На главную страницу

Сети IP-телефонии


Идеальное решение для распределенных сетей с узлами с небольшой концентрацией абонентской нагрузки и существующей развитой IP-инфраструктурой (например, IP VPN). К минусам данного решения можно отнести: относительно высокую стоимость, проблемы устойчивости (вирусы, хакеры). Наиболее характерный пример потребителя – крупная финансовая компания, имеющая свои представительства/филиалы по всей территории РФ, а так же ближнего и дальнего зарубежья. Наиболее известные предложения рынка, пропагандирующие данный подход – Сisco Systems (IP-PBX СallManager), Натекс (VoiceCom 220, VoiceCom 8000), Агат-РТ (Агат UX-3210) и 3COM.

VoIP (Voice-over-IP) - IP-телефония - система связи, при которой аналоговый звуковой сигнал от одного абонента дискретизируется (кодируется в цифровой) вид, компрессируется и пересылается по цифровым каналам связи до второго абонента, где производится обратная операция - декомпрессия, декодирование и воспроизведение аналогового сигнала.

Возможность передачи голосовых сообщений через сеть с пакетной коммутацией впервые была реализована в 1993 году. Данная технология получила название VoIP (Voice over IP). Одним из частных приложений данной технологии является IP-телефония - услуга по передаче телефонных разговоров абонентов по протоколу IP.

Основными преимуществами технологии VoIP является сокращение требуемой полосы пропускания, что обеспечивается учётом статистических характеристик речевого трафика:

С другой стороны трафик VoIP критичен к задержкам пакетов в сети, но обладает толерантностью (устойчивостью) к потерям отдельных пакетов. Так потеря до 5 % пакетов не приводит к ухудшению разборчивости речи.

В соответствии с этим при передаче телефонного трафика по технологии VoIP должны учитываться жёсткие требования рек. ISO 9000 к качеству услуг, характеризующие качество установления соединения и качество соединения. Основным показателем качества в первом случае является время установления соединения. Во втором случае показателями качества являются сквозные (воспринимаемые пользователем) задержки и качество воспринимаемой речи. В связи с указанными аспектами уровень QoS можно соотнести с одним из четырёх классов.

Классы качества передачи речи по сетям IP

Показатели качества передачи речи Классы качества услуги
Лучшее Высокое Среднее Низкое
Время установления соединения прямая IP-адресация < 1.5 сек < 4 сек < 7 сек -
перевод номера E.164 в IP-адрес < 2 сек < 5 сек < 10 сек -
перевод номера E.164 в IP-адрес через расчётную организацию < 3 сек < 8 сек < 15 сек -
перевод имени e-mail в IP-адрес < 4 сек < 13 сек < 25 сек -
Сквозные задержки по стандарту ETSI TS101329 < 150 мс < 250 мс < 350 мс < 450 мс
по рекомендации ITU-T G.114 < 150 мс < 260 мс < 400 мс > 400 мс
Качество воспринимаемой речи ETSI Не хуже G.711 Не хуже G.726 для 32 кбит/сек Не хуже GSM-FR С максимальными усилиями
Баллы MOS > 4.5 4.0 - 4.5 3.5 - 4.0 3.5 - 3.0

В результате для обеспечения требований QoS при передаче телефонного трафика по технологии VoIP (особенно в условиях ограниченной пропускной способности сети, характерной для сетей специальной связи) необходимо использовать ряд дополнительных механизмов, не существующих в классических IP-сетях. К этим механизмам относятся:

