Некоторые аспекты технологий IP-телефонии

Вступление

Передача голосовых/факсимильных сообщений с использованием транспортных протоколов TCP/IP приобретает сегодня всё большую популярность. Рассказывать обо всех достоинствах и недостатках IP (или Интернет) — телефонии нет большого смысла по причине огромного числа публикаций на эту тему, например: "Проблемы IP-телефонии" , "IP-телефония: эволюция и проблемы внедрения" , а также www.comptek.ru/iptelephony/articles/index.html . Материалы этой статьи прежде всего рассчитаны на читателя, уже имеющего представление о технологиях VoIP, и затрагивают те особенности IP-телефонии, которые пока не были достаточно освещены.

Стартовые затраты начинающего оператора IP-телефонии, действующего на территории РФ в большинстве случаев составляют:

1. Стоимость лицензии Министерства Связи РФ на право предоставления услуг "Пакетно-речевой передачи информации" — 1%
2. Стоимость основного и вспомогательного оборудования, необходимого для организации услуг — 35%
3. Стоимость организации канала для связи с VoIP сетью компании-партнёра — 40%.
4. Подключение к городской телефонной сети — 15%
5. Вступительный взнос компании партнёру за включение в сеть — 8%

Особенности использования оборудования IP-телефонии операторского уровня были рассмотрены в материалах "Сравнение оборудования CISCO и Clarent для операторов IP-телефонии , а также "IP-телефония: эволюция и проблемы внедрения " Значительную часть стартовых капиталовложений, помимо стоимости оборудования, составляют затраты на организацию канала для обеспечения соединения шлюзов. Ниже будет неоднократно фигурировать термин "межшлюзовое соединение", под которым подразумевается как выделенный канал (Clear Channel), так и сеть Интернет. Следует однако заметить, что каналы Интернет, по своей природе, не гарантируют постоянства параметров IP-соединения. Кроме того, такие каналы часто вообще не обладают сколько-нибудь приемлемыми параметрами для передачи речевого трафика в реальном времени. Потому в условиях конкуренции на рынке телекоммуникаций оказание услуг связи с негарантированным качеством, по мнению автора, может серьезно подорвать авторитет начинающего оператора/провайдера.

Чаще всего, деятельность по предоставлению услуг IP-телефонии строится по схеме: Местный (начинающий) ITSP + иностранная компания "Партнёр". Местный оператор в большинстве случаев способен терминировать (направлять в ТфОП) входящий к нему телефонный трафик по одному или двум направлениям, чаще всего там, где он находится территориально (например, только в городские телефонные сети Петербурга и Москвы). В то же время иностранный партнёр имеет возможность распределять трафик по всему миру или обладает шлюзами к другим операторам, которые способны это осуществить. Как вы думаете, кто при этом диктует условия и является хозяином положения?!! Позволю предположить, что иностранный партнёр:). Потому при подключении шлюза или сети шлюзов в 90% случаев местному ITSP приходится быть подчинённым членом сети иностранного Партнёра. Как говорится: You are members of our network! :)

Выделенный канал — вынужденная необходимость?!

Перед началом обмена коммерческим трафиком сеть начинающего оператора IP-телефонии будет проходить тестирование для определения качества терминации телефонных вызовов и процента их успешного завершения. От результатов тестирования зависит стоимость терминации трафика через данную сеть. Успех этой процедуры определяется двумя факторами: способом организации подключения к коммутируемой Телефонной сети Общего Пользования ТфОП и качеством связующего IP-канала между шлюзами. По личному опыту замечу, что требования иностранных компаний операторов к задержке и пропускной способности сети подключающегося оператора достаточно высоки. Например, известная компания-оператор IP-телефонии ITXC высказывает следующие пожелания к качеству сети подключающегося партнёра:

1. Пропускная способность IP-канала — минимум 360 Кбит/с (при терминации трафика в ТфОП по одному тракту Е1 PRI)
2. Постоянное выделенное соединение с фиксированным IP-адресом (ну это само — собой:))
3. Round–Trip Latency — Задержка сигнала в IP-канале при его прохождении в оба конца — менее 400 мс, то есть менее 200 мс при прохождении сигнала в одном направлении.
4. Потери IP-пакетов не более 7% от общего числа в моменты пиковой загрузки канала.
5. PDD — Post Dial Delay — время завершения вызова — 10 секунд с момента набора последней цифры и получения ответного тонального сигнала от вызываемого абонента
6. Завершение вызовов должно быть сопоставимо или выше с завершением вызовов в традиционной коммутируемой телефонной сети.

Кроме вышеперечисленных, ITXC выдвигает также ряд требований, касающихся типов и конфигурации используемого оборудования, биллинговой системы, доступности сети для удалённого мониторинга.

Тем, кто хотя бы однажды запускал со своего компьютера команды PING или TRACERT , полагаю, не требуется объяснять, что обеспечить IP-канал с приведёнными характеристиками и достаточной безопасностью, используя инфраструктуру Публичного Интернет, в большинстве случаев затруднительно. Если компания дорожит своим авторитетом и собирается укреплять свои позиции на рынке IP-телефонии, то вполне обоснованным решением будет организация выделенного канала n´ 64 Кбит/с для включения в IP-сеть Партнёра.

Построение выделенного канала n´ 64 Кбит/с длительный и дорогой процесс. Затраты при этом напрямую связаны с его пропускной способностью и, отчасти, с географической протяжённостью. Тем важнее для начинающего оператора последующее эффективное использование этого канала. Эффективность использования IP-канала во многом определяется объёмом пропущенного через него трафика. Применительно к IP-телефонии можно говорить о максимально возможном числе одновременных телефонных соединений. На сегодняшний день существует большое число способов, методик и рекомендаций, касающихся расчёта пропускной способности канала в зависимости от различных факторов и характеристик используемого оборудования. Часть из них присутствует в упомянутых мной выше материалах, часть можно найти на www.iptelephony.org/frame/technology.html или на www.iLocus.com .

Кодеки — это не только ценный мех:) !

Одним из важных факторов эффективного использования пропускной способности IP-канала, является выбор оптимального алгоритма кодирования/декодирования речевой информации — кодека.

Все существующие сегодня типы речевых кодеков по принципу действия можно разделить на три группы:

1. Кодеки с Импульсно Кодовой Модуляцией (ИКМ) и Адаптивной Дифференциальной Импульсно Кодовой Модуляцией (АДИКМ), появившиеся в конце 50 –х годов и использующиеся сегодня в системах традиционной телефонии. В большинстве случаев, представляют собой сочетание АЦП/ЦАП
2. Кодеки с вокодерным преобразованием речевого сигнала возникли в системах мобильной связи для снижения требований к пропускной способности радиотракта. Эта группа кодеков использует гармонический синтез сигнала на основании информации о его вокальных составляющих – фонемах. В большинстве случаев, такие кодеки реализованы как аналоговые устройства.
3. Комбинированные (гибридные) кодеки сочетают в себе технологию вокодерного преобразования/синтеза речи, но оперируют уже с цифровым сигналом посредством специализированных DSP. Кодеки этого типа содержат в себе ИКМ или АДИКМ кодек и реализованный цифровым способом вокодер.

На рисунке 1 представлена усреднённая субъективная оценка качества кодирования речи для вышеперечисленных типов кодеков.

Рис. 1

Рассмотрим некоторые основные кодеки, используемые в шлюзах IP-телефонии операторского уровня.

G.711

Рекомендация, утверждённая МККТТ в 1984 г., описывает кодек, использующий ИКМ преобразование аналогового сигнала с точностью 8 бит, тактовой частотой 8 Кгц и простейшей компрессией амплитуды сигнала. Скорость потока данных на выходе преобразователя составляет 64 Кбит/с (8 Бит ´ 8 КГц). Для снижения шума квантования и улучшения преобразования сигналов с небольшой амплитудой, при кодировании используется нелинейное квантование по уровню (см. рис. 2) согласно специальному псевдо — логарифмическому закону A или m — Law (cie.motor.ru/Topics/127.html .)

