Передача голоса поверх сетей с Интернет протоколом (Voice over IP – VoIP, Voice on the Net) или IP-телефония – область, которая в последнее время часто встречается не только в специализированной литературе, но даже в газетных статьях и биржевых известиях. Практически больше и нет провайдеров телекоммуникационных услуг или изготовителей телекомуникационного оборудования, которые еще не поняли значение данной области. Интеграция речевых и IP- сетей данных не является вопросом применения. Она существует уже во многих регионах мира, а в других – неизбежное и очень близкое будующее. Целью данной статьи является краткий обзор VoIP технологии, новых возможностей, открывающихся с ее при-менением, изменения на рынке, вызванные этой технологией и обзор решений для передачи голоса по IP- сетям, предлагаемых фирмой Эрикссон.

1. Введение

О передаче голоса поверх IP и IP-телефонии в кругах специалиалистов разговоры начались в середине 90-х годов. В то время появляются первые приложения, позволяющие Интернет пользователям, с помощью определенных программных пакетов, осуществить телефонные связи с другими пользователями, находящихся в тот момент в Интернет. Например, одно такое приложение фирмы Vocatec “Программа IP-телефонии” (“IP- Telephony Software”) – программный пакет для использования мульти-медийных характеристик компьютера, появилась в 1995 г. Ввиду того, что тогда еще не было стандартизированных решений, другие пользователи должны были применять идентичные программные приложения на своих персональных компьютерах. Одновременно появляются первые провайдеры услуг IP-телефонии. Использованием соответствующей программы, которую пользователь заг-ружал с сервера провайдера IP- услуги на свой компьютер, пользователь мог осуществить телефонные вызовы других пользователей, одновременно с ним пользующихся данной услугой.

В течение первых трех лет своего существования IP-телефония привлекла внимание всех известных традиционных производителей телекоммуникационного оборудования и вызвала взрыв новых, узко
специализированных изделий. Возможности, которые дает применение передачи голоса по сетям данных, были ясны и привлекательны производителям оборудования и провайдерам. Появляются и первые речевые шлюзы (Voice gateway – VGW), осуществляющие телефонные связи из сетей данных к пользователям явных и сотовых телефонных сетей и в обратном направлении, т.е. с обычного телефонного аппарата можно позвонить кому-нибудь, кто пользуется персональным компьютером как телефонным аппаратом. Решения с речевыми шлюзами, т.е. техно
логия передачи голоса по IP-сетям, позволила, пользуясь существующим телекоммуникационным оборудованием, экономичнее использовать сетевые мощности. В таких решениях речевой и факсимильный трафик сжимают, используя современные алгоритмы кодирования (с 64-х кбит/с на например 6,3 или 8 кбит/с) в речевых шлюзах на границе между ТфОП и сетью, и в такой форме передают по IP-сетям до другого шлюза. Задачей второго шлюза является преобразование речевого трафика в форму, соответствующую передаче по ТфОП.

Операторы нового поколения (Next-Gen Telcos), зани-мающиеся исключительно услугами VoIP, также нашли свое место на рынке. Это чаще всего организации со значительными, глобальными, управляемыми сетевыми мощностями, которые заключают договоры с тра-диционными телефонными операторами. Традиционные операторы с помощью речевых шлюзов присоединяются к их сети. Таким образом операторы новой генерации предоставляют своим пользователям исключительно низкие цены интернациональных телефонных разговоров, заканчивающихся в одной из партнерских сетей. Их абоненты обычно используют мультимедийные компьютеры, а к сети провайдера этих услуг имеют доступ через явный Интернет. Вызовы, осуществленные таким образом, проходят через речевой шлюз, играющего роль моста в явную коммутируемую телефонную сеть партнера.

В последнее время такие операторы предоставляют пользователям фиксированной телефонной сети и пред-оплату услуг (prepaid). Используя карточки с персональным идентификиционным номером ПИН-кодом (Personal Iden-tification Number - PIN) и идентификацией пользователя, пользователь вызывает номер провайдера услуги, у которого находится речевой шлюз и таким образом его вызов проходит через IP-сеть по исключительно конкурентными ценами (Таблица 1). Цена вызова в таких случаях часто и в пять раз ниже, чем цена вызова, реализуемого традиционным путем из-за эффективного использования сетевых мощностей, правда с немного худшим качеством, чем у традиционной телефонии. Такие приложения на сегодняшний день доминируют, но ана-литики утверждают, что значение VoIP технологии не в том, чтобы предоставить более дешевые вызовы, а в новых услугах, которые развиваются и которые намного легче и быстрее можно ввести, по сравнению с традиционной телефонией.

Для ускоренного развития технологии VoIP и решений было необходимо начать стандартизацию. Первым шагом в том направлении было определение первой версии протокола Н.323, который позволил применить изделия различных изготовителей в одной и той же сети. В течение прошедших лет вышли вторая и третья версии протокола Н.323. Появились новые стандарты и архитектуры, некоторые из них и начали жить и в практике, как например протокол инициации сеанса (Session Initiation Protocol - SIP) и архитектура MEGACO – управление шлюзами (Media Gateway Control - MEGACO).

Эрикссон с самого начала присутствует со своими реше-ниями на рынке IP-телефонии. Первое решение фирмы Эрикссон было названо IPT 1.4., а речевой шлюз был создан в сотрудничестве с фирмой Dialogic. Новейшая версия данной системы IPТ 1.6.3, и применена в многих решениях во всем мире как традиционными операторами, так и операторами нового поколения (например Delta Three, Cescom и Interoute).

Система открытого сетевого шлюза ONG (Open Network Gateway) фирмы Эрикссон – новое решение, предназначенное для операторов, которые полностью поддерживают архитектуру MEGACO и протоколы Н.323 и SIP, в качестве протоколов управления трафиком.

Больше информации о решениях из Эрикссон можете найдти в главе 4 «VoIP решения фирмы Эрикссон».

1.1. Что такое IP-телефония?

IP-телефония использует Интернет протокол (IP) для пакетной передачи голоса через сеть IP. Это значит, что IP-телефония в принципе возможна в любой пакетной сети, использующей данный протокол, как например Интернет, интрасеть или локальная сеть – ЛВС (Local Area network - LAN). Разницы по отношению к традиционным сетям с коммутуцией канала значительны. Канал в сетях с ком-мутацией канала действует в течение всей продолжительности телефонного разговора и занимает всю ширину полосы (bandwith) 64 кбит/с, канал резервирован и в период тишины. При нормальном телефонном разговоре примерно 60% времени составляет период тишины из-за того, что участник разговора слушает собеседника или это паузы между словами. При IP-телефонии, в IP-телефонах или в речевом шлюзе и на границе между ТфОП и IP сетью, речь цифровизируется , сжимается и в форме IP-пакетов передается по сети IP вместе с остальным IP-трафиком. В алгоритмах кодирования, применяемых в решениях VoIP, обычно сжимают тишину, т.е. тогда не передают информацию и тем самым не занимают емкость сети в момент падения уровня речевого сигнала ниже заданного предела.

Типичный, и на практике сегодня самый интересный сценарий трафика в IP-телефонии, осуществляется через речевой шлюз, обеспечивающий физический переход между ТфОП и сетью IP (рис. 2). Таким образом речевой шлюз – устройсво, содержащее в себе физические интер-фейсы и к ТфОП и сетям IP, т.е. принимает и посылает голосовые сигналы, соответствующие каждой сети и имеет возможность интерпретировать и преобразовать сигнализацию, используемую на обеих сторонах.

В принципе, процесс при выполнении услуг типа телефон-телефон и телефон- терминал IP-имеет следующий вид: речевой шлюз принимает сигнализацию из теле-фонной сети и посылает ее в телефонную сеть (например ЦСИС – ISDN, сигнализация по выделенному каналу – CAS), обрабатывает сигнализацию, и пользуясь сигна-лизацией для VoIP, например стандарт Н.323 или протокол инициирования сеанса – SIP, связывается по сети IP с другими шлюзами или терминалами IP. Другими терминалами могут быть IP-телефоны или персональные компьютеры (ПК) с соответствующей программой для IP-телефонии. Сервер контроля вызовов Н.323 (GK – Gate-keeper – посредник,) или SIP-сервер принимает сигнальную информацию с вызываемым номером (В номер) от речевого шлюза, с помощью перекрестных таблиц адресов свяжет крайнюю точку и ее мгновенный адрес с телефонным номером, а с этой информацией речевой шлюз установит непосредственную связь. Если крайняя точка расположена вне IP-сети, т.е. устройство находится в телефонной сети общего пользования (ТфОП), сервер определит какой речевой шлюз связан с сегментом ТфОП, содержащей данный вызываемый номер (номер В). Когда терминал с вызываемым номером находится в сети IP, речевые сообщения обмениваются непосредственно между речевым шлюзом и терминалом.

