IP-Телефония

Компьютер-Компьютер - самый простой способ IP-телефонии. Для его реализации необходимы два компьютера со звуковыми картами, системами ввода-вывода звуковой информации (колонки, микрофон).

Телефонный адаптер-Телефон - Простое решение использования IP-Телефонии без компьютера. Вам достаточно иметь шлюз IP телефонии и выполнять звонки как с обычного телефона. Качество связи сопоставимо с качеством при обычном телефонном разговоре, т.к. компанией используются выделенные каналы связи.

 

Качество IP-телефонии

Телефонная сеть была создана таким  образом, чтобы гарантировать высокое  качество услуги даже при больших  нагрузках IP-телефония, напротив, не гарантирует качества, причём при больших нагрузках оно значительно падает.

Стоимость любой услуги, как правило, и её качество прямо пропорциональны. Однако понятно и то, что в ряде случаев представляется неразумным сравнительно небольшое увеличение качества оплачивать относительно большим  увеличением цены. Вряд ли праздничные  поздравительные открытки целесообразно  отправлять фельдъегерской связью: хорошо, да дорого.

Качество связи можно оценить  следующими основными характеристиками:

1. уровень искажения голоса;
2. частота «пропадания» голосовых пакетов;
3. время задержки (между произнесением фразы первого абонента и моментом, когда она будет услышана вторым абонентом).

По первым двум характеристикам  качество связи значительно улучшилось в сравнении с первыми версиями решений IP-телефонии, которые допускали искажение и прерывание речи. Улучшение кодирования голоса и восстановление потерянных пакетов позволило достичь уровня, когда речь понимается абонентами достаточно легко. Понятно, что задержки влияют на темп беседы. Известно, что для человека задержка до 250 миллисекунд практически незаметна. Существующие на сегодняшний день решения IP-телефонии превышают этот предел, так что разговор похож на связь по обычной телефонной сети через спутник, которую обычно оценивают как связь вполне удовлетворительного качества, требующую лишь некоторого привыкания, после которого задержки для пользователя становятся неощутимы. Отметим, что даже в таком виде связи решения IP-телефонии вполне подходят для многих приложений.

Задержки можно уменьшить благодаря  следующим трем факторам:

1. Во-первых, совершенствуются телефонные серверы (их разработчики борются с задержками, улучшая алгоритмы работы).
2. Во-вторых, развиваются частные сети (их владельцы могут контролировать ширину полосы пропускания и, следовательно, величины задержки).
3. В-третьих, развивается сама сеть Интернет – современный Интернет не был рассчитан на коммуникации в режиме реального времени. Хотя на обновление роутеров по всему миру и на организационные мероприятия (например, решить вопрос, как в денежном выражении оценить сервис более высокого качества) потребуется некоторое время, мир Интернета, вне зависимости от вышесказанного, двигается очень быстро и в правильном направлении.

Оценить качество при использовании  различных протоколов сжатия можно  различными способами. Один из подходов для таких измерений – использование  субъективных методов. В субъективных методах группа людей, обычно достаточно большая, оценивает качество связи  по определенной стандартной процедуре. Самый известный субъективный метод  – это метод общего мнения. В  этом методе, качество связи оценивается  большой группой разных людей, и  затем их мнение усредняется.

Ниже приведена таблица оценок, которые просили проставить экспертов  для оценки качества связи. Оценки могли  колебаться от 1 (неприемлемо) до 5 (отлично  – нет дискомфорта при прослушивании).

Качество	Оценка МОS
Высокое	4.0 – 5.0
Стандартное телефонное	3.5 – 4.0
Приемлемое	3.0 – 3.5
Синтезированный звук	2.5 – 3.0

На графике (рис.3) показана оценка методом общего мнения различных  популярных звуковых кодер-декодеров. По горизонтальной оси отложена требуемая  ширина канала для передачи речи, сжатой определённым кодером, по вертикальной оси – собственно оценка.

 

Рис. 3. Зависимость качества связи  от ширины канала пропускания

Оптимизация задержек в  сети

Основными преимуществами IP-телефонии является снижение требований к полосе пропускания, что обеспечивается учётом статистических характеристик речевого трафика:

• блокировкой передачи пауз (диалоговых, слоговых, смысловых и др.), которые могут составлять до 40-50 % времени занятия канала передачи (VAD);
• высокой избыточностью речевого сигнала и его сжатием (без потери качества при восстановлении) до уровня 20-40 % исходного сигнала.

