Електроніка та мікропроцесорна техніка

У чому відмінність IP-телефонії від звичайної телефонії? У звичайному телефонному дзвінку підключення між обома співбесідниками встановлюється через телефонну станцію виключно з метою розмови. Голосові сигнали передаються по певних телефонних лініях, через виділене підключення. При запиті ж по Інтернет, стислі пакети даних поступають в Інтернет з адресою призначення. Кожен пакет даних проходить власний шлях до адресата, по різних маршрутах. Для адресата пакети даних перегруповуються і декодуються в голосові сигнали оригіналу.

Чому IP-телефонія коштує дешевше? Звичайні телефонні дзвінки вимагають розгалуженої мережі зв'язку телефонних станцій, зв'язаних закріпленими телефонними лініями, підведення волоконно-оптичних кабелів і супутників зв'язку. Високі витрати телефонних компаній приводять до дорогих міжміських розмов. Виділене підключення телефонної станції також має багато надмірної продуктивності або час простою протягом мовного сеансу. IP-телефонія частково ґрунтується на існуючій мережі закріплених телефонних ліній. Але головне, вона використовує технологію стиснення голосових сигналів і повністю використовує місткість телефонних ліній. Тому пакети даних від різних запитів, і навіть різні їх типи, можуть переміщатися по одній і тій же лінії в один і той же час.

Загальний принцип дії телефонних серверів IP-телефонії такий: з одного боку, сервер пов'язаний з телефонними лініями і може з'єднатися з будь-яким телефоном світу. З іншого боку, сервер пов'язаний з Інтернет і може зв'язатися з будь-яким комп'ютером в світі. Сервер приймає стандартний телефонний сигнал, оцифровує його, значно стискає, розбиває на пакети і відправляє через Інтернет за призначенням з використанням протоколу Інтернет (TCP/IP). Для пакетів, що приходять з Мережі на телефонний сервер і що йдуть в телефонну лінію, операція відбувається в зворотному порядку. Обидві операції (вхід сигналу в телефонну мережу і його вихід з телефонної мережі), що становлять, відбуваються практично одночасно, що дозволяє забезпечити повнодуплексну розмову. На основі цих базових операцій можна побудувати багато різних конфігурацій.

Мережа IP-телефонії (згідно рекомендаціям ITU-T H.323) є набір наступних пристроїв, сполучених по IP-мережі:

- шлюз (gateway);

- диспетчер (gatekeeper);

- монітор (administration manager).

Архітектура мережі IP-телефонії є сполученими по IP-мережі шлюзами в телефонну мережу, які надають безпосередній інтерфейс абонентові і здійснюють кодування, стиснення і пакетизацію голосу/даних і їх відновлення. Весь механізм взаємодії шлюзів і облік проводиться диспетчерами. Для зручності видаленої конфігурації і адміністрування мережі може бути використаний монітор. Ці три компоненти у різних виробників можуть називатися по-різному, але всі вони виконують функції, узагальнені вище.

Окрім описаних вище вимог, устаткування для IP-телефонії повинне підтримувати ще декілька можливостей.

Шлюз або gateway - необхідний пристрій, підключений до IP-мережі і до телефонної мережі (PBX/PSTN). (Private Branch eXchange, PBX - офісна або підприємська МІНІ-АТС, Public Switched Telephone Network, PSTN - телефонна мережа загального користування, ТФОП).

Функції:

- відповідь на виклик зухвалого абонента PBX/PSTN;

- встановлення з'єднання з видаленим шлюзом;

- встановлення з'єднання з абонентом PBX/PSTN, що викликається;

- стиснення, пакетування і відновлення голосу/даних.

Таким чином, шлюз, - це основна і невід'ємна частина архітектури IP-телефонії, що безпосередньо сполучає телефонну мережу з мережею IP.

Шлюзи різних виробників відрізняються способом підключення до телефонної мережі, місткістю, апаратною платформою, реалізованими кодеками, інтерфейсом і іншими характеристиками. Але всі вони виконують вищеперелічені функції, IP-телефонії, що є базовими для технології.

