Топологии и технологии

Мы не будем сейчас оценивать оправданность такого успеха. Безусловно, этим протоколам свойственны определенные ограничения и недостатки, но они, подобно ОС Windows в персональных компьютерах, стали де-факто ведущим стандартом в телекоммуникациях. Поэтому ничего удивительного, что с помощью данных протоколов пытаются решать многие проблемы телекоммуникаций.

Пакетная речь

Толчком к поиску новых способов передачи речевого сигнала послужили успехи в развитии сетей передачи данных. Стремительный рост числа локальных и глобальных сетей, увеличение их пропускной способности, прогресс систем сетевого управления — это лишь некоторые важные факторы, позволяющие всерьез рассматривать сети передачи данных как среду передачи непрерывных сигналов.

В отличие от аналоговых каналов, которые требовали изощренных алгоритмов, гарантирующих достоверность передаваемой информации, цифровые линии связи и современные технологии магистральных сетей обеспечивают очень низкий порог ошибок. Это дало возможность переключить ресурсы сетевого оборудования на решение задач совершенно иного класса.

Для передачи речи пытались приспособить многие современные пакетные технологии. Два-три года назад практически во всех телекоммуникационных изданиях обстоятельно и подробно обсуждались перспективы VoFR, но широкого распространения эта технология не получила. То же самое можно сказать и в отношении VoATM.

Вероятнее всего, технологии передачи речи поверх протоколов второго уровня и не могли занять доминирующих позиций. В противном случае пришлось бы решать многочисленные проблемы при стыковке разнородных сетей. И тут очень кстати пришелся протокол IP.

Что такое IP? Какое он занимает место среди других протоколов? Какие у него достоинства? Эти и многие сопутствующие вопросы хорошо освещены в многочисленных публикациях последних двух лет. Желающие углубленно изучить стек IP и протоколы Internet могут обратиться к литературе, список которой приведен в конце статьи [1—5].

Сегменты рынка IP-телефонии

Рынок услуг речевой связи состоит из большого числа сегментов. Это местная телефонная связь квартирных абонентов, таксофонная связь, сектор городской телефонной бизнес-связи, междугородная и международная связь, разнообразные виды корпоративной и офисной связи.

В настоящее время IP-телефония в основном развивается в двух сегментах телефонного рынка — сети дальней связи и учрежденческие системы. Данные направления развития определились многими факторами. Операторы IP-телефонии, их часто еще называют операторами альтернативной телефонии или альтернативными операторами, вкладывают в инфраструктуру своих сетей довольно значительные средства. Поэтому в первую очередь их интересуют сегменты, которые позволят быстро вернуть вложенные деньги. На услугах местной связи много не заработаешь, тем более что в этом сегменте возникают трения IP-телефонии с законом «О связи».

В России IP-телефония была фактически легализована 1 июня 1999 г. как услуга пакетных голосовых сообщений в рамках телематической службы. Согласно справке по юридическим аспектам службы пакетных голосовых соединений, подготовленной Ассоциацией документальной электросвязи по поручению Министерства связи и информатики РФ, предоставление услуг IP-телефонии не противоречит действующему законодательству и международным обязательствам России. Если следовать букве закона, то IP-телефония не является телефонной услугой, но представляет собой услугу связи, подлежащую лицензированию.

Родовой близостью IP-телефонии к сети Internet обуславливается возможность ее применения еще в одной весьма перспективной области. Речь идет о быстро развивающейся сфере электронной коммерции.

Решения для бизнеса в Internet сейчас фактически отрабатываются в другом сегменте рынка. Поставщики оборудования усиленно предлагают различные решения для корпоративных сетей связи на базе IP-протокола. Этому способствует то обстоятельство, что конвергенция речи, видео и данных стала основным направлением развития телекоммуникаций в последние годы.

Но будем объективными: суммарный объем рынка IP-телефонии пока исчисляется лишь десятыми долями процента. Долгосрочные прогнозы очень расплывчаты и сильно зависят от личного отношения их авторов к данной технологии и степени близости к компаниям-производителям.

Жизнь даст ответ о степени востребованности таких решений, но, несомненно, они сумеют занять свое место на телекоммуникационном рынке. Некоторые мнения по этому поводу можно узнать из статей [6—8].

Основные топологии

На рис. 1 представлена обобщенная схема организации сети IP-телефонии для дальней связи. Фундамент этой сети составляют специализированные шлюзы на основе маршрутизаторов, подключаемые к телефонным сетям общего пользования (ТфОП) или к ведомственным сетям. Между собой шлюзы объединяются цифровыми каналами связи. В состав каждого узла входит система IVR (Interactive Voice Response), обеспечивающая выдачу абоненту голосовых инструкций по пользованию системой IP-телефонии. Учет использования сетевых ресурсов ведется с помощью биллинга.