После того, когда речевой или факсимильный сигнал передан по ТфОП к речевому шлюзу, в шлюзе он обрабатывается для передачи по сети IP. Обработка подразумевает цифровизацию, если входной сигнал аналоговый, сжатие и образование пакетов, устранение эха и тишины. Устранение эха и тишины в речевом шлюзе выполняется по двум причинам: для уменьшения необходимых емкостей передачи, и для уменьшения времени задержки передачи по сети IP. Одним из самых необходимых требований на передачу голоса является передача в реальном масштабе времени, ввиду того, что данная услуга почти не допускает задержки.

Согласно вышеуказанному, речевой шлюз исполняет данную операцию в обратном направлении для пакетов, приходящих из сети IP. Обе опреации (вход из телефонной сети/выход на телефонную сеть) исполняются одновременно, т.е. получаем двустороннее (дуплексное – full-duplex) преобразование.

До сих пор обсудили услуги типа телефон-телефон, факс-факс и телефон- терминал IP. При услугах IP, терминал- терминал IP и терминал IP -телефон, вызов инициируется телефонной программой IP с помощью протоколов Н.323 или SIP. Посредник Н.323 (Gatekeeper) или SIP-сервер опять присоединяет ассоциацию вызывaемый номер с действительным IP-адресом вызываемого терминала или речевого шлюза, который потом данный вызов передаст в ТфОП.

1.2. Пердача речевых сообщений по сети IP

На примере коммуникации между двумя мультимедийными компьюторами (оборудованными динамиками и микрофонами) увидим, какие условия должны удовлетворить их клиентские программы VoIP (такие же условия применимы и к речевым шлюзам) и сама IP-сеть для передачи речевых сообщений.

После установления связи при помощи сигнальных протоколов, один из пользователей говорит в микрофон, речевое сообщение преобразуется в цифровую форму и образуются пакеты по протоколу передачи в реальном масштабе времени (Real Time Protocol – RTP). Такие пакеты передаются по IP-сетям с помощью протоколов нижных уровней (например протокола датаграммы пользователя – User Datagram Protocol – UDP, IP …). После получения пакета, в пункте назначения программа его декапсулирует и на громкоговорителях приемного компьютера вос-производится речевое сообщение.

Самое качество принятого звукового сигнала зависит от метода кодировки голоса (таблица 2), а так же и от задержек и колебания данных задержек при перносе речевых пакетов по сети. Алгоритм кодировки должен работать в реальном масштабе времени с удовлетворительным качеством.
Кроме того, в алгоритме должно быть предусмотрено восстановление потерянных пакетов, т.е. при коммуникации в реальном масштабе времени не повторяется передача потерянных пакетов (при речевых сообщениях нет повторной передачи). Технология VoIP телефонии не предусматрывает повторную передачу пакетов в случае их потери или неправильного приема, т.е. это внесло бы дополнительные задержки, которые намного больше уро-вня приемлимости. Поэтому сторона назначения должна генерировать звуковой сигнал во время, которое заполняет потерянный пакет, и таким образом избечь перерывы в разговоре. Если задержки в сети большие, то собеседникам тяжело поддерживать нормальный разговор. Темп разговора тем меньше, чем больше задержки. Самое большое время задержки, при котором разговор еще имеет смысл, около 200 мс (полная задержка в пути – Round Trip Delay).

Кроме задержки, из-за выполнения алгоритма сжатия и инкапсулации в пакеты, самым значительным фактором ограничения качества услуги является задержка и колебение времени задержки, вносимые IP-сетью при передаче. Для уменьшения задержки на удовлетворительную величину необходимо использовать соответствующее сетевое оборудование – маршрутизаторы (router) и коммутаторы LAN (LAN Switch), имеющие поддержку для соответствующих механизмов, как например разделение услуг (DiffServ). Такие механизмы дают больший приоритет речевой информации чем другим видам трафика при маршрутизации и передаче. Таким образом речевые пакеты в этих устройствах меньшее время остаются в их буферах, ожидая маршрутизацию и передачу дальше по IP-сетям.

Протокол резервирования ресурсов (Resourse Reservation Protocol - RSVP) и мультипротокольная коммутация на основании меток (Multiprotocol Label Switching - MPLS) могут обеспечить резервацию мощностей в сетевых устро-йствах для речевого трафика при установлении связи. В этом случае неожиданное увеличение остального трафика через используемые сетевые устройства не повлияет на качество уже установленной связи.

Речевые сообщения по IP-сетям передаются в очень небольших пакетах, значительно меньших, чем пакеты передачи данных. Для этого существуют две причины: первое – на выходной стороне будет намного большая задержка каждого пакета в том случае, когда шлюз из ТфОП (PTSN) сети принимает информацию в течение длите-льного времени, а только затем сжимает ее и инкапсулирует в один пакет; второе – потерянные или неисправные пакеты с большим количеством речевой информации намного тяжелее восстановить или сгенерировать на приемной стороне. Такое положение привело бы к значительной потере качества услуги.

Для успешной борьбы с большим количеством небо-льших и многочисленных IP-пакетов с речевой информацией, необходимо создавать IP-сеть с применением маршрутизаторов, с исключительно хорошими характеристиками скоростей маршрутизации и обработки таблиц адресов.

Эрикссон, вместе с партнерами и другими производителями, развил целую серию маршрутизаторов (AXI 540, AXI 520, AXI 580), которые соответствуют вышеперечисленным запросам, с их помощью можно создать IP-магистрали, применимые для решений VoIP. Больше о перечисленных маршрутизаторах найдете в главе 5 «Маршрутизаторы фирмы Эрикссон».

2. Архитектура протоколов в IP-телефонии

Архитектура протоколов в области IP-телефониипоказана на рис. 3 и содержит целый ряд протоколов. Протоколы ТСР (Transmission Control protocol), UDP, IP и остальные, на нижних уровнях, служат протоколам высших уровней с возможностью передачи/приема данных от/к другим локациям в сети.

• Интернет протокол (Internet Protocol – IP) – протокол сетевого уровня, дающий ненадежную, бесстыковую доставку информации без гарантированной доставки (Best Effort). Интернет протокол принимает данные из высших уровней, дополняет заголовком, содержащим информацию о принятых данных и передает их нижним слоям. Такие пакеты называются Интернет протокол датаграммы. Самой важной ролью Интернет протокола является передача пакетов в следующую, соответствующую точку маршрутизации (next hop). Все данные, необходимые для маршрутизации, содержатся в заголовке Интернет протокола. Если размер данных, принятых из транспортного уровня, превисит заданное заначение, которое канал может принять, Интернет протокол выполняет разбивку и повторное составлени пакетов. В данный момент времени самой распространенной версией Интернет протокола в мире является IPv4, но она понемногу уступает место версии 6 этого протокола. Интернет протокол с версией 6 использует 128-ми битовые адреса, вместо 32-х разрядных IPv4, и таким образом решается проблема недоcтaтoчного количества IP-адресов (существующего в версии IPv4). Специальные опции, существующие в некоторых пакетах IPv4, в пакетах IPv6 помещены в отдельные (необязательные) заголовки, поэтому их обработка оптимальная. В версии 6 Интернет протокола поддержано резервирование ресурсов, обозначением потока пакетов. Из-за этого специальные потоки, как например аудио пакеты, которые должны иметь как можно меньшее время задержки, могут быть обработаны различно от остальных данных, не имеющих признака реального времени. Кроме того IPv6 содержит и меры безопасности, такие как аутентификация или тайность.

• Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol – TCP) – стыковой протокол транспортного уровня в сетях, базирующихся на IP. Перед передачей каких-либо данных устанавливается связь между двумя оконечными системами. После этого TCP-протокол следит за доставкой всех пакетов к принимателю. Временной контроль и повторная передача служат для обеспечения стыковых услуг. ТСР-протокол служит для управления путями данных и отыcкивает возникшие ошибки. Скорость передачи пакетов может увеличиться или уменьшиться в зависимости от нагрузки в сети. Неисправные пакеты отбрасываются и повторно передаются, ввиду этого в приложениях, находящихся над ТСР-уровнем, нет необходимости применять соответствующие механизмы. В ТСР- протоколе предусмотрено применение подтверждений о принятии пакета без ошибок. Применим для надежного обмена данными, но в приложениях, работающих в реальном времени, обычно необходимо встроить собственные механизмы контроля времени и потоков, т.к. условия, которым они должны удовлетворять, значительно различаются. При обмене информации вни-мание уделено на исправность принятой информации, а в приложениях в реальном времени основное внимание посвящено времени приема.

