1.6. Метод передачи речи по сетям передачи данных Frame Relay

Метод передачи речи по сетям передачи данных - Voice over Frame Relay (VoFR), принятый Форумом Frame Relay в качестве стандарта FRF.11, расширяет область применения сетей передачи данных Frame Relay, и предусматривает набор мер (протоколов), позволяющих передавать по ним речевой трафик и некоторые другие виды информации.

Данный стандарт предусматривает:

Транспортировка речи обеспечивается универсальным форматом кадра, который поддерживает мультиплексирование речевых подканалов и подканалов данных в единственном DLC.

Доступ к сети осуществляется посредством специального устройства - VFRAD (Voice Frame Relay Access Device), которое использует метод Frame Relay в интерфейсе ”пользователь - сеть” (UNI) как средство передачи речи, телефонной сигнализации и данных. VFRAD подключаются к UNI через физические интерфейсы, как определено в стандарте [19].

В качестве оконечных устройств могут использоваться: ПК с соответствующим программным обеспечением, факсимильный аппарат, телефонный аппарат, УПАТС, и т.п.

FRF.11 поддерживает такие возможности как инициализацию и завершение вызовов для оконечных устройств, обеспечение межсетевого обмена между индивидуальными подканалами в интерфейсе VoFR и подканалами в другом типе речевого интерфейса, коммутацию вызовов.

Для того, чтобы в полной мере реализовать описанные возможности, стек протоколов должен обеспечить полнодуплексный обмен информацией. Обмен информацией осуществляется посредством передачи двух типов информационных элементов: основных информационных элементов (ИЭ) и сигнальных ИЭ.

К основным ИЭ относятся:

  1. Закодированная речь.
  2. Закодированная факсимильная информация.
  3. Кадры с данными.

К сигнальным ИЭ относятся:

  1. Цифры телефонного номера: DTMF или импульсы.
  2. Биты сигнализации (Внутриканальная сигнализация).
  3. Индикатор аварии.
  4. Сообщения о сигнализации (в случае использования сигнализации по общему каналу).
  5. Закодированная факсимильная информация.
  6. Дескриптор информации о паузе.

Дескриптор информации о паузе (SID) информируют о паузе в разговоре и обеспечивает передачу параметров генерации комфортного шума. SID поддерживают алгоритмы обнаружения активности речи (VAD) и схемы подавления пауз.

В случае использования VAD, подкадры SID могут быть дополнительно переданы за последним закодированным речевым подкадром. Прием подкадра SID происходит после того, как речевой подкадр был интерпретирован как явное указание конца речевого потока. Кроме того, подкадры SID могут передаваться в любое время в течение интервала тишины для коррекции генерации комфортного шума.

UNI Frame Relay может поддерживать множество PVC, обеспечивающих услуги VoFR, а VoFR, в свою очередь, предусматривает организацию множества речевых подканалов и подканалов данных в единственном DLC. На Рис.1.6 представлен пример мультиплексирования речи и данных.

Рис.1.6. Возможность мультиплексирования множества речевых подканалов.

На Рис. 1.7 представлен формат речевого ИЭ, где поле ”Тип кодирования” определяет тип применяемого алгоритма кодирования речи.

Рис.1.7. Формат речевого информационного элемента.

Каждый ИЭ упакован как подкадр в пределах информационного поля кадра. Подкадры (см. Рис. 1.8) могут объединяться в пределах единственного кадра Frame Relay, с тем чтобы повысить эффективность обработки и транспортировки. Каждый подкадр содержит заголовок и информационный элемент. Заголовок подкадра идентифицирует речевой подканал и, когда требуется, тип информационного элемента (основной или сигнальный) и его длину.

Минимальный заголовок подкадра - 1 октет, содержащий младшие биты идентификатора речевого подканала, а также указания расширения и длины. Октет расширения, содержащий старшие биты идентификатора речевого подканала тип ИЭ используется в случае, когда установлен бит ”Указание Расширения” (Extension Indication). Октет с длиной ИЭ используется в случае, когда установлен бит ”Указание Длины” (Length Indication).

Рис.1.8. Формат подкадра VoFR.

