Характеристики VoIP-шлюзов

Для передачи голоса по IP-сети (VoIP) требуется VoIP-шлюз — нечто вроде волшебного ящика, преобразующего телефонные звонки между традиционной телефонной сетью (POTS) и IP-сетью передачи данных. Мы решили протестировать самые популярные VoIP-шлюзы в лаборатории Mier Communications (г. Принстон, шт. Нью-Джерси) и разослали приглашения дюжине производителей. Было установлено квалификационное требование, согласно которому шлюз должен поддерживать как минимум одну линию Т1 (а лучше до четырех), т.е. обеспечивать приблизительно 100 одновременных телефонных звонков. В результате для испытаний были отобраны три продукта: ORCA GX-8 фирмы Nuera Communications, AS 5300 корпорации Cisco и Gateway 400 компании Clarents.

Звание «Продукт мирового класса» получил шлюз ORCA GX-8. Он более надежен и предоставляет больше возможностей непосредственного управления, чем другие протестированные продукты. Шлюз AS 5300 компании Cisco, у которого оказалась самая низкая цена в пересчете на канал, ненамного отстал от ORCA GX-8. Продукт Gateway 400 фирмы Clarents получил высокие оценки за совокупные функциональные характеристики, но оказался несколько хуже двух других по управлению и простоте использования.

Что мы оценивали

VoIP-шлюзы оценивались по следующим показателям:

  • функциональные характеристики (качество передачи голоса и качество сеанса связи при различных начальных параметрах, задержка, пропускная способность, время соединения, скорость завершения вызова, отказоустойчивость и др.);
  • диапазоны изменения установок и параметров, доступных пользователю для регулировки и настройки VoIP-сети; способность шлюза вводить биты в VoIP-пакеты для назначения приоритетов и возможность «прозрачной» поддержки вызовов с использованием факса и модема;
  • управление и администрирование, включая интуитивную понятность и эффективность интерфейсов управления как графических, так и с командной строкой; возможности мониторинга в масштабе реального времени; масштабируемость централизованного управления шлюзами в одном и том же домене обработки вызовов (в соответствии с Media Gateway Control Protocol, MGCP) или в контроллере зоны (в соответствии с Н.323); дополнительные возможности управления (такие как мониторинг событий, наличие тревожной сигнализации в нестандартных ситуациях); генерация отчетов;
  • конфигурация, в том числе поддерживаемые телекоммуникационные интерфейсы, голосовые кодеки, модульность и число портов на модуль, а также избыточность и отказоустойчивость;
  • инсталляция, простота использования и документация.

Nuera впереди всех

Выяснилось, что все три системы обладают высокой степенью надежности, обеспечивают очень хорошие качество передачи голоса и характеристики сеансов связи, поддерживают большинство основных функций и могут надлежащим образом управляться. Тем не менее мы считаем, что пакет компании Nuera, содержащий шлюз и агент обработки вызовов, несколько лучше других протестированных продуктов.

Агент обработки вызовов представляет собой отдельный автономный узел, описываемый протоколом MGCP, который осуществляет маршрутизацию и установление вызовов. Он управляет шлюзами в пределах замкнутой зоны, называемой доменом. Функционально этот агент аналогичен контроллеру зоны, определяемому в спецификации Н.323, который управляет шлюзами в пределах района администрирования («зоны»). Указанные терминологические различия подчеркивают основную проблему, присущую VoIP: широкое распространение функционально равнозначных стандартов.

Протестированные нами VoIP-шлюзы используют различные протоколы управления вызовами (см. таблицу). Продукт Nuera базируется на протоколе MGCP. По заявлению производителя, он поддерживает и другой родственный стандарт, Session Initiation Protocol (SIP), который используется для связи с MGCP-доменами и между агентами обработки вызовов.

Как и другие продукты, мы тестировали этот шлюз при максимальной нагрузке, передавая трафик по четырем линиям Т1 со скоростью до 48 вызовов в секунду. Но он «выстоял»: доля успешных вызовов превышала 99,9%, и звонок на принимающей стороне раздавался менее чем через 1 с. Кроме того, качество голоса постоянно было очень хорошим или отличным (см. врезку). ORCA GX-8 продемонстрировал и самое короткое время задержки — всего лишь 63 мс при сквозном прохождении сигнала в одну сторону.

