Анализ организованной сети обмена информацией между офисами ОАО «Тревожное зарево» и возможность внедрения технологии VoIP

В соответствии с этим при передаче телефонного трафика  по технологии VoIP должны учитываться жёсткие требования стандарта ISO 9000 к качеству услуг, характеризующие качество установления соединения и качество соединения (таблица 1). Основным показателем качества в первом случае является время установления соединения. Во втором случае показателями качества являются сквозные (воспринимаемые пользователем) задержки и качество воспринимаемой речи. В связи с указанными аспектами уровень QoS можно соотнести с одним из четырёх классов (таблица 2).

 

 

 

 

 

 

Таблица 2 - Классы качества передачи речи по сетям IP

Показатели  качества передачи речи		Классы качества услуги
		Лучшее	Высокое	Среднее	Низкое
Время   установления соединения	прямая IP-адресация	< 1.5 сек	< 4 сек	< 7 сек	—
	перевод номера E.164 в IP-адрес	< 2 сек	< 5 сек	< 10 сек	—
	перевод номера E.164 в IP-адрес через расчётную организацию	< 3 сек	< 8 сек	< 15 сек	—
	перевод имени  e-mail в IP-адрес	< 4 сек	< 13 сек	< 25 сек	—
Сквозные   задержки	по стандарту ETSI TS101329	< 150 мс	< 250 мс	< 350 мс	< 450 мс
	по рекомендации ITU-T G.114	< 150 мс	< 260 мс	< 400 мс	> 400 мс
Качество   воспринимаемой речи	ETSI	Не хуже G.711	Не хуже G.726 для 32 кбит/сек	Не хуже GSM-FR	С максимальными усилиями
	Баллы MOS	> 4.5	4.0 — 4.5	3.5 — 4.0	3.5 — 3.0

В результате для обеспечения  требований QoS при передаче телефонного трафика по технологии VoIP (особенно в условиях ограниченной пропускной способности сети, характерной для сетей специальной связи) необходимо использовать ряд дополнительных механизмов, не существующих в классических IP-сетях. К этим механизмам относятся:

• использование специфических вокодеров;
• уменьшение задержек при передаче пакетов по сети;
• использование специализированных декодеров, устойчивых к потерям пакетов.[5]

Технология VoIP реализует  задачи и решения, которые с помощью  технологии PSTN реализовать будет  труднее, либо дороже, либо вовсе невозможно. Для примера можно привести такие функции, как:

• возможность передавать более чем один телефонный звонок, в рамках высокоскоростного телефонного подключения; поэтому технология VoIP используется в качестве простого способа, для добавления дополнительной телефонной линии дома или в  
  офисе;
• бесплатное предоставление функций, таких как
1. конференция;
2. переадресация звонка;
3. автоматический перенабор;
4. определение номера звонящего;
• доступна интеграция с другими через интернет, включая видео-звонок, обмен сообщениями и данными во время разговора, аудио конференции, управление адресной книгой, и получение информации о том, доступен ли для звонка какие-то другие абоненты (коллеги или друзья);
• дополнительные телефонные свойства, такие как маршрутизация звонка, всплывающие окна, альтернативный GSM-роуминг и внедрение IVR – легче и дороже внедрить и интегрировать;
• дополнительно: возможность подключения прямых номеров в любой стране мира.

 

2.2 Основной принцип работы

 

IP-телефония опирается  на две основных операции: преобразование  двунаправленной аналоговой речи в цифровую форму внутри кодирующего/декодирующего устройства (кодека) и упаковку в пакеты для передачи по IP-сети. В IP-телефонии используется особая система передачи пакетов со звуковой информацией, что обусловлено спецификой передачи данных по IP-сетям.

В традиционных телефонных линиях между абонентами во время  разговора создается электрическая цепь, и этим обеспечивается фиксированная пропускная способность для передачи сигнала. В то время как IP-сеть представляет собой систему, реализующую принцип коммутации и маршрутизации пакетов, и не предоставляет гарантированного пути между точками связи. Вся информация, передаваемая через IP (голос, текст, изображения, и т.п.) разделяется на пакеты данных, имеющие в своем составе адреса точек назначения (приема и передачи) и порядковый номер. Узлы IP направляют эти пакеты по сети до окончания маршрута доставки.