1.7. Метод передачи речи по сетям передачи данных IP

В настоящее время разработкой и исследованием стандартов связанных с передачей речи по сетям IP (и в частности по сети Internet), занимается Форум Voice over IP (VoIP Forum). Это рабочая группа Международного Консорциума Мультимедийных Телеконференций (International Multimedia Teleconferencing Consortium), организованная с целью обеспечения взаимодействия персональных компьютеров и телефонов в сети Internet. Членами Форума являются многие ведущие компании - разработчики сетевого оборудования: Cisco Systems Inc., 3Com, Action Consulting, Creative Labs, Dialogic, MICOM Communications, Microsoft, NetSpeak, Nortel, Nuera Communications, Octel, U.S. Robotics, Vienna Systems, Vocaltec и Voxware. Деятельность Форума имеет несколько направлений: выработка набора открытых, последовательных руководящих принципов для реализации устройств, обеспечивающих передачу речи по сетям передачи данных IP; гарантирование полной совместимости оборудования и программных средств, а также высокого качества услуг. Форум VoIP подготовил так называемое Соглашение о внедрении (Implementation Agreement - IA 1.0), регламентирующее основные принципы и эталонную модель передачи речи по сетям передачи данных IP.

Соглашение о внедрении Форума VoIP основывается на рекомендации ITU Н.323 [11]. Кроме того, VoIP IA 1.0 определяет комплексный каталог и службу управления вызовами (Management Agent System), которая объединяет имеющуюся в сети службу каталогов с динамической адресацией IP и обеспечивает инфраструктуру для усовершенствованной службы управления вызовами. В качестве средства обеспечения гарантированного качества услуг рекомендовано использование протокола RSVP.

1.7.1. Основные положения стандарта H.323

Вообще говоря, H.323 это не один стандарт, а целая серия стандартов для поддержки передачи речи и видео по сетям без обеспечения качества услуг. Он содержит спецификации алгоритмов кодирования речи и видео, протоколы установления и управления соединениями, меры для обеспечения передачи в реальном времени, интерфейсы с другими сетями и т. д. H.323 не привязан к какому-либо конкретному типу сети, однако H.323 нашел применение преимущественно именно в сетях на базе IP.

Стек протоколов H.323, приведен на Рис. 1.9.

Рис.1.9. Cтек протоколов H.323

H.323 включает также такие стандарты кодирования речи, как G.711, G.722, G.723.1, G.728 и G.729, из которых G.711 является основным. Несмотря на обязательность применения G.711 и достаточную пропускную способность локальных сетей для поддержки предусматриваемых им скоростей передачи, эксперты предсказывают широкую популярность другому стандарту кодирования речи, а именно G.723.1, так как ему требуется очень небольшая скорость передачи, а это обстоятельство становится очень важным при передаче по территориально распределенным сетям.

Особое положение занимает подгруппа стандартов для контроля вызовов, в том числе для установления соединения, управления потоками, контроля доступа, передачи служебных сообщений и т. п. Ключевым компонентом этой подгруппы является протокол управляющего канала H.245 для передачи разного рода служебной информации во время сеансов H.323. Он применяется для согласования конечными точками взаимоприемлемых параметров, открытия и закрытия логических каналов, передачи сообщений для управления потоками и других необходимых команд и запросов.

Соединение же между двумя устройствами H.323 устанавливается и закрывается с помощью другого протокола данной подгруппы - протокола сигнализации вызова Q.931, а регистрация и контроль доступа, контроль за доступной пропускной способностью и статусом устройств H.323 осуществляются посредством третьего протокола этой подгруппы - RAS (в его названии перечислены основные выполняемые им функции - регистрация (Registration), контроль доступа (Admission) и мониторинг статуса (Status)).

H.323 использует транспортировку информации как с гарантией доставки, так и без нее. Первая применяется для передачи служебных сообщений и данных, так как в этом случае потери информации недопустимы, а вторая - для речи и видео, поскольку запоздавший пакет вряд ли будет полезен соответствующему приложению. Доставка с гарантией обеспечивается протоколом TCP, а доставка без гарантии осуществляется посредством UDP.

Доставка речи и видео в реальном масштабе времени обеспечивается протоколами RTP (Real-Time Transfer Protocol) и RTCP (Real-Time Transfer Control Protocol).

Каждый пакет RTP имеет основной заголовок, а также дополнительные поля, в случае, когда число участников сеанса больше двух. На Рис. 1.10 представлена структура пакета RTP в случае организации речевой связи между двумя абонентами.

Рис.1.10. Формат пакета RTP.