Диспетчер або gatekeeper - це додатковий пристрій, що підключений тільки до IP-мережі і несе в собі всю логіку роботи мережі IP-телефонії.

Функції:

- аутентифікація і авторизація абонента;

- розподіл викликів між шлюзами;

- білінг.

Як правило, диспетчер не містить в собі закінченої білінгової програми, а тільки заснований на стандартах інтерфейс до професійних систем білінга третіх виробників, а також API для розробки оператором власної білінгової програми.

Диспетчер необхідний в будь-якій мережі IP-телефонії, що містить більше двох шлюзів. У перших шлюзах (по-перше host-based версіях VocalTec, Vienna і ін.) функції диспетчера в їх примітивному вигляді виконувалися самим шлюзом. З розвитком технології і зростанням мереж IP-телефонії, функції диспетчера були винесені в окремий модуль. Хоча у деяких виробників диспетчер може фізично знаходитися на одній системі з шлюзом, логічно це самостійний модуль.

Монітор - необов'язковий додатковий модуль мережі IP-телефонії, що підключається тільки до IP-мережі, використовуваний для видаленої конфігурації і підтримки решти пристроїв мережі - шлюзів і диспетчерів.

Функції:

- інтерфейс для видаленої настройки через IP-мережу параметрів шлюзів і диспетчерів мережі IP-телефонії.

Монітор є зручним засобом конфігурації і адміністрування мережі. У перших шлюзах для цього просто використовувалися стандартні мережеві додатки. Пізніше в цілях оптимізації роботи виробники устаткування IP-телефонії стали випускати власні додатки для цих цілей.

Окрім описаних вище вимог, устаткування для IP-телефонії повинне підтримувати ще декілька можливостей.

Передачу інформації, що управляє. Тональні сигнали не розповсюджуються вільно через Інтернет. Кодування і розбиття на IP-пакети спотворюють їх до повного невпізнання на іншому кінці зв'язку. Таким чином, телефонні сервера повинні визначати тональні сигнали локально, пригнічувати їх передачу і потім генерувати на іншому кінці. Поки не існує стандарту для передачі DTMF через Інтернет, проте в даний час різні групи ведуть розробку з даного питання, що дозволяє сподіватися на появу і цього стандарту в самий найближчий час.

Інтерфейс з телефонними лініями. На зв'язок телефонного сервера з телефонною лінією накладається дві умови. Зв'язок повинен відповідати стандарту, прийнятому у всіх основних країнах, оскільки найбільша економія, IP-телефонією, - на міжнародних дзвінках. Рішення повинне бути маштабним. Залежно від завдання, що стоїть перед системним інтегратором, система може варіювати від двох ліній для маленького підприємства до декількох тисяч ліній для крупного провайдера (оператора) послуги.

Видалення відлуння (Echo Cancellation). Телефонні сервера повинні уміти видаляти відлуння. У стандартній конфігурації обидва сервери приєднано до аналогової телефонної лінії через офісну телефонну станцію. Зазвичай при роботі в локальних мережах телефонна система не видаляє відлуння. Відлуння існує, але локальним дзвінкам не заважає, оскільки затримка дуже мала, так що відлуння не повертається у вигляді окремого звуку (він практично співпадає з мовою). IP-телефонія - унікальний випадок. З технічної точки зору, використовується локальна мережа, для якої проблеми відлуння як би не існує, оскільки воно зливається з початковим звуком. Але необхідно здійснювати телекомунікацію, а IP-телефонія сама по собі не гасить відлуння. Отже, щоб відлуння не спотворювала звук, гасити його повинні телефонні сервера з використанням спеціальних алгоритмів.

Підтримка повного дуплексу. Телефонне з'єднання є повнодуплексним, тобто обидва співбесідники можуть говорити одночасно. Хороші рішення IP-телефонії також повнодуплексні.