• Протокол датаграммы пользователя (User Da-tagram Protocol - UDP) – бесстыковой протокол тран-спортного уровня в сетях, базирующихся на IP. Протокол UDP не обеспечивает прием пакетов на целевой адрес. Механизмы надежности используются на уровнях, находящихся над уровнем протокола UDP. Но несмотря на это, UDP-протокол удовлетворителен для некоторых приложений, как например передача звуковой информации в реальном масштабе времени. Т.е. в самом приложении принимается решение, необходимо ли повторно пересылать пакеты, а кроме того управление потоками данных передается на уровень приложения. Заголовок UDP содержит информацию о входных точках источника и цели, длине пакета и контрольной сумме для отыскaния ошибок (необязательно). Номера для входных точек используются для того, чтобы данные были доставлены соответствующему приложению, т.к. несколько процессов одновременно может пользоваться протоколом UDP.

• Протокол Н.323 – протокол Международного союза по электросвязи (International Telecommunication Union - ITU) для мультимедийной коммуникации (детальнее в главе 3.1 Н.323).

• Транспортный протокол потоковoй передачи данных в реальном масштабе времени (Real Time Streaming Protocol - RTSP) – протокол уровня приложений для контроля принятия потока данных в реальном масштабе времени.

• Протокол инициирования сеанса (Session Initi-ation Protocol - SIP) – контрольный (сигнализационный) протокол уровня приложений для начала, изменения или прерывания сеанса с одним или несколькими участниками (детальнее в главе 3.2. «Протокол инициации сеанса»).

• Протокол переноса в реальнoм масштабе времени (Real-time Transport Protocol - RTP) – стандартный Интернет протокол для передачи данных в реальном масштабе времени, включая и передачу голоса (аудио) и изображения (видео). Кроме того, его можно использовать и для диалоговых услуг, в том числе для IP-телефонии. RTP состоит из двух частей: данных и контрольной (RTCP) составляющей. Составляющая данных протокола имеет роль поддержки приложениям в реальном масштабе времени, включая временную реконструкцию, детектирование потерь, надежность и идентификацию содержания.

• Протокол контроля передачи в реальном масштабе времени – вместе с протоколом RTP предназначен для обеспечения поддержки конференциям в реальном времени по IP-сетям для групп неограниченной величины. Роль протокола – собрать возвратную информацию от участников конференции о качестве услуг и возможных перебоях в сети. Кроме того, протокол синхронизирует различные потоки данных (например аудио и видео), а также идентифицирует и описывает источник. Описание источника может включать имя участника, номер телефона, адрес электронной почты и т.д.

• Протокол резервирования ресурсов (Resourse reservation Protocol - RSVP) – используется для занятия сетевых ресурсов и тем самым обеспечивает определенное качество передачи. Этот протокол используется для резервирования каналов или путей в Интернет для передачи видеосигнала или других сообщений, занимающих широкий частотный диапазон при передаче из одного источника к многочисленным пользователям (многоадресная передача – multicast). Является частью модели услуги интегрированной в Интернет (Internet Integrated Service - IIS), которая обеспечивает передачу сообщения без га-рантии (best effort) в реальном масштабе времени и управляемое распределение связи. Протокол RSVP кроме того, поддерживает передачу сообщений из одного источника к одному назначению (unicast) и от нескольких источников к одному назначению (multi-source).

• Протокол описания сеанса ( Session Description Protocol - SDP) – применяется для описания мультимедийных сессий.

3. Сигнализационные протоколы в IP-телефонии

Сигнализационные структуры в решениях VoIP дложны удовлетворить следующим требованиям:

• Обеспечить функциональность, необходимую для установления, управления и прерывания вызовов и связей;
• Масштабируемость, возможность поддержки большого числа регистрированных оконечных устройств и одновременных вызовов;
• Обеспечить качество услуг по запросу оконечного устройства;
• Гибкость, возможность быстрого введения новой функциональности;
• Стандартизированность, что позволяет вводить оборудование и решения различных производителей;
• Обеспечить управление сетью, оплату услуг .

На сегодняшний день существуют две структуры сигнaлизации, которые борятся между собой за доминацию в области IP-телефонии.

Н.323 более старое решение, задействованное в изделия многих производителей оборудования и примененное в решениях многих провайдеров. Н.323 - не один единственный протокол, но ряд протоколов, контролирующих установление связи, кодирование и декодирование мультимедийных содержаний, вызов потока и его прерывание. Вначале был предусмотрен исключительно для мультимедийных коммуникаций в LAN. Сложность протокола позволяет предоставить услуги, очень похожие на традиционную телефонию, но и вызывает ряд проблем в глобальных решениях, где появляются устройства защиты от несанкционированного доступа (межсетевые экраны - firewall), вызывающие значительные задержки даже при установлении вызова. Можно сказать, что философия на которой основывается данный стандарт следующая: перенеcти традиционную телефонию со всей ее сложностью и услугами на IP-сеть.

Протокол SIP решение более новое, которое исключительно из-за того, что введено недавно, еще не имеет значительного коммерческого применения. Простота протокола, возможность исключительно легкого введения новых услуг и разработанных достижений, а так же его философия: «Сделаем телефонию просто одним из приложений сети Интернет» - причины, из-за которых в последнее время стратегия всех заинтересованных сторон в области передачи голоса по IP-сетям базируется на данном протоколе. Кроме того этот протокол базируется на протоколе переноса гипертекста (Hiper Text Transfer Protocol - HTTP), ввиду чего он достаточно понятен для большинства людей.

3.1. Н.323

Н.323 является стандартом международного союза по электросвязи ITU-T. В его множестве каждая оконечная точка принадлежит какой-либо зоне, а в каждой зоне существует посредник (Gatekeeper). Все оконечные точки одной зоны зарегистрированы у своего посредника. Конечные точки – терминалы Н.323 (IP-телефоны или решения для персональных компьютеров) и речевые шлюзы с поддержкой Н.323, представляющие собой мосты в ТфОП. Протоколом Н.323 специфицировано, что терминалы в качестве минимума должны иметь поддержку для речевого сигнала, а поддержка для передачи данных и видео необязательны.

Посредник выполняет преобразование адресов (IP в Е.164 телефонные адреса и наоборот), контроль доступа и предоставление сетевых мощностей для отдельных связей.

Функциональность контроля в протоколе Н.323 (рис. 4) разделена на четыре отдельных сигнализационных канала:

• Канал RAS (RAS Channel) – данный протокол обеспечивает механизм коммуникации между крайней точкой и соответствующим посредником (Gatekeeper). Протокол RAS (Регистрация, Допущение и Состояние – Registration, Admission and Status) специфицирован в Н.255.0 Через RAS канал крайняя точка регистрируется в распределителе (рис. 5) и запрашивает допущение на инициацию вызова к другой крайней точке. Если доп-щение получено, то посредник возвращает транспортный адрес (IP-адрес + порт) вызваннго кенечного пункта, используемого для сигнализационного канала вызова.

• Канал сигнализации вызова (Call Signalling Chanel) – по данному каналу передается информация, необходимая для установления и прерывния связи между двумя конечными пунктами и для контроля дополнительных услуг. Этот протокол типа Q-931, и используется на данном типе канала, специфицирован в Н.225.0 и Н.450.х. После установления вызова, через данный канал конечные пункты обмениваются информацией о транспортных адресах, используемых для Н.245 контроля канала.

• Контрольный канал Н.245 (Control Chanel) – данный канал служит для передачи сообщений протокола Н.245, предназначенного для передачи контрольной информации в период коммуникации. Кроме того, конечные точки по этом каналу обмениваются информацией о параметрах, с которыми предаются различные типы сообщений при коммуникации (возможны: речевые, видео, данные). Например, одна конечная точка информирует другую о том, какие речевые кодеки она поддерживает и какой из них предпочтительнее при их коммуникации. После согласования с помощью Н.245 контрольного канала, открываются логические каналы передачи для обмена сообщениями, которыми передается речевая или видео-информация.

• Лoгический канал передачи (Logical Chanel for Media) – через данные каналы передается аудио, видео и другие типы сообщений. Каждый отдельный тип сообщений использует отдельные пары односторонних каналов, по одному в каждом направлении, используя RTP и RTCP.