Рис. 2

Первые ИКМ кодеки с нелинейным квантованием появились уже в 60-х гг. Кодек G.711 широко распространён в системах традиционной телефонии с коммутацией каналов. Несмотря на то, что рекомендация G.711 в стандарте Н.323 является основной и первичной, в шлюзах IP-телефонии данный кодек применяется редко из-за высоких требований к полосе пропускания и задержкам в канале передачи (всё-таки 64 Кбит/с это много). Использование G.711 в системах IP-телефонии обосновано лишь в тех случаях, когда требуется обеспечить максимальное качество кодирования речевой информации при небольшом числе одновременных разговоров. Одним из примеров применения кодека G.711 могут послужить IP-телефоны компании CISCO.

G.723.1

Рекомендация G.723.1 описывает гибридные кодеки, использующие технологию кодирования речевой информации, сокращённо называемую — MP-MLQ (Multy-Pulse — Multy Level Quantization — Множественная Импульсная, Многоуровневая Квантизация), данные кодеки можно охарактеризовать, как комбинацию АЦП/ЦАП и вокодера. Как уже упоминалось выше, своим возникновением гибридные кодеки обязаны системам мобильной связи. Применение вокодера позволяет снизить скорость передачи данных в канале, что принципиально важно для эффективного использования как радиотракта, так и IP-канала. Основной принцип работы вокодера — синтез исходного речевого сигнала посредством адаптивной замены его гармонических составляющих соответствующим набором частотных фонем и согласованными шумовыми коэффициентами. Кодек G.723 осуществляет преобразование аналогового сигнала в поток данных со скоростью 64 Кбит/с (ИКМ), а затем при помощи многополосного цифрового фильтра/вокодера выделяет частотные фонемы, анализирует их и передаёт по IP-каналу информацию только о текущем состоянии фонем в речевом сигнале. Данный алгоритм преобразования позволяет снизить скорость кодированной информации до 5,3 — 6,3 Кбит/с без видимого ухудшения качества речи. Структурная схема кодека приведена на рисунке 3. Кодек имеет две скорости и два варианта кодирования: 6,3 Кбит/с с алгоритмом MP-MLQ и 5,3 Кбит/с с алгоритмом CELP. Первый вариант предназначен для сетей с пакетной передачей голоса и обеспечивает лучшее качество кодирования по сравнению с вариантом CELP, но менее адаптирован к использованию в сетях со смешанным типом трафика (голос/данные).

Рис. 3

Процесс преобразования требует от DSP 16,4 — 16,7 MIPS (Million Instructions Per Second) и вносит задержку 37 мс. Кодек G.723.1 широко применяется в голосовых шлюзах и прочих устройствах IP-телефонии. Кодек уступает по качеству кодирования речи кодеку G.729а, но менее требователен к ресурсам процессора и пропускной способности канала.

Гибридные кодеки G.729

Семейство включает кодеки G.729, G.729 Annex А, G.729 Annex B (содержит VAD и генератор комфортного шума). Кодеки G.729 сокращенно называют CS-ACELP Conjugate Structure — Algebraic Code Excited Linear Prediction — Сопряжённая структура с управляемым алгебраическим кодом линейным предсказанием. Процесс преобразования использует 21,5 MIPS и вносит задержку 15 мс. Скорость кодированного речевого сигнала составляет 8 Кбит/с. В устройствах VoIP данный кодек занимает лидирующее положение, обеспечивая наилучшее качество кодирования речевой информации при достаточно высокой компрессии.

G.726

Рекомендация G.726 описывает технологию кодирования с использованием Адаптивной Дифференциальной Импульсно-Кодовой Модуляции (АДИКМ) со скоростями: 32 Кбит/с, 24 Kбит/с, 16 Kбит/с. Процесс преобразования не вносит существенной задержки и требует от DSP 5,5 — 6,4 MIPS. Структурная схема кодека приведена на рисунке 4.

Рис. 4

Кодек может применяться совместно с кодеком G.711 для снижения скорости кодирования последнего. Кодек предназначен для использования в системах видеоконференций.

G.728

В сводной таблице 1 представлены характеристики кодеков семейства Н.323

Таблица 1

NetCoder ТМ

Компания AudioCodes , приложившая в своё время немало усилий по созданию кодека G.723.1 специально для использования в сетях IP-телефонии, предлагает свою новую разработку — кодек NetCoder. По словам AudioCodes, кодек обладает качеством превосходящим популярные кодеки G.723.1 и G.729 и не требует значительных вычислительных ресурсов. Однако, производители голосовых шлюзов пока не торопятся поддерживать данное творение в своих продуктах. Не включен этот кодек также и в семейство кодеков стандарта Н.323. Использовать сегодня NetCoder в голосовых шлюзах можно не без риска потери совместимости с шлюзами других производителей, установленных в сети. Кодек NetCoder работает в диапазоне скоростей 4,8-9,6 Кбит/с, при формировании кадра вносит задержку 20 мс и имеет встроенный механизм оптимальной трансляции речевых пауз, основанный на технологии порогового детектирования голосовой активности VAD и автоматическую регулировку скорости передачи.

Что такое VAD?

Технология VAD (упоминалась в ) используется совместно с большим числом речевых кодеков. Попытаюсь кратко проиллюстрировать механизм VAD на простейшем примере (см. рис. 5). Входной аналоговый сигнал поступает на вход устройства сравнения, в котором измеряется его амплитуда и сравнивается с заданным пороговым значением. При превышении амплитудой входного сигнала заданного порога (красная линия на рис. 5), сигнал поступает на вход кодека и кодируется по определённому алгоритму (интервал Т 2 — Т 3). Если амплитуда входного сигнала ниже порогового значения (например в интервал Т 1 – Т 2), то в момент времени Т 1 передаётся только служебная информация (длиной в несколько бит) о начале паузы, а в момент Т 2 о её окончании. На приёмной стороне, во время паузы, для улучшения субъективного восприятия кодированной речи может передаваться комфортный шум. Ниже я ещё дополнительно рассмотрю особенности применения технологии VAD.

рис. 5

А какой кодек лучше?!

Вопрос оценки качества кодирования голоса с использованием различных кодеков возник сразу же с момента их появления. При этом речь не ведётся об измерении коэффициента нелинейных и интермодуляционных искажений и отношения сигнал/шум, как это принято для оценки тракта звуковоспроизводящей аппаратуры. Специфика использования речевого кодека позволяет оперировать такой характеристикой как Усреднённое Совокупное Мнение (MOS — Mean Opinion Score). Компания CISCO Systems приводит результаты тестирования кодеков по критерию наилучшей разборчивости речи. Оценка кодеков произведена по традиционной 5-ти бальной шкале, где наилучшему качеству звучания соответствует наибольший бал. Результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

рис. 6

Пропускная способность IP-канала

Определение необходимой пропускной способности межшлюзового канала — одна из важнейших задач оператора при построении им сети IP-телефонии. Скорость передачи данных в таком канале будет складываться из нескольких компонент. На рисунке 7 приведена общая структура взаимодействия устройств в рамках стандарта Н.323.

рис. 7

Из рисунка 7 видно, что помимо кодированных голосовых или факсимильных сообщений, управляемых Транспортным Протоколом Реального времени (RTP), в сети c использованием протоколов взаимодействия, отраженные в рекомендации Н.225, передаётся информация о состоянии телефонной сигнализации Q.931 и информация о состоянии шлюза RAS (Registration Admission Status).

На рисунке 8 приведена иерархическая структура, отражающая взаимодействие протоколов верхнего уровня TCP и UDP и компонент Н.323 (выделены красным) с протоколом межсетевого взаимодействия — IP.