Все шлюзы «удерживали» качество голоса на таком уровне, который соответствовал оценке выше 4,0 баллов, что равнозначно качеству междугородней телефонной связи. Оценки выставлялись на основе независимой экспертизы записей мужского и женского голоса, проводившейся группой специалистов. При этом задействовались пятибалльная оценочная шкала, установленная ITU, и процедура тестирования Mean Opinion Score (MOS, усредненная оценка мнения). Даже при различных полосах пропускания и применении разных методов кодирования речи (включая использование низкоскоростных кодеров и кодеков с обнаружением голосовой активности) качество передачи голоса намного превышало уровень, принятый для междугородней связи.

Система управления продукта компании Nuera состоит из двух Windows-приложений: одно предназначено для управления шлюзом, второе — для управления агентом обработки вызовов. Оба приложения работают совместно на станции управления Windows NT.

Значительным достоинством ORCA GX-8 является высокая степень отказоустойчивости (за счет избыточности), поддерживаемая этим шлюзом. Резервируются источник питания и вентиляторы, а кроме того, к многослотовому шасси ORCA GX-8 можно подключать дублирующий модуль управления. Вы даже способны модифицировать ПО этого модуля и затем переключаться между рабочим модулем и модулем «горячего» резерва, не прекращая телефонных разговоров и без перезагрузки шлюза. Мы также отметили, что агент обработки вызовов Nuera, использующий ОС UNIX, может быть сконфигурирован с дублирующей платформой «горячего» резервирования.

Если воспользоваться шкалой трудностей компании Mier, в соответствии с которой 1 обозначает уровень, доступный для деревенского идиота, а 10 — для ученого, работающего в области ракетной техники, то, по нашему мнению, инсталляция и администрирование сети VoIP предлагаемыми Nuera шлюзом, агентом обработки вызовов и программными средствами характеризуются цифрой 5.

Cisco знает толк в VoIP

По данным недавнего маркетингового исследования, существенная часть инсталлированной базы VoIP снабжена шлюзами AS 5300 компании Cisco. Такой же шлюз Сisco предоставила для нашего тестирования, и понятно, почему: эта система надежна, полнофункциональна и проста в управлении.

Cisco использует стандарт Н.323, который наиболее полно описывает VoIP. По заявлению представителей компании, к ее операционной системе IOS добавлены MGCP и SIP, но пока рано официально объявлять, что они полностью готовы к применению.

AS 5300 представляет собой маршрутизатор, ориентированный на последнюю версию IOS, наши же коммутаторы используют версию 12.1. Для VoIP требуются специальные модули, называемые голосовыми картами. Контроллер зоны Н.323 для VoIP компании Cisco также может функционировать на маршрутизаторе, а мы располагали маршрутизатором 3620, который работал с той же версией IOS. Однако контроллер зоны не способен играть роль агента MGCP — по мнению сотрудников Cisco, для использования MGCP в настоящее время необходим агент третьей стороны.

C точки зрения эксплуатационных характеристик VoIP-комплект Cisco оказался не хуже, чем ORCA GX-8. Между ними не было отмечено статистически существенных различий в качестве передачи голоса, сеанса связи, во времени установления соединения и др. Однако, по сравнению с административными приложениями Nuera, Java-приложение Cisco Voice Manager (CVM), являющееся частью CiscoWorks 2000, оказалось менее полным и полезным. Например, при работе с CVM приходится вручную обновлять конкретный экран, элемент данных или таблицу, чтобы видеть последние скорректированные значения. Мы считаем, что это серьезно повлияет на использование ПО в целях мониторинга функционирования сети VoIP в масштабе реального времени.

