Голос по DSL

Технические аспекты

Транспортный протокол

Оборудование

Заключение

 

Постоянное увеличение информации, передаваемой в Интернете, создало предпосылки для разработки достаточно недорогой высокоскоростной цифровой технологии передачи данных по простому телефонному кабелю, которая получила название DSL (Digital Subscriber Line — цифровая абонентская линия). Главным преимуществом DSL является то, что она позволяет существенно увеличить скорость передачи данных по медной паре телефонных проводов без необходимости их модернизации. DSL дает возможность значительно расширить полосу пропускания медных телефонных линий, соединяющих телефонные станции с абонентами. На сегодняшний день существует достаточно много технологий DSL, обеспечивающих скорость передачи данных от 32 Кбит/с до 50 Мбит/с. Так что пользователь может сделать выбор в зависимости от собственных потребностей.

Как средство передачи данных оборудование xDSL занимает промежуточное положение между дешевыми аналоговыми модемами и дорогими выделенными линиями Т1 или Е1. Высокие скорости передачи при сравнительно небольших затратах делают технологии хDSL практически идеальным средством передачи данных для представителей малого и среднего бизнеса.

Вся работа телефонной сети построена на передаче аналоговых сигналов, при которой используется не вся полоса пропускания медной пары, поэтому максимальная скорость передачи данных для обычного аналогового модема составляет 56 Кбит/с. Отличием DSL является то, что ее применение исключает необходимость преобразования аналогового сигнала в цифровой и обратно. Цифровые данные передаются на компьютер именно как цифровые данные, что позволяет использовать гораздо более широкую полосу частот телефонной линии. При этом существует возможность одновременно использовать и аналоговую телефонную связь, и цифровую высокоскоростную передачу данных по одной и той же линии, разделяя спектры этих сигналов. Использование DSL позволяет раговаривать по телефону, не отключаясь от Интернета. Поскольку соединение с провайдером всегда установлено, то не нужно беспокоиться, что из-за помех произойдет разъединение. Спецификаций DSL для организации цифровой абонентской линии достаточно много.

Совсем недавно появилось новое приложение технологии DSL, которое называется VoDSL (Voice over DSL — голос по/поверх DSL). Это приложение позволяет обеспечить пользователей не только высокоскоростной передачей данных, но и большим числом простых телефонных соединений (технология VoDSL предоставляет пользователю до 16 телефонных каналов одновременно).

Следует отметить, что появлению технологии VoDSL способствовало то, что в 1996 году в США был принят Телекоммуникационный акт (ТА 96). Сразу после этого на рынке телекоммуникационных услуг помимо официальных операторов связи (ILEC, Incumbent Local Exchange Carrier) появляются конкурентные операторы связи (CLEC — Competitive Local Exchange Carrier). У последних сразу возникли сложности с организацией сервиса, так как конечный участок до пользователя (в большинстве случаев — это витая пара) CLEC приходилось арендовать у ILEC, своего основного конкурента, что стоило немалых денег. Технология VoDSL как раз и помогла решить задачу минимизации арендуемых у ILEC линий, чтобы обеспечить пользователей из сферы малого и среднего бизнеса как высокой пропускной способностью для передачи данных, так и большим числом телефонных соединений.

Технические аспекты

Во-первых, пользователь должен иметь специальный DSL-модем. Поскольку по медной проволоке идут и телефонные переговоры, и передача данных, у пользователя устанавливается специальный разделитель, от которого отходят две линии. Одна из них подключается к телефону, другая — DSL-модему.

Данные от пользователя приходят сначала на местную телефонную станцию, а точнее, на установленный на ней мультиплексор доступа DSL (DSLAM, DSL Access Multiplexer). Такое оборудование устанавливается как ILEC, так и CLEC. После DSLAM данные идут в сеть провайдера Интернета. Это может быть ATM или frame relay.

Так как у нас передается два вида трафика (голос и данные), необходима установка специализированного оборудования — интегрированного устройства доступа IAD (Integrated Access Device), предназначенного для объединения голосового и информационного трафика в линии DSL. Указанное оборудование преобразует исходящий голосовой трафик в пакеты IP или ячейки ATM, после чего они передаются на DSLAM вместе с данными.

IAD предоставляет пользователю до 16 стандартных портов ТфОП (телефона общего пользования) и услуги Интернета через ЛВС (например, типа Ethernet). После DSLAM голосовые пакеты поступают в голосовой шлюз, который располагается между DSLAM и коммутатором класса 5. Шлюз принимает и преобразует исходящие голосовые пакеты обратно в обычный трафик с коммутацией каналов, передаваемый на коммутатор класса 5, а далее — в телефонную сеть общего пользования.

С входящими вызовами происходит то же самое. Как обычно, вызовы приходят через коммутаторы класса 5. На голосовом шлюзе вызовы преобразуются в пакеты IP или ячейки ATM и передаются затем на DSLAM, направляющий их к потребителю. Там IAD преобразует их в традиционный трафик и маршрутизирует на телефоны потребителя (рис. 1). Остановимся поподробнее на каждой стадии, которую проходят наши данные.