В тоже время  для VoIP критичны задержки пакетов в сети, хотя технология обладает некоей толерантностью (устойчивостью) к потерям отдельных пакетов. Так, потеря до 5 % пакетов не приводит к ухудшению разборчивости речи.

При передаче телефонного трафика по технологии VoIP должны учитываться жёсткие требования стандарта ISO 9000 к качеству услуг, характеризующие:

1. качество установления соединения, определяемое в основном быстротой установления соединения,
2. качество соединения, показателем которого являются сквозные (воспринимаемые пользователем) задержки и качество воспринимаемой речи.

Общая приемлемая задержка по стандарту - не более 250 миллисекунд. Причины задержек в передаче голосовых данных по сети IP, в большой степени связаны с особенностями транспорта пакетов. Протокол TCP обеспечивает контроль доставки пакетов, однако достаточно медленный и потому не используется для передачи голоса. UDP быстро отправляет пакеты , однако восстановление потерянных данных не гарантируется, что приводит к потеряным частям разговора при восстановлении (обратном преобразовании) звука. Немалые проблемы приносит джиттер (отклонения в периоде поступления-приёмки пакетов), появляющийся при передаче через большое число узлов в нагруженной IP-сети. Недостаточно высокая пропускная способность сети (например при одновременной нагрузке несколькими пользователями), серьёзно влияет не только на задержки (т.е. рост джиттера), но и приводит к большим потерям пакетов

Для решения  подобных проблем предлагается комлекс мер:

• использование алгоритимического восстановления потерянных частей голоса (усреднение по соседним данным)
• приоритезация трафика во время транспорта в одной сети при помощи пометки IP-пакетов в поле Type of Service
• использование изменяемого джиттер-буфера необходимой длины, который позволяет накапливать пакеты и выдавать их снова с нормальной периодичностью
• отключение проксирования медиа-данных на узком месте сети, т.е. достижение прямого обмена речью между узлом звонящего и вызываемого абонента при посредничестве промежуточных серверах только на этапе установления и завершения вызова
• применение кодеков с меньшей алгоритмической задержкой (для уменьшения нагрузки на процессор,осуществляющий АЦП и ЦАП)

 

Протоколы

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

• SIP — протокол сеансового установления связи, обеспечивающий передачу голоса, видео, сообщений систем мгновенного обмена сообщений и произвольной нагрузки, для сигнализации обычно использует порт 5060 UDP. Поддерживает контроль присутствия.
• H.323 — протокол, более привязанный к системам традиционной телефонии, чем SIP, сигнализация по порту 1720 TCP, и 1719 TCP для регистрации терминалов на гейткипере.
• IAX2 — через 4569 UDP-порт и сигнализация, и медиатрафик.
• MGCP (Media Gateway Control Protocol) — протокол управления медиашлюзами.
• Megaco/H.248 — протокол управления медиашлюзами, развитие MGCP.
• SIGTRAN — протокол тунеллирования PSTN сигнализации ОКС-7 через IP на программный коммутатор (SoftSwitch).
• SCTP (Stream Control Transmission Protocol) — протокол для организации гарантированной доставки пакетов в IP-сетях.
• SGCP
• SCCP (Skinny Call Control Protocol) — закрытый протокол управления терминалами (IP-телефонами и медиашлюзами) в продуктах компании Cisco.
• Unistim — закрытый протокол передачи сигнального трафика в продуктах компании Nortel.

Протокол H.323

Архитектура системы на базе стандарта Н.323

Основными устройствами сети являются: терминал, контроллер зоны (Gatekeeper), шлюз и устройство управления конференциями (MCU). Все перечисленные компоненты организованы в так называемые зоны Н.323. Одна зона состоит из контроллера зоны и нескольких оконечных точек, причем контроллер зоны управляет всеми оконечными точками своей зоны. Зоной может быть и вся сеть поставщика услуг IP-телефонии или ее часть, охватывающая отдельный регион. Деление на зоны Н.323 не зависит от топологии пакетной сети, но может быть использовано для организации наложенной сети Н.323 поверх пакетной сети, используемой исключительно в качестве транспорта. [1]

Терминал H.323

Терминал  Н.323 представляет собой оконечное  устройство пользователя сети IP-телефонии, способное передавать и принимать  трафик в масштабе реального времени, взаимодействуя с другими терминалами  Н.323, шлюзом или устройством управления конференциями. Для обеспечения  этих функций терминал включает в  себя:

• элементы аудио (микрофон, акустические системы, телефонный микшер
• система акустического эхоподавления)
• элементы видео (монитор, видеокамера)
• элементы сетевого интерфейса
• интерфейс пользователя

Н.323-терминал должен поддерживать протоколы Н.245, Q.931, RAS, RTP/RTCP и семейство протоколов Н.450, а также включать в себя аудиокодек G.711. Также немаловажна поддержка  протокола совместной работы над  документами Т.120. [1] Определения  протоколов смотри в приложении 1.