Правда, для задач конфигурирования оборудования возможностей CVM более чем достаточно, а его экранная помощь просто великолепна. Нам кажется, что используя другие части ПО CiscoWorks 2000, например CiscoView, можно получить довольно точное представление о состоянии VoIP-сети в целом. CiscoView обеспечивает графическое отображение любой удаленной Cisco-платформы, которой вы хотите управлять, включая VoIP-системы AS 5300 и 3620. С помощью двойного щелчка по иконке конкретного порта или модуля вы получаете в масштабе реального времени сведения о его состоянии и объеме трафика. Однако для получения более детального представления требуется использовать различные приложения и интерфейсы.

Присутствовавший на тестировании технический специалист Cisco использовал интерфейс командной строки этой компании при выполнении практически всех задач по конфигурированию и администрированию. Это обычное дело среди приверженцев Cisco, хотя структура команд, обеспечивающих конфигурирование и работу VoIP-сети, тщательно разработана и оригинальна.

Согласно шкале трудностей компании Mier, мы оценили процедуры установки и управления соответственно 6 и 7 баллами.

Есть еще одна область, в которой мы оценили продукт Cisco несколько ниже, чем шлюз Nuera. Последний оказался заметно больше других протестированных шлюзов и поддерживает почти все средства защиты, что позволяет «оберегать» систему намного лучше, чем с помощью продуктов-конкурентов. AS 5300 компании Сisco не поддерживает ту же степень отказоустойчивости за счет избыточности, которая, по нашему мнению, является ключевой, если передача голоса по IP-сети осуществляется с использованием традиционных телефонных служб или ТфОП.

Clarent: на один шаг позади

Компания Clarent предлагает контроллер зоны Н.323, но для данного тестирования предоставила свой центр управления, базирующийся на собственном (патентованном) протоколе управления вызовами. Этот центр управления на базе NT функционально эквивалентен указанному контроллеру или агенту обработки вызовов MGCP, но, по мнению производителя, его собственный протокол обеспечивает лучшие функциональные характеристики, если все шлюзы в сети являются продукцией Clarent.

Шлюз Gateway 400 представляет собой систему на базе NT, но не думайте, что она имеет какие-либо унаследованные проблемы в отношении устойчивости. Система продемонстрировала такую же надежность, как продукты компаний Nuera и Cisco, и позволила установить те же 99,9% успешных соединений. В состоянии перегрузки система обеспечивала 48 соединений в секунду и не пропустила ни одного вызова.

Однако качество сеансов связи было заметно хуже, чем при использовании Cisco и Nuera, что обуславливалось величиной задержки: односторонняя сквозная задержка VoIP-вызовов составляла порядка 125 мс (для систем Nuera и Cisco — менее 100 мс). Оценка продукта Clarent в данном тестировании составляла от 3,0 до 3,66 (пороговой оценкой была 4,0, что соответствует нормальному качеству междугородней телефонной связи). Дополнительные 25 мс в составе односторонней сквозной задержки легко обнаруживались при испытаниях. Учтите, что при ведении интерактивных разговоров общая результирующая задержка составит 50 мс (это связано с необходимостью подтверждения приема), и большинство абонентов сочтут такие «тайм-ауты» раздражающими.

При определении качества сеансов связи мы добавляли 10 мс к фактической задержке (для имитации задержки распространения сигнала) и вводили дополнительную межсегментную маршрутизацию. Со всем этим столкнутся абоненты, звонящие на расстояние свыше 1,5 тыс. км. В случае с продуктом Clarent результативная совокупная задержка была довольно заметным источником раздражения. Еще одной проблемой оказалось время соединения. Если для установки соединения через VoIP-сети, построенные на базе оборудования компаний Nuera и Cisco, понадобилось менее 1 с, то время соединения через VoIP-сеть на базе устройств фирмы Clarent постоянно превышало 4 с.

В целом система Clarent показала хорошие результаты, получив общую оценку 7,9. Самые низкие оценки были выставлены по критериям управления и администрирования, простоты инсталляции и использования.

Система управления состоит из пяти почти не связанных между собой Windows-приложений, что, по нашему мнению, слишком много. Кроме того, хотя все они представляли собой средства типа «ответы-на-вопросы», эти приложения оказались не вполне интуитивно понятными.

