IP-телефония

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Хабаровский филиал

Реферат

по предмету «Перспективные системы связи»

Тема: «IP – телефония»

Выполнил ст. 6 курса СС и СК

Копцев Д.А

Проверил Ильюхин

шифр 951С-073

Хабаровск 2000 г.

Содержание

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ "IP-ТЕЛЕФОНИЯ"

Вначале дам относительно строгую формулировку этого понятия. Под IP-телефонией понимается технология, позволяющая использовать Интернет или любую другую IP-сеть в качестве средства организации и ведения международных и междугородных телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени. IP-телефония является одним из наиболее сложных и системных приложений компьютерной телефонии.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ IP-ТЕЛЕФОНИИ

Интернет фундаментально изменяет наши представления и о телефонии и о способах коммуникации. Хотя телефонные сети и сети передачи данных сосуществовали в течение десятилетий, они развивались независимо друг от друга. IP-телефония объединяет их в единую коммуникационную сеть, которая предлагает мощное и экономичное средство связи. Десятки компаний по всему миру предлагают коммерческие решения для IP-телефонии. Все крупные телекоммуникационные компании начали исследования, с целью лучше понять открывающиеся перспективы. Решения IP-телефонии комбинируют голос и данные в одной сети и предлагают дешевые международные и междугородные звонки и целый набор коммуникационных услуг любому пользователю.

Общий принцип действия телефонных серверов IP-телефонии таков: с одной стороны, сервер связан с телефонными линиями и может соединиться с любым телефоном мира. С другой стороны, сервер связан с Интернетом и может связаться с любым компьютером в мире. Сервер принимает стандартный телефонный сигнал, оцифровывает его (если он исходно не цифровой), значительно сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через Интернет по назначению с использованием протокола Интернет (TCP/IP). Для пакетов, приходящих из Сети на телефонный сервер и уходящих в телефонную линию, операция происходит в обратном порядке. Обе составляющие операции (вход сигнала в телефонную сеть и его выход из телефонной сети) происходят практически одновременно, что позволяет обеспечить полнодуплексный разговор. На основе этих базовых операций можно построить много различных конфигураций. Допустим, звонок телефон-компьютер или компьютер-телефон может обеспечивать один телефонный сервер. Для организации связи телефон(факс)-телефон(факс) нужно два сервера.

Для того, чтобы осуществить междугородную (международную) связь с помощью телефонных серверов, организация или оператор услуги должны иметь по серверу в тех местах, куда и откуда планируются звонки. Стоимость такой связи на порядок меньше стоимости телефонного звонка по обычным телефонным линиям. Особенно велика эта разница для международных переговоров.

ТЕХНОЛОГИЯ IP-ТЕЛЕФОНИИ

Сеть IP-телефонии (согласно рекомендациям ITU-T H.323) представляет собой набор следующих устройств, соединенных по IP-сети:

• шлюз (gateway);

• диспетчер (gatekeeper);

• монитор (administration manager).

Диспетчер

Диспетчер, или GateKeeper, - это дополнительное устройство, подключенное только к IP-сети и несущее в себе всю логику работы сети IP-телефонии.

Функции:

• аутентификация и авторизация абонента

• распределение вызовов между шлюзами

• биллинг ¹

Монитор

Монитор - необязательный дополнительный модуль сети IP-телефонии, подключаемый только к IP-сети, используемый для удаленного конфигурирования и поддержки остальных устройств сети- шлюзов и диспетчеров.

Функции:

• интерфейс для удаленной настройки через IP-сеть параметров шлюзов и диспетчеров сети IP-телефонии.

Монитор является удобным средством конфигурирования и администрирования сети. В первых шлюзах для этого просто использовались стандартные сетевые приложения, такие как pcAnywhere. Позднее в целях оптимизации работы производители оборудования IP-телефонии стали выпускать собственные приложения для этих целей.

Шлюз

Шлюз - необходимое устройство, подключенное к IP-сети и к телефонной сети (PBX/PSTN).

Функции:

• ответ на вызов вызывающего абонента PBX/PSTN

• установление соединения с удаленным шлюзом

• установление соединения с вызываемым абонентом PBX/PSTN

• сжатие, пакетирование и восстановление голоса (или факс-сигнала)

Таким образом шлюз, или Gateway, - это основная и неотъемлемая часть архитектуры IP-телефонии, непосредственно соединяющая телефонную сеть с сетью IP.

Шлюзы разных производителей отличаются способом подключения к телефонной сети, емкостью, аппаратной платформой, реализованными кодеками, интерфейсом и другими характеристиками. Но все они выполняют вышеперечисленные функции, являющимися базовыми для технологии IP-телефонии.

