Построение сети на базе Н.323

Практическое занятие № 3

Принципы пакетной передачи речи.Построение сети на базе Н.323. Сценарий установления соединения шлюзом без привратника и с привратником

Цель работы

Ознакомиться с основными функциональными элементами, обеспечивающими различные сценарии IP-телефонии. Построить сценарий соединения в сети IP-телефонии, на схеме расставить основные элементы процедуры пакетной обработки речи, описать алгоритм организации связи.

Теоретическая часть

Процесс передачи голоса по IP-сети состоит из нескольких этапов.

На первом этапе осуществляется оцифровка голоса. Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического объема данных, передаваемых получателю. Как правило, на этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессирование.

На следующем этапе полученная последовательность данных разбивается на пакеты и к ней добавляется протокольная информация – адрес получателя, порядковый номер пакета на случай, если они будут доставлены не последовательно, и дополнительные данные для коррекции ошибок. При этом происходит временное накопление необходимого количества данных для образования пакета до его непосредственной отправки в сеть.

Извлечение переданной голосовой информации из полученных пакетов также происходит в несколько этапов. Когда голосовые пакеты приходят на терминал получателя, то сначала проверяется их порядковая последовательность. Поскольку IP-сети не гарантируют время доставки, то пакеты со старшими порядковыми номерами могут прийти раньше, более того, интервал времени получения также может колебаться. Для восстановления исходной последовательности и синхронизации происходит временное накопление пакетов. Однако некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при доставке, либо задержка их доставки превышает допустимый разброс.

В обычных условиях приемный терминал запрашивает повторную передачу ошибочных или потерянных данных. Но передача голоса слишком критична ко времени доставки, поэтому в этом случае либо включается алгоритм аппроксимации, позволяющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные, либо эти потери просто игнорируются, а пропуски заполняются данными случайным образом.

Полученная таким образом (не восстановленная!) последовательность данных декомпрессируется и преобразуется непосредственно в аудио-сигнал, несущий голосовую информацию получателю.

Таким образом, с большой степенью вероятности, полученная информация не соответствует исходной (искажена) и задержана (обработка на передающей и приемной сторонах требует промежуточного накопления).

В настоящее время в IP-телефонии существует два основных способа передачи голосовых пакетов по IP-сети: через глобальную сеть Интернет (Интернет-телефония); используя сети передачи данных на базе выделенных каналов (IP-телефония).

В первом случае полоса пропускания напрямую зависит от загруженности сети Интернет пакетами, содержащими данные, голос, графику и т.д., а значит, задержки при прохождении пакетов могут быть самыми разными. При использовании выделенных каналов исключительно для голосовых пакетов можно гарантировать фиксированную (или почти фиксированную) скорость передачи.

Виды соединений в сети IP-телефонии.

Общий принцип действия телефонных серверов IP-телефонии таков: с одной стороны, сервер связан с телефонными линиями и может соединиться с любым телефоном мира. С другой стороны, сервер связан с Интернетом и может связаться с любым компьютером в мире. Сервер принимает стандартный телефонный сигнал, оцифровывает его (если он исходно не цифровой), значительно сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через Интернет по назначению с использованием протокола Интернет (TCP/IP). Для пакетов, приходящих из сети на телефонный сервер и уходящих в телефонную линию, операция происходит в обратном порядке. Обе составляющие операции (вход сигнала в телефонную сеть и его выход из телефонной сети) происходят практически одновременно, что позволяет обеспечить полнодуплексный разговор. На основе этих базовых операций можно построить много различных конфигураций. Допустим, звонок телефон-компьютер или компьютер-телефон может обеспечивать один телефонный сервер. Для организации связи телефон(факс)-телефон(факс) нужно два сервера. Сети IP-телефонии предоставляют возможности для вызовов четырех основных типов:

«От телефона к телефону»

Вызов идет с обычного телефонного аппарата к АТС, на один из выходов которой подключен шлюз IP-телефонии, и через IP-сеть доходит до другого шлюза, который осуществляет обратные преобразования, как показано на рисунке 10.