Подготовка к работе и применение системы Clarent (как шлюза, так и контроллера зоны на базе NT) оказались довольно утомительными занятиями. Требовалось также существенное редактирование NT Registry. Мы считаем, что для правильной подготовки и использования VoIP-сети с оборудованием Clarent сотрудник компании должен соответствовать уровню 8 или 9 по шкале трудностей Mier.

Производители, чьи шлюзы мы испытывали в данной серии тестов, занимают лидирующие места на рынке. Все продукты работали хорошо и зарекомендовали себя как надежные и эффективные средства для корпоративной VoIP-сети. При этом совершенно ясно, что специалисты по корпоративным сетям должны не только выбирать наилучшие из имеющихся в наличии VoIP-шлюзов, но и разбираться во всех хитросплетениях VoIP, а также знать, что нужно сделать для хорошей работы VoIP-продуктов.

ОБ АВТОРАХ

Эдвин Майер (Edwin Mier) — президент и основатель компании Mier Communications, являющейся консультационным и испытательным центром сетей и сетевых продуктов. Майкл Хоммер (Michael Hommer) — руководитель лабораторных испытаний в этой компании. С ними можно связаться по адресам ed@mier.com и mhommer@mier.com.


Как мы проводили тестирование

VoIP-шлюзы тестировались в соответствии с подробной методологией, разработанной компанией Mier Communications. Впервые она была применена в 1997 г. и с тех пор непрерывно совершенствовалась. Топология испытательного стенда меняется в зависимости от того, какие показатели вас интересуют. При этом используется целый набор тестовых систем и средств.

Для конкретного случая все VoIP-шлюзы были сконфигурированы как отдельные «удаленные» подсети, разделенные сетью IP-WAN, которая состояла из маршрутизаторов Cisco 4700 и 7200 LAN/WAN. Для тестирования качества голоса, передаваемого по IP-сети, и качества сеанса связи каждая подсеть подсоединялась к магистральной IP-сети через машрутизатор Cisco 4700 и линию связи T1. Эта линия проходила через имитатор Adtech SX/12 T-1-WAN, который вводил ошибки, задержку и джиттер. Другие аномалии в сети WAN, а также режимы передачи вводились с помощью Shunra Cloud, имитационной программной среды на базе Windows NT.

Для организации тестовой нагрузки и проверки скорости установления соединения подсети подключались к IP-магистрали через маршрутизаторы Cisco 7200 и линии связи T3. Входящая в состав испытательного стенда традиционная телефонная система состояла из мультиплексоров TSU 100 и коммутационного оборудования Atlas 800 от компании Adtran.

Для обеспечения полной телефонной нагрузки по четырем линиям Т1, а также для воспроизведения и записи мужского и женского голосов использовались системы Hammer IT Call Center Telephony Load Testing System и Hammer Loadblaster 500 компании Hammer Technologies. Записи прослушивались группой специалистов, которые независимо друг от друга оценивали качество передачи голоса, а затем выводилось среднее значение качества. Оборудование компании Hammer использовалось и для измерения задержки.

Система Telegra FAX компании Agilent Technologies применялась для тестирования факсимильных передач через VoIP-шлюзы. Для проверки модемной связи по VoIP-сети служили обычные ПК с модемами V.90. Сетевой анализатор Agilent Internet Advisor использовался для измерений размеров пакетов, скорости их передачи и пропускной способности сети при каждой отдельной настройке VoIP.

В связи с тем что оценка MOS группой специалистов проводилась на основе записей голоса, передаваемого в одном направлении по VoIP-сети, в ней не учитывались некоторые параметры VoIP, сильно влияющие на качество связи (например, запаздывание и время отклика при диалоге). Компания Mier Communications разработала свои собственные тесты и процедуры для объективной оценки качества сеансов связи, которые и были применены в нашем исследовании.


Результаты тестирования

ORCA GX-8

Версия 6.0 шлюза с агентом обработки вызовов SSC Softswitch ориентирована на HP-UX v. 11.х.