Заголовок RTP состоит из следующих полей:

  • поле версии (2 бита): текущая версия вторая;
  • P - поле заполнения (1 бит): это поле сигнализирует о наличии заполняющих октетов в конце полезной нагрузки. (Заполнение применяется, когда приложение требует, чтобы размер полезной нагрузки был кратен, например, 32 битам.) В этом случае последний октет указывает число заполняющих октетов;
  • X - поле расширения заголовка (1 бит): когда это поле задано, то за основным заголовком следует еще один дополнительный, используемый в экспериментальных расширениях RTP;
  • CC - поле числа отправителей (4 бита): это поле содержит число идентификаторов отправителей, чьи данные находятся в пакете, причем сами идентификаторы следуют за основным заголовком; поле маркера (1 бит): смысл бита маркера зависит от типа полезной нагрузки. Бит маркера используется обычно для указания границ потока данных. В случае передачи видео он задает конец кадра. В случае передачи речи он задает начало разговора после периода молчания;
  • поле типа полезной нагрузки (7 бит): это поле идентифицирует тип полезной нагрузки и формат данных, включая сжатие и шифрование. В стационарном состоянии отправитель использует только один тип полезной нагрузки в течение сеанса, но он может его изменить в ответ на изменение условий, если об этом сигнализирует протокол управления передачей в реальном времени (Real-Time Transport Control Protocol);
  • поле порядкового номера (16 бит): каждый источник начинает нумеровать пакеты с произвольного номера, увеличиваемого затем на единицу с каждым посланным пакетом данных RTP. Это позволяет обнаружить потерю пакетов и определить порядок пакетов с одинаковой отметкой о времени. Несколько последовательных пакетов могут иметь одну и ту же отметку о времени, если логически они порождены в один и тот же момент (например, пакеты, принадлежащие к одному и тому же видеокадру);
  • поле отметки о времени (32 бита): здесь записывается момент времени, в который был создан первый октет данных полезной нагрузки. Единицы, в которых время указывается в этом поле, зависят от типа полезной нагрузки. Значение определяется по локальным часам отправителя;
  • поле идентификатора источника синхронизации: генерируемое случайным образом число, уникальным образом идентифицирующее источник в течение сеанса;
  • поле полезной нагрузки: в случае передачи речи, полезной нагрузкой являются речевые кадры, сформированные вокодером. Размеры речевых кадров различных типов вокодеров были приведены в разделе 1.3.

Протокол RTP используется только для передачи пользовательских данных. Отдельный протокол управления передачей в реальном времени (RTCP) работает с несколькими адресатами для обеспечения обратной связи с отправителями данных RTP и другими участниками сеанса. RTCP использует тот же самый базовый транспортный протокол, что и RTP (обычно UDP), но другой номер порта. Сообщения отправителя позволяют получателям оценить скорость данных и качество передачи. Сообщения получателей содержат информацию о проблемах, с которыми они сталкиваются, включая утерю пакетов и избыточную неравномерность передачи.

1.7.2. Операционная среда VoIP

Операционная среда VoIP описывает физические элементы, которые обеспечивают передачу речи по сети IP в соответствии со стандартом VoIP IA 1.0 и могут взаимодействовать друг с другом. Эти элементы представлены на Рис. 1.11.

Рис.1.11. Операционная среда VoIP.

Терминалы H.323 - это конечные точки сети, с помощью которых пользователи могут взаимодействовать друг с другом в реальном времени. Типичными примерами терминалов могут служить клиентские ПК с программным обеспечением аудио- или видеоконференций типа NetMeeting компании Microsoft; в последнее время их число пополнили так называемые Internet-телефоны. В обязательном порядке все терминалы должны поддерживать сжатие голоса по алгоритму G.711, H.245 - для согласования параметров соединения, Q.931 - для установления и контроля соединения, канал RAS - для взаимодействия с привратником (gatekeeper), а также RTP/RTCP - для оптимизации доставки речи и/или видео.

Другим архитектурным компонентом H.323 является шлюз. Его основная функция состоит в преобразовании форматов и протоколов передачи. Шлюз позволяет связать терминалы H.323 с другими, не поддерживающими данный стандарт конечными устройствами, в частности с обычными телефонами, а также с терминальными устройствами ISDN. Терминалы передают шлюзам необходимую информацию с помощью протоколов H.245 и Q.931.

Шлюз является необязательным компонентом и применяется только в случае необходимости организации взаимодействия с другими сетями. Многие функции шлюзов оставлены на усмотрение разработчика. Например, стандарт не оговаривает, сколько терминалов, соединений, конференций должен поддерживать шлюз и какие преобразования форматов и протоколов он обязан выполнять.

Третий, и наиболее важный, компонент любой сети H.323 - это привратник. Он выступает в качестве центра обработки вызовов внутри своей зоны и выполняет важнейшие функции управления вызовами. (Зона определяется как совокупность всех терминалов и шлюзов под юрисдикцией данного привратника.) Кроме того, привратник выполняет контроль доступа, т. е. идентификацию вызовов с помощью RAS.

Сервер DNS (Domain Name System) используется в системе адресации и хранит соответствия между всеми именами хостов и адресами IP для данного домена (домен охватывает все нижележащие ветви для данного узла дерева DNS).


<< НАЗАД ] [ ОГЛАВЛЕНИЕ ] [ ВПЕРЕД >>