 

Рисунок 10 - Схема связи «телефон-телефон»

 

Сценарий «телефон-телефон» в значительной степени отличается от остальных сценариев IP-телефонии своей социальной значимостью, поскольку целью его применения является предоставление обычным абонентам ТфОП альтернативной возможности междугородной и международной телефонной связи. В этом режиме современная технология IP-телефонии предоставляет виртуальную телефонную линию через IP-доступ.

Как правило, обслуживание вызовов по такому сценарию IP-телефонии выглядит следующим образом. Поставщик услуг IP-телефонии подключает свой шлюз к коммутационному узлу или станции ТфОП, а по сети Интернет или по выделенному каналу соединяется с аналогичным шлюзом, находящимся в другом городе или другой стране. Абоненты подключаются к шлюзу поставщика через ТфОП, набирая специальный номер доступа. Абонент получает доступ к шлюзу, используя персональный идентификационный номер (PIN) или услугу идентификации номера вызывающего абонента (Calling Line Identification). После этого шлюз просит ввести телефонный номер вызываемого абонента, анализирует этот номер и определяет, какой шлюз имеет лучший доступ к нужному телефону. Как только между входным и выходным шлюзами устанавливается контакт, дальнейшее установление соединения к вызываемому абоненту выполняется выходным шлюзом через его местную телефонную сеть.

Типичная услуга IP-телефонии по сценарию «телефон-телефон» использует стандартный телефон в качестве интерфейса пользователя, а вместо междугородного компонента ТфОП использует либо частную IP-сеть/lntranet, либо сеть Интернет. Благодаря маршрутизации телефонного трафика по IP-сети стало возможным обходить сети общего пользования и, соответственно, не платить за междугородную/международную связь операторам этих сетей.

Полная стоимость такой связи будет складываться для пользователя из расценок ТфОП на связь с входным шлюзом, расценок Интернет-провайдера на транспортировку и расценок удалённой ТфОП на связь выходного шлюза с вызванным абонентом. В IP-телефонном шлюзе происходит сжатие речи - один телефонный канал занимает, вместо привычных 64 Кбит/с, около 11 Кбит/с или даже меньше.Исходя из этого себестоимость IP-телефонии значительно ниже обычной телефонии.

«От компьютера к телефону»

Этот вид связи, изображенный на рисунке 11, находит широкое применение у корпоративных пользователей, так как чаще всего применяется корпоративная сеть, обслуживающая вызовы от компьютеров до шлюза, которые уже затем передаются по ТфОП. Корпоративные решения с использованием вида связи “компьютер-телефон” могут помочь значительно сэкономить деньги. Что примечательно, пользователю никакого дополнительного оборудования не требуется. Ему достаточно иметь под рукой телефон с возможностью тонального набора. Это нужно для того, чтобы, дозвонившись до оператора, ввести свой код в тональном режиме, а дальше действия абонента ничем не отличаются от обычных. В большинстве современных телефонных аппаратов, включая мобильные телефоны, эта функция предусмотрена.

 

Рисунок 11 - Схема связи «компьютер-телефон»

 

Мультимедийный компьютер, имеющий программное обеспечение IP-телефонии, звуковую плату (адаптер), микрофон и акустические системы, подключается к IP-сети или к сети Интернет, и с другой стороны шлюз IP-. телефонии имеет соединение через АТС с обычным телефонным аппаратом.

Следует отметить, что в соединениях I и 2 типов вместо телефонных аппаратов могут быть включены факсимильные аппараты, и в этом случае сеть IР-телефонии должна обеспечивать передачу факсимильных сообщений.

Рассмотрим несколько подробнее пример упрощенной архитектуры системы IP-телефонии по сценарию «телефон-компьютер». При попытке вызвать справочно-информационную службу, используя услуги пакетной телефонии и обычный телефон, на начальной фазе абонент А вызывает близлежащий шлюз IP-телефонии. От шлюза к абоненту А поступает запрос ввести номер, к которому должен быть направлен вызов (например, номер службы), и личный идентификационный номер (PIN) для аутентификации и последующего начисления платы, если это служба, вызов которой оплачивается вызывающим абонентом. Основываясь на вызываемом номере, шлюз определяет наиболее доступный путь к данной службе. Кроме того, шлюз активизирует свои функции кодирования и пакетизации речи, устанавливает контакт со службой, ведет мониторинг процесса обслуживания вызова и принимает информацию о состояниях этого процесса (например, занятость, посылка вызова, разъединение и т.п.) от исходящей стороны через протокол управления и сигнализации. Разъединение с любой стороны передается противоположной стороне по протоколу сигнализации и вызывает завершение установленных соединений и освобождение ресурсов шлюза для обслуживания следующего вызова.

