Некоторые аспекты технологий IP-телефонии(продолжение)

Некоторые аспекты технологий IP-телефонии(продолжение)

Сети с коммутацией пакетов были созданы для передачи данных, и возможность их использования для передачи голосового или факсимильного трафика в реальном времени, по аналогии с традиционной телефонией, в значительной степени зависит от вносимой ими при прохождении сигнала задержки. На рисунке 15 представлена схема сети VoIP и возникающие при этом задержки.

рис. 15. Схема сети VoIP.

Важно отметить тот факт, что задержки в сетях с коммутацией пакетов влияют не только на качество передачи речевого трафика в реальном времени. Не менее важно и то, что данные задержки в определённых ситуациях могут нарушить правильность функционирования телефонной сигнализации в цифровых трактах Е1/Т1 на стыке голосовых шлюзов с оборудованием коммутируемых телефонных сетей. Причиной этого можно назвать тот факт, что набор рекомендаций Н.323 в момент своего появления в 1997 г. был ориентирован на мультимедийные приложения, осуществляющие аудио и видео конференцсвязь через сети IP. Данное решение позволяло значительно снизить стоимость таких систем по сравнению с их аналогами, работающими в сетях традиционной телефонии с коммутацией каналов. В процессе выделения IP-телефонии в самостоятельное направление и развития её до услуги операторского уровня, возникла необходимость соединения IP-шлюзов с телефонными станциями ТфОП по цифровым трактам Е1/Т1. При этом, шлюзы осуществляют взаимодействие с цифровыми АТС, используя стандартные механизмы телефонной сигнализации Q.931, интерпретированные через команды Н.225 и транслируемые в IP-сети с использованием протокола TCP. Согласно рекомендации Q.931, при установлении телефонного соединения значения временных задержек между фазами выполнения команд сигнализации строго регламентированы. Однако, при интерпретации в IP-шлюзах команд телефонной сигнализации Q.931 стеком Н.225/ТСР/IP, задержки, возникшие на пути прохождения сигнала увеличивают заданные временные интервалы между командами Q.931, и в большинстве случаев нарушают целостность функционирования данного протокола. Хотя версия 2 набора рекомендаций Н.323 в фазе 2 предусматривает процедуру Н.323v2 Fast Connect, ускоряющую обработку команд Q.931 стеком Н.225/ТСР, задержки IP-канала, особенно характерные для инфраструктуры Интернет, могут заведомо превышать все допустимые значения временных интервалов протокола Q.931. Данное обстоятельство можно расценивать как ещё один аргумент в пользу использования выделенных каналов при построении сетей IP-телефонии.

Clarent Bandwidth Calculator

Для упрощения расчёта предположительной скорости передачи данных для межшлюзовых IP-каналов при передаче голосовых и факсимильных сообщений, компанией-производителем VoIP оборудования Clarent разработана программа Clarent Bandwidth Calculator (внешний вид интерфейса которой приведён на рисунке 16).

рис. 16. Программа Clarent Bandwidth Calculator.

Результаты расчёта приводятся для локальной сети и для интерфейсов WAN. Исходными данными являются: тип используемого кодека, число одновременных разговоров, заданное значение порога детектора голосовой активности, а также зарезервированная полоса пропускания. Результаты представляются в значениях Кбит/с. В разделе Complex приводятся результаты расчёта при использовании разработанной компанией Clarent технологии оптимального сжатия информации. В разделе Simplex представлены расчётные значения для обычного шлюза для IP-телефонии под Н.323. Ниже приводятся результаты расчётов с использованием Clarent Bandwidth Calculator проделанные автором для обычного IP-шлюза при различных сочетаниях параметров.

Зависимость пропускной способности канала WAN от типа кодека, и числа одновременных разговоров

Расчёты проводились для 30-ти канального голосового шлюза, работающего под управлением гейткипера Н.323 и включённого в телефонную сеть по цифровому тракту Е1 PRI. Пропускная способность канала WAN полностью доступна для телефонного трафика и не имеет резерва. Уровень срабатывания детектора голосовой активности – 30% от максимальной амплитуды сигнала. В сети используется процедура RAS, определяющая взаимодействие шлюзов и гейткипера. На рисунке 17 приведены результаты скорости передачи данных в канале WAN в зависимости от различного числа одновременных разговоров с использованием кодеков: G.723.1 Low, G.723.1 High, G.729а, NetCoder. Результаты расчётов произведены для случая статического нарастания числа входящих/исходящих вызовов. Следует помнить, что при передаче реального трафика в многоканальном IP-шлюзе число одновременных разговоров постоянно изменяется, что приводит к колебаниям скорости информационного потока.