Рис. 8

Основные фазы межшлюзового взаимодействия под управлением гейткипера Н.323 для телефонного вызова, поступившего из телефонной сети на вход шлюза "А", с вызовом, направленным на абонента, подключенного к шлюзу "Б", приведены на рисунке 9.

Рис. 9

Сложность реализации иерархической многопротокольной структуры H.323 побудила некоторых производителей поддерживать и развивать одновременно с Н.323 альтернативные протоколы взаимодействия IP-шлюзов. Это, к примеру, Nuera, Komode, Mediatrix и Ericsson с протоколом SIP (Session Initial Protocol), CISCO Systems с протоколами MGCP (Media Gateway Control Protocol) и SGCP (Simple Gateway Control Protocol), а так же некоторые другие. Несмотря на определённые преимущества альтернативных протоколов, набор рекомендаций Н.323 продолжает оставаться стандартом де-факто, потому претерпевает модернизации и дополнения, выражающиеся в различных версиях и фазах разработки.

Влияние задержек в сети IP/H.323

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 10 представлена схема сети VoIP и возникающие при этом задержки.

рис. 10

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 11).

рис. 11

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 12 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. 12

Анализируя графики, приведённые на рисунке 12, интересно отметить, что:

• При статическом увеличении числа соединений прирост скорости передачи данных через межшлюзовый канал имеет линейный характер
• кодек NetCoder, работающий на скорости 4,8 Кбит/с требует от канала большей пропускной способности чем кодек G.723.1 (5,3 — 6,3 Кбит/с). По мнению автора, это может быть вызвано тем, что кодек NetCoder не включён в число кодеков стандарта Н.323, потому при использовании голосового шлюза с NetCoder в сети Н.323 возникает необходимость непрерывной передачи дополнительной информации, идентифицирующей данный шлюз как устройство с нестандартным протоколом.
• Кодеки NetCoder, работающие со скоростью 8 Кбит/с и G.729 Annex A, абсолютно идентичны в своих скоростных характеристиках, что позволяет сделать предположение о схожести их алгоритмов кодирования. И хотя разработчик кодека NetCoder компания Audio Codes не приводит информации о его структуре, можно с определённой уверенностью предположить, что NetCoder — разновидность CELP возможно даже взаимно совместимая с G.729.

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 13.

Рис. 13

Предполагаемая скорость передачи данных в IP-канале в зависимости от заданного порога детектора голосовой активности, при использовании кодека G.711, приведена на рисунке 14

Рис. 14

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:(.

Представление о технологии Fax Relay Т.38, можно составить по ряду публикаций (www.vocal.com/data_sheets/t38.html , www.pluscom.ru/general/library/VoIP/index.html), включая также издания ITU-T предназначенные для свободного распространения. 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:

• Избыточное кодирование и коды с коррекцией ошибки.
• Повторная трансляция потерянных или испорченных блоков информации и пакетов.
• Буферизация принимаемых данных

На рисунке 15 приведены результаты расчёта скорости передачи данных в IP-канале для различного числа одновременных вызовов при использовании технологии Т.38 Fax Relay.

Рис. 15

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.

Еще не так давно сети с коммутацией каналов(телефонные сети) и сети с коммутацией пакетов (IP-сети передачи данных) существовали практически независимо друг от друга и использовались для различных целей. Телефонные сети использовались для передачи голосовой информации, а IP-сети — для передачи данных. Определенной вехой в истории телекоммуникаций и Интернета является IP-телефония, позволившая передавать «голос» поверх получивших уже значительное распространение IP-сетей. IP-телефония дала возможность общения не только пользователям Интернета. С помощью специальных устройств — шлюзов (gateway) она также объединила телефонные сети и сети передачи данных.

Пять причин использовать IP-телефонию

С помощью IP-телефонии вы сможете:

1. Сократить расходы на междугородные и международные переговоры. Один из наиболее распространенных вариантов использования IP-телефонии.Связь через IP получается дешевле по ряду причин. Во-первых, в IP-телефонии используются широко распространенные (и дешевые) сети с коммутацией пакетов, (в отличие от более дорогостоящих сетей с коммутацией каналов, применяемых в традиционной телефонии). Во-вторых, благодаря использованию голосовых кодеков (вокодеров, voice coders) достигается существенное сжатие речевой информации. Так, при передаче голосового потока в системах цифровой телефонии требуется канал 64 кБит/с (ISDN). В системах IP-телефонии, при использовании наиболее популярных на сегодняшний день кодеков, требуется гораздо меньшая пропускная способность (6-13 кБит/с).

Можно выделить два наиболее популярных варианта подключения к провайдерам междугородной и международной телефонии:

Через ТФОП (Телефонная сеть Общего Пользования) — при подключении пользователь набирает «городской» номер сервера IP-телефонии провайдера, проходит аутентификацию (по pin-коду) и набирает нужный ему номер. Чтобы пользоваться IP-телефонией по этой схеме, достаточно иметь обычный городской номер.

С помощью специальных «шлюзов» — в этом случае пользователь приобретает специальное устройство — шлюз IP-телефонии, с помощью которого получает возможность совершать звонки без использования ТФОП (через интернет-канал, предоставляемый провайдером). В место шлюзов также можно применять программные (в том числе и бесплатные) и аппаратные IP-телефоны.

2. Построить корпоративную телефонную сеть. В данном случае для ведения телефонных разговоров в рамках предприятия используется внутренняя IP-сеть. Однако в минимальном варианте такие системы используются достаточно редко и как правило, корпоративные системы IP-телефонии также решают следующие задачи:

обеспечение «мобильности» внутренних пользователей;

организация связи между географически отдаленными филиалами;

объединение телефонной емкости филиалов в единый номерной план;

организация аудио- и видеоконференций;

построение центров обработки вызовов (call-центров).

Данное направление систем IP-телефонии очень хорошо развито производителями оборудования. Наиболее известными поставщиками являются такие компании как, Avaya, Nortel Networks.

3. Получить дополнительные возможности, не свойственные обычным телефонным сетям :сlick2Dial — возможность совершить звонок (например, менеджеру продаж или в службу тех. поддержки) прямо с веб-сайта компании, голосовые авто-информаторы на основе IVR (Interactive Voice Response), аудио- и видео конференций, голосовую почту и историю пропущенных звонков через web, определение присутствия абонента в сети и т. д.

4. Обеспечить «дешевую связь» в пределах зон Wi-Fi. Пользователь, находящийся в пределах беспроводной точки доступа 802.11 может применять VOIP (вместо сотовой связи).

5. Организовать сеансы аудиосвязи или связи типа точка-точка через Интернет. Используя стандартное оборудование IP-телефонии, можно организовать сеанс связи между пользователями Интернет (например, c использованием Microsoft NetMeeting) или соединить несколько географически отдаленных филиалов.

Протоколы IP-телефонии

На данный момент существует несколько стандартизованных протоколов, на базе которых строятся системы IP-телефонии. Рассмотрим некоторые из них более подробно.

Протокол H.323

Автором данного стандарта является организация ITU-T (International Telecommunication Union). Существует несколько версий стандарта H323. Первая была выпущена в 1996 году. Последующие являются эволюционным развитием (большая гибкость, масштабируемость и надежность). Последняя на данный момент версия 4 появилась в 2000 году. На данный момент протокол H.323 является стандартом де-факто для междугородной и международной телефонии. Если вы захотите воспользоваться предложением одного из транснациональных операторов IP-телефонии, то придется обратить внимание именно на H.323. Стандарт определяет базовую архитектуру сети передачи мультимедиа данных:

К числу объектов стандарта H.323 относятся:

Терминал (Terminal).

Шлюз (Gataway).

Устройство управления конференциями (Multipoint Control Unit — MCU).

Привратник (GateKeeper).