Для организации соединений от службы к абонентам используется аналогичная процедура.

«От компьютера к компьютеру».

В этом случае соединение устанавливается через IР-сеть между двумя мультимедийными компьютерами, оборудованными аппаратными и программными средствами для работы с IP-телефонией.

 

Рисунок 12 - Упрощённая схема связи «компьютер-компьютер»

 

Для поддержки сценария «компьютер - компьютер» поставщику услуг Интернет желательно иметь отдельный сервер (привратник), преобразующий имена пользователей в динамические адреса IP.Сам сценарий ориентирован на пользователя, которому сеть нужна, в основном, для передачи данных, а программное обеспечение IP-телефонии требуется лишь иногда для разговоров с коллегами. Эффективное использование телефонной связи по сценарию «компьютер-компьютер» обычно связано с повышением продуктивности работы крупных компаний, например, при организации виртуальной презентации в корпоративной сети с возможностью не только видеть документы на Web-сервере, но и обсуждать их содержание с помощью IP-телефона. При этом между двумя IP-сетями могут использоваться элементы ТфОП, а идентификация вызываемой стороны может осуществляться как на основе Е.164(указывает номер, с которого выполнено перенаправление), так и на основе IP-адресации.

Недостаток - минимальное качество связи.

«От WEB браузера к телефону».

С развитием сети Интернет стал возможен доступ и к речевым услугам. Например, на WEB-странице некоторой компании в разделе «Контакты» размещается кнопка «Вызов», нажав на которую можно осуществить речевое соединение с представителем данной компании без набора телефонного номера. Стоимость такого звонка для вызывающего пользователя входит в стоимость работы в сети Интернет. При этом клиенту не требуется вторая телефонная линия или прерывание работы в интернете, необходимо лишь загрузить небольшое клиентское программное обеспечение, которое обычно можно найти на той же web-странице. Web-телефония позволяет представителям компаний отвечать на вопросы, демонстрировать страницы, передавать необходимую информацию, улучшая тем самым качество предоставляемых услуг. Упрощённая схема связи «От WEB браузера к телефону»показана на рисунке 13.

 

Рисунок 13 - Упрощённая схема связи «От WEB браузера к телефону»

 

 

Рисунок 14 - Архитектура сети Н.323

 

В рекомендации Н.323 описаны четыре основных компонента: терминал (gatekeeper) контроллер зоны или другое название – привратник; шлюз устройство управления многоточечной конференцией.

Необходимо отметить, что в отличие от устройств ТфОП, устройства Н.323 не имеют жестко закрепленного места в сети. Устройства подключаются в любую точку IP-сети. Однако при этом сеть Н.323 разбивается на зоны, а каждой зоной управляет привратник. Одна зона состоит из привратника и нескольких конечных точек, причем, контролер управляет всеми конечными точками своей зоны. Зоной может быть и вся сеть поставщика услуг IP- телефонии или ее часть, охватывающая отдельный регион.

Терминал Н.323 представляет собой конечную точку в сети, способную передавать и принимать трафик в масштабе реального времени, взаимодействуя с другим терминалом Н.323, шлюзом или устройством управления многоточечной конференцией.

Для обеспечения этих функций терминал включает в себя:

- элементы аудио (микрофон, акустические системы, телефонный микшер, система акустического эхоподавления);

- элементы видео (монитор, видеокамера);

- элементы сетевого интерфейса;

- интерфейс пользователя.

Терминал Н.323 должен поддерживать протоколы Н.245, Q.931, RAS, RTP/RTCP и семейство протоколов Н.450, а также включать в себя аудиокодек G.711. Также немаловажна поддержка протокола совместной работы над документами Т. 120. Структурная схема терминала H.323 изображена на рисунке 15.