Эволюция шлюзов

Несомненно, IP телефония постепенно отвоевывает позиции у традиционной коммутируемой телефонии. Первые заявки на IP телефонию - от альтернативных поставщиков услуг и от конечных пользователей. Растет количество заявок и от корпоративных пользователей.

IP телефония сталкивается с классической проблемой: начинать развертывание систем от предоставления магистральных сервисов, или сначала развивать клиентскую часть (два шлюза должны быть развернуты, чтобы обеспечить сервис между телефонами).

Весь спектр решений, от магистральных шлюзов до шлюзов V/IP, устанавливаемых в РС пользователей для подключения офисных АТС и телефонов, предлагает компания Nortel Networks и в частности одно из ее подразделений - компания Micom (продукты объединены в пакет решений под названием "IPConnect"). К достижениям Micom на рынке IP технологий относятся:

• первая промышленная реализация технологии передачи голоса в IP (Шлюз V/IP Телефон/Факс поверх IP), предназначенной для реальных бизнес приложений;

• возможность получения дополнительных статей доходов от уже существующей телекоммуникационной инфраструктуры и интеграции следующих компонентов:

• LAN и IP;

• WAN;

• цифровые/Аналоговые PBX;

• использование технологии ClearVoice, основанной на стандарте G.729.

Резюме: Архитектура сети IP-телефонии представляет собой соединенные по IP-сети Шлюзы в телефонную сеть, которые предоставляют непосредственный интерфейс абоненту и осуществляют кодировку, сжатие и пакетизацию голоса/факса и их восстановление. Весь механизм взаимодействия шлюзов и учет производится Диспетчерами. Для удобства удаленного конфигурирования и администрирования сети может быть использован Монитор. Эти три компонента у разных производителей могут называться по-разному, но все они выполняют функции, обобщенные выше.

Кроме описанных выше требований, оборудование для IP-телефонии может поддерживать еще некоторые возможности.

Многие компании поставляют на рынок уже готовые решение, которые можно использовать для решения своих задач. Если Вас по каким-либо причинам не устраивают подобные решения, Вы можете самостоятельно разработать свой собственный сервер IP-телефонии.

Стандарты

Стандарты являются критическим фактором для мира IP-телефонии. Одна из наиболее важных областей стандартизации - протокол обмена сообщениями в IP-телефонии.

Ранние решения IP-телефонии использовали для связи друг с другом закрытые протоколы. Оба участника беседы должны были иметь аналогичные продукты. Intel и Microsoft возглавили направление на разработку стандартов на основе H.323, рекомендованного International Telecommunications Union (ITU). Этот стандарт формулирует технические требования для передачи аудио- и видеоданных по сетям передачи данных. H.323 включает в себя:

• Стандарты на видео кодер/декодеры;

• Стандарты на голосовые кодер/декодеры;

• Стандарты на общедоступные приложения;

• Стандарты на управление вызовами;

• Стандарты на управление системой.

Стандарты на видео кодер-декодеры не требуются для обработки телефонных звонков, но существуют внутри той же системы стандартов.

Технические требования к голосовым кодерам включают требования, такие как:

• малая полоса пропускания (8 kbit/s или меньше);

• высокое качество голоса;

• небольшие задержки;

• возможность реконструкции потерянных пакетов.

При передаче в режиме реального времени до 30% пакетов могут потеряться или опоздать (что в режиме реального времени одно и то же). Хорошее приложение IP-телефонии должно возместить нехватку пакетов, восстановив потерянные данные. Сам алгоритм кодировки также оказывает влияние на восстановление данных. Сложные алгоритмы увеличивают стоимость необходимого оборудования. Наиболее популярным алгоритмом кодирования является G.723.1.

Еще одна особенность состоит в том, что системы IP-телефонии должны иметь возможность поддерживать разные кодеры и добавлять новые по необходимости. H.323 был первоначально разработан для локальных вычислительных сетей, так что переменная ширина полосы частот и время задержки Интернет уменьшают полезность некоторых элементов H.323. По умолчанию голосовым кодер-декодером в стандарте H.323 является G.711. Однако ширина полосы частот в 64 kbps, требуемая в G.711, неприемлема при использовании в Интернет, т.к. большинство пользователей Интернета имеет канал заведомо меньшей ширины. Но даже в этом случае многое из стандарта является полезным.