Терминал

Конечное H.323-устройство пользователя. Может быть как программным (приложение на компьютере), так и аппаратным (телефонный аппарат). Терминалам могут назначаться один или несколько псевдонимов (номера телефонов, названия).

Шлюз

Устройство, предназначенное для сопряжения разнородных сетей. Так, рекомендации ITU-T содержат информацию посопряжению H.323-устройств с устройствами сетей ISDN, ATM и ТФОП.

Привратник

Основной управляющий элемент сети H.323, координирующий и контролирующий работу всех ее устройств. К его задачам относятся:

разрешение имен;

управление пропускной способностью, используемой H.323-устройствами.

Как правило, сеть H.323 разбивается на «зоны», в каждой из которых присутствует привратник, управляющий вверенными ему устройствами. Для обеспечения большей надежности одну «зону» могут обслуживать несколько привратников, тогда один из них называется «главным», а остальные — «альтернативными». Помимо управления и централизованного разрешения имен абонентов, привратники также могут предоставлять дополнительные возможности, например, выполнять функции прокси-сервера для сигнальных и медиаданных.

MCU

Предназначено для организации конференций с числом участников более 3. Оно координирует передачу управляющей (и опционально мультимедийной) информации между участниками конференций.

Протокол SIP

SIP — Session Initiation Protocol (протокол управления сессиями) — используется для создания, изменения и разрыва «сессий» между одним или несколькими участниками. Понятие «сессии» в протоколе SIP достаточно широкое. Под «сессией» могут подразумеваться не только телефонные звонки, но и передача данных, конференции, децентрализованные игры и т. д.

SIP регламентирует только процедуру установки соединения между устройствами, поэтому обычно наряду с SIP используется протокол передачи информации. В случае IP-телефонии в качестве таких протоколов выступают RTP и SDP.

Разработкой протокола SIP занимался комитет MMUSIC организации IETF, поэтому в отличие от протокола H.323 (разработанного телефонистами из ITU-T) протокол SIP является более интернет-ориентированным и предназначен для предоставления несколько других (по сравнению с H.323) услуг.

Ключевые возможности протокола SIP:

Мультимедийность.

Персональная мобильность пользователей. Пользователи могут перемещаться без ограничений в пределах сети, поэтому услуги связи должны предоставляться им в любом месте этой сети. Пользователю присваивается уникальный идентификатор, а сеть предоставляет ему услуги связи вне зависимости от того, где он находится.

Масштабируемость сети. Она характеризуется в первую очередь возможностью увеличения количества элементов сети при её расширении. Серверная структура сети, построенной на базе протокола SIP, в полной мере отвечает этому требованию.

Открытость и простота. По убеждению авторов и специалистов, SIP позволит наполнить решения и продукты новыми сервисами и возможностями. Что касается простоты, то достаточно сказать, что все используемые в SIP сообщения имеют текстовый формат и поддерживают вложение любых типов данных. Поэтому голосовое соединение может сопровождаться обменом данными между приложениями. Так, разговор по протоколу SIP свободно дополняется передачей данных от одного абонента другому, например, электронной визитки, цифровых фотографий или даже файла MP3.

Клиент-серверная архитектура.

Возможность реакции на события. Так, клиент может «подписаться» на определенное событие (например, обновление статуса пользователя), и как только оно наступит, сервер вышлет соответствующее обновление.

Протокол SIP во многом схож с широко используемым протоколом HTTP, который также можно считать сигнальным (клиенты запрашивают у сервера нужные им документы). При установке соединения параметры сессии описываются в соответствии с SDP и вместе с заголовками протокола SIP передаются клиенту. Коды ответов протокола SIP также очень похожи на стандартные коды протокола HTTP. В случае удачного ответа клиенту посылается код 200, адрес не найден (404),ошибка авторизации (403) и др.

Клиенты SIP-сети идентифицируются по универсальным идентификаторам SIP-URI, внешне похожим на адреса электронной почты:sip:[email protected]. Таким образом, имя клиента SIP состоит из персональной части (до знака @), идентифицирующей пользователя, и доменной части (после @), определяющей, например, организацию. В качестве доменной части возможно использование DNS-имени.

Протокол SIP выделяет следующие типы объектов сети:

• Серверы регистрации.

  Серверы перенаправления.

  Прокси-серверы.

Агенты

Под агентами подразумеваются конечные устройства пользователя (телефоны, программные телефоны, мобильные телефоны, наладонные компьютеры, шлюзы в ТФОП, системы голосовых меню и т. д.)

В составе агентов выделяются две логические составляющие:

агент-клиент (UAC — user agent client) — посылает запросы и получает ответы;

агент-сервер (UAS — user agent server) — принимает запросы и посылает ответы.

Ввиду того, что большинству устройств необходимо как передавать, так и принимать данные, в реальных устройствах присутствует как UAC, так и UAS.

Прокси-серверы

Являются неотъемлемой частью SIP-сети, отвечают за маршрутизацию сообщений, а также аутентификацию и авторизацию пользователей. В стандарте определяется два типа SIP-прокси-серверов:

Без учета состояния (stateless). Такие серверы не отслеживают состояния SIP-сессий и передают сообщения, используя внутренние правила маршрутизации. Их основное применение — распределение нагрузки и маршрутизация. Open Source-примером stateless SIP-прокси-сервера является SER (SIP Express Router).

С учетом состояния (stateful). Отслеживают состояние каждой SIP-сессии от момента ее создания до завершения. Могут использоваться для более интеллектуальной маршрутизации (перенаправление вызовов, голосовая почта, дополнительная обработка вызовов и т. д.), могут самостоятельно повторно пересылать пакеты (в случае если они были потеряны при передаче). Платой за дополнительные возможности является более сложная реализация и большие требования в вычислительной мощности сервера (из-за необходимости хранить информацию о каждой SIP-сессии). Наиболее популярным Open Source stateful прокси-сервером, работающим по протоколу SIP, является Asterisk — The Open Source Linux PBX.

Если пользователь[email protected]захочет позвонить пользователю[email protected], то он передаст запрос INVITE B1 своему прокси-серверу, который перенаправит вызов прокси-серверу b.comабонента B1.

Сервер регистрации (REGISTRAR)

Перед работой в сети каждое устройство должно зарегистрироваться с помощью специального сообщения REGISTER. При этом клиент сообщает серверу свое имя в формате: IP-адрес, номер порта, SIP-URI и пароль доступа. В случае успешной регистрации информация о клиенте заносится в специальную базу данных (используется в дальнейшем для нахождения клиента) и клиенту высылается сообщение: «200 OK». С определенной периодичностью этот процесс повторяется, таким образом обеспечивается «актуальность» данных о клиентах. Как правило, серверы REGISTRAR совмещаются с прокси-серверами. PBX в этом отношении не является исключением и может выполнять как функции прокси-сервера, так и сервера регистрации.

SCCP (Skinny Client Control Protocol)

Данный протокол является корпоративным. Он разработан компанией для организации работы IP-телефонов под управлением ПО , являющегося в том числе и шлюзом в сети H.323. Идея подхода, лежащего в основе разработки протокола SCCP, заключалась в переносе логики обработки H.323 соединений из конечных устройств в ПО . Таким образом, существенно упрощалась (и удешевлялась) реализация конечного устройства клиента.

Как оценить качество систем IP-телефонии

Существуют различные методики оценки качества систем IP-телефонии. Наиболее известные из них MOS (Mean Opinion Score или «усредненная субъективная оценка экспертов»), представляющая собой численную оценку, характеризующую «качество» сети телефонии. Идея MOS очень проста: специально сформированной группе людей предоставляют возможность воспользоваться системой связи и просят поставить оценку от 1 (ужасно) до 5 (отлично). Усредненные данные такого исследования и называются MOS. Кроме того, для оценки качества речи также существуют и объективные методы, например, рекомендация ITU-T G.113 (измерение качества речи системы телефонии на основе искажений, вносимых каждым ее элементом), PSQM (оценка качества работы вокодеров), PESQ (развитие PSQM для оценки сетей телефонии). Не вдаваясь в детали методов оценки качества, давайте лучше рассмотрим основные параметры, оказывающие на него непосредственное влияние:

используемый кодек;

наличие/отсутствие «эха»;

параметры каналов связи.