Пользовательский интерфейс управления системой даёт пользователю возможность создавать и принимать вызовы, а также конфигурировать систему и конторолировать её работу.

 

 

Рисунок 15 - Структурная схема терминала H.323

 

Модуль управления поддерживает три вида сигнализации: H.225, H.245 и RAS. Этот модуль обеспечивает регистрацию терминала у привратника, установление и завершение соединения, обмен информацией, необходимой для открытия разговорных каналов, предоставление дополнительных услуг и техобслуживание.

Телематические приложения обеспечивают передачу пользовательских данных, неподвижных изображений и файлов, доступ к базам данных и т.п. Стандартным протоколом для поддержки таких приложений является протокол T.120.

Модуль H.225.0 отвечает за преобразование видеоинформации, речи, данных и сигнальной информации в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP, и за обратное преобразование. Кроме того, функциями модуля являются разбиение информации на логические кадры, нумерация последовательно передаваемых кадров, выявление и корректировка ошибок.

Сетевой интерфейс обеспечивает гарантированную передачу управляющих сообщений H.245, сигнальных сообщений H.225.0 (Q.931) и пользовательских данных при помощи протокола TCP и негарантированную передачу речевой и видеонформации, а также сообщений RAS, при помощи протокола UDP.

Блок синхронизации вносит задержку на приёмной стороне с целью обеспечить синхронизацию источника информации с её приёмником, согласование речевых и видеоканалов или сглаживание задержки информации.

Видеокодеки кодируют видеоинформацию, поступающую от внешнего источника видеосигналов (видеокамеры или видеомагнитофона), для её передачи по сети с маршрутизацией пакетов IP и декодируют сигналы, поступающие из сети, для последующего отображения видеоинформации на мониторе или телевизоре.

Аудиокодеки кодируют аудиоинформацию, поступающую от микрофона (или других источников аудиоинформации), для её передачи по сети с маршрутизацией пакетов IP и декодируют сигналы, поступающие из сети, для последующего воспроизведения.

Следует отметить, что при организации децентрализованной конференции терминал H.323 может принимать более чем одни поток речевой информации. В этом случае терминал должен смешивать или переключать пакетированную речь, поступающую от остальных участников конференции.

Шлюз обеспечивает сжатие информации, преобразование ее в IP - пакеты и направление в IP - сеть. С противоположной стороны шлюз осуществляет обратные действия: расшифровку и расформирование пакетов вызовов. В результате обычные телефонные аппараты без проблем принимают эти вызовы.

Такое преобразование информации не должно значительно исказить исходный речевой сигнал, а режим передачи обязан сохранить обмен информацией между абонентами в реальном масштабе времени.

Более полно основные функции шлюза, состоят в следующем:

- реализация физического интерфейса с телефонной и IP - сетью;

- детектирование и генерация сигналов абонентской сигнализации;

- преобразование сигналов абонентской сигнализации в пакеты данных и обратно;

- преобразование речевых сигналов в пакеты данных и обратно;

- соединение абонентов;

- передача по сети сигнализационных и речевых пакетов;

- разъединение связи.

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

 

Рисунок 16 - Положение шлюза в сети IP-телефонии

 

При отсутствии в сети привратника должна быть реализована еще одна функция шлюза – преобразование номера ТфОП в транспортный адрес IP-сети.

Со стороны сетей с маршрутизацией пакетов IP, так же, как и со стороны ТфОП, шлюз может участвовать в соединениях в качестве терминала или устройства управления конференциями. Шлюз может сначала участвовать в соединении в качестве терминала, а затем, при помощи сигнализации Н.245, продолжить работу в качестве устройства управления конференциями. Очевидно, что в случае, когда терминал Н.323 связывается с другим терминалом Н.323, расположенным в той же самой IP-сети, шлюз в этой связи не участвует.

Функцию управления вызовами выполняет gatekeeper (контролер зоны, привратник). Gatekeeper выполняет следующие функции:

- преобразовывает адреса-псевдонимы в транспортные адреса;

- контролирует доступ в сеть на основании авторизации вызова, наличия необходимой для связи полосы частот и других критериев, определяемых производителем;

- контролирует полосу пропускания;

- управляет зонами.

