Принципы построения и функционирования сетей IP-телефонии

В телефонных сетях общего пользования (ТфОП) для каждого телефонного разговора осуществляется физическое соединение теле­фонных каналов (рис. 1). При этом речевой сигнал передается на бли­жайшую автоматическую телефонную станцию (АТС), где он вместе с сигналами от других абонентов передается по сети межстанционных каналов. При поступлении на АТС назначения передаваемый сигнал выделяется из группового сигнала и поступает к адресату.

Телефонные сети (см. рис. 1), предназначенные для передачи го­лосовых сигналов, являются сетями с коммутацией каналов. Практи­чески независимо от них существовали сети с коммутацией пакетов (IP-сети), по которым данные передавались в виде пакетов. Реализа­ция идеи передачи голосовых сигналов по сетям с коммутацией паке­тов в режиме реального времени привела к появлению IP-телефонии Сегодня IP-телефония - важнейшая телекоммуникационная технология, позволяющая использовать Интернет или любую другую IP-сеть для организации международных и междугородных телефонных разговоров. В России IР-телефония была фактически легализована 1 июня 1999 года как услуга пакетных голосовых сообщений в рамках телематической службы (Телемати́ческие службы (ТМ службы) — службы электросвязи, за исключением телефонной, телеграфной служб и службы передачи данных, предназначенные для передачи информации через сети электросвязи. Примерами ТМ служб являются: факсимильные службы, службы электронных сообщений, службы голосовых сообщений, службы аудио/видеоконференции, а также службы доступа к информации, хранящейся в электронном виде).

Сети с пакетной коммутацией могут быть локальными, корпора­тивными, региональными и глобальными сетями. Любая передача ин­формации по сетям регламентируется протоколом - набором правил, который определяет последовательность действий пользователей при обмене информацией. Именно от названия протоколов (протоколы TCP/IP), регламентирующих взаимодействие между компьютерами в сети, произошел термин IР-телефония.

Протокол IP (Internet Protocol) отвечает за формирование воз­можных маршрутов через множество промежуточных сетей и пере­дачу данных по этим маршрутам. В свою очередь, протокол TCP (Transmission Control Protocol) организует безошибочный прием пере­даваемых данных.

При передаче голоса он проходит несколько этапов обработки. Вначале осуществляется преобразование аналогового голосового сигнала в цифровой сигнал с последующим подавлением ненужных пауз и фонового шума. Затем производится сжатие цифрового сиг­нала и разбивка его на пакеты, к которым добавляется протокольная информация - адрес получателя, порядковый номер пакета и данные для коррекции ошибок. Пакеты транспортируются в сети независи­мо друг от друга и в общем случае по разным маршрутам.

При поступлении пакетов на терминал получателя происходит их накопление, проверка и восстановление порядковой последова­тельности. Некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при до­ставке либо время их доставки превышает допустимые пределы. Так как передача голоса критична ко времени доставки, то приемный терминал не запрашивает повторную передачу ошибочных или поте­рянных данных, а пытается сам восполнить утерянную информацию. Для этого может быть применен алгоритм аппроксимации, позволя­ющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные пакеты либо заменить их данными случайным образом. Затем информация декомпрессируется и преобразуется в аудиосигнал, несущий голосовую информацию получателю. Качество связи по IP-телефонии оценивается уровнем искажения голоса; частотой «про­падания» голосовых пакетов; временем задержки (между произнесением фразы первого абонента и моментом, когда она будет услышана вторым абонентом).

Передающие и приемные пункты должны быть оснащены соот­ветствующим набором программно-аппаратных средств. Ключевым элементом структурной схемы IP-телефонии является связка «шлюз - IP-сеть - шлюз» (рис. 2).

Шлюз (Gateway) - это основная и неотъемлемая часть архитекту­ры IP-телефонии, соединяющая телефонную сеть с IP-сетью. Он осу­ществляет конвертацию (преобразование) аналоговых и цифровых сигналов традиционной телефонии в протокол передачи речевого сиг­нала в коммуникационных сетях, например в Интернете, а также их обратное преобразование при приеме из сети.

Шлюзы разных производителей отличаются способом подключе­ния к телефонной сети, емкостью, аппаратной платформой, реализо­ванными кодеками, интерфейсом и другими характеристиками. По сравнению с первыми версиями решений IP-телефонии, ко­торые допускали искажение и прерывание речи, качество связи в настоящее время значительно улучшилось. Усовершенствование системы кодирования голоса и новые алгоритмы восстановления потерянных пакетов позволили достичь такого качества речи, при котором собеседники часто не догадываются, что соединение проис­ходит по технологии IP-телефонии. Понятно, что задержки влияют на темп беседы. Известно, что для человека задержка до 250 милли­секунд практически незаметна. Существующие на сегодняшний день решения IP-телефонии не превышают этого предела и продолжают развиваться по следующим направлениям:

• совершенствуются телефонные серверы;

• развиваются частные (корпоративные) сети (их владельцы мо­гут контролировать ширину полосы пропускания и, следова­тельно, величины задержки);

• развивается сеть Интернет, предлагаются новые технологии, например Reservation Protocol (RSVP), позволяющие резервиро­вать полосу пропускания.