Голосовий зв'язок через IP-мережу може здійснюватися різними способами:

- "Телефон - телефон". Для організації такого зв'язку необхідна наявність певних мережевих пристроїв і механізмів взаємодії. Голосовий трафік передається через IP-мережу, як правило, на окремій дорогій ділянці. Пристроями, організуючими взаємодію, є шлюзи, зістиковані, з одного боку, з телефонною мережею загального користування, а з іншої - з IP-мережею. Голосовий зв'язок в такому режимі має високу якість, і користуватися нею зручно. Для того, щоб скористатися цією послугою, треба подзвонити провайдерові, обслуговуючому шлюз, ввести з телефонного апарату код і номер абонента, що викликається, і розмовляти так само, як при звичайному телефонному зв'язку. Всі необхідні операції по маршрутизації виклику виконає шлюз.

- "Комп'ютер - телефон". Тут відкривається більше можливостей використання для корпоративних користувачів, оскільки найчастіше застосовується корпоративна мережа, обслуговуюча виклики від комп'ютерів до шлюзу, які вже потім передаються по телефонній мережі загального користування. Корпоративні рішення з використанням зв'язку "комп'ютер-телефон" можуть допомогти заощадити гроші. Кінцевому користувачеві ніякого додаткового устаткування не вимагається. Досить мати під рукою телефон з можливістю тонального набору. Це потрібно для того, щоб, додзвонившись до оператора, ввести свій код в тональному режимі, а далі за дію абонента нічим не відрізняються від звичних. У більшості сучасних телефонних апаратів, включаючи таксофони і мобільні телефони, ця функція передбачена. Якщо такого телефону чомусь немає, то з функцією набору може справитися біпер або, в крайньому випадку, спеціальна програма, яку можна викачати з Інтернету.

- "WEB - телефон". Ще одна нова послуга, яку надають провайдери IP-телефонії, - це дзвінок з Веб-сайту або Surf&Call - рішення компанії VocalTec в області веб-телефонії, що дозволяє здійснювати виклик, вибравши із сторінки Інтернет посилання на ім'я абонента, що викликається. Це рішення направлене, перш за все, на розширення можливостей електронної комерції. Surf&Call дозволяє користувачам Інтернет безпосередньо поговорити, наприклад, з торговим представником або з фахівцем технічної підтримки фірми, що цікавить його. Встановлення телефонного з'єднання відбувається при натисненні курсором на посилання, що є, наприклад, назвою компанії, ім'я абонента, що викликається, і т.д. на сторінці Інтернет. При цьому користувачеві не потрібна друга телефонна лінія або переривання роботи в Інтернет, необхідно лише завантажити невелике програмне забезпечення, яке зазвичай можна знайти на тій же WEB-сторінці, і яке встановлюється автоматично. З іншого боку Surf&Call дозволяє представникам компаній відповідати на питання, демонструвати WEB-сторінки, передавати необхідну інформацію, покращуючи тим самим якість послуг, що надаються.

Переваги IP-телефонії.

Здешевлення телефонних переговорів. Впровадження технології VOIP дозволяє зменшити сумарні витрати, пов'язані з веденням міжнародних і міжміських телефонних переговорів, а також почати процес міграції до технологій пакетної передачі мультимедійних даних. Крім того, враховуючи можливість виходу на міську телефонну мережу, використання цієї технології може звести до мінімуму оренду звичайних телефонних ліній.