Все используемые на данный момент в IP-телефонии кодеки обеспечивают «сжатие с потерями». В зависимости от используемых алгоритмов эти «потери» могут быть по-разному различимы «на слух»именно в этом аспекте рассматривается влияние кодеков на качество речи.

При ведении разговоров на больших расстояниях начинает проявляться эффект «эха». Существуют различные алгоритмы, призванные с этим бороться (G.165, G.168, G.168 2000, и др.), и в подавляющем большинстве устройств какой-нибудь из них обязательно должен присутствовать.

Приведу три основных параметра канала связи, оказывающих воздействие на качество систем телефонии:

Задержка (latency). При передаче голоса или видео существуют определенные требования к максимально допустимой задержке. Различные исследования показывают, что для ведения нормального диалога необходимо, чтобы «двойная задержка» при передаче голоса не превышала 250-300 мс (бюджет задержки). При превышении этого порога участники начинают испытывать дискомфорт и стремятся закончить разговор. Таким образом, для ведения комфортного разговора односторонняя задержка не должна превышать 150 мс (задержка канала + алгоритмическая задержка кодека), что совпадает с рекомендацией ITU-T G.114. Для уменьшения задержки, вносимой сетью, необходимо использовать QoS (Quality of Service)

Джиттер (jitter). Ethernet является сетью с коммутацией пакетов. В общем случае это означает, что пакеты могут быть получены клиентом не в том порядке, в каком они были ему отправлены (для доставки пакетов могли использоваться различные маршруты). Что в таком случае делать декодеру? Для решения таких проблем используются специальные «jitter buffers» (сглаживающий буфер). Задачей этих буферов является предварительное накопление пакетов перед их дальнейшей передачей декодеру. Очевидно, что буфер дрожания также вносит некоторую задержку в процесс передачи голоса, поэтому желательным является использование такого размера буфера дрожания, которое, с одной стороны, обеспечивает приемлемое качество речи, а с другой — минимизирует общее значение бюджета двусторонней задержки до значения 300 мс.

Потеря пакетов. Как известно, в сетях Ethernet допускается потеря пакетов. Влияние потери пакетов на качество речи определяется размером пакета, а также используемым алгоритмом сжатия речи. Речевая информация в большей степени устойчива к пропаже одиночных пакетов, нежели целых серий. В любом случае, согласно рекомендации ITU-T, для нормальной работы систем IP-телефонии допускается потеря не более 1% пакетов, в противном случае ухудшение качества речи будет заметно. Для улучшения качества в условиях загруженных сетей можно использовать QoS либо, если пакеты теряются из-за природы самой сети (например, беспроводная сеть), то для улучшения качества можно использовать более помехоустойчивый кодек или уменьшать размер кодируемого кадра.

Кодеки IP-телефонии

За все время существования данного направления было разработано большое количество кодеков, используемых для передачи аудио- и видео информации в системах IP-телефонии. Наиболее популярными (по количеству пользователей и поддержки в конечных устройствах) в настоящее время являются:

G711 — стандартизованный ITU-T кодек, используемый в устройствах ISDN. Требуемая пропускная способность — 64 кбит/сек. Существуют две разновидности кодека a-law и u-law, отличающиеся алгоритмами кодирования. Кодек поддерживается практически всеми устройствами IP-телефонии.

G729 — стандартизованный ITU-T кодек, предназначенный для передачи речи с «хорошим качеством» при использовании небольшой пропускной способности (8 кбит/сек). Существуют две популярные (и несовместимые между собой) версии данного стандарта: Annex A (более «простая» схема кодирования) и Annex B (с использованием алгоритмов сжатия пауз). По субъективным оценкам, данный кодек обладает качеством лучшим, чем у G.723, но худшим, чем G711. Поддерживается практически всеми производителями оборудования. При коммерческом использовании требуется лицензия.

G723.1 — кодек, стандартизованный ITU-T. Отличительной особенностью является возможность работы при очень низком потоке (5.3, 6.3 кбит/сек). По субъективными оценкам, обладает самым плохим качеством (среди рассматриваемых кодеков) речи. Поддерживается значительной частью устройств IP-телефонии. При коммерческом использовании требуется лицензия.

GSM (RPE-LTP) — голосовой кодек, разработанный для использования в системах сотовой связи стандарта GSM. При кодировании кадра используется информация предыдущего кадра, кодирование осуществляется блоками по 20 мс со скоростью 13 кбит/с. Поддерживается производителями оборудования, в основном в шлюзах между сотовыми и VoIP-сетями.

iLBC (Internet low bitrate codec) — открытый (не требуются лицензионные отчисления) голосовой кодек. Предназначен для кодирования с потоком 13.33 кбит/сек (при размере кадра 30 мс) и 15.20 кбит/сек (при размере кадра 20 мс). По субъективным оценкам экспертов, качество речи данного кодека превышает G.729A. Кроме того, кодек более устойчив (по сравнению с g729) к потере кадров, что позволяет эффективно использовать его при организации сеансов связи через сеть Интернет. Примером этому является популярная сеть IP-телефонии — Skype. Поддерживается ограниченным числом производителей оборудования.

Сравнительные характеристики кодеков приводятся в таблице:

Таблица. Основные параметры кодеков IP-телефонии

Таким образом, по показателю качества кодеки можнорасположить следующим образом (в порядке ухудшения качества): G711,iLBC, G729, gsm, G723. По используемой пропускной способности (в порядке увеличения:) G723, iLBC, G729, GSM, G711.

Интерфейсы телефонии

Наиболее часто используемым оборудованием вIP-телефонии являются шлюзы. Как было сказано выше, задачей шлюза является сопряжение «обычных» телефонных сетей с IP. И если с одной стороны этого шлюза всегда будет IP, то количество интерфейсов с другой стороны запросто может поставить в тупик неподготовленного человека. Попробуем развеять эту неопределенность и рассмотрим наиболее известные»телефонные» интерфейсы:

FXS (Foreign eXchange Subscriber) — аналоговый интерфейс телефонных станций. К голосовым шлюзам с таким интерфейсом могут подключаться обычные телефонные аппараты, факсы и другие абонентские устройства. Фактически, интерфейс FXS это то, что приходит к нам по телефонному кабелю от городской или мини-АТС. В задачу устройств, реализующих этот интерфейс, входят: генерация сигнала готовности АТС (гудок в линии), сигналов вызова абонента и т. д.

FXO (Foreign eXchange Office) — аналоговый интерфейс абонентских устройств телефонных станций. Устройства с таким интерфейсом подключаются к интерфейсу FXS. Так те же самые факсовые аппараты, телефоны, модемы реализуют интерфейс FXO. Существует такое простое правило — если есть провод, соединяющий два аналоговых устройства телефонии, то с одной стороны этого провода должен быть FXS (АТС), а с другой — FXO (телефон). Таким образом, шлюзы с интерфейсом FXO подключаются вместо телефона. С их помощью можно организовать связь с ТФОП или предоставить доступ к IP-телефонии, используя «внутренние» (более дешевые) линии мини-АТС. Так как шлюзы FXO фактически «эмулирует телефон», зачастую для них бывает необходима настройка «отбоя». Для того чтобы шлюз «клал трубку», нужно научить его понимать сигнал «занято» той мини-АТС, к которой он подключен.