Оценка: 9,0

Компания: Nuera Communications, www.nuera.com.

Стоимость: 67 тыс. долл. за шлюз (от 349 до 698 долл. за каждый канал в зависимости от вокодера); 60 тыс. долл. за ПО и аппаратные средства SSC Softswitch

Достоинства: максимальная избыточность, простота начальной установки, мониторинг в масштабе реального времени

Недостатки: компоненты системы имеют крупные габариты, занимают много места

AS 5300

Шлюз AS 5300 с контроллером зоны Cisco 3620 Multimedia Conference Manager. Оба продукта управляются ОС IOS Version 12.1(1a)T.

Оценка: 8,55

Компания: Cisco, www.cisco.com

Стоимость: 47 тыс. долл. за шлюз (491 долл. за каждый канал); 7600 долл. за контроллер зоны; 9995 долл. за управляющее ПО

Достоинства: инсталлируется на общих для всех маршрутизаторов платформах Cisco; наличие командной строки IOS для управления

Недостатки: ограниченная поддержка модемной связи; ограниченный мониторинг в масштабе реального времени

Gateway 400

Версия 3.1а шлюза с центром управления (контроллером зоны) версии 3.1. Оценка: 7,90 Компания: Clarent, www.clarent.com Стоимость: 95 тыс. долл. за шлюз (990 долл. за каждый канал); 32 тыс. долл. за ПО центра управления (контроллера зоны) на четыре линии Т1 (8 тыс. долл. за каждую линию) Достоинства: возможность мониторинга в масштабе реального времени Недостатки: необходимо редактировать системный регистр Windows NT при начальной установке и конфигурировании; многочисленность административных приложений и графических интерфейсов пользователя; более длительные задержки и большее время соединения

ПродуктПроиз-

водитель-

ность (30%)
Функ-

циональ-

ность (25%)
Управ-

ление и админист-

рирование (25%)
Конфи-

гуриро-

вание (10%)
Инстал-

ляция, простота исполь-

зования и докуме-

нтация (10%)
Итого-

вая оценка
ORCA GX-8999999,00
AS 5300998888,55
Gateway 400897877,90
Примечания. Оценки по отдельным критериям выставлялись по 10-балльной шкале. Проценты в скобках соответствуют весовым коэффициентам каждого показателя, учитывавшимся при выведении итоговой оценки.

Определение качества передачи голоса

Как показали наши тесты, качество голоса при использовании всех трех VoIP-шлюзов варьировалось в пределах от очень хорошего до отличного. Усредненные оценки (Mean Opinion Score, MOS) были получены в соответствии с процедурами ITU. Каждый специалист из независимой группы экспертов, состоящей из 10 человек, раздельно оценивал записи мужского и женского голосов, а затем выводился средний балл. Качество, соответствующее оценке 4,0, считается нормальным для междугородней телефонной связи.

Оптимальное качество голоса (рисунок слева)

Речь кодировалась по стандарту G.711, и каждый пакет формировался в течение 20 мс. В этом тесте не использовался режим обнаружения речевой активности (voice activity detection, VAD). Передача осуществлялась со скоростью 87,2 кбит/с в каждом направлении.

Качество голоса при эффективном использовании полосы пропускания (рисунок справа)

Кодирование речи осуществлялось по стандарту G.729 или G.729a с применением режима обнаружения речевой активности (VAD). Время формирования каждого пакета составляло 20 мс. Скорость передачи в каждом направлении приблизительно равнялась 16 кбит/с.


Качество сеанса связи

Сотрудники компании Mier Communications провели множество специальных тестов для оценки качества сеансов связи. Они основывались на величине задержек, времени отклика при диалоге, чистоте звука и наличии фонового шума. Тестирование проводилось при различных установках вокодера и при включении/отключении режима обнаружения речевой активности. Использовалась пятибалльная шкала усредненных оценок (MOS). Исследователи определили, что VoIP-шлюз фирмы Clarent обеспечивает менее высокое качество сеансов связи, чем продукты компаний Cisco и Nuera.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями