть процедуры тестирования привратника. Она свидетельствует лишь о том, что работа выполняется, но ничего не говорит о количестве вызовов, с которыми справляется устройство. Между тем на рынке представлены имитаторы сигналов для H.323 и SIP с возможностью одновременного анализа многих тысяч вызовов. Только таким образом достоверно можно определить рабочие характеристики и предельная производительность привратника еще на стадии подготовки к его установке.

Причина недостаточной производительности может заключаться в конфигурации. Привратник работает как в режиме моста (bridged), так и в режиме маршрутизации (routed). На практике чаще используется второй. При этом вся сигнализация проходит через привратник, который выполняет преобразование адресов и передает конечным пунктам транспортные адреса для передачи речи (Call Signaling Channel — канал сигнализации вызовы), что приводит к значительной нагрузке на него. При работе в режиме моста конечным пунктам сообщаются IP-адреса участников (соединения). Затем конечные пункты могут связываться между собой напрямую без помощи привратника.

Рисунок 2. Анализ качества сети с помощью системы Mediapro: компонентный тест шлюза определяет качество передачи речи при множественных вызовах по показателю PESQ (ITU R 862).

Исходя из этого, имеет смысл протестировать оба рабочих режима привратника. Кроме того, он предоставляет множество дополнительных так называемых «трассировочных» сервисов (Routing-Service), а потому процедура тестирования должна предусматривать также проверку определенных правил маршрутизации (Routing-Rule).

Некоторые привратники отчасти поддерживают функцию управления пропускной способностью, например с помощью протокола резервирования ресурсов (Resource Reservation Protocol, RSVP). Если пропускной способности становится недостаточно, устройство уменьшает ее долю, выделяемую каждому вызову, или отказывает в приеме вызова. Проверка этой стороны функциональности привратника с помощью соответствующей измерительной аппаратуры гарантирует от потерь качества передачи сигналов, которые могли бы проявиться впоследствии. Даже если все дополнительные тесты проведены, интеграция еще не превращается в «детскую игру», однако, как правило, протекает легче и быстрее, чем при отсутствии предварительных тестов.

Рисунок 3. Нагрузочный тест, проводимый с помощью оборудования Sipsim: тестирование сигнала (GoS) на шлюзе помогает установить причину его низкого качества.

ЗАТРАТЫ НА ТЕСТИРОВАНИЕ

Оценить стоимость измерительного оборудования — задача непростая. Многие предприятия имеют собственные компоненты (например, анализаторы или системы RMON), так что для анализа фактического состояния сети им не нужно приобретать какое-то оборудование. В противном случае — или же для того, чтобы получить подтверждение полученных показателей, — можно провести анализ фактического состояния сети с помощью внешних исполнителей. При этом исследования должны проводиться не менее пяти рабочих дней.

В начале статьи уже отмечалось, что пробное развертывание VoIP занимает примерно три—пять дней, и для него требуются активные тестовые системы. Подготовка таких систем к работе займет всего лишь несколько часов, даже в удаленных точках. Выполнение самих тестов, как и последующий анализ результатов, полностью автоматизировано. Для тестирования приложений при помощи целевых нагрузочных тестов понадобится один день. Выбирая аппаратуру для активного тестирования, особое внимание следует обратить на то, чтобы во время работы системы она была способна осуществлять непрерывный мониторинг уровня сервиса GoS и выявлять недочеты не только для VoIP, но и для других приложений, таких, как запросы SQL к базам данных или трафик HTTP. С учетом последующего использования для контроля выполнения соглашений об уровне сервиса (Service-Level-Agreements, SLA), приобретение активного тестирующего оборудования позволяет решить сразу несколько задач. Таким образом, однократные инвестиции окупаются быстро и в двойном размере.

Сколько времени отвести на тестирование компонентов, зависит от того, какое их количество должно быть проверено и насколько детально. Для тестирования компонентов, их интеграции и начальной фазы инсталляции VoIP требуются соответствующие измерительные приборы высокого класса. Без их приобретения не обойтись системным интеграторам, которые постоянно имеют дело с этим кругом проблем. Что касается корпоративных конечных пользователей, ситуация выглядит несколько иначе. Это специальное измерительное оборудование необходимо им в течение ограниченного интервала времени, поэтому они могут ненадолго позаимствовать его у интеграторов, занимающихся VoIP. Если договориться не удается, то в этом случае можно попробовать заключить договор аренды с поставщиком. Нередко арендовать приходится не только оборудование, но и услуги специалиста, который умеет обращаться с VoIP и измерительными приборами. Хорошо, если он сможет провести для сотрудников компании «индивидуальные занятия» по тонкой настройке VoIP.

ИНТЕГРАЦИЯ VOIP И УСПЕШНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ

По результатам пробного развертывания и выборочных тестов можно внести необходимые изменения и дополнить структуру сети в соответствии с требованиями VoIP. Таким образом устраняются препятствия, которые в ином случае проявились бы только в процессе инсталляции. Это экономит время и сводит к минимуму продолжительность возможных сбоев в сети.

Ввод новых сервисов VoIP должен производиться при условии, что помехи сведены до минимума. Поэтому можно рекомендовать поэтапный ввод (например, по подразделениям), преимущество которого состоит в том, что поиск ошибок с помощью VoIP- и «обычных» анализаторов осуществляется более целенаправленно, а потому значительно быстрее. Проведение такого рода подготовки к внедрению VoIP означает выполнение всех необходимых действий для обеспечения его рентабельного использования. Тот, кто регулярно производит анализ и оценку характеристик в работающей сети, способен осуществить и тонкую настройку ее рабочих параметров.

От анализа потребностей к инсталляции VoIP

ПОЛУЧЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ИНВЕСТИЦИЙ

Анализ потребностей с точки зрения ожидаемых приложений и требований к сети во взаимосвязи с определением фактического состояния сети и стадией пробного развертывания (своеобразный прогноз будущего сети) гарантирует, что деньги будут потрачены именно на то, что действительно необходимо. Результаты исследований помогут понять, куда не следует (или пока не следует) направлять инвестиции.

ОБУЧЕНИЕ И НАКОПЛЕНИЕ ОПЫТА

Проведение тестов позволяет на опыте выяснить, с какими проблемами придется столкнуться администраторам при введении новой услуги. Полученные на практике знания касаются самых важных аспектов работы. На этой стадии еще допустимы ошибки, поскольку они не оказывают влияния на работающую сеть. Полезность полученного опыта проявляется при инсталляции, вводе в эксплуатацию и позднее — в процессе эксплуатации VoIP. Привлекая специалистов со стороны, можно еще усилить достигнутый эффект.