Кроме G.711 стандарт H.323 определяет звуковые кодер-декодеры G.722, G.723,G.723.1, MPEG1, G.728, и G.729. Кодеры с низкой шириной полосы частот - G.729 в 8 kbps и G.723 в 5.3/6.3 kbps - вполне подходят для использования в Интернет. В частности, G.723 является одним из нескольких "стандартных" кодеров для IP-телефонии, особенно после того, как Intel, Microsoft и Netscape объявили о поддержке этого кодера. Основной недостаток G.723 состоит в том, что он требует весьма больших ресурсов процессора. Intel, например, определяет 100 MHz Pentium-процессор как минимальный для использования в Интернет-телефонии.

Открытые решения против закрытых

Один из ключевых вопросов для разработчиков телефонных серверов IP-телефонии - должны ли решения быть открытыми либо закрытыми? При этом под открытыми решениями понимаются такие, которые позволяют всем желающим самостоятельно писать некие программные решения для собственных приложений. При этом эти разработки гарантировано будут совместимы с другими подобными решениями.

Вопрос открытости / закрытости системы в значительной мере связан с модульностью оборудования. В любой новой технологии, для которой еще не существует модульного подхода к созданию аппаратных компонент, очень соблазнителен путь закрытых систем в силу большей простоты при разработке. Однако преимущества открытых решений перед закрытыми огромны. Появляющаяся конкуренция ведет к снижению цен, увеличению возможностей и непрерывному появлению новых решений.

Новые поколения IP-телефонных систем, несомненно, будут построены на основе стандартов и открытых решений. Именно по этому пути развивает свои решения компания Dialogic, оперативно отвечающая на новые возникающие потребности IP-телефонии.

ВОПРОСЫ КАЧЕСТВА IP-ТЕЛЕФОНИИ

Телефонная сеть была создана таким образом, чтобы гарантировать высокое качество услуги даже при больших нагрузках. IP-телефония, напротив, не гарантирует качества, причем при больших нагрузках оно значительно падает.

Необходимо отметить, что, как правило, стоимость любой услуги и её качество прямо пропорциональны. Однако понятно и то, что в ряде случаев представляется неразумным сравнительно небольшое увеличение качества оплачивать относительно большим увеличением цены. Вряд ли поздравительные праздничные открытки целесообразно отправлять фельдъегерской связью: хорошо, да дорого.

Конечно, ничей опыт не заменит собственного - лучше попробовать самому оценить качество этого вида связи, проведя разговор посредством IP-телефонии и сравнив его с традиционной телефонной связью. Однако мы рискнем сделать некоторые общие замечания.

Качество связи можно оценить, используя следующие основные характеристики:

• уровень искажения голоса;

• частота "пропадания" голосовых пакетов;

• время задержки (между произнесением фразы первого абонента и моментом, когда она будет услышана вторым абонентом).

Качество связи по первым двум характеристикам значительно увеличилось в сравнении с первыми версиями решений IP-телефонии, которые допускали искажение и прерывание речи. Улучшение кодирования голоса и восстановление потерянных пакетов позволило достичь уровня, когда речь понимается абонентами достаточно легко. Понятно, что задержки влияют на темп беседы. Известно, что для человека задержка до 250 миллисекунд практически незаметна. Существующие на сегодняшний день решения IP-телефонии превышают этот предел, так что разговор похож на связь по обычной телефонной сети через спутник, которую обычно оценивают как связь вполне удовлетворительного качества, требующую лишь некоторого привыкания, после которого задержки для пользователя становятся неощутимы. Отметим, что даже в таком виде связи решения IP-телефонии вполне подходят для многих приложений.

Кроме этого, задержки уменьшаются благодаря следующим трем факторам:

• Во-первых, совершенствуются телефонные серверы (их разработчики борются с задержками, улучшая алгоритмы работы).

• Во-вторых, развиваются частные (корпоративные) сети (их владельцы могут контролировать ширину полосы пропускания и, следовательно, величины задержки).

• В-третьих, развивается сама сеть Интернет – современный Интернет не был рассчитан на коммуникации в режиме реального времени. The Internet Engineering Task Force (IETF) вместе с операторами сетей Интернета предлагают новые технологии, такие, как Reservation Protocol (RSVP), которые позволяют резервировать полосу пропускания. Хотя на обновление роутеров по всему миру и на организационные мероприятия (например, решить вопрос, как в денежном выражении оценить сервис более высокого качества) потребуется некоторое время, мир Интернета, вне зависимости от вышесказанного, двигается очень быстро и в правильном направлении.

Как оценить качество телефонной связи при использовании различных алгоритмов сжатия речи в IP-телефонии?