В протоколе Н.323 специфицировано, что канал RAS и логический канал передачи передаются по ненадежным транспортным протоколам, как например UDP. Для контрольного канала Н.245 специфицировано, что он передается по надежному транспортному протоколу ТСР. В версиях 1 и 2 протокола Н.323 специфицировано, что канал для сигнализации вызова передается по надежному транспортному протоколу. В версии 3 этот канал по выбору может передаваться или по надежному или ненадежному транспортному протоколу.

3.2. SIP

ротокол SIP разработан оперативной группой для разработки системы Интернет (Internet Engeneering Task Force), и является протоколом, используемым для установления, модификации и прерывания мультимедийных коммуникаций по IP-сетям. IP-телефонный вызов обрабатывается как один из типов мультимедийной ком-муникации, в которой речевая информация обменивается между участниками такой коммуникации. Конечные терминалы – IP-телефоны с SIP клиентом, SIP программные приложения для персональных компьютеров или SIP речевые шлюзы, являющиеся связным звеном между IP и коммутируемой телефонной сетями в обеих направлениях.

Протокол SIP – текстовый протокол, а синтаксические правила основаны на НТТР (гипертекстовом протоколе). Протокол SIP может использовать протоколы ТСР или UDP в качестве транспортных протоколов, что ему обеспечивает преимущество по сравнению с Н.323 протоколом, который поддержку для UDP протокола получает только в последнее время. При использовании UDP необходимо на уровне приложения обеспечить механизмы надежности как например повторная передача и детектирование потери данных.

Протокол SIP пример протокола клиент-сервер. Клиенты или агенты пользователя задают запросы, на которые серверы отвечают. Как уже вышеуказано, клиенты SIP могут находиться в речевых шлюзах, телефонах SIP, или компьютерных программах.

В SIP-протоколе определены два типа сообщений: запросы и ответы. Все сообщения состоят из заголовка и тела сообщения.

Современная версия протокола SIP (SIP 2.0) содержит шесть основных запросов, называемых методами: INVITE (приглашение), ACK (подтверждение), OPTIONS (вариант), REGISTER (регистрация), CANCEL (отмена), BYE (бай-бай – до свидания). С помощью этих методов опреде-ляются параметры коммуникации, такие как точка доступа, принимающая поток данных, или применяемый алгоритм кодировки содержания. Действующие параметры установленной связи могут быть изменены и в течение самой связи, когда клиент посылает новый запрос INVITE (приглашение).

Метод АСК (подтверждение) передается для подтве-рждения установления новой связи. Может содержать и описание коммуникационных параметров для передачи мультимедийных содержаний.

OPTIONS (вариант) используется для получения информации о возможностях сервера. Сервер в качетве ответа перечисляет методы, которые он поддерживает.

Метод REGISTER (регистрация) оповещает сервер о действительной локации пользователя. Используя этот метод можно найти пользователя через SIP-сервер, который имеет записано местонахождение его локации.

С помощью метода BYE (до свидания) клиент объявл-яет о прерывании сеанса. При связи между двумя пользователями связь прерывается этим методом.

Метод CANCEL (отмена) отменяет параллельные поиски. Когда сервер ищет пользователя, он ищет его на нескольких локациях. В случае, когда найдет пользователя на одной из локаций, остальные поиски могут быть отменены.

Когда сервер примет запрос, он посылает ответ клиенту. Каждому типу ответа присвоен кодовый номер. Существует 6 главных типов ответов, приведенных в таблице 3.

Когда в SIP-архитектуре используются серверы, суще-ствуют два режима их работы: прокси-сервера (proxy server) и сервера переадресации (redirect server).

Прокси-сервер после приема INVITE вызова от клиента, регистрированного в его домене, использует индикатор универсальных ресурсов (Universal Resourse Indicator), который обозначает вызванную сторону, для определения ее локации. Если вызванная сторона находится в его домене, то сервер пересылает ей сообщение INVITE. В противном случае, серевер прослеживает запрос другому SIP сереверу, который может быть, но не обязательно должен быть прокси-сервером, для возможного опре-деления локации вызванной стороны.

Сервер переадресации дает точный адрес вызванной стороны SIP-клиенту, или если не удается установить связь, посылает SIP-клиенту т.е отправителю вызова информацию о другом SIP-сервере, которого клиент может запросить об установлении связи.

Существует и режим работы без применения сервера. Агент пользователя может непосредственно послать запрос агенту другого пользователя. Даже и в случае, когда при первом обмене сообщений между двумя участниками был использован SIP-сервер, дальнейший обмен сообщениями может быть непосредственно между агентами, без использования сервера.

На рис. 6 и 7, показан обмен SIP-сообщений в двух режимах (через прокси-сервер и через сервер переад-ресации).

Запросы клиента, который посылает вызов другой стороне, что касается кодовых алгоритмов и т.п., описаны протоколом определения сеанса (SDP), который вызывается в теле сообщения INVITE.

4. Решения VoIP фирмы Эрикссон

Как уже было приведено, компания Эрикссон со своими деловыми и операторскими системами VoIP и решениями для передачи голоса через IP-сети, присутствует на рынке практически с самого начала коммерческогo применения.

4.1. Система IPТ 1.6 фирмы Эрикссон

Система IPТ 1.6 (IP-телефония – Internet Protocol Telephony) – масштабируемое решение VoIP, предназначенное для различных пользователей и в различных режимах применения. Операторы нового поколения используют данныю систему для предоставления предоплаченных услуг передачи голоса через IP-сеть, традиционные опре-pаторы для более эффективного использования сетевых мощностей при передаче речевых сообщений, а провайдеры Интернет услуг – для выхода на новый сегмент рынка предоставлением речевых услуг типа телефонный удвоитель (Phone Doubler) и телефонного удвоителя с быстрым установлением связи (Phone Doubler Quick Call). Важно заметить, что IPТ – одна из редких систем на рынке, которая позволяет применеть все эти приложения на единственной платформе.

Краткое описание перечисленных IPТ приложений:

• IP-телефония по несущей (IPТС) – решение для операторов, которое позволяет осуществить чистую передачу факсимильных сообщений по IP-сети. Благодаря этому операторы эффективнее используют емкости пере-дачи, с возможностью использования одной и той же аппаратуры для передачи голоса и данных, в результате чего сэкономится обслуживание системы.

• IPТС для обеспечения предоплаченных услуг VoIP чаще всего используют операторы нового поколения (Next-Gen Telcos), которые свое место на рынке ищут через предоставление дешевых международных связей. Поль-зователи таких услуг с ТфОП набирают номер опре-деленного речевого шлюза, а потом обработку вызова берет на себя система интерактивного автоответчика (Interactive Voice Response - IVR), которая с ними коммуницирует записанными речевыми сообщениями. Пользователи иден-тифицируются набором идентификационного номера с предоплаченной карточки (prepaid) провайдера услуг. Система получает подтверждение о идентификации от сервера РАДИУС (удаленная аутентификация вызова пользователя услуги – Remote Autentification Dial In User Service), и тогда сообщения передаются через IP-сеть до истечения действительности кредита (который оператор связывает с проданной карточкой).

Телефонный удвоитель (Phone Doubler) и быстрая связь с телефонного удвоителя(Phone Doubler Quick Call) – приложения, которые провайдеры Интернет услуг пред-оставляют своим абонентам. Телефонный удвоитель обес-печивает пользователю принимать телефонные вызовы и устанaвливать связи по телефону с помощью мульти-медийного персонального компьютера во время, когда его телефонная линия занята сеaнсом работы в сети Интернет (рис. 8).

Клиент телефонного удвоителя принимает вызовы таким образом, что перед подключением к сети Интернет, переадресует вызовы с его телефонного номера на номер речевого шлюза провайдера услуги. Потом пользователь подключается к сети Интернет и инициирует программу-клиента IPТ телефонный удвоитель у своего персонального компьютера. При вызове телефонный удвоитель ком-муницирует с IPТ посредником (Gatekeeper), который анализирует вызиваемый обеспечивая клеиенту установить непосредственную связь с соответствующим речевым шлюзом. IPТ клиент устанaвливает связь с посредником IPТ-системы, который затем может ассоциировать действительный IP-адрес абонента с его телефонным номером. Вызов попавший к номеру абонента, который считается нeудавшимся из-за занятия , перенаправляется к речевому шлюзу провайдера услуги. Речевой шлюз проключает сигнальную информацию к посреднику системы IPТ, который на основании номера с которого вызов переадресован, подтверждает достоверность пользователя. Если вызов направлен от номера абонента телефонного удвоителя, посредник даст сигнал речевому шлюзу о том, что необходимо перехватить вызов. Кроме того он даст и действительный IP-адрес, на котором находится абонент, и параметры в соответствии с которыми необходимо обработать вызов для обеспечения качества услуги, заданного профилем пользователя. Речевой шлюз сжимает информацию и через сервер сетевого доступа (Network Access Server) устанавливается непосредственная связь с IPТ -клиентом на персональном компьютере с данным адресом пользователя IP. По окончании использования услуги телефонного удвоителя, в том числе по обрыве связи с сетью Интернет, пользователь отменяет заданную переадресацию вызовов.