Кодирование речевой информации

Источником информационных данных является речевой сигнал, возможной моделью которого является нестационарный случайный процесс. В первом приближении можно выделить следующие типы сигнальных фрагментов: вокализированные, невокализированные, переходные и паузы. При передаче речи в цифровой форме каждый тип сигнала при одной и той же длительности и одинаковом качестве требует различного числа бит для кодирования и передачи. Следовательно, скорость передачи разных типов сигнала также может быть различной, что обусловливает применение кодеков с переменной скоростью. В результате передача речевых данных в каждом направлении дуплексного канала рассматривается как передача асинхронных логически самостоятельных фрагментов цифровых последовательностей (транзакций) с датаграммной синхронизацией внутри транзакции, наполненной блоками различной длины. В основе кодека речи с переменной скоростью лежит классификатор входного сигнала, определяющий степень его информативности и, таким образом, задающий метод кодирования и скорость передачи речевых данных. Наиболее простым классификатором речевого сигнала является Voice Activity Detector (VAD), который выделяет во входном речевом сигнале активную речь и паузы. При этом, фрагменты сигнала, классифицируемые как активная речь, кодируются каким-либо из известных алгоритмов (как правило, на базе метода Code Excited Linear Prediction - CELP) с базовой скоростью 4-8 кбит/с. Фрагменты, классифицированные как паузы, кодируются и передаются с низкой скоростью порядка 0.1 - 0.2 Кбит/с, либо не передаются вообще. При этом передача минимальной информации о фрагментах пауз предпочтительна. Данная стратегия позволяет оптимизировать скорость кодирования до 2-4 кбит/с при достаточном качестве синтезируемой речи. При этом для особо критичных фрагментов речевого сигнала выделяется большая скорость передачи, для менее ответственных - меньшая. Вместе с тем необходимо отметить, что вокодер вносит дополнительную задержку порядка 15-45 мс, возникающую по следующим причинам:

Данную задержку необходимо учитывать при расчёте сквозных задержек. Проведённый в различных исследовательских группах анализ качества передачи речевых данных через сеть Интернет показывает, что основным источником возникновения искажений, снижения качества и разборчивости синтезированной речи является прерывание потока речевых данных, вызванное:

Это требует решения задачи оптимизации задержек в сети и создание алгоритмов компрессии речи устойчивых к потерям пакетов (восстановления потерянных пакетов).

Кодеки

Проприетарные:

Бесплатные:

Таблица сравнительная оценка качества кодеков

Кодек Тип кодека Скорость кодирования Размер кадра Оценка
G.711 ИКМ 64 Кбит/с 0,125 мс 4,1
G.726 АДИКМ 32 Кбит/с 0,125 мс 3,85
G.728 LD – CELP 16 Кбит/с 0,625 мс 3,61
G.729 CS – ACELP (без VAD) 8 Кбит/с 10 мс 3,92
G.729 2-х кратное кодирование 8 Кбит/с 10 мс 3,27
G.729 3-х кратное кодирование 8 Кбит/с 10 мс 2,68
G.729a CS – ACELP 8 Кбит/с 10 мс 3,7
G.723.1 MP – MLQ 6,3 Кбит/с 30 мс 3,9
G.723.1 ACELP 5,3 Кбит/с 30 мс 3,65
Net Coder ? 4,8 – 9,6 Кбит/с 20 мс *

Оценка кодеков произведена по традиционной 5-ти бальной шкале, где наилучшему качеству звучания соответствует наибольший бал.

Сигнальные протоколы IP телефонии

Сигнальные протоколы обеспечивают установку звонка, регистрацию IP телефона на сервер провайдера, переадресацию вызова, передачу имени и номера абонента. В настоящее время широкое распространение получили следующие сигнальные протоколы:

Механизмы оптимизации задержек в сети

Задержки пакетов в IP-сетях определяются:

В соответствии с этим существует несколько подходов к оптимизации задержек с целью обеспечения требуемого качества передачи.

Декодирование речевой информации

С учётом возможных потерь пакетов в сети для восстановления речевого потока на приёмной стороне используется протокол реального времени - Real Time Protocol (RTP). В заголовке данного протокола, в частности, передаются временная метка и номер пакета. Эти параметры позволяют при минимальных задержках определить порядок и момент декодирования каждого пакета, а также интерполировать потерянные пакеты. Восстановленная последовательность, с возможными пропусками как одиночных пакетов, так и групп пакетов, поступает на декодер. Декодер должен обеспечить восстановление речевой информации, заполнение пауз фоновым шумом, а также эхокомпенсацию кодируемого сигнала, обнаружение и детектирование телефонной сигнализации.




© 2001 - 2016 Юниверс. Все права защищены.

192019, г. Санкт-Петербург, ул. Хрустальная, д. 31/М

тел. +7 (812) 929-8183, +7 (812) 929-8283