При этом gatekeeper осуществляет вышеперечисленные функции в отношении терминалов, шлюзов и устройств управления, зарегистрированных в нем. Идентификация узла может осуществляться по его текущему IP - адресу, телефонному номеру или подставочному имени – строке символов, наподобие адреса электронной почты. Привратник упрощает процесс вызова, позволяя использовать легко запоминающееся подставочное имя. Функции привратника могут быть встроены в шлюзы.

Если вызывающий абонент знает IP-адрес терминала вызываемого абонента, то соединение между двумя устройствами может быть установлено без помощи привратника. Однако это вовсе не означает, что привратник не нужен. При наличии привратника обеспечивается мобильность абонентов, т. е. способность пользователя получить доступ к услугам с любого терминала в любом месте сети и способность сети идентифицировать пользователей при их перемещении из одного места в другое.

Сервер управления конференциями (MCU — Multipoint Control Unit) обеспечивает связь трех и более Н-323-терминалов. Все терминалы, участвующие в конференции, устанавливают соединение с MCU. Сервер управляет ресурсами конференции, согласовывает возможности терминалов по обработке звука и видео, определяет аудио и видеопотоки, которые необходимо направлять по многим адресам.

В рамках архитектуры Н.323 может быть использовано два подхода для построения системы управления для многоточечной конференции: децентрализованное управление многоточечной конференцией; централизованное управление многоточечной конференцией.

Первый тип требует, чтобы все участники конференции пересылали многоадресные (групповые) сообщения всем остальным. Это позволяет избежать концентрации трафика в некоторых сегментах сети, но управлять такой конференцией не очень удобно. При использовании централизованного метода конечные узлы передают сигнал системе MCU, которая обеспечивает его рассылку.

Для децентрализованной конференции требуется более сложное терминальное оборудование; кроме того, желательно, чтобы в сети поддерживалась передача пакетов IP в режиме многоадресной рассылки (IP multicasting). Если сеть не поддерживает этот режим, терминал может передавать информацию к каждому из остальных терминалов, участвующих в конференции, в режиме «точка-точка», но это становится неэффективным при числе участников более четырех.

Устройство управления конференциями MCU содержит один обязательный элемент – контроллер многоточечных соединений (Multipoint controller, MC). Кроме того, MCU может содержать один или более процессоров для обработки информации пользователей при многоточечных соединениях (Multipoint processor, MP).

Рисунок 1 - Типовой сценарий установления соединения без привратника

 

SETUP (запрашивает установление соединения).

CALL PROCEEDING (указывает, что вызов обрабатывается, никакой дополнительной информации для установления соединения не требуется).

ALERTING (указывает вызывающей стороне, что вызываемый терминал звонит).

CONNECT (отправляет назад вызывающей стороне указание, что вызываемая сторона ответила на вызов).

DISCONNECT (отправляет указание на запрос для разрыва соединения, желание завершить соединение и прервать связь обозначается определённым стандартным цифровым кодом).

RELEASE (отправляется в ответ на запрос разъединения, указывая, что вызов будет разорван).

RELEASE COMPLETE (отправляется получателем сигнала на разъединение, указывая, что связь завершена полностью).

АТС 1 посылает сообщение Q.931 Setup на шлюз 1, в котором указывается номер вызывающего и вызываемого пользователей.

Шлюз 1 принимает сообщение Q.931 Setup, обрабатывает его, на основании адресной информации, находящейся в поле Called Party Number (номер вызывающего абонента). ПО шлюза обращается к файлу callroute.cfg(правила маршрутизации вызова), по которому определяется IP-адрес встречного шлюза, который может обслужить данный вызов.

Шлюз 2 принимает сообщение, если IP-адрес (или часть адреса), с которого оно передано, находится в файле permissions.cfg(правила доступа к шлюзу из сети IP). Из сообщения H.225 Setup берется номер вызываемого пользователя, который (номер) отправляется в сообщении Q.931 Setup на АТС 2.