Услугу телефонного удвоителя с быстрым установлением связи (Phone Doubler Quick Call) Интернет провайдеры в первую очередь будут предлагать организациям, имеющим телефонные центры поддержки или занимающимся элек-тронной торговлей (e-commerce), и желают обрабатывать и вызовы потребителей/покупателей с Интернета. На их web-странице пользователь нажмет на определенную иконку и загрузит программу-клиента на свой компьютер. Клиент со своего персонального компьютера инициирует телефонный вызов для установления связи с заранее заданным телефонным номером. Клиент этот номер посылает посреднику IPТ-системы, а он использует этот номер для проверки достоверности. Если этот номер является номером абонента услуги телефонного удвоителя с быс-трым установлением связи, то вызов с персонального компьютера через прокси-сервер и речевой шлюз направляется к номеру телефонного центра поддержки.

В решении IPТ фирмы Эрикссон, платы речевого шлюза устанaвливают в корпус АХI 511 (рис. 9). Существуют три варианта данного корпуса: с тремя, пятью или шест-надцатью гнездами, с максимальным числом устано-вленных плат не более 14-ти (420 речевых каналов) в одном корпусе. Каждая плата состоит из двух частей: платы с физическим линейным интерфейсом (Line Interface Card - LIC), устанавливаемой с задней стороны корпуса, и процессорной платы (I/O Processor – процессор ввода/вывода) в передней части корпуса. Эти платы коммуницируют с помощью шин, находящихся в середине АХI 511 корпуса. Каждый LIM обладает разъемом Е1 для присоединения к явной коммутируемой телефонной сети с поддержкой для интерфейса первичного уровня цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN PRI), Q.SIG или CAS сигнализации, а кроме того один разъем 10/100 Мб (10/100 BaseT) для присоединения на IP-сеть. Встроена под-держка для речевых кодеков G.711 и GSM Full Rate.

В этот корпус можно поместить и платы шлюза SS7, что дает системе IPТ возможность поддержки сигнализации ISUP. Плата речевого шлюза поддерживает устранение и подавление эха, детекцию и генерирование DTMF тонов, а так же детекцию факсимильного тона. После детекции факсимильного тона, плата речевого шлюза вместо рече-вого кодека будет использовать факсимильный кодек, оптимизированный специально для передачи факсимильного трафика по сетям IP. На каждой плате кроме речевого и факсимильного кодеков, находятся и буферы, которые компенсируют колебания в времени задержки при приеме пакетов из сети IP, перед их передачей декодеру. В речевом шлюзе применен еще один способ улучшения качества услуги – механизм повторения/декодирования последнего исправного пакета с речевой информацией, когда IP-пакеты задерживаются, принимаются с ошибкой или вообще не принимаются.

Каждая плата речевого шлюза содержит 8 цифровых сигнальных процессоров (Digital Signal Processor - DSP) и один микропроцессор фирмы Моторола, работающий под операционной системой реального времени Дельта (OSE Delta Real Time).

Функциональность посредника IPТ (Gatekeeper) разделена на несколько программных и аппаратных ком-понентов, называемых “регистратор” (Sitekeeper), и одного центрального компонента, называемого управляющий сервер (Management Server). Каждый «регистратор» отвечает за регистрацию конечних точек в одной логической зоне и контроль вызовов из этой логической зоны и по направлению к ней. В каждую логическую зону входят одна или несколько физических локаций, на которых находятся речевые шлюзы и пользователи компьютеров (пользователи телефонных удвоителей и телефонных удвоителей с быстрым установлением связи). Избыточность достигается таким образом, что для каждой конечной точки можно задать первичный и вторичный «регистратор». Центральный сервер управления обрабатывает глобальную таблицу маршрутов вызовов, запрашивая таблицы маршрутов отдельных «регистраторов». Глобальная таблица показывает, какие «регистраторы» обслуживают VoIP вызовы к определенным номерам на своих речевых шлюзах и дальнейшую передачу в ТфОП или глобальную систему связи с подвижными объектами (PTSN/GSM).
«Регистраторы», получив распределенную глобальную таблицу, могут устанавливать связи между различными зонами. При этом используется метод «маршрут минимальной стоимости» (Least Cost Routing), т.е. вызывается тот речевой шлюз со свободными линиями, через который возможна минимальная стоимость при передаче вызова в коммутируемую телефонную сеть.

Кроме того, в качестве еще одной функции »регис-траторов«, поддержано подтверждение достоверности пользователя и расчет расходов в системе IPТ. В »регистраторе« интегрирован клиент RADIUS, который коммуницирует с внешним RADIUS сервером, передавая ему информацию, необходимую для подтверждения досто-верности пользователя, начинает и заканчивает расчет расходов после установления или прерывания речевых связей, которые он контролирует.

»Регистратор« в IPТ 1.6 выполнен на платформе с Интел процессором под Microsoft Windows NT операционной системой. В системе AXI 511, можно установить плату, соответствующую этим требованиям, и таким образом установить «регистратор» и речевые шлюзы в одном корпусе.

Более новое решение фирмы Эрикссон IPТ 2.1, нап-равлено на расширение функциональности в области IP-телефонии, которое операторам новой генерации позволяет услуги передачи голоса по IP-сетям предложить ком-мерческим пользователям и пользователям квартироного сектора. Одним из способов достижения этого может быть использование системы фирмы Эрикссон Webswitch 2000. Webswith 2000 может быть использована как ведомствен-ная телефонная станция IP с интегрированной функциональностью речевого шлюза (iPBX), которую оператор устанавливает на локации коммерческого пользователя или пользователя квартирного сектора. Если пользователь уже имеет стандартную станцию, то Webswitch 2000 может найти применение как внешний речевой шлюз. Поль-зователи квартирного сектора могут пользоваться Н.323 IP-телефонами или домашними речевыми шлюзами в комбинации с аналоговыми телефонами. Домашние рече-вые шлюзы могут быть применены по разному, либо используются небольшие версии с возможностью присоединения 2х – 4х телефонов, которые находятся на локации пользователя, или версии с большими мощ-ностями, предназначенными для выполнения решений в квартирном секторе (многоквартирные дома).

Webswitch 2000 фирмы Эрикссон (рис.10) – модульное устройство, изготавливаемое в двух вариантах: с двумя или четырмя гнездами. В любое из гнезд можно установить один из следующих модулей: модуль с 16-ю аналоговыми телефонными разъемами, Е1 модуль с поддержкой для сигнализация по выделенному сигнальному каналу (CAS) и ISDN (ЦСИС) сигнализации, модуль с 8-ю аналоговыми интерфейсами для телефонов. Ethernet разъем установлен стандартно, а применение отдельных модулей зависит от природы трафика. Когда Webswitch 2000 работает как телефонная станция трафика Интернет, максимальное число пользователей может быть 96, при этом только на 64 канала могут быть присоединены аналоговые телефоны. В качестве конечных терминалов могут быть IP-телефоны Dialog 3413 фирмы Эрикссон, мультимедийныe персональные компьютеры с программой Netmeeting, а
так же беспроводные IP-телефоны фирмы Spectrum.
При пользовании системы Webswitch 2000 в качестве телефонной станции трафика Интернет, она конечным пользователям обеспечит ряд самых важных телефонных услуг, а список предоставляемых услуг постоянно расширяется.

Параллельные серверы Н.323 для контроля вызовов и сервер приложений системы IPТ 2.1 (на базе платформы Sun Solaris), находящиеся у оператора, обеспечивают не только основную маршрутизацию вызовов, но и предоставление телефонных услуг пользователям. Система обеспечивает и основные телефонные услуги типа вывод на дисплее номера вызывающего, переадресацию вызова, частные планы нумерации и т.д. Эти телефонные услуги предназначены в первую очередь для пользователей, которые данные услуги не имели до сих пор, т.е. это можно обеспечить применяя Интернет телефонную станцию или традиционные телефонные станции вместе с внешними речевыми шлюзами. А домашние пользователи свои телефоны присоединят на речевые шлюзы квартирного сектора.