E1 — цифровой интерфейс, используемый для создания высокоскоростных магистралей. В цифровом потоке E1 имеется 32 канала (2 из них служебные) по 64 кБит. Таким образом, используя 1 поток E1, возможно организовать до 30 одновременных телефонных разговоров. В IP-телефонии такие интерфейсы часто используются для организации связи с ТФОП или для организации связи между АТС. В каналах E1 может использоваться различная сигнализация (CAS, SS7, R2, R1.5, Q.931), и при подключении устройств по E1 это необходимо учитывать.

Заключение

Итак, после того как мы получили представление обоснованных протоколах и кодеках, используемых в IP-телефонии, можно приступить к практической части — рассмотрению конкретных программ и устройств, реализующих эти протоколы.

МИХАИЛ ПЛАТОВ

Интернет позволяет нам просматривать содержимое web-сайтов, обмениваться короткими сообщениями, общаться в социальных сетях, просматривать видеоролики и работать с электронной почтой. Но мало кто знает, что этим функциональность сети не ограничивается – в интернете работает и IP-телефония, предоставляющая возможность совершать голосовые вызовы по копеечным расценкам. Как работает этот вид телефонии и для чего он нужен? В данном материале мы рассмотрим:

• Основные протоколы IP-телефонии;
• Принципы работы IP-телефонии;
• Принципы тарификации и многое другое.

В заключение мы дадим подробную инструкцию по подключению к интернет-телефонии.

Что такое IP-телефония

IP-телефония является одним из самых молодых видов связи. Фактически, она появилась в 1999-ом году, когда был разработан и утвержден Session Initiation Protocol или SIP-протокол. Ему предшествовал менее совершенный, но от этого не менее функциональный протокол H.323. Он используется и по сей день, но все реже и реже.

Протокол H.323 достаточно сложный, он не экономит трафик и характеризуется недостаточной поддержкой мобильности пользователей. Что касается протокола SIP, то он более гибкий и простой. Он позволяет экономить трафик, на его основе могут работать самые разные приложения и устройства. Пользователи в сетях, использующих SIP-протокол, могут беспрепятственно перемещаться по всей планете с сохранением своего SIP-ID – для этого в структуре SIP-сетей предусмотрены серверы определения местоположений. SIP-протокол позволяет:

• Совершать голосовые вызовы;
• Соединять абонентов посредством видеосвязи;
• Обеспечивать передачу файлов и прочей мультимедийной информации;
• Обмениваться текстовыми сообщениями;
• Играть в онлайн-игры.

Для связи абонентов используется сеть интернет , а для звонков на мобильные и стационарные телефоны по всему миру задействуются специальные шлюзы. Существует еще один протокол VOIP-телефонии – это протокол IAX2, разработанный для работы с IP-АТС Asterisk. Он не такой открытый, как SIP-протокол, зато позволяет существенно экономить интернет-трафик. Кроме того, протокол IAX2 обеспечивает более чистую и надежную связь, так как передача данных ведется через один порт, а не через несколько, как в SIP.

В число недостатков входят трудность расширения протокола и отсутствие стойкости к хакерским атакам в старых версиях.

Подавляющее большинство операторов IP-телефонии предоставляет свои услуги посредством протокола SIP, так как он отличается своей доступностью и простотой организации связи. Протокол IAX2 чаще применяется в учрежденческих IP-АТС.

Как работает IP-телефония

Рядовым пользователям вовсе не нужно разбираться в премудростях используемых протоколов. Им больше важны чистота телефонной связи, наличие дополнительных сервисных услуг и низкие тарифы на внутрироссийские и международные вызовы. Как работает этот вид телефонии и почему здесь используется сеть интернет?

VOIP-телефония для чайников – это объяснение на пальцах. Поэтому мы рассмотрим, как происходит соединение между двумя VOIP-телефонами максимально упрощенно и доступно. В состоянии покоя оба телефона подключены к интернету и соединены с серверами выбранного оператора. Как только абонент наберет внутренний номер другого абонента, серверы найдут его местоположение и отправят ему сигнал вызова. Как только вызываемый абонент примет звонок, между абонентами установится связь. Вызовы идут через интернет, линии традиционной телефонии здесь не задействуются. Поэтому тарификация внутрисетевых вызовов отсутствует – абоненты оплачивают лишь затрачиваемый трафик (своему провайдеру) , который в большинстве случаев бесплатный.

Совершать вызовы через VOIP-телефонию можно в следующих направлениях:

• Между абонентами одной сети, с использованием SIP-ID;
• Между абонентам разных сетей, с использованием SIP URI (этот идентификатор похож на адрес электронной почты);
• C VOIP-телефонов на мобильные и стационарные телефоны по всему миру;
• С мобильных и стационарных телефонов на VOIP-номера.

В последних двух случаях звонки осуществляются через специальные шлюзы, расположенные в тех или иных городах и странах. Тем самым достигается существенная экономия денежных средств, так как большей частью вызовы идут через каналы сети интернет, не затрагивая традиционную телефонию, для которой важно расстояние до вызываемого абонента.

Также у абонентов IP-телефонии имеется возможность подключать к своему аккаунту прямые и виртуальные номера, принадлежащие различным городам и странам – с их помощью удобно принимать входящие вызовы. Кстати, абоненты IP-телефонии могут находиться в любой точке мира – используемый протокол обеспечивает им высочайший уровень мобильности.

Установив программный телефон на свой компьютер, можно отправиться с ним в Бразилию, в США, в Европу, в Китай или в любую другую страну. Везде, где есть доступ в интернет, абонент сможет оставаться на связи . При этом тарификация для него и для других абонентов не изменится ни на одну копейку.

Внутрисетевые вызовы всегда остаются бесплатными. Местонахождение абонентов не имеет никакого значения – они могут находится как в соседних кабинетах, так и на разных концах планеты. Если абоненты пользуются прямыми номерами, то их местоположение по-прежнему не имеет никакого значения – можно принимать вызовы на свой личный московский номер, находясь где-нибудь в Аризоне. Это и называется мобильностью абонентов.

Отсутствие привязки к традиционным телефонным линиям делает связь более дешевой и более функциональной. А сервера провайдеров готовы соединить абонентов, находящихся где угодно.

Сколько стоит IP-телефония

Мы уже знаем, что такое VOIP-телефония – это интересная возможность совершения вызовов через интернет, с экономией собственных денежных средств. Традиционный городской телефон не может похвастаться приемлемой тарификацией звонков, в то время как VOIP-телефония открывает широкие возможности для общения со всем миром.

Одним из ее достоинств являются бесплатные вызовы внутри сети. То есть, два абонента, зарегистрированные у одного провайдера, могут общаться совершенно бесплатно , задействуя для этого программные или аппаратные VOIP-телефоны. Порадуют абонентов и недорогие вызовы по всему миру.

Как работает традиционная телефония? Чем дальше находится вызываемый абонент, тем дороже минута связи. В сети интернет отсутствует географическая привязка, следовательно, передача трафика в любых направлениях осуществляется без ограничений и без дополнительной оплаты за то или иное направление. Здесь же выполняется и передача голосового трафика.

Поэтому и тарифы на связь получаются более низкими. Тарифы на IP-телефонию иногда поражают своими низкими ценами по тем или иным направлениям. Например, звонки в Казахстан и в Соединенные Штаты чаще всего стоят дешевле, чем звонки по России – это касается вызовов на мобильные и стационарные номера. При этом абонентская плата за услуги в большинстве случаев отсутствует – тут нет оплаты за линию, так как абоненты уже платят за доступ в интернет.

Тарификация в VOIP-сетях такова:

• Внутри сети провайдера – совершенно бесплатно;
• Все входящие вызовы – бесплатно (в большинстве случаев);
• Звонки на стационарные и мобильные телефоны – в зависимости от направления, от 40 коп./мин.