Вызываемое оборудование отвечает на Setup сообщением Call Proceeding.

Вызываемому абоненту выдается сигнал посылки вызова, а на шлюз 2 передается сообщение Q.931 Alerting. Шлюз 2 посылает сообщение H.225 Alerting шлюзу 1.

На АТС 1 передается сообщение Q.931 Alerting, а абоненту А выдается сигнал контроль посылки вызова (КПВ). После ответа АТС 2 генерирует сообщение Q.931 Connect.

Шлюз 2 подтверждает прием Q.931 Connect сообщением Q.931 Connect ACK.

Шлюз 2 посылает сообщение H.225 Connect шлюзу 1 с указанием транспортного адреса управляющего канала Н.245, после чего он открывается. Шлюз 1 генерирует сообщение Q.931 Connect и посылает его АТС 1. После получения транспортного адреса управляющего канала Н.245, устанавливается TCP-соединение, по которому передаются сообщения протокола Н.245.

После открытия управляющего канала H.245 начинается обмен данными о функциональных возможностях оборудования. Шлюзы обмениваются сообщениями Terminal Capability Set (TCS), в которых указываются возможные алгоритмы декодирования принимаемой информации. Следует отметить, что сообщение Terminal Capability Set должно быть первым сообщением, передаваемым по управляющему каналу.

Оборудование, принявшее сообщение TCS от другого оборудования, подтверждает его получение передачей сообщения TerminalCapabilitySetAck (TCSAck).

Затем инициируется процедура определения ведущего/ведомого оборудования, необходимая для разрешения конфликтов, возникающих между двумя устройствами при организации конференции, когда оба они могут быть активными контроллерами конференций, или между двумя устройствами, пытающимися одновременно открыть двунаправленные логические каналы. В ходе процедуры устройства обмениваются сообщениями Master Slave Determination (MSD). В ответ на полученные сообщения MSD оба устройства передают сообщения MasterSlaveDeterminationAck(MSDAck), в которых указывается: какое из этих устройств является для данного соединения ведущим, а какое – ведомым.

После обмена данными о функциональных возможностях и определения ведущего и ведомого оборудования может выполняться процедура открытия однонаправленных логических каналов. В требовании открыть логический канал (в нашем случае – прямой логический канал) open Logical Channel (OLC) оборудование указывает вид информации, который будет передаваться по этому каналу, и алгоритм кодирования.

В ответ на сообщение OLCоборудование должно передать подтверждение open Logical ChannelAck (OLCAck), в котором указывается транспортный адрес, на который передающей стороне следует посылать RTP пакеты, а также транспортный адрес канала RTCP.

Далее открывается разговорная сессия. Оборудование вызывающего пользователя передает речевую информацию, упакованную в пакеты RTP/UDP/IP, на транспортный адрес RTP-канала оборудования вызванного пользователя, а вызванный пользователь передает пакетизированную речевую информацию на транспортный адрес RTP-канала оборудования вызывающего пользователя. При помощи канала RTCP ведется контроль передачи информации по RTP каналам.

После окончания разговорной фазы начинается фаза разрушения соединения. Оборудование пользователя, инициирующего разъединение, прекращает передачу речевой информации, закрывает логические каналы и передает по управляющему каналу сообщение H.245 end Session Command, означающее, что пользователь хочет завершить соединение. Ожидается сообщение end Session Command от встречного оборудования, после чего управляющий канал Н.245 закрывается.

Следующим шагом, если сигнальный канал открыт, передается сообщение Release Complete,и сигнальный канал закрывается. Пользователь, получивший команду endSession Command от пользователя, инициировавшего разъединение, должен прекратить передачу речевой информации, закрыть логические каналы и передать сообщение endSessionCommand. Далее, если сигнальный канал остался открытым, передается сообщение Release Complete, сигнальный канал закрывается, и обслуживание вызова считается завершенным

Рисунок 2 - Типовой сценарий установления соединения с привратником

Для взаимодействия с привратником используется протокол RAS. На рисунке после приема сообщения Q.931 Setup шлюз 1 с помощью протокола RAS обращается к привратнику за доступом к сетевым ресурсам (сообщение ARQ). Если привратник разрешает использовать сетевые ресурсы шлюзу, он посылает ему сообщение ACF. Тоже самое происходит на втором шлюзе при приеме сообщения Н.225 Setup.