После прибытия пакетов  к точке назначения, для восстановления исходного объема упорядоченных  данных используются порядковые номера пакетов. Для приложений, где не важен порядок и интервал прихода пакетов, таких как e-mail, время задержек между отдельными пакетами не имеет решающего значения. IP-телефония является одной из областей передачи данных, где важна динамика передачи сигнала, которая обеспечивается современными методами кодирования и передачи информации. Для обеспечения стабильной телефонной связи по IP-сетям введены специальные протоколы передачи данных.[6]

 

2.3 Протоколы передачи данных

 

Протоколы обеспечивают регистрацию IP устройства (шлюз, терминал или IP телефон) на сервере или гейткипере провайдера, вызов и/или переадресацию вызова, установление голосового или видео соединения, передачу имени и/или номера абонента. В настоящее время широкое распространение получили следующие VoIP протоколы:

• SIP;
• H.323;
• IAX2;
• MGCP - это управляющий VoIP-протокол, который наиболее часто используется для управления шлюзами в VoIP-сети; относительно новый протокол MGCP получил широкое распространение как часть архитектуры Cisco AVVID;
• SIGTRAN - обеспечивает транспорт протоколов сигнализации ОКС-7 через сеть IP и может рассматриваться как эволюция ОКС-7;
• Skinny/SCCP — закрытый протокол передачи сигнального трафика в продуктах компании Cisco;
• Unistim — закрытый протокол передачи сигнального трафика в продуктах компании Nortel.

Рассмотрим подробнее  три протокола, которые используются в данной разработке.

Протокол SIP. SIP— протокол прикладного уровня, разработанный IETF MMUSIC Working Group, и предлагаемый стандарт на способ установки, изменения и завершения пользовательского сеанса, включающего мультимедийные элементы, такие как видео или голос, мгновенные сообщения (instant messaging), он-лайн игры и виртуальную реальность.

Протокол начал  разрабатываться в 1996 году Хенингом Шулзри (Henning Schulzrinne, Колумбийский университет) и Марком Хэндли (UCL). В ноябре 2000 года SIP был утверждён как сигнальный протокол проекта 3GPP и постоянный элемент архитектуры IMS. Наряду с довольно сильно в настоящее время устаревшим H.323, SIP — один из протоколов, лежащих в основе Voice over IP.

 

Протокол обладает следующими характеристиками:

• простота: включает в себя только шесть методов (функций);
• независимость от транспортного уровня, может использовать UDP, TCP, ATM и др.;
• экономичность: все запросы формируются на основе текста.

SIP – Session Initiation Protocol, протокол, устанавливающий и обеспечивающий соединение для передачи мультимедийной информации такой как голос или видеозвонки через интернет. Другие возможные применения этого протокола: видеоконференцсвязь, передача потокового видео и аудио, общение и игры через интернет.

Главной задачей разработки SIP было создание сигнального протокола  и протокола установления соединений для IP коммуникаций, который может поддерживать расширенный набор функций обработки вызова и услуг. Сам протокол SIP не определяет этих функций, а сосредоточен только на процедурах установления звонка и сигнализации. При этом он был спроектирован обеспечивать создание таких функций элементов сети, как Прокси-сервер (Proxy Servers) и Пользовательские Агенты (User Agents).[7]

Протокол IAX2. Inter-Asterisk eXchange protocol — протокол обмена VoIP данными между IP-PBX Asterisk. Наиболее приспособлен к трансляции сетевых адресов NAT, в отличие от SIP и H.323 использует только один порт 4569 протокола UDP для сигнализации и медиапотока, тогда как последние используют для этих целей разные порты. Данный протокол позволяет существенно экономить сетевой трафик по сравнению с протоколом SIP, что объясняется передачей сигнальной информации в битовых полях, а не текстом. Так же протокол позволяет совмещать множество голосовых потоков и передавать их внутри единого транка, уменьшая накладные расходы, связанные с передачей заголовков IP пакетов.