Также, предусмотрена возможность принятия вызовов на прямые номера, приобретаемые и оплачиваемые отдельно (по желанию) – за них взимается ежемесячная абонентская плата . Принадлежность прямых номеров тем или иным городам выбирается абонентами самостоятельно. Например, ничто не мешает купить прямой номер в Москве, Санкт-Петербурге, Краснодаре или в других странах.

Для принятия звонков без прямых номеров предусмотрены виртуальные номера с дополнительными цифрами. Дозвон на них осуществляется так – сначала абонент звонит на специальный номер провайдера (они есть во многих городах), а после установления вызова набирает дополнительный номер SIP-абонента. Например, +7-495-1234567, после гудка 123456. Входящий звонок для вызываемого абонента будет бесплатным (в большинстве случаев).

Что нужно чтобы подключить IP-телефонию

Отвечая на вопросы по IP-телефонии для чайников, мы поведаем, как подключиться к данному виду телефонии на примере провайдера Zadarma . Подключение производится в несколько шагов:

• Регистрация аккаунта на сайте провайдера;
• Пополнение счета на своем аккаунте (необходимо для звонков на стационарные и мобильные телефоны);
• Настройка программного или аппаратного VOIP-телефона;
• Совершение пробных звонков.

В своем личном кабинете на сайте провайдера вы получите информацию о настройках программ и сможете ознакомиться со своими добавочными номерами – раздайте их своим друзьям, близким или коллегам, чтобы они смогли позвонить на ваш IP-телефон.

Междугородние и международные звонки по "традиционным" телефонным линиям настоящая роскошь для большинства жителей нашей страны. Высокая цена и низкое качество связи заставляют все больше пользователей отказываться от общения с родными и близкими из других регионов. Более того, незащищенность телефонной линии делает ее легкой мишенью для злоумышленников - при должном умении подключиться к ней и разговаривать за ваш счет может каждый.

Если и вы не хотите подвергнуть себя риску быть ограбленным, но все-таки не можете отказаться от "международного общения", стоит задуматься о подключении IP-телефонии. Что такое интернет-звонки, каковы преимущества системы и как настроить подключение - постараемся разобраться.

Цифровые звонки

IP-телефония - сочетание старых привычек и современных технологий. Это набор коммуникационных протоколов и методов, обеспечивающих традиционный набор номера и двустороннее общение посредством сети Интернет и любых других IP-сетей.

В отличие от обычных, стационарных телефонов, в которых голос собеседника передается аналоговым сигналом, в IP-телефонии происходит шифрование звука в двоичном коде и его сжатие. Это улучшает качество связи и снижает нагрузку на сеть. Другими преимуществами звонков по IP-телефонии являются:

1. Низкая стоимость международных и междугородних вызовов.
2. Независимость от телефонных линий связи.
3. Совершение звонков в любом месте.

В качестве последнего преимущества следует выделить возможность блокирования нежелательных входящих вызовов за ваш счет методом отключения "восьмерки". Пользоваться IP-телефонией выгодно и удобно, но, как и ко всему новому, к ней надо привыкнуть.

Виды IP-телефонии

Интернет-звонки можно осуществлять с обычного стационарного телефона, со специального IP-оборудования и даже с компьютера.

Согласно типу устройства, через которое осуществляется связь, и существует деление IP-телефонии для дома на виды:

1. "Компьютер-компьютер" . Для связи абонентам необходим ПК с установленным программным обеспечением и подключение к сети Интернет. Звонок в таком случае похож на общение в Skype. Этот вид подключения является наименее распространенным.
2. Связь через карту. Для совершения звонка вам необходим обычный стационарный телефон с тональным набором номера и карточка доступа от провайдера. Чтобы связаться со знакомым, вы сначала звоните на номер оператора, в тональном режиме вводите свой идентификатор и PIN-код, а после - номер вызываемого абонента.
3. Общение через IP-телефон. Специальный IP-телефон уже настроен на общение. Все, что вам необходимо, это подключение к сети Интернет. При совершении звонка телефон автоматически связывает вас с провайдером, подключает к прокси-серверу и вызывает абонента.

У многих наверняка возник вопрос: что такое IP-телефон? Он представляет собой обычный аппарат с трубкой и клавиатурой, работает независимо от компьютера и может принять вызов в любой момент времени.

Зарубежные операторы в России

Выбор провайдера становится первым шагом на пути к общению через IP-телефонию. От сделанного выбора будет зависеть стоимость звонков, поэтому подбирайте обслуживающую компанию, обдумывая все за и против. Наиболее крупными представителями IP-телефонии в нашей стране являются Sipnet и Comtube.

Sipnet - одна из первых зарубежных компаний, оформивших свое представительство в России. Ее услуги идеально подходят для совершения звонков внутри сети, то есть для общения с внутригородскими номерами - вызовы совершенно бесплатны. Для других направлений тарифы на IP-телефонию следующие:

• международные звонки - от 1,5 до 6 руб/мин;
• междугороднее сообщение - до 1 руб/мин.

Отзывы об операторе положительные. Некоторых смущает которая проводится на английском языке.

Comtube - один из наиболее молодых и перспективных провайдеров. Он предоставляет своим клиентам два набора услуг - "Стартовый" и "Премиум". Первый комплект предоставит клиентам базовые возможности, а второй, помимо всего прочего, - целый ряд дополнительных услуг. Стоимость звонков зависит от условий составления договора.

Дать достоверные отзывы об этом операторе невозможно - слишком мало пользователей знакомо с ним. Некоторые рады качеству связи и довольно широкому набору опций в пакете «Стартовый», другие сетуют, что все обслуживании зациклено на VIP-персонах.

Отечественные провайдеры

"Зебра Телеком" - один из наиболее перспективных провайдеров России. Предоставляет клиентам возможность звонить как с помощью карты доступа, так и через ПК и IP-телефон. Звонки с "Зебры" на "Зебру" абсолютно бесплатны. Междугородние вызовы стоят от 50 коп/мин, международные - от 1,5 рубля - все зависит от страны абонента.

Среди положительных качеств стоит отметить русскоязычную локализацию программного обеспечения. Согласно отзывам клиентов, это один из множества плюсов отечественного провайдера.

IP-телефония от "Ростелекома" станет выгодным решением для тех, кто нуждается в постоянной связи с абонентами из других стран. В отличие от других операторов, у которых поминутная тарификация звонков, с "Ростелекомом" вы платите за пакеты минут один раз в месяц или по мере израсходования трафика.

Так, стоимость пакета из 100 "международных" минут составит около 250-300 рублей. При этом не важно, в какую именно страну вы звоните. Но некоторым клиентам будет благоразумнее использовать поминутную тарификацию, особенно если в месяц с "заграницей" вы разговариваете меньше 50 минут.

Необходимое оборудование

Комплект необходимого для общения оборудования зависит не от выбранного оператора связи, а от предпочитаемого вида IP-телефонии. Так, для вызовов "компьютер-компьютер" вам понадобится точка доступа к сети Интернет - оптоволоконный кабель, USB-модем и оборудование для комфортного общения: микрофон, наушники, для видеовызовов - веб-камера.

Чтобы звонить на номера IP-телефонии со стационарного телефона, понадобится SIP-адаптер и компьютер либо маршрутизатор со встроенным IP-шлюзом. Если же вы используете аппаратный IP-телефон, то ничего, кроме него самого, вам не понадобится.

Настройка связи через адаптер

Выбирая оператора, поинтересуйтесь, какое именно оборудование необходимо для подключения к выделенной линии, легко ли его купить и дорого ли оно стоит.

Некоторые провайдеры предлагают своим клиентам уже полностью настроенные адаптеры для общения с другими абонентами. В таком случае весь процесс настройки сводится к последовательному выполнению нескольких шагов:

1. С помощью инструкции подключите адаптер к сети.
2. К слоту LINE1 подсоедините стационарный телефон при помощи обычного
3. Включите адаптер, вставив блок питания в розетку, подождите окончания загрузки (2-3 минуты).
4. Поднимите трубку телефона, дождитесь тонального сигнала.