Существует достаточно много различных способов понять насколько качественно работает тот или иной звуковой кодер-декодер, применяемый для сжатия / распаковки голосовых пакетов. Один из подходов для таких измерений - использование субъективных методов. В субъективных методах группа людей, обычно достаточно большая, оценивает качество связи по определенной стандартной процедуре. Самый известный субъективный метод - это метод общего мнения (Мean Оpinion Score - MOS). В этом методе, качество связи оценивается большой группой разных людей, и затем их мнение усредняется.

Ниже приведена таблица оценок, которые просили проставить экспертов для оценки качества связи. Оценки могли колебаться от 1 (неприемлемо) до 5 (отлично - нет дискомфорта при прослушивании).

ИНТЕРНЕТ-ТЕЛЕФОНИЯ ДЛЯ КОНЕЧНОГО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

Вы просто хотите снизить свои личные расходы на междугородние/международные переговоры. В этом случае Вам не нужно приобретать никакого оборудования, а достаточно просто связаться с провайдером услуг Internet-телефонии, который предоставит Вам доступ в интересующие Вас страны/города.

Обратите внимание на сводный список провайдеров Интернет-телефонии. Найдите свой город в списке городов, обслуживаемых провайдерами Интернет-телефонии, свяжитесь с провайдером и начинайте работать.

IP-ТЕЛЕФОНИЯ В КОМПАНИИ (КОРПОРАТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ)

Применение IP-телефонии в корпоративном случае позволит решить много различных задач и обеспечить качественную голосовую связь между филиалами фирмы или удешевить посетителям корпоративного Web-сервера возможность голосовой связи с сотрудниками фирмы.

Задача:

Головной офис в Нью-Йорке (США), филиалы в Москве и Самаре. Причем в самарском офисе нет офисной АТС, а только городские телефоны. Все офисы имеют выход в Internet или связаны выделенными линиями. Необходимо снизить огромные затраты на междугородние и международные переговоры.

Решение:

Установить во всех офисах телефонный шлюз (telephony gateway, TG), подключив его к офисной АТС. Теперь можно звонить с любого телефона в любом офисе на любой телефон в другом офисе БЕСПЛАТНО. Кроме того, можно будет звонить с любого городского телефона в другой город через сеть корпоративных телефонных серверов. При этом можно ограничивать выход в город, а также регулировать доступ любым другим способом, используя гибкую систему паролей.

Задача:

Есть корпоративный web-сервер. Необходимо предоставить возможность посетителям Web-сервера, не разрывая текущего Internet соединения, позвонить в отдел продаж, службу технической поддержки и т.д.

Решение:

Некоторые телефонные шлюзы, например VocalTec Ensemble Architecture позволяют обрабатывать звонки с Веб-сервера и переводить их на телефонный аппарат. Например, можно установить plugin Surf&Call и посетитель Веб-сервера может позвонить на телефон сотрудника фирмы, не разрывая Internet-соединения, не набирая номер телефона, и вообще не используя ничего, кроме компьютера (естественно, со звуковой картой). При этом звонок приходит на обычный офисный телефонный номер сотрудника фирмы, и может быть переадресован другому сотруднику или в голосовую почту, принят в конференцию и т.п. средствами офисной АТС.

Задача:

Есть несколько отделений фирмы, между которыми нет телефонной связи, но есть связь по IP сети (например, беспроводной Ethernet). Необходимо установить телефонную связь между отделениями.

Решение: В тех отделениях, где есть офисные АТС и/или необходимо предоставить выход в городскую телефонную сеть, устанавливаются телефонные шлюзы. В тех отделениях, где нет вообще никакой АТС, и ставить ее не планируется, на каждый компьютер устанавливается программа VocalTec IPhone (либо любая другая H.323-совместимая) и плата PhoneJack, к которой подключается обыкновенный аналоговый телефонный аппарат. Теперь с любого телефонного аппарата можно позвонить на любой другой, независимо от того в каком отделении он находится и подключен ли он к PhoneJack или к АТС (ГТС). И наоборот, любой абонент АТС (ГТС) может позвонить на компьютер с PhoneJack, введя в тональном режиме его IP адрес.

ВОЗМОЖНОСТИ РЫНКА

По мнению экспертов, рынок интеграции мультимедиа (включая IP) оценивается в настоящее время в $2-3 миллиарда долларов и имеет тенденцию роста порядка $50-100 миллионов в месяц.

Список использованных источников:

http://www.comptek.ru/

http://www-koi.uniinc.msk.ru/product/nortel/voip/ip.htm

http://www.itu.int.

08.06.00 Д. Копцев