Традиционные ведомственные коммутационные системы фирмы Эрикссон MD 110 и BuisinnesPhone, как раз модернизируются в направлении применения IP. Модернизация включает и поддержку для конечных пользователей Н.323, подключения к IP-сетям через речевые шлюзы и обмен сообщениями с внешним сервером Н.323 для контроля вызовов.

Самый интересный резидентный шлюз для квартирных секторов из семейства VoIP изделий фирмы Эрикссон назван цифровой резидентый (Digital Residential Gateway - DRG). Цифровой резидентный шлюз (рис. 11) – устройство, устанавливаемое на локации каждого отдельного пользователя. Оборудован сетевым интерфейсом Ethernet, а для пользователя предназначены две обычные телефонные линии и один интерфейс Ethernet. Цифровой резидентный шлюз обладает определенным уровнем защиты от несанкционированного доступа, а интегрированный Н.323 совместимый речевой шлюз поддерживает G-729 и G.711 кодеки.

Установкой цифрового шлюза квартирного сектора на локации пользователя, оператор имеет возможность, кроме основных телефонных услуг, предложить и дополнительные услуги, например: высокоскоростной доступ в Интернет, видео по запросу (Video on Demand - VoD), виртуальную локальную вычислительную сеть (Virtual Local Area Network - VLAN), видео-конференции и т.п. При этом оператор должен предусмотреть решения для обеспечения линии с большой пропускной способностью через которую пользователь присоединится к IP-магистрали, на которой находятся различные серверы. Данные решения включают:

• постройкy городской сети LAN, на которую конечные пользователи присоединяются к шлюзу квартироного сектора с помощью Ethernet интерфейса;

• беспроводную местную петлю (Wireless Local Loop – WLL), в которой пользователь подключает DRG к системе передачи которая обеспечивает ему беспроводный широкополосный допступ к IP-магистрали;

• присоединение к существующим системам кабельного телевидения (Cable TV – CATV) или

• применение технологии ассимметричной цифровой абонентской линии (Asymmetric Digital Subscriber Line – ADSL) для доступа к IP-магистрали провайдера услуг, т.е. присоединение к соответствующему модему.

Систему IPТ 2.1 можно интегрировть с другими, сродными системами фирмы Эрикссон, в том числе с системой универсальных сообщений (Unified Messaging). Кроме того, IPТ 2.1 поддерживает G.723 и G.729 кодеки на речевых шлюзах, а так же и интеграцию шлюза, описанного в следующей главе – открытый сетевой шлюз (Open Network Gateway – ONG).

4.2. Система открытого сетевого шлюза (ONG) фирмы Эрикссон

Система открытого сетевого шлюза фирмы Эрикссон полностью совместима с моделью рапределенного шлюза, которую поддерживают все соответствующие институции, проводящие стандартизацию, включая Международный институт электросвязи (МСЭ-Т; ITU-T) и целевую группу разработки Интернет (IETF). Данную модель предложила целевая группа для гармонизации телекоммуникаций и Интернет-протокола через сеть (Telecommunication and Internet Protocol Harmonisation over Network Group – TIPHON Group) из Европейского института телеком-муникационных стандартов (European Telecommunications Standart Institute - ETSI). В соответствии с той моделью шлюз и его функциональность разделяют на три отдельных компоненты с различными задачами. Эти компоненты между собой коммуницируют с помощью открытых протоколов, что позволяет использовать компоненты раз-личных производителей в единственном сетевом решении. При этом шлюз можно в общих чертах определить как элемент сети, задача которого – преобразование носителя информации (речевая, данные, сигнальной) при ее переходе между двумя или большем числе сетей с различными технологиями переноса (TDM, IP, ATM, FR …) и/или интерпретация принятой сигнальной информации и ее трансформация. Распределенная архитектура шлюза показана на рисунке 12.

Функциональные компоненты в архитектуре:

• шлюз сигнализации ( Signalling Gateway - SG)
• контроллер шлюза носителя (Media Gateway Con-troller - MGC)
• шлюз носителя (Media Gateway - MG)

Можно сказать, что данная, SG-MGC-MG архитектура является одним из способов, с помощью которого функциональность традиционной телефонной станции в сетях с коммутацией канала переносится на пакетные сети. Достоинствами такой архитектуры является то, что функциональные элементы выполняют на микропроцессорных платформах различных изготовителей и они, как уже было приведено, коммуницируют с помощью открытых про-токолов.

Целевая группа MEGACO при IETF взяла на себя задачу дефиниции протокола для коммуникации между контроллером шлюза носителя и шлюзом носителя (MGC - MG), а целевая группа по транспортировки сигнализации (Signalling Transport - SIGTRAN) при том же институте – протокола для передачи сигнальной информации между шлюзом сигнализации и котроллером шлюза носителя (SG - MGC). Функционирование основных элементов и специфичности в их решениях, выполняемых фирмой Эрикссон, описаны в следующих главах.

4.2.1. Шлюз носителя

По определению шлюз носителя находится между TDM каналом со стороны ТфОп и RTP порта с IP-стороны, он выполняет преобразование носителя речевой информации между ними (рис. 13). Перед передачей по IP-сети кодек, тип которого определяет контроллер шлюза носителя для каждого отдельного вызова с помощью протокола управления шлюзами носителя (Media Gateway Control Protocol - MGCP), кодирует речевую информацию.

Шлюз носителя, используемый в первом открытом сетевом шлюзе (ONG) фирмы Эрикссон, базируется на платформах Тигрис AXC 627, AXC 706 и AXC 711 (рис. 14) этой же фирмы, и мультисервисных шлюзовых плат-формах ведущего класса. В Тигрисе, который и ранее был известен как высокопроизводительный маршрутизатор и сервер сетевого доступа (Network Access Server - NAS), функциональность расширяется и на высокопроизводительный речевой шлюз. Благодаря технологии вызов по вызову (Call-by-Call), Тигрис одновременно может работать и как сервер сетевого доступа и как речевой шлюз. Технология вызов по вызову позволяет Тигрису использовать отдельные цифровые сигнальные процессоры для различных целей. Цифровые сигнальные процессоры установлены на платах, помещаемых в гнезда в корусе Тигриса, 7 гнезд находится в AXC 627, а 11 – в АХС 711. После того, как контроллер шлюза носителя с помощью протокола MGCP установит связь или модифицирует вызов, шлюз носителя, на основании заранее поставленных параметров и параметров, принятых в сообщениях MGCP, применит соответствующую технику кодирования на каждый отдельный вызов. Затем, цифровой сигнальный процессор, получивший задание обработать вызов, использует программный пакет, соответствующий типу трафика, а в некоторых случаях и профилю пользователя. Программный пакет может быть или речевой кодек типа G.723, в случае кодирования голосового сигнала, принимаемого из коммутируемой телефонной сети в формате G.711, или стандарт V.90, в случае модемного вызова для удаленного доступа в сеть. Таким образом применяют различные техники кодировки на одной и той же физической платформе, поддерживая удаленные доступы в сети по аналоговoй телефонной линии (ТфОП - PTSN) и ци-фровой линии с интеграцией услуг (ЦСИС – ISDN), обмен данными из сетей глобальной связи с подвижными объектами (протокол V.110) и обработку голосового трафика.

Для установления связи и обработки трафика в решении открытого сетевого шлюза Тигрис используются платы со 120 или 240 цифровых сигнальных процессоров и платы с 240 цифровых сигнальных процессоров и 8-и интерфейсами Е1.

Физические связи к коммутируемой телефонной сетью (ТфОП – PTSN) выполняют с помощью плат с 4-мя интерфейсами Е1, и плат с 240 цифровыми сигнальными процессорами и 8-и интерфейсами Е1. При этом на интерфейсах Е1 поддержаны и сигнализация для цифровой телефонной линии (ЦСИС - ISDN) и сигнализация по выделенному каналу (CAS). Контроллер шлюза носителя, интерпретирующий сигнализацию аналоговой телефонной сети (ТфОП – PTSN), поддерживает систему сигнализации цифрового абонента (DSSS1), но не имеет поддержку для сигнализации по выделенному каналу (CAS), поэтому шлюз носителя преобразует CAS сигнализацию в DSSS1 перед передачей информации контроллеру шлюза носителя.