Система передачи пакетных голосовых сообщений работает следующим образом. Абонент ТфОП набирает со своего телефонного аппарата номер доступа в сеть IP-телефонии и в тоновом режиме вводит идентификационный номер. Абоненту корпоративной сети достаточно набрать код направления, закрепленного за сетью IP-телефонии. Затем абонент набирает код необходимого города или страны, который обычно совпадает с общепринятыми кодами телефонной сети, и местный телефонный номер вызываемого абонента. В принципе междугородная и международная нумерация может быть совершенно другой, но это неудобно для пользователя.

Сеть IP-телефонии дальней связи

Шлюз сети IP-телефонии, находящийся в вызываемом регионе, инициирует звонок по местной телефонной сети у вызываемого абонента. Речевой сигнал от абонентов поступает на шлюз, оцифровывается согласно выбранным алгоритмам, которые обеспечивают сжатие сигнала. В нем подавляются паузы, свойственные любому разговору. Полученный цифровой поток разбивается на пакеты протокола IP и передается по сети до заданного шлюза. Маршрутизация пакетов осуществляется согласно алгоритмам работы сетей IP и с учетом требований по передаче изохронных сигналов.

Таким образом, междугородный альтернативный телефонный вызов осуществляется через местные телефонные сети абонентов и междугородный канал передачи телематической информации. Благодаря значительному уплотнению речевой информации при передаче по этому каналу связи (от 6 до 10 разговоров на стандартный телефонный канал 64 кбит/с) удельная стоимость разговора оказывается гораздо ниже, чем при традиционной междугородной связи.

Вариант сети IP-УАТС

Совсем на других принципах строятся корпоративные сети связи, использующие IP-УАТС. На рис. 2 представлен один из основных вариантов такой сети. К преимуществам IP-УАТС относят то, что для передачи речи и данных эта технология потребует только одной кабельной сети, т. е. делает возможным единое администрирование и, как следствие, снижение эксплуатационных расходов. В настоящее время создание IP-УАТС рекомендуется при первоначальном построении офисных систем или при замене оборудования, отслужившего свой срок.

Сердцем IP-УАТС является специализированный сервер, представляющий собой программный продукт. Но иногда поставщики предлагают комплексное аппаратно-программное решение, обладающее повышенными характеристиками надежности.

Давно прошли те времена, когда управление телефонной станцией напоминало расшифровку египетских иероглифов. Удобный и интуитивно понятный интерфейс на базе Web-технологий отличает современные средства управления такими виртуальными телефонными станциями. Благодаря единой сети администратор может управлять IP-УАТС буквально с любого компьютера.

Обязательным элементом телефонной системы является телефонный аппарат. В составе IP-УАТС применяется несколько вариантов оконечных устройств. На любом персональном компьютере, оснащенном звуковой картой и подключенном к локальной сети, можно запустить программный эмулятор IP-телефона. Но такой вариант предпочитают далеко не все абоненты, поэтому на рынке имеются модели аппаратной реализации сетевого телефона. Внешне и по функциональным характеристикам они ничем не отличаются от привычных офисных моделей. Однако на самом деле они представляют собой специализированный компьютер, оснащенный сетевой картой и способный обрабатывать речевой сигнал в соответствии с заданными параметрами. Этим объясняется довольно высокая стоимость таких аппаратов — дешевле 400 долл. не найти. Для подключения существующих аналоговых телефонов и факс-аппаратов применяется специальный терминальный адаптер. Абонент IP-УАТС может устанавливать соединения с абонентами внешних сетей благодаря шлюзам.

Алгоритм работы IP-УАТС строится по схеме клиент—сервер. Вызывающий абонент набирает нужный ему номер, и на сервер поступает соответствующий запрос, по которому осуществляется анализ вызываемого номера. Если такой номер присутствует в системе и в настоящий момент доступен, то сервер дает вызывающему абоненту разрешение на установление соединения и пересылает текущий IP-адрес вызываемого аппарата. Обычно сервер не принимает активного участия в установлении, поддержании и прекращении соединения, а только отслеживает текущее состояние и собирает статистику.

Каждое абонентское устройство в сети должно иметь уникальный IP-адрес, присваиваемый в рамках выделенной для данной сети адресации. Адреса и соответствующие маски администратор сети может вводить вручную для каждого аппарата, но с целью автоматизации этого процесса и для рационального использования адресной емкости применяется сервер DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol).

Ознакомиться с различными решениями в области IP-телефонии можно по материалам [9—15].

Рекомендации, стандарты, протоколы

Любые решения в области IP-телефонии основываются на едином стандарте, в качестве которого выступает семейство рекомендаций ITU-T H.323. Безусловно, можно применять какие-нибудь фирменные протоколы, специально разработанные для этих целей, но в наше время это означает самоизоляцию и, как следствие, коммерческую неудачу.