Протокол был разработан для Asterisk как альтернативный протокол. Первая версия протокола использовала порт UDP 5036. Данная версия протокола IAX устарела и широко не применяется, поэтому часто обычно термины IAX и IAX2 обозначают вторую версию протокола. Группа разработчиков в составе: Марк Спенсер, Фрэнк Миллер, Кенни Шумард, Эд Гай и Брайан Капоч подала заявку в IETF и 20-го февраля 2009 года протокол был утверждён под RFC 5456.

Протокол H.323. H.323 – это группа стандартов ITU-T, которые определяют набор протоколов передачи звуковых и видеоданных по компьютерной сети.

Стандарт H.323 был принят международным союзом электросвязи (МСЭ) для обеспечения совместимости (компонентов, протоколов и процедур) при двухточечной и многосторонней передаче в режиме реального времени звуковых сигналов, видеосигналов и данных по сетям с пакетной коммутацией, таким как Интернет.

H.323 - является частью  совокупности стандартов (H.32x), которые  рассматривают возможности организации  мультимедийной связи по множеству сетей:

H.310 - для организации мультимедийной связи по сети B-ISDN (широкополосная цифровая сеть с интеграцией служб).

H.320 - для организации  мультимедийной связи по сети  узкополосной ISDN.

H.321 - для организации  мультимедийной связи по сети  с асинхронным режимом переноса (ATM)

H.322 - для организации  мультимедийной связи по локальным  сетям (LAN)

H.324 - для организации  мультимедийной связи по коммутируемой  телефонной сети общего пользования  (PSTN)

H323 является относительно  старым протоколом и в настоящее  время вытесняется SIP - протоколом установки соединения.

 

2.4 Голосовые кодеки

 

VoIP использует два вида кодеков: открытые, такие как GSM, G.711 uLaw/Mu-law, G.711 aLaw, G.722, G.726, Speex, iLBC и проприетарные, такие как G.729, G.729A, G.723, G.723.1.

Основное отличие их состоит в том, что проприетарные кодеки используются исключительно на платной основе, что причиняет определенные неудобства и приносит лишние затраты.

Рассмотрим некоторые  из них, использованные в работе.

Кодек G.711 (u-law,a-law)

G.711 (u-law,a-law) - стандарт ведет историю с 1972 года, текущая рабочая версия 1988 года. Описывает 8-ми битную компрессию PCM голоса с частотой дискретизации 8000 кадров/секунду и 8 bit/кадр. Таким образом, G.711 кодек создает поток 64 kbit/s. Из него пошел стандарт передачи данных ISDN со скоростью 64 kbit/s. Cуществуют два основных алгоритма, представленных в стандарте, Mu-law (используется в Северной Америке и Японии) и A-law (используется в Европе и в остальном мире). Оба алгоритма являются логарифмическими, но более поздний a-law был изначально предназначен для компьютерной обработки процессов. Стандарт также определяет последовательность кодов, соответствующих уровню сигнала 0 dB. Из качественных характеристик стоит отметить высокое качество передаваемого голоса за счет низкой степени сжатия. При этом используется относительно большая полоса пропускания. Кодек поддерживается практически всеми устройствами IP-телефонии.

Кодек G.729

G.729 — это узкополосный  речевой кодек, который применяется  для эффективного цифрового представления узкополосной телефонной речи (сигнала телефонного качества). Такая речь характеризуется полосой между 300 и 3400 Гц и может быть оцифрована с частотой квантования 8 кГц. В идеале речевой кодек должен представлять речь такой разрядностью, какая только возможна. В этом случае восстановленная речь будет точно соответствовать оригиналу. На практике приходится выбирать разрядность кодека и мириться с некоторой погрешностью квантования.

G.729 — один из перспективных  типов кодеков, в частности,  стандарт G.729 — 8 Кбит/с. Согласно теории, речевой сигнал длительностью в одну секунду можно полностью описать (то есть оцифровать, передать или сохранить в цифровом виде и затем восстановить в исходный сигнал по цифровому представлению) цифровым потоком 60 байт/сек. Идея оцифровывать и передавать (или сохранять) в цифровом виде не сам сигнал, а его параметр (количество переходов через ноль, спектральные характеристики и др.), чтобы затем по этим параметрам выбирать модель голосового тракта и синтезировать исходный сигнал, лежит в основе «вокодеров» (VOice CODER) или «синтезирующих кодеков».