К IP-сети Тигрис присоединяется при помощи 10100/BaseT интерфейса на контрольной плате, платы с STM1 и АТМ интерфейсами, платы с 4-мя универсальными последовательными портами и/или платы с 4-мя интер-фейсами Е1.

Если открытый сетевой шлюз принимает сигнализацию SS7 с помощью интерфейса Е1, который шлюз носителя использует для речевых каналов, то он перебрасывает сигнализационные каналы SS7 на специальный интерфейс Е1 для сигнализационного шлюза.

В шлюзе носителя фирмы Эрикссон применены следующие механизмы надежности:

• Резервный источник питания;

• Изолирование от рабочей системы цифрового сиг-нального процессора на котором детектирована ошибка, уменьшая таким образом вероятность направления к нему вызова для обработки;

• Для каждого шлюза носителя можно задать пер-вичный и вторичный контроллеры шлюза носителя;

• Для каждого шлюза носителя можно задать сервер удаленной аутентификации вызова пользователя услуги (RADIUS).

Система АХС 711 удовлетворяет самому высшему стан-дарту в системе создания сетевого оборудования, уровень NEBS3 (Network Equipment Building System - NEBS). Поддержаны следующие речевые кодеки: G.711, G.723, G.728, G.729 и GSM Full Rate (полная пропускаемость системы глобальной связи с подвижными объектами).

4.2.2. Контроллер шлюза носителя

В модели распределенного оборудования шлюза контроллер шлюза носителя выполняет следующие финкции (рис. 15):

• управление трафиком;

• надзор ресурсов одного или большего числа шлюзов носителя с помощью протокола котроля шлюза носителя (MGCP или Н.248 протокол);

• преобразование между сигнализацией контроля и установлением связи в ТфОП сети (например ISUP или DSS1) и сигнализацией (например Н.323 или SIP) с по-мощью которой устанавливается связь и контролируются речевые связи RTP/IP, инициированные через шлюз носителя. Сигнализацию ISUP контроллер шлюза носителя принимает из SS7 сигнализационного шлюза с помощью потокола управления потоками данных (Stream Control Transmission Protokol - SCTP).

Рабочая группа MEGACO при IETF заканчивает стан-дартизацию протокола Н.248, который является улу
чшенной версией MGCP протокола для коммуникации между контроллером шлюза носителя и самим шлюзом носителя. Существующая версия системы открытого шлюза использует MGCP v1.0 (RFC 2705), но планируется переход на протокол Н.248 по окончании стандартизации. Целевая группа SIGTRAN при IETF стандapтизует протокол SCTP.

В системе открытого сетевого шлюза контроллер шлюза носителя преобразует следующие сигнализационные сигналы контроля вызовов: ISUP и ISDN со стороны коммутируемых телефонных сетей и систем глобальной связи с подвижными объектами (PTSN/GSM), а с IP-стороны – SIP и Н.323. Кроме того, поддержан целый ряд ISUP и ISDN национальных стандартов, для обеспечения присоединения к коммутируемым телефонным сетям в различных странах. Шлюз носителя с помощью протокола управления потоками данных (SCTP) по IP-сети передает сигнализацию DSS1 в систему открытого сетевого шлюза к контроллеру шлюза носителя. Шлюз носителя под-держивает сигнализацию DSS1 на своих Е1 интерфейсах основного уровня цифровой сети с интеграцией услуг (ISDN PRI), как показано на рис. 16.

Функция управления трафиком включает анализ вызванного номера, на основании котрого система направляет вызов к локации принимателя вызова, и способ обработки. Анализ выполняется в соответствии с конфигурационными параметрами, которые операторы могут изменять дина-мически.

Вызванный номер в контроллере шлюза носителя выделяется из сигнализационных сообщений об установлении связи различных форматов т.е. ISUP, DSS1, H.323 или SIP. Анализ вызванного номера выполняется в несколько шагов:

• Модификация вызванного номера. Например, если пользователь из ТфОП набрал номер 0712345, результатом данного шага может быть отстранение префикса 07 из набранного номера, выделенного из ISUP сообщения первоначального адреса (Initial Address Message -
  IAM). Данный префикс применяется в ТфОП для вызовов открытого сетевого шлюза. Результат в этом случае номер 12345, и является входными данными для следующей фазы анализа.

• Анализ маршрутизации. Этот шаг собственно говоря простая проверка номера «В» сравнением наб-ранного номера с номерами из базы данных. Вызов может быть отменен, если в базе данных нет ни одного номера, который хотя бы частично совпадал с вызванным. Если в базе для набранного номера, начинающиеся с 123, определен протокол SIP (а не например Н.323), а одновременно 123 представляет самый длинный номер, совпадающий с набранным (longest match), то вызов по IP-сети будет прослежен как раз с использованием SIP контрольного протокола. При установлении связи SIP протокол будет контактировать с другим соответствующим контроллером шлюза носителя, обрабатывающего такие вызванные номера, если запись о таком сервере вообще существует в базе данных. После установления коммуникации между контроллерами, они задают команды для своих шлюзов носителя, установления непосредственной голосовой связи с применением кодека, тип которого договорен между контроллерами. Установление связи возможно и с помощью внешнего SIP сервера переадресации или SIP прокси-сервера. Такое решение имеет возможность хорошей масштабируемости, при котором не обязательно пользование большими таблицами адресов в каждом контроллере шлюза носителя (а оператор не должен ее обслуживать). Это особенно важно в тех случаях, когда речь не идет о PTSN-SIP/H.323-PTSN трафике, т.е. простой передаче голосовой информации по IP-сети, как было описано в вышеприведенном примере. В случае, трафика ТфОП-SIP/H.323 и SIP/H.323-ТфОП, т.е. когда один из конечных терминалов пользователя – IP-телефон, пер-сональный компьютер, речевой шлюз квартирного сектора (например DRG), или телефонная станция Интернет (например Webswitch 2000), таблицы всех контроллеров шлюза носителя должны содержать все телефонные номера конечных пользователей в сети SIP/Н.323.

Контрольный протокол сервера сетевого доступа (NAS) в контроллере шлюза носителя, в отличие от контрольных функций передачи голоса, не результирует связью контроллера шлюза носителя с окружающей средой, а только контролем шлюза носителя, обеспечивая фун-кциональность сервера сетевого доступа (Network Access Server).

Контроллеры шлюза носителя фирмы Эрикссон поддерживают авторизацию пользователя и расчет расходов в комбинации с внешним сервером RADIUS для VoIP и NAS трафика из коммутируемой телефонной сети и к ней. Так например контроллер шлюза носителя может RADIUS серверу проследить информацию, принятую в ISUP сигна-лизационных сообщениях, а она может послужить серверу как база данных для авторизации. Такой информацией может быть номер источника. После аутентификации пользователя сервером RADIUS на основании номера »А«, сервер дает контроллеру шлюза носителя данные о пользователе, записанные в его профиле в базе данных. Эти параметры могут определять качество услуги, как например речевой кодек, используемый в шлюзе носителя для кодирования голосового трафика, иницированного с данного номера. Контроллер шлюза носителя такую информацию может перенести самому шлюзу носителя с помощью MGCP сообщений.

В случае удаленного модемного доступа в сеть передачи данных, авторизацию пользователя выполняет шлюз носителя с помощью протокола аутентификации по паролю (Password Autentification Protocol - PAP) или протокола аутентификации подтверждением вызова (Challenge Handshake Autentification Protocol - CHAP) и коммуни-кацией с внешним сервером RADIUS.

4.2.3. Сигнализационный шлюз

Сигнализационный шлюз (Signalling Gateway - SG) SS7 поддерживает следующие функции (рис. 17):

• выделяет ISUP сигнализацию из SS7/MTP сети и инкапсулирует ее без каких-либо изменений в IP-пакеты, которые пересылает по IP-сети к контроллеру шлюза носителя, контроллер после этого интерпретирует сигнализацию;

• процесс выполняется и в обратном направлении, сигнализационный шлюз выделяет ISUP сигнализацию из IP-пакетов, которые генерирует контроллер шлюза носителя и пересылает ее в коммутируемую телефонную сеть с помощью МТР протокола.

В системе открытого сетевого шлюза, как уже было приведено, существует возможность, при которой шлюз носителя может установить и SS7 сигнализационные связи наряду с голосовыми TDM каналами из коммутируемой телефонной сети и прослеживает ISUP сигнализацию к сигнализационному шлюзу.

Сигнализационный шлюз применяют при предоставлении услуг сетевого доступа (NAS трафик), при пре-доставлении услуг передачи голоса по IP-сетям и при комбинировании функциональности.