Серия рекомендаций Н.ххх предложена Международным союзом электросвязи для обслуживания мультимедийного трафика. Одной из первых была разработана рекомендация Н.320, описывающая системы видеоконференц-связи (ВКС) в цифровых сетях с коммутацией каналов (ISDN). К середине 90-х гг. пакетные сети стали реально претендовать на основную роль по передаче информации, поэтому в 1996 г. была предложена рекомендация Н.323, которая создавалась под сильным влиянием Н.320.

Сейчас действует вторая версия Н.323, принятая в начале 1998 г. В ней устранены недостатки первой версии. Помимо приложений ВКС очень быстро стала набирать популярность идея передачи голоса поверх IP-сетей, и рекомендация Н.323 оказалась весьма кстати.

Стандарт Н.323 определяет четыре типа устройств, позволяющих использовать IP-сеть для передачи изохронной информации, но единственно необходимым элементом является абонентский терминал. Это может быть отдельное устройство или программный продукт для компьютера.

Для обеспечения корректного взаимодействия при большом числе терминалов используется контроллер зоны (Gatekeeper). У него несколько важных задач — проверка прав доступа, трансляция имен терминалов (это может быть аналог телефонного номера) в IP-адреса, управление шириной полосы пропускания, выделяемой для каждого соединения.

Взаимосвязь систем на базе IP-сетей с другими телекоммуникационными сетями осуществляется с помощью шлюзовых устройств. Назначение этих устройств очевидно — они должны обеспечивать трансляцию сигнальной информации, протоколов установления соединения и его завершения, производить преобразование форматов речевых сигналов.

И наконец, имеется модуль MCU (multipoint control unit) для многосторонней конференц-связи.

Рекомендация Н.323 представляет собой целое семейство стандартов, определяющих различные процедуры и функции. Пожалуй, самой главной проблемой IP-телефонии является непредсказуемость задержек при передаче по сети пакетов. Для данных такое поведение сети не играет особой роли, но речь очень чувствительна к неравномерной скорости.

Для снижения негативного влияния IP-протокола на качественные показатели речи имеется целый ряд механизмов. В состав Н.323 входит протокол реального времени RTP (real-time transport protocol), в соответствии с которым осуществляется передача информации поверх протокола UDP. Совместно с RTP применяется протокол RTCP (real-time control protocol), поддерживающий функции управления и контроля.

Протокол RTP способен обеспечить верную последовательность передачи пакетов и временную синхронизацию, но только в том случае, если сеть обладает резервом пропускной способности. При перегрузках данный протокол не спасает. Уже вне рамок Н.323 используется протокол резервирования ресурсов RSVP (resource reservation protocol), гарантирующий качество обслуживания путем резервирования необходимых ресурсов в активном сетевом оборудовании.

Другой способ снижения влияния пакетной природы IP-сетей — максимально возможное сокращение трафика. Речевой сигнал характеризуется большой избыточностью, которую вполне можно отсечь для передачи информативной сути телефонного разговора. Однако при этом легко потерять индивидуальность голоса и разборчивость речи. В IP-телефонии нашли применение несколько протоколов оцифровки и кодирования речи. Они приведены в многочисленных публикациях, и нет нужды называть их вновь. Заинтересованный читатель может найти описание и характеристики этих протоколов в [16, 17].

Важнейшей задачей любой телефонной системы является управление сеансом связи, его установление, поддержание и обеспечение корректного рассоединения. В семействе рекомендаций Н.323 имеются протоколы Н.225 и Н.245, отвечающие за обмен сигналами управления. Сами процедуры взаимодействия детально описаны в [18, 19]. Сейчас предлагаются варианты упрощения процесса установления соединений в IP-телефонии. Разработан протокол SIP [20], ведутся работы над третьей версией Н.323.

Стоит упомянуть о серии рекомендаций Н.450, которые определяют дополнительные функции, предоставляемые абонентам IP-УАТС на базе Н.323. Эти рекомендации регламентируют разные варианты функции перевода звонка, поддержки режима консультации и передачи вызова.

IP-телефония сравнительно недавно появилась на телекоммуникационном рынке, многие связывают с ней большие надежды, однако не редкость и скептическое отношение к ней. Чтобы попытаться определить, насколько перспективно применение IP-технологий для создания корпоративных телефонных сетей, наш журнал 30 мая этого года проводит конференцию «IP-УАТС: стоит ли игра свеч?». На ней мы постараемся найти ответы на следующие вопросы:

? IP-УАТС: реальные преимущества или чистый маркетинг?

? Способны ли IP-УАТС заменить традиционные учрежденческие телефонные станции?

? Какие задачи предпочтительнее решать с помощью IP-УАТС?

? Окупятся ли расходы? IP-УАТС: инвестиции в будущее или вечная «головная боль»?

? Стоит ли класть все яйца в одну «IP-корзину»?

Условия участия в конференции можно узнать из материалов журнала и на нашем Web-узле.