Как только вы услышите на другой стороне линии тональный сигнал, то знайте, что вы разобрались, что такое IP-телефония, и смогли правильно подключить оборудование. Теперь для общения нет никаких преград.

Настройка некоторых программных телефонов

Настройка IP-телефонов обладает некоторыми особенностями. В частности, вам необходимо будет запрограммировать ваш аппарат и внести в его базу данных сведения о себе. Сделать это не так сложно, как кажется.

Прежде чем приступать к настройке, убедитесь, что у вас есть ID (идентификатор), а также парольная фраза или PIN-код. Приведем пример данных, которые требует большинство телефонов при подключении к оператору Sipnet.

У других операторов должна быть аналогичная представленной процедура настройки IP-телефонии. Отзывы клиентов сообщают, что справиться с ней несложно. Кроме того, в случае возникновения проблем вы можете связаться с оператором. Помочь вам с настройкой - их обязанность.

Недостатки IP-телефонии

Теперь, когда вы изучили основные принципы подключения, преимущества и технологию работы интернет-телефонии, вы готовы узнать о некоторых недостатках этого метода общения. Подобная информация поможет вам определиться - нуждаетесь вы в IP-телефонии или нет.

Первым и одним из наиболее существенных недостатков является зависимость от электросети. Если для общения вы будете использовать ПК или стационарный телефон, то «без света» дозвониться к вам будет нельзя, равно как и вам самим совершать вызовы. Исключение составляют аппаратные IP-телефоны.

При совершении звонка впервые собеседник скорее всего не узнает вас. Все дело в определителе номера - на дисплее вызываемого абонента будет определяться номер шлюза, к которому вы подключены, а не ваш собственный.

Последним и одним из самых главных недостатков является высокая цена оборудования. Многие клиенты в недоумении, что такой IP-телефон может стоить до 3-4 тыс. рублей, и это без абонентской платы. Однако, установив его у себя в квартире, вы сможете больше не задумываться о ценах при общении с абонентами из других стран.

SIP-телефония - это самый современный вид телефонии, основанный на использовании последних достижений в области передачи данных и являющийся составной частью так называемых сетей нового поколения (NGN). SIP (Session Initiation Protocol) - протокол установления интерактивного сеанса связи между пользователями, включающего передачу текстовых, аудио- и видеоданных. Серьезное преимущество SIP-телефонии перед Skype состоит в том, что, используя стандартное VoIP-оборудование, работающее по протоколу SIP, можно организовать внутриофисную и внутрикорпоративную телефонную связь, не используя Интернет для подключения к провайдеру. Для этого в офисе будет использоваться существующая ЛВС. Немаловажно и то, что SIP-телефония, в отличие от Skype, позволяет отправлять и принимать факсимильные сообщения. SIP-телефония легко интегрируется в существующие традиционные телефонные решения, делая вашу телефонную связь экономичной.

На данный момент существует два наиболее популярных способа воспользоваться услугами VOIP - Интернет-телефонии с выходом на стационарные и мобильные телефоны:

Значительную экономию на междугородних и международных звонках можно получить при объединении IP-АТС территориально удаленных офисов компании (). При этом возможно использовать единый номерной план для всех сотрудников компании. IP-телефоны и IP-АТС дают экономию на отказе от прокладки отдельной телефонной сети, ведь в этом случае достаточно использовать существующую ЛВС, в том числе и беспроводную.
При переезде сотрудника с одного рабочего места на другое нет необходимости перекроссировать телефонную линию, как это делается на аналоговых АТС.

Схемы подключения

1. Схема подключения. ПК с установленным софтфоном и гарнитурой или USB-телефоном.

Такая схема позволяет осуществлять звонки как между абонентами SIP-провайдера, так и звонить на городские и мобильные телефоны. С городского или мобильного телефона тоже можно позвонить на Ваш IP-телефон, если SIP-провайдер предоставляет такую услугу.

Функциональность у такого подключения такая же, как и в предыдущей схеме, только нет необходимости использовать постоянно включенный ПК.

3. Схема подключения. IP-WiFi - телефон.

Функциональность у такого подключения такая же, как и в предыдущей схеме. Преимущество - перемещение абонента в зоне действия WiFi-сети, один WiFi телефон можно использовать дома, на работе, в командировке.

В этом варианте к функциональности схемы №2 добавляется возможность совершать и принимать звонки через обычную городскую телефонную сеть.

Функциональность у такого подключения такая же, как и в схеме №2. Преимущество в экономии на аппаратных средствах. Стоимость VoIP-адаптера, почти в два раза ниже стоимости IP-телефона.

6. Схема подключения. Обычный телефон и VoIP-шлюз.

Задача шлюза состоит в соединении городской телефонной сети и VoIP-сети. При исходящем звонке с телефонного аппарата абонент может выбрать маршрут звонка: через SIP- провайдера (дешевый межгород и международные звонки) или городская сеть (дешевые местные звонки). Входящий звонок от SIP-провайдера, в зависимости от настройки шлюза, может быть направлен либо на телефон, подключенный к FXS порту, либо в городскую сеть. В последнем случае звонящий услышит гудок городской АТС и сможет набрать любой телефонный номер. Входящий звонок из городской телефонной сети так же имеет два маршрута в зависимости от настроек шлюза: на телефон, подключенный к FXS-порту или в сеть SIP-провайдера. В последнем случае, звонящий услышит гудок и сможет набрать любой телефонный номер. Для удобства в шлюзе можно включить голосовое меню, чтобы звонящий мог сам выбирать маршрут звонка посредством нажатия кнопок телефона.

В этом случае IP-АТС выступает в качестве SIP-сервера, на котором хранятся учетные записи и номера IP-телефонных абонентов в офисе. Чтобы подключить IP-телефон, достаточно включить его в коммутатор локальной сети офиса и сделать соответствующие настройки. Аналоговые телефоны и городские линии тоже возможно подключить к IP-АТС , но уже через VoIP-шлюз , который подключается к коммутатору. Теперь останется сделать план телефонных номеров и настроить маршрутизацию звонков. Все это делается с помощью Web-интерфейса IP-АТС. Объединить два офиса, в которых установлены IP-АТС, не составит труда.

При этом в дальнейшем Вы получите экономию на звонках между сотрудниками офисов (оплата доступа в Интернет). Особенно ощутимой она будет, если вы соедините офисы, находящиеся в разных городах.

Выводы

• SIP-телефония вполне может заменить традиционный телефон. Но это совсем не значит, что можно полностью отказаться от городского телефона. Без городской линии вы не сможете вызвать экстренные службы. Кроме этого, городская телефонная линия имеет автономное питание, так что ей не страшно отключение электроэнергии в Вашем доме или офисе.
• SIP-телефония легко интегрируется в существующие традиционные телефонные решения , делая вашу телефонную связь экономичной. Например, нет необходимости менять существующую аналоговую АТС, на новую IP-АТС с IP-телефонами на каждом рабочем месте, чтобы все сотрудники офиса получили доступ к недорогому межгороду. Подключите АТС к SIP-провайдеру через VoIP-шлюз!
• На базе стандартного SIP-оборудования можно легко создать масштабируемую внутриофисную и внутрикорпоративную телефонную сеть, объединяющую несколько удаленных офисов, причем офисы могут находиться не только в разных городах, но и в разных странах. И никаких дорогостоящих междугородних звонков - только оплата доступа в Интернет.
• SIP-телефония несет в себе огромный потенциал для оптимизации телефонной связи на предприятиях и в организациях. Домашний SIP-телефон позволит неограниченно общаться с такими же пользователями услуг SIP-провайдера и совершать недорогие междугородние и международные звонки.