рис. 17. Скорости передачи данных в канале WAN.

Анализируя графики, приведённые на рисунке 17, интересно отметить, что:

Включаем VAD…

Требования к пропускной способности межшлюзового канала сети Н.323, в зависимости от типа используемого кодека и заданного порога детектора голосовой активности, приведены на рисунке 18.

Рис. 18. Требования к пропускной способности.

Предполагаемая скорость передачи данных в IP-канале в зависимости от заданного порога детектора голосовой активности, при использовании кодека G.711, приведена на рисунке 19

Рис. 19. Предполагаемая скорость передачи данных.

Передача факсов через IP

Впервые ITU-T опубликовал протокол взаимодействия аналоговых факсимильных аппаратов в 1980 г. Факсимильные аппараты, поддерживающие его, получили название факсимильных аппаратов Группы 3. Протокол состоит из нескольких частей, которые отражают различные стадии процедуры передачи факсов. Сообщения, согласно протоколу Группы 3, передаются при помощи сформированной аналоговыми модемами модулированной несущей через обычную телефонную сеть. При этом скорость передачи образа документа может составлять 64 Кбит/с.

Процедура управления сессией описана ITU-T в спецификации Т.30, а процедура передачи образа документа в спецификации Т.4. Спецификация Т.30 разделяет процесс передачи факсимильного сообщения на пять фаз:

Фаза А – Набор номера, установление соединения

Фаза В – Взаимная идентификация факсимильных аппаратов и выбор скорости

Фаза С – Передача образа документа

Фаза D – Сверка числа страниц, завершение передачи

Фаза Е – Разрыв соединения

Согласно спецификации Т.4, передача образа документа в самой простой своей реализации, представляет собой процедуру синхронной блочной передачи файла формата TIFF-F в виде потока бит с использованием преобразования Гауфмана при помощи модемов. В конце каждого блока следует специальный символ - EOL (end of line). В конце последнего блока на странице символ EOL повторяется шесть раз.

Опыт современных компаний-операторов телефонной связи показывает, что передача факсимильных сообщений через каналы междугородней и международной связи - достаточно востребованная пользователями услуга и выгодный бизнес. Несмотря на это, трансляция факсов через сеть IP изначально не была отражена ITU-T в стандарте Н.323. Объясняется это, скорее, не забывчивостью ITU, а изначальной ориентацией стандарта на мультимедийные приложения. Лишь в 1998 г., во второй версии Н.323, спецификация Т.38 вводит понятие технологии Fax Relay, предназначенной для передачи факсимильных сообщений в режиме реального времени. В основе Fax Relay лежит имитация со стороны IP-шлюза относительно факсимильного аппарата полностью прозрачной среды передачи, с сохранением всех фаз вызова отражённых в спецификациях Группы 3.

Практическая реализация услуги FoIP присутствует во всех современных IP-шлюзах операторского уровня. Однако совместимость шлюзов различных производителей при передаче факсимильного трафика часто оказывается под вопросом. Конкретная реализация механизма Т.38 в оборудовании того или иного производителя является закрытой информацией! В отличии от VoIP, информацию о FoIP приходится собирать по крохам :(.

Особый интерес представляет информация компании CISCO Systems о реализации Т.38 Fax Relay в производимых ею шлюзах IP-телефонии. Согласно CISCO Systems, после установления соединения с IP-шлюзом и передачи информации о номере вызываемого абонента (Фаза А) происходит попытка вызывающего факсимильного аппарата соединится с вызываемым факсимильным аппаратом и установить параметры скорости соединения (Фаза В), при этом голосовые шлюзы на приёмном и передающем концах детектируют, перехватывают и транслируют в сторону соединённых с ними через телефонную сеть факсимильных аппаратов стандартные сообщения спецификации Т.30, в которых задают скорость соединения от 2,4 до 14,4 Кбит/с. Таким образом, при использовании Fax Relay отпадает необходимость кодировать и передавать через канал IP аналоговую несущую (фазы В и D), так как между шлюзами сообщения Т.30, распознанные детекторами, передаются под управлением протокола Н.245, а при передаче образа документа (Фаза С) применяется кодирование со скоростями 2,4 – 14,4 Кбит/с. Следует заметить, что процесс передачи образа документа предъявляет определённые требования к фазовым искажениям сигнала и задержкам в тракте передачи, а также задержкам при кодировании / декодировании. По этой причине, преобразование факсимильного сигнала с использованием гибридных речевых кодеков использующих технологии CELP, MP-MLQ и т.п. неэффективно. Для кодирования факсимильного сигнала наиболее подходящими будут кодеки ИКМ. Потому, среди кодеков, реализованных в современных шлюзах IP-телефонии всегда присутствуют ИКМ кодеки. Процесс передачи образа документа через пакетную сеть, как непрерывного синхронного потока данных, осуществляется с использованием протокола UDP и дополнительных технологических приёмов, среди которых:

На рисунке 20 приведены результаты расчёта скорости передачи данных в IP-канале для различного числа одновременных вызовов при использовании технологии Т.38 Fax Relay.

Рис. 20. Расчёт скорости передачи данных.

PCM Switchover

Весьма интересной выглядит сходная с Т.38 Fax Relay технология передачи данных через IP-шлюз с использованием обычных аналоговых модемов, получившая название PCM Switchover. При детектировании шлюзом сигнала несущей аналогового модема, в момент фазы передачи данных, для него со стороны шлюза создаётся полностью прозрачное IP-соединение с использованием ИКМ кодека G.711 64 Кбит/с. Пользователь, имея модем V.90 и качественное подключение к местному оператору IP-телефонии, установившему шлюз с поддержкой PCM Switchover, может получить соединение, аналогичное по скорости выделенному каналу 64 Кбит/с.

Выводы

  1. Скорость передачи данных и пропускная способность IP-канала в сети под Н.323 не могут быть определены исходя только из значений скорости кодирования используемых кодеков и числа одновременных разговоров, а зависят также от числа запросов абонентов на соединение в текущий момент времени, структуры IP-пакета, установленного порога детектора голосовой активности, способов авторизации пользователей, количества гейткиперов, работающих в сети, и многих других факторов.
  2. Обобщая приведённые выше расчёты, наиболее интересным для организации сети начинающего ITSP будет выделенный канал с пропускной способностью равной 256 Кбит/с и шлюз с одним подключением к коммутируемой телефонной сети по цифровому тракту Е1.
  3. При планировании и построении сети IP-телефонии, оператору имеет смысл заранее решить для себя, какое качество услуги будет интересно его потенциальному абоненту. Исходя из этого, можно определить инфраструктуру сети, подыскивать партнёра по терминации и оригинации трафика, а также уяснить состав оборудования, тип подключения шлюза к телефонной сети.

При этом:

  1. Для операторов, строящих сети с использованием выделенных каналов n´ 64 Кбит/с, можно рекомендовать использование в шлюзе речевых кодеков G.729a (8 Кбит/с) или G.723.1 (6,3 Кбит/с), а в отдельных случаях G.711. При передаче факсимильных сообщений целесообразно включить поддержку технологии Т.38 Fax Relay со скоростями вплоть до 14,4 Кбит/с. Абонентам, желающим пользоваться голосовыми модемами для передачи данных, при наличии в шлюзе такой возможности, имеет смысл включить поддержку сервиса PCM Switchover и ввести отдельный тарифный план.
  2. В IP-шлюзах, которые установлены в сетях, базирующихся на инфраструктуре Публичного Интернет, целесообразно применение кодеков G.723.1, G.729b, а при наличии возможности и желания, можно поэкспериментировать с кодеком NetCoder. Скорость передачи факсимильных сообщений с использованием Т.38 Fax Relay следует ограничить до 9,6 Кбит/с.
  3. Использование в голосовом шлюзе технологии VAD приводит к экономии полосы пропускания при некотором ухудшении разборчивости речи. К сожалению, сегодня не все голосовые шлюзы позволяют регулировать порог срабатывания детектора голосовой активности и в ряде устройств порог имеет фиксированное значение, выбранное, исходя из особенностей речи англоязычных пользователей, и равное 30%.
  4. Хотя технология Fax Relay Т.38 сегодня является признанным стандартом систем FoIP, шлюзы разных производителей, поддерживающие Т.38 FAX Relay, не всегда совместимы между собой. Причиной этой несовместимости, по мнению автора, является неоднозначность способов передачи образа документа, заложенная в самой рекомендации Т.38. Поэтому начинающему оператору при выборе оборудования IP-телефонии нужно заранее выяснить тип и характеристики оборудования установленного в сети предполагаемого Партнёра.

НАЗАД

ГЛАВНАЯ СТРАНИЦА

ВПЕРЕД