Принципи пакетної передачі мови

"Класичні" телефонні мережі засновані на технології комутації каналів рисунок 1, яка для кожної телефонної розмови вимагає виділеного фізичного з'єднання. Отже, одна телефонна розмова являє собою одне фізичне з'єднання телефонних каналів. У цьому випадку аналоговий сигнал шириною 3,1 кГц передається на найближчу АТС, де він мультиплексується за технологією тимчасового поділу із сигналами, які надходять від інших абонентів, підключених до цієї АТС. Далі груповий сигнал передається по мережі міжстанційних каналів. Досягшись АТС призначення, сигнал демультиплексуєтся й доходить до адресата. Основним недоліком телефонних мереж з комутацією каналів є неефективне використання смуги каналу - під час пауз у мові канал не несе ніякого корисного навантаження.

Рисунок1 - З'єднання в класичній телефонній мережі (топологія - "зірка")

Перехід від аналогових до цифрових технологій став важливим кроком для виникнення сучасних цифрових телекомунікаційних мереж. Одним з таких кроків у розвитку цифрової телефонії став перехід до пакетної комутації. У мережах пакетної комутації по каналах зв'язку передаються одиниці інформації, які не залежать від фізичного носія. Такими одиницями можуть бути пакети, кадри або гнізда (залежно від протоколу), але в кожному разі вони передаються по поділюваній мережі (рисунок 2), більш того - по окремих віртуальних каналах, що не залежать від фізичного середовища. Кожний пакет ідентифікується заголовком, який може містити інформацію про використовуваний їм канал, його походження (тобто про джерело або відправника) і пункт призначення (про одержувача або приймач).

Рисунок 2 - З'єднання в мережі з комутацією пакетів

У мережах на основі протоколу ІP усі дані - голос, текст, відео, комп'ютерні програми або інформація в будь-якій іншій формі - передаються у вигляді пакетів. Будь-який комп'ютер і термінал такої мережі має свою унікальну Іp-Адресу, і передані пакети маршрутизуються до одержувача відповідно до цієї адреси, що вказується в заголовку. Дані можуть передаватися одночасно між багатьма користувачами й процесами по одній і тій же лінії. При виникненні проблем Іp- мережі можуть змінювати маршрут для обходу несправних ділянок. При цьому протокол ІP не вимагає виділеного каналу для сигналізації.

Процес передачі голосу по Іp- мережі складається з декількох етапів.

На першому етапі здійснюється оцифровка голосу. Потім оцифровані дані аналізуються й обробляються з метою зменшення фізичного обсягу даних, переданих одержувачеві. Як правило, на цьому етапі відбувається придушення непотрібних пауз і фонового шуму, а також компресування.

На наступному етапі отримана послідовність даних розбивається на пакети й до неї додається протокольна інформація - адреса одержувача, порядковий номер пакета на випадок, якщо вони будуть доставлені не послідовно, і додаткові дані для корекції помилок. При цьому відбувається тимчасове нагромадження необхідної кількості даних для утворення пакета до його безпосереднього відправлення в мережу.

Витяг переданої голосової інформації з отриманих пакетів також відбувається в кілька етапів. Коли голосові пакети приходять на термінал одержувача, то спочатку перевіряється їхня порядкова послідовність. Оскільки Іp-Мережі не гарантують час доставки, то пакети зі старшими порядковими номерами можуть прийти раніше, більше того, інтервал часу одержання також може коливатися. Для відновлення вихідної послідовності й синхронізації відбувається тимчасове нагромадження пакетів. Однак деякі пакети можуть бути взагалі загублені при доставці, або затримка їх доставки перевищує припустимий розкид. У звичайних умовах прийомний термінал запитує повторну передачу помилкових або загублених даних. Але передача голосу занадто критична вчасно доставки, тому в цьому випадку або включається алгоритм апроксимації, що дозволяє на основі отриманих пакетів приблизно відновити загублені, або ці втрати просто ігноруються, а пропуски заповнюються даними випадковим чином.

Отримана в такий спосіб послідовність даних декомпресується й перетворюється безпосередньо в аудіо-сигнал, що несе голосову інформацію одержувачеві.

Таким чином, з великим ступенем імовірності, отримана інформація не відповідає вихідній (перекручена) і затримана (обробка на передавальній і приймальній сторонах вимагає проміжного нагромадження). Однак у деяких межах надмірність голосової інформації дозволяє миритися з такими втратами.

У цей час в Іp-Телефонії існує два основні способи передачі голосових пакетів по Іp- Мережі:

• через глобальну мережу Інтернет (Інтернет-Телефонія);

• використовуючи мережі передачі даних на базі виділених каналів (Іp-Телефонія).

У першому випадку смуга пропускання прямо залежить від завантаженості мережі Інтернет пакетами, що містять дані, голос, графіку і т.д., а виходить, затримки при проходженні пакетів можуть бути самими різними. При використанні виділених каналів винятково для голосових пакетів можна гарантувати фіксовану (або майже фіксовану) швидкість передачі.

Загальний принцип дії телефонних серверів Інтернет-Телефонії такий: з одного боку, сервер пов'язаний з телефонними лініями й може з'єднатися з будь-яким телефоном світу. З іншого боку, сервер пов'язаний з Інтернетом і може зв'язатися з будь-яким комп'ютером у світі. Сервер ухвалює стандартний телефонний сигнал, оцифровує його (якщо він з початку не цифровий), значно стискає, розбиває на пакети й відправляє через Інтернет по призначенню з використанням протоколу ІP. Для пакетів, що приходять із мережі на телефонний сервер, що й ідуть у телефонну лінію, операція відбувається у зворотному порядку. Обидві складові операції (вхід сигналу в телефонну мережу і його вихід з телефонної мережі) відбуваються практично одночасно, що дозволяє забезпечити повнодуплексну розмову. На основі цих базових операцій можна побудувати багато різних конфігурацій. Наприклад, дзвінок " телефон-комп'ютер" або " комп'ютер-телефон" може забезпечувати один телефонний сервер. Для організації зв'язку телефон (факс)-телефон (факс) потрібно два сервери.

З погляду масштабованості Іp-Телефонія представляється цілком закінченим розв'язком. По-перше, оскільки з'єднання на базі протоколу ІP може починатися (і закінчуватися) у будь-якому місці мережі від абонента до магістралі. Відповідно, Іp-Телефонію в мережі можна вводити ділянка за ділянкою, що на руку й з погляду міграції, тому що її можна проводити "зверху вниз", "знизу нагору" або по будь-якій іншій схемі. Для розв'язків Іp-Телефонії характерна певна модульность: кількість і потужність різних вузлів - шлюзів, gatekeeper ("привратників" - так у термінології Voіp йменуються сервери обробки номерних планів) - можна нарощувати практично незалежно, відповідно до поточних потреб. Природно, проблеми нарощування ресурсів властиво мережної інфраструктури ми зараз не враховуємо, оскільки вузли самої мережі можуть бути незалежні від системи Іp- Телефонії, а можуть і сполучати в собі їх функції.