Покращена якість зв'язку. Якість зв'язку можна оцінити, використовуючи наступні основні характеристики: рівень спотворення голосу; частота "пропажі" голосових пакетів; час затримки (між вимовленням фрази першого абонента і моментом, коли вона буде почута другим абонентом). По всіх перерахованих характеристиках якість зв'язку значно збільшилася порівняно з першими версіями рішень IP-телефонії, які допускали спотворення і переривання мови. Поліпшення кодування голосу і відновлення втрачених пакетів дозволило досягти рівня, коли мова розуміється абонентами настільки добре, що співбесідники не здогадуються, що з'єднання відбувається за технологією IP-телефонії. Зрозуміло, що затримки впливають на темп бесіди. Відомо, що для людини затримка до 250 мілісекунд практично непомітна. IP-телефонії, що існують на сьогоднішній день рішення, не перевищують цю межу, так що розмова фактично не відрізняється від зв'язку по звичайній телефонній мережі. Окрім цього, затримки зменшуються завдяки наступним трьом чинникам:

По-перше, удосконалюються телефонні сервери (їх розробники борються із затримками, покращуючи алгоритми роботи).

По-друге, розвиваються приватні (корпоративні) мережі (їх власники можуть контролювати ширину смуги пропускання і, отже, величини затримки).

По-третє, розвивається сама мережа Інтернет - сучасний Інтернет не був розрахований на комунікації в режимі реального часу. The Internet Engineering Task Force (IETF) разом з операторами мереж Інтернет пропонують нові технології, такі, як Reservation Protocol (RSVP), які дозволяють резервувати смугу пропускання.

Вирішення проблеми зайнятої лінії. Вже давно любителі борознити усесвітню мережу стикаються з проблемою зайнятості телефонних ліній під час сеансу Dial-up. IP-телефонія дозволяє дуже елегантно вирішити цю проблему. Єдине, що повинен зробити абонент - це замовити на своїй АТС переадресацію по сигналу "зайнято" на телефонний номер сервера IP-телефонії. При дзвінку на номер абонента під час Інтернет-сесії виклик переадресується на сервер IP-телефонії, який перетворює його в IP-пакети і відправляє на комп'ютер абонента. На комп'ютері абонента з'являється ікона "Вхідний дзвінок", кликнувши на яку він може поговорити з тим, що дзвонить.

Підвищення якості факсимільного зв'язку. Оскільки, по суті, факсимільне повідомлення - потік цифрових даних, а в технології VOIP дані передаються в цифровому вигляді, тому передача факсимільних повідомлень по аналогових лініях скорочується до мінімуму. А за рахунок того, що устаткування має можливість демодулювати сигнал перед передачею по IP-мережі і передавати закодоване в 64 Кбітному форматі факс-повідомлення в смузі 9,6 Кбіт, знижується навантаження на канали.

Інтеграція філіалів до єдиної інформаційної структури. Останнім часом з розвитком інформаційних технологій і збільшенням пропускної спроможності каналів для найбільш оперативного вирішення ділових завдань філіали компанії об'єднують в єдине ціле, утворюючи інтрамережу. Оскільки пропонована технологія використовує для передачі голоси якраз мережі передачі даних, то з'являється можливість об'єднувати не тільки комп'ютерні мережі, але і телефонні.

Віртуальні приватні мережі (VPN). IP-телефонія є ідеальною технологією для побудови віртуальних приватних мереж підприємства. Головна межа технології VPN - використання IP-мережі як магістраль для передачі корпоративного IP-трафіку. Мережі VPN вирішують завдання підключення корпоративного користувача до видаленої мережі і з'єднання декілька видалених ЛВС і АТС в єдину корпоративну мережу передачі голосу і даних.

Глобальний роумінг. IP-телефонія дозволяє операторам зв'язку дуже просто і з мінімальними витратами організувати роумінг послуг зв'язку. Це особливо актуально для операторів мобільного зв'язку - рішення, побудоване на технологіях IP-телефонії, на порядок дешевше традиційного, і володіє набагато більшою гнучкістю.

Суміщений доступ в Інтернет. Голосові дані, факсимільні повідомлення передаються з використанням IP - основного набору протоколів Інтернет, дане рішення передбачає доступ до ресурсів мережі і очевидну економію на оренду ліній зв'язку і оплату послуг.

Контрольні запитання:

1. Як працює IP-телефонія?

2. У чому відмінність IP-телефонії від звичайної телефонії?

3. В чому загальний принцип дії телефонних серверів IP-телефонії?