При завершении сеанса связи шлюзы посылают на привратник сообщение DRQ.

Привратник подтверждает их прием сообщением DCF.

 

 

Контрольные вопросы

 

1 Какие виды соединений могут быть реализованы в сети IP-телефонии?

2 На какие этапы делится пакетная обработка речи?

3 Какое отличие существует у схемы «компьютер-телефон» со схемой «телефон-телефон».

4 Какие функции выполняет маршрутизатор в схеме «компьютер-телефон».

5 Объясните принцип установления соединения по схеме «телефон-телефон».

6 Какие преимущества есть у IP-телефонии по сравнению с ТФОП?

7 Каким требованиям должен удовлетворять терминал IP-телефонии?

8 Зачем нужен шлюз?

Практическое занятие № 3

Принципы пакетной передачи речи.Построение сети на базе Н.323. Сценарий установления соединения шлюзом без привратника и с привратником

Цель работы

Ознакомиться с основными функциональными элементами, обеспечивающими различные сценарии IP-телефонии. Построить сценарий соединения в сети IP-телефонии, на схеме расставить основные элементы процедуры пакетной обработки речи, описать алгоритм организации связи.

Теоретическая часть

Процесс передачи голоса по IP-сети состоит из нескольких этапов.

На первом этапе осуществляется оцифровка голоса. Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического объема данных, передаваемых получателю. Как правило, на этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессирование.

На следующем этапе полученная последовательность данных разбивается на пакеты и к ней добавляется протокольная информация – адрес получателя, порядковый номер пакета на случай, если они будут доставлены не последовательно, и дополнительные данные для коррекции ошибок. При этом происходит временное накопление необходимого количества данных для образования пакета до его непосредственной отправки в сеть.

Извлечение переданной голосовой информации из полученных пакетов также происходит в несколько этапов. Когда голосовые пакеты приходят на терминал получателя, то сначала проверяется их порядковая последовательность. Поскольку IP-сети не гарантируют время доставки, то пакеты со старшими порядковыми номерами могут прийти раньше, более того, интервал времени получения также может колебаться. Для восстановления исходной последовательности и синхронизации происходит временное накопление пакетов. Однако некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при доставке, либо задержка их доставки превышает допустимый разброс.

В обычных условиях приемный терминал запрашивает повторную передачу ошибочных или потерянных данных. Но передача голоса слишком критична ко времени доставки, поэтому в этом случае либо включается алгоритм аппроксимации, позволяющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные, либо эти потери просто игнорируются, а пропуски заполняются данными случайным образом.

Полученная таким образом (не восстановленная!) последовательность данных декомпрессируется и преобразуется непосредственно в аудио-сигнал, несущий голосовую информацию получателю.

Таким образом, с большой степенью вероятности, полученная информация не соответствует исходной (искажена) и задержана (обработка на передающей и приемной сторонах требует промежуточного накопления).

В настоящее время в IP-телефонии существует два основных способа передачи голосовых пакетов по IP-сети: через глобальную сеть Интернет (Интернет-телефония); используя сети передачи данных на базе выделенных каналов (IP-телефония).

В первом случае полоса пропускания напрямую зависит от загруженности сети Интернет пакетами, содержащими данные, голос, графику и т.д., а значит, задержки при прохождении пакетов могут быть самыми разными. При использовании выделенных каналов исключительно для голосовых пакетов можно гарантировать фиксированную (или почти фиксированную) скорость передачи.

Виды соединений в сети IP-телефонии.