1.2 Конфигурации сетей IP-телефонии

На основе базовых операций, выполняемых шлюзами, можно построить ряд конфигураций сетей IP-телефонии.

Соединение «от телефона к телефону» (рис. 3) осуществляется с обычного теле­фонного аппарата через АТС. Затем сигнал через шлюз IP-телефонии передается в IP-сеть, доходит до другого шлюза, который осущест­вляет обратные преобразования. Вместо телефонных аппаратов мо­гут быть включены факсимильные аппараты. Для выполнения звонка по этому соединению надо позвонить оператору IP, обслуживающему шлюз, ввести с телефонного аппарата код и номер вызываемого абонента и разговаривать так же, как при обычной телефонной связи.

Если компьютер подключен к локальной вычислительной сети, то для организации соединения «от компьютера к телефону» требуется маршрутизатор (рис. 4).

Маршрутизатор (router) - это сетевое оборудование или в не­которых случаях программное обеспечение на компьютере, которое физически соединяет сети друг с другом и с помощью специального программного обеспечения передает пакеты из одной сети в другую. Процесс маршрутизации определяет наилучший путь в сети, по кото­рому пакет может достигнуть адресата. Выбор маршрута осуществля­ется на основе:

• протоколов маршрутизации, содержащих информацию о топологии сети;

• алгоритмов маршрутизации. Компьютер через ЛВС подключается маршрутизатором к IP-сети, а на приемной стороне шлюз IP-телефонии через АТС соединяется с обычным телефонным аппаратом.

Для компьютеров, подключенных к ЛВС, соединение «от компью­тера к компьютеру» реализуется также с помощью маршрутизаторов (рис. 5).

Два компьютера, подключенные к IP-сети и оборудованные программными средствами для работы с IP-телефонией, могут общаться без посредников (рис. 6). Функции шлюза выполняет программное обеспечение компьютеров. Данное соединение «компьютер-компьютер» позволяет обойтись без услуг провайдера IР-телефонии, но с потерей ряда важных функций. Стоимость такого звонка для вызывающего пользователя входит в стоимость работы в сети Интернет.

Вместо компьютера могут быть использованы модели аппаратной реализации сетевого телефона, которые в действительности представ­ляют собой специализированный компьютер, оснащенный сетевой картой и способный обрабатывать речевой сигнал в соответствии с заданными параметрами. Более дешевый вариант в виде програм­много эмулятора IP-телефона может быть реализован на оснащенном звуковой картой компьютере.

Аналогичным образом можно реализовать соединение «компью­тер-телефон». Однако при отказе от услуг провайдера IP-телефонии установление связи возможно только в направлении от компьютера к телефону.

Рынок услуг IP-телефонии состоит из большого числа сегментов. Это местная телефонная связь квартирных абонентов, таксофонная связь, сектор городской телефонной бизнес-связи, междугородная и международная связь, разнообразные виды корпоративной и офисной связи.

Наиболее успешно развиваются сети дальней связи и учрежденческие (корпоративные) системы. К преимуществам корпоративных систем следует отнести также то, что для передачи речи и данных эта технология требует только одной кабельной сети. Центром корпоративной системы является специализированный сервер. Это может быть программный продукт или аппаратно-программный комплекс.

Каждое абонентское устройство в сети имеет уникальный IP-адрес. Адреса и соответствующие маски вводятся администратором сети вручную для каждого аппарата или автоматически. Благодаря единой сети администратор может управлять системой с любого компьютера.

IP-телефония является перспективным направлением международной и междугородной связи, так как обеспечивает экономичный тариф, практически не зависящий от расстояния. С учетом возможно­сти выхода на городскую телефонную сеть, использование этой технологии может свести к минимуму аренду обычных телефонных линий.

Следует отметить феноменальную мобильность IP-телефонии, обеспечивающую пользователям доступ к одному и тому же набору услуг вне зависимости от того, где и как они подключаются к сети. Важным моментом является возможность настройки набора услуг, простота их оплаты и контроля пользователем состояния его расчетного счета.

Компания ASUS создала первый в мире видеофон модели AiGuRu SV1 для общения по интернет-мессенджеру Skype. В его составе экран размером 7 дюймов, динамики и веб-камера. Встроенный модуль Wi-Fi позволяет поставить видеофон в любом месте квартиры. Крупные клавиши на передней панели устройства и настраиваемый угол наклона экрана создают максимум комфорта при разговоре.