Платформа, на которой в системе открытого сетевого шлюза, базируются компоненты контроллера шлюза носи-теля и сигнализационный шлюз – система Sun Netra ft 1800 (рис. 18). Данное оборудование удовлетворяет третий, самый высший, уровень стандарта системы создания сетевого оборудования, уровень NEBS3 (Network Equip-ment Building System – NEBS Level 3) и которое с полной избыточностью всех своих компонентов (процессоры, рабочая память, питание, и т.д.) гарантирует отказоустойчивость системы 99,999%, т.е. меньше 5-и минут неработоспособности в год.

5. Маршрутизаторы фирмы Эрикссон

5.1. AXI 520 и AXI 580 – IP- маршрутизаторы на магистрали сети

Очевиден огромный и быстрый рост Интернета и числа Интернет услуг, по числу компьютеров, числу пользователей, размерах трафика, числу связей, ширине частотного диапазона, необходимого для обеспечения этих связей, и по числу провайдеров Интернет услуг и их все более значительнoе место на рынке. В Эрикссон, в сотрудничестве с компанией Juniper разработали ядренные (core) маршрутизаторы, т.е. маршрутизаторы на базе семейства AXI. Речь идет о продуктах AXI 520-1 (рис. 19), AXI520-2 (рис. 20), AXI 520-4 (рис. 21), AXI520 (рис. 22) и AXI 580 (рис. 23). Три меньших маршрутизатора (AXI 520-1, AXI 520-2 и AXI 520-4) - это версии с одним, двумя или четырьмя гнездами маршрутизатора AXI 520.

Все эти изделия пользуются общим программным обеспечением, услугами и технологией ASIC (Application Specific Integrated Circuit -). Ввиду того, что необходимы большие скорости маршрутизации пакетов (длина кото-рых не закрепленная, а переменная), обработка пакетов базируется на технологии, заложенной в уже приведенную интегральную схему с Интернет процессором II. Такая технология поддерживает и изменения в программах маршрутизации, которые неизбежны с переменами в среде Интернет.

Компания Junos Networks разработала программный пакет JUNIOS Internet software для маршрутизации и определения маршрутов в которых поддержаны протоколы маршрутизации BGP4, IS-IS и OSPF. Эта программа загружена во все перечисленные AXI платформы.

Решением фирмы Эрикссон для комплексных требований, которые поставила сама природа трафика на сети Интернет, являются маршрутизаторы AXI 520 и AXI 580.

Маршрутизатор AXI 520 устанавливают на магистраль IP-сети (Internet backbone), а разработан специально для удовлетворения возрастающих требований провайдеров Интернет услуг (Internet Service Provider). Его достоинства – скорость маршрутизации пакетов, частота размещения портов, гибкость и надежный программный пакет JUNOS Internet software. Скорости, которые можно достичь с этим маршрутизатором, до OC-48c/STM-16 (2,5 Гбит/сек), а скорость обработки пакетов до 40 Мппсек (Мегапакетов в секунду) и гибкий инструментарий MPLS, увеличивают эффективность, использование ширины полoсы и лучший контроль трафика. Поддерживает фильтрацию трафика по целому ряду критериев, классифицируeт трафик по принимаемому логическому интерфейсу приоритетному значению IP, или целевому IP-адресу.

5.2. AXI 540 – пограничный агрегирующий маршрутизатор

AXI 540 (рис. 24) – пограничный агрегирующий маршрутизатор (Edge Aggregation Router), устанавливаемый на границе IP-сети. Выполнен в модульном корпусе с 15-ю гнездами и обладает характеристиками класса носителя (carrier-class). Этот маршрутизатор обладает скоростью обработки пакетов до 24 Мппс по двухточечному потоколу (Point to Point Protocol - PPP), по протоколам АТМ и передачи кадров – до 15-и OC-12/STM-4 (622 Мбит/сек) по корпусу. Поддерживает виртуальные частные сети (Virtual Private Network - VPN) и »качество сервиса/стоимость сервиса« (Quality of Service/ Cost of Service – QoS/CoS) с помощью MPLS и DiffServ стандартов, которые разделяют трафик по приоритету. Программное обес-печение AXI 540 маршрутизатора – IPaction, программа, выполняемая на Пентиум процессоре (под операционной системой семейства UNIX). AXI 540 поддерживает:

• протокол граничного шлюза (Border Gateway Pro-tocol – BGP v4);

• протокол внешнего шлюза (Exterior Gateway Protocol - EGP): промежуточная система – промежуточная система (Intermediate System – Intermediate system – IS-IS), первого открытого самого короткого пути (Open Shortest Path First - OSPF);

• многоадресную передачу (Multicasting): протокол маршрутизации многоадресной передачи по дистанционному вектору (Distance Vector Multicast Routing Protocol – DVMRP v3), протокол независмой многоадресной передачи (Protocol Independent Multicast - PIM).

Данный маршрутизатор поддерживает улучшенные IP-услуги:

• 50,000 фильтров для классификации трафика;
• Проектирование трафика по мультипротокольной коммутации по меткам (Trafic Engeneering MPLS);
• маршрутизацию пограничных меток (Label Edge Router – MPLS LER);
• виртуальную частную сеть (MPLS VPN);
• разделение услуг (DiffServ);
• IntServ.

На рис. 25 показаны связи и объединение в сеть описанных маршрутизаторов.

5.3. Семейство AXI –  маршрутизаторы для VoIP

Для того, чтобы маршрутизаторы могли успешновыполнять улучшенные услуги, они должны с большой эффективностью маршрутизировать большое количество небольших пакетов с голосовой информацией, а кроме того хорошо выполнять маршрутизацию пакетов в условиях флуктуации маршрутов и увеличенного трафика. В Интернете сегодня много как раз таких критичных ситуаций, из-за которых архитектура маршрутизатора должна быть устойчивой и нечувствительной к ним.

С ростом запросов пользователей растет число услуг и требования к ним, как например IP-телефония (VoIP) и многоадресная передача (multicasting). Многие из таких приложений, IP-телефония (VoIP) например, базируются на небольших пакетах, требующиx безотлагатаельнyю маршрутизацию без помех, даже и в случае нестабильностей в сети. Такой трафик, т.е. голосовой, не допускает потерю пакетов и их повторную передачу.

Поэтому, для обработки голосовых сообщений, важно чтобы маршрутизатор обеспечил необходимое качество сквозной услуги (QoS). Качество услуги – совокупность критериев, по которым пользователь различается, т.е. диференциация услуг в сетевом трафике улучшает ее качество. Качество услуги является важным фактором, когда объем трафика больше пропускной способности интерфейса, и поэтому тогда образуются очереди и селекция пакетов. Критериями для селекции пакетов могут быть: интерфейс источника, интерфейс получателя, тип трафика, и т.д. С качеством услуги можно увеличить ширину полосы пропускания для критичного трафика (например голосовой трафик), а ограничить ее для некритичного и тем самым обеспечить последовательность поставки пакетов и услуг.

6. Заключение

Передача голоса по IP-сетям, т.е. IP-телефония (VoIP), является одной из технологий с помощью которой достигается интеграция телефонных сетей и сетей данных. Ее сила лежит в рапространении и популярности IP-технологии и резком расширении Интернета, базирующегося на этом протоколе. Открытый стандарт и его принятие со стороны всех изготовителей оборудования, обеспечивают быстрое развитие и применение новых услуг в IP-сетях. Ярко выраженный прогресс технологии и внедрение мощных IP-магистралей сетей вводят IP-технологию в совсем новый мир: мир голосовых, неподвижных и подвижных телеком-муникаций. Передача речевых сообщений является только одним из приложений, осуществляющихся с помощью таких сетей.

IP-технология не была разработана для передачи голоса с качеством услуги, на которую мы привыкли. Но и здесь уже технические решения разработаны и стандартизованы, и IP-телефония (VoIP) в ближайшее время станет стандартным решением для операторов. Фирма Эрикссон с самого начала включилась во все важные институции стандартизации, и традициональным покупателям и по-купателям новой генерации предлагает надежные и ком-плексные решения.

7. Список условных сокращений

Список литературы

[1.] Munch B.: IP Telephony Signalling, Ericsson white paper, 1999

[2.] Munch B: IP Telephony - How to achieve quality voice communications, Ericsson white paper, 1999

[3.] Munch B: IP Telephony – Today/Tommorow/Ever?, Ericsson white paper,1999

[4.] Beijar N.: Signaling Protocols for Internet Telephony, Helsinki University of Technology, 1998

[5.] Interni materijali korporacije Ericsson