Общий принцип действия телефонных серверов IP-телефонии таков: с одной стороны, сервер связан с телефонными линиями и может соединиться с любым телефоном мира. С другой стороны, сервер связан с Интернетом и может связаться с любым компьютером в мире. Сервер принимает стандартный телефонный сигнал, оцифровывает его (если он исходно не цифровой), значительно сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через Интернет по назначению с использованием протокола Интернет (TCP/IP). Для пакетов, приходящих из сети на телефонный сервер и уходящих в телефонную линию, операция происходит в обратном порядке. Обе составляющие операции (вход сигнала в телефонную сеть и его выход из телефонной сети) происходят практически одновременно, что позволяет обеспечить полнодуплексный разговор. На основе этих базовых операций можно построить много различных конфигураций. Допустим, звонок телефон-компьютер или компьютер-телефон может обеспечивать один телефонный сервер. Для организации связи телефон(факс)-телефон(факс) нужно два сервера. Сети IP-телефонии предоставляют возможности для вызовов четырех основных типов:

«От телефона к телефону»

Вызов идет с обычного телефонного аппарата к АТС, на один из выходов которой подключен шлюз IP-телефонии, и через IP-сеть доходит до другого шлюза, который осуществляет обратные преобразования, как показано на рисунке 10.

 

Рисунок 10 - Схема связи «телефон-телефон»

 

Сценарий «телефон-телефон» в значительной степени отличается от остальных сценариев IP-телефонии своей социальной значимостью, поскольку целью его применения является предоставление обычным абонентам ТфОП альтернативной возможности междугородной и международной телефонной связи. В этом режиме современная технология IP-телефонии предоставляет виртуальную телефонную линию через IP-доступ.

Как правило, обслуживание вызовов по такому сценарию IP-телефонии выглядит следующим образом. Поставщик услуг IP-телефонии подключает свой шлюз к коммутационному узлу или станции ТфОП, а по сети Интернет или по выделенному каналу соединяется с аналогичным шлюзом, находящимся в другом городе или другой стране. Абоненты подключаются к шлюзу поставщика через ТфОП, набирая специальный номер доступа. Абонент получает доступ к шлюзу, используя персональный идентификационный номер (PIN) или услугу идентификации номера вызывающего абонента (Calling Line Identification). После этого шлюз просит ввести телефонный номер вызываемого абонента, анализирует этот номер и определяет, какой шлюз имеет лучший доступ к нужному телефону. Как только между входным и выходным шлюзами устанавливается контакт, дальнейшее установление соединения к вызываемому абоненту выполняется выходным шлюзом через его местную телефонную сеть.

Типичная услуга IP-телефонии по сценарию «телефон-телефон» использует стандартный телефон в качестве интерфейса пользователя, а вместо междугородного компонента ТфОП использует либо частную IP-сеть/lntranet, либо сеть Интернет. Благодаря маршрутизации телефонного трафика по IP-сети стало возможным обходить сети общего пользования и, соответственно, не платить за междугородную/международную связь операторам этих сетей.

Полная стоимость такой связи будет складываться для пользователя из расценок ТфОП на связь с входным шлюзом, расценок Интернет-провайдера на транспортировку и расценок удалённой ТфОП на связь выходного шлюза с вызванным абонентом. В IP-телефонном шлюзе происходит сжатие речи - один телефонный канал занимает, вместо привычных 64 Кбит/с, около 11 Кбит/с или даже меньше.Исходя из этого себестоимость IP-телефонии значительно ниже обычной телефонии.

«От компьютера к телефону»

Этот вид связи, изображенный на рисунке 11, находит широкое применение у корпоративных пользователей, так как чаще всего применяется корпоративная сеть, обслуживающая вызовы от компьютеров до шлюза, которые уже затем передаются по ТфОП. Корпоративные решения с использованием вида связи “компьютер-телефон” могут помочь значительно сэкономить деньги. Что примечательно, пользователю никакого дополнительного оборудования не требуется. Ему достаточно иметь под рукой телефон с возможностью тонального набора. Это нужно для того, чтобы, дозвонившись до оператора, ввести свой код в тональном режиме, а дальше действия абонента ничем не отличаются от обычных. В большинстве современных телефонных аппаратов, включая мобильные телефоны, эта функция предусмотрена.

 

Рисунок 11 - Схема связи «компьютер-телефон»

 

Мультимедийный компьютер, имеющий программное обеспечение IP-телефонии, звуковую плату (адаптер), микрофон и акустические системы, подключается к IP-сети или к сети Интернет, и с другой сторон