Шлюз

Технология  передачи речи по IP-сети вместо классической сети с коммутацией каналов предусматривает  конфигурацию с установкой шлюзов. Шлюз обеспечивает сжатие информации (голоса), конвертирование ее в IP-пакеты и направление в IP-сеть. С противоположной  стороны шлюз осуществляет обратные действия: расшифровку и расформирование  пакетов вызовов. В результате обычные  телефонные аппараты без проблем  принимают эти вызовы.

Такое преобразование информации не должно значительно исказить исходный речевой сигнал, а режим  передачи обязан сохранить обмен  информацией между абонентами в  реальном масштабе времени. Более полно  функции, выполняемые шлюзом, состоят  в следующем:

• реализация физического интерфейса с телефонной и IP-сетью
• детектирование и генерация сигналов абонентской сигнализации
• преобразование сигналов абонентской сигнализации в пакеты данных и обратно
• преобразование речевого сигнала в пакеты данных и обратно
• соединение абонентов
• передача по сети сигнализационных и речевых пакетов
• разъединение связи

Большая часть функций шлюза в рамках архитектуры TCP/IP реализуется в процессах  прикладного уровня.

При отсутствии в сети контроллера зоны должна быть реализована еще одна функция  шлюза – преобразование номера PSTN (public switched telephone network) в транспортный адрес IP-сети.

В случае, когда терминал Н.323 связывается  с другим терминалом Н.323, расположенным  в той же самой IP-сети, шлюз в этом соединении не участвует. [1]

 

Контроллер зоны

Контроллер  зоны выполняет функции управления зоной сети IP-телефонии, в которую  входят терминалы, шлюзы и устройства управления конференциями, зарегистрированные у этого контроллера зоны. Функции, выполняемые контроллером зоны:

• регистрация оконечных и других устройств
• преобразование alias-адреса (имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др.) в транспортный адрес сети с маршрутизацией пакетов IP (IP адрес и номер порта TCP)
• контроль доступа пользователей системы к услугам IP-телефонии
• контроль, управление и резервирование пропускной способности сети
• определение местоположения оконечного оборудования в сети
• маршрутизация сигнальных сообщений между терминалами, расположенными в одной зоне
• опрос и индикация текущего состояния оконечного оборудования

Контроллер  зоны упрощает процесс вызова, позволяя использовать легко запоминающиеся alias-адреса. Функции контроллера зоны могут быть встроены в шлюзы, устройства управления конференциями, а также в терминалы Н.323.

 

 

Преимущества  и недостатки IP-Телефонии

Преимущества IP-Телефонии

1. Благодаря использованию IP телефонии и низким тарифам, достигается значительная экономия на услугах междугородной и международной связи. При этом качество связи высокое и надежное. К тому же линии городской АТС останутся свободными. 
2. Удешевление телефонных переговоров. 
3. Данный вид связи позволяет звонить от соседей, из офиса или дома, и вообще отовсюду, где есть Интернет. При этом вам не нужно заботиться о счетах за эти разговоры. 
4. Благодаря посекундной тарификации осуществляется полный контроль за расходами на международние и междугородние переговоры. 
5. В любой момент возможно узнать остаток средств на счету. 
6. Интеграция филиалов в единую информационную структуру. В последнее время с развитием информационных технологий и увеличением пропускной способности каналов все для наиболее оперативного решения деловых задач филиалы компании объединяют в одно целое, образуя интрасеть. Так как предлагаемая технология использует для передачи голоса как раз сети передачи данных, то появляется возможность объединять не только компьютерные сети, но и телефонные. 
7. Виртуальные частные сети (VPN). 
8. Глобальный роуминг. IP-телефония позволяет операторам связи очень просто и с минимальными затратами организовать роуминг услуг связи. Это особенно актуально для операторов мобильной связи решение, построенное на технологиях IP-телефонии, на порядок дешевле традиционного, и обладает гораздо большей гибкостью.