В начало

В начало

Транспортный протокол

Как уже упоминалось выше, в качестве транспорта для трафика с абонентского узла на мультиплексор DSLAM могут использоваться ATM, frame relay и IP. У каждого из них свои преимущества. Виртуальные каналы frame relay могут обеспечивать более высокий приоритет для голосового трафика. При использовании IP это сделать сложнее, но возможно. В принципе, важно не столько то, какой транспорт используется, сколько то, что он интегрирован с DSL. Самое главное, чтобы поставщики услуг могли предоставить дифференцированное обслуживание — в зависимости от нужд пользователя. Причем пользователь не обязан знать, как работает весь этот механизм.

Возвращаясь к видам транспорта трафика, следует отметить, что многие провайдеры отдают предпочтение АТМ. Они обосновывают свой выбор тем, что этот транспорт имеет встроенные средства обеспечения качества услуг для всех видов трафика (и для особо чувствительного ко времени голосового и видеотрафика. АТМ может устанавливать приоритеты трафика для безопасной доставки пакетов. При использовании АТМ поставщики услуг могут предложить разные тарифы обслуживания в зависимости от финансовых возможностей пользователя. Кроме того, провайдеры могут предложить соглашение об уровне сервиса SLA (Service Level Agreement), что гарантирует высокое качество предоставляемого обслуживания.

АТМ способен обеспечить QoS, то есть предоставить большое число виртуальных каналов (ВК) передачи с малой задержкой (к задержкам в большей степени чувствительна телефония, чем информационный трафик).

Интегральный концентратор доступа DSL и коммутатор АТМ (DSLAM ) на узле доступа поддерживает требуемое качество передачи QoS и схему распределения пропускной способности, которую называют взвешенной справедливой очередью — WFQ (Weighted Fair Queuing), необходимой для передачи речи через DSL. Мультиплексоры DSLAM обеспечивает коммутацию и сигнализацию АТМ в точке ввода трафика VoDSL в сеть доступа DSL. Именно поэтому информационный трафик не может использовать ту пропускную способность, которая необходима для передачи голоса. WFQ устанавливает приоритетное для речи распределение пропускной способности между двумя параллельными трафиками. Таким образом, речевой трафик всегда получит необходимую полосу независимо от других типов трафика.

Установленное в помещении пользователя интегральное устройство доступа (IAD) служит для преобразования потоков речи и данных в ВК для передачи по линии DSL. Помимо этого IAD может выполнять функции моста или маршрутизатора трафика ЛВС Ethernet и одновременно поддерживать большое число речевых соединений. Для обеспечения и поддержания QoS большого числа ВК мультиплексор DSLAM и IAD должны поддерживать классы услуг АТМ — постоянной скорости CBR и переменной скорости в реальном времени VBRrt. Эти классы услуг гарантируют необходимую пропускную способность для ВК, используемых для передачи голосового трафика. Речевые ВК конфигурируются как соединения CBR или VBRrt с ограниченной потерей ячеек АТМ и ограниченным транзитным временем задержки, что обеспечивает высокое качество речи. Поскольку ВК, используемые для телефонии, имеют более высокий приоритет, то передача данных по той же линии не мешает передаче речи. В зависимости от конкретных требований ВК для передачи данных могут быть конфигурированы как соединения с постоянной (CBR), переменной (VBR) или неопределенной (UBR) скоростью передачи. Соединения типа UBR не дают никаких гарантий ни пропускной способности, ни выполнения заданных требований к таким параметрам качества передачи QoS, как потеря ячеек и задержка. При отсутствии ресурсов пропускной способности для транспортирования ячеек типа UBR последние отбрасываются.

Переход к технологии VoDSL может выполняться последовательной заменой линий для передачи телефонии и данных. Пусть, например, предприятие имеет 10 телефонных линий для обслуживания своей 50-номерной УАТС (учрежденческой АТС) и одну линию frame relay, ISDN или Е1 для доступа к Интернету. Оно может модернизировать свою сеть, заменив все 11 указанных линий одной симметричной цифровой абонентской линией типа SDSL (Single Line Digital Subscriber Line — однолинейная цифровая абонентская линия) c пропускной способностью до 2048 Кбит/с. Тогда ВК этой линии заменят имеющиеся 10 телефонных линий и линию frame relay, ISDN или Е1 для доступа к Интернету. Одновременная передача речи и данных методом VoDSL увеличивает эффективность использования пропускной способности линии по сравнению с традиционными линиями типа Т1 или Е1, которые требуют выделения необходимой пропускной способности для каждого телефонного канала, даже если он не является активным. Таким образом в линии VoDSL пропускная способность неактивных телефонных каналов может быть полностью использована для передачи данных, например для доступа к Интернету. Динамическое распределение пропускной способности линии VoDSL, основанной на передаче ячеек АТМ, между трафиком речи и данных происходит по определенному алгоритму только при существовании трафика для передачи. Подобное распределение пропускной способности позволяет пользователю оптимизировать потенциал пропускной способности каждой линии VoDSL, обеспечивая тем самым требуемое число телефонных соединений и максимально возможную скорость передачи данных. В связи с этим можно говорить о появлении новой экономичной модели доступа пользователя из сферы малого или среднего бизнеса к сетевым услугам с использованием всего одной медной пары.

Основным назначением речевого шлюза на местной АТС является преобразование речевых сигналов виртуальных каналов VoDSL, поступивших от DSLAM, в типовые 64 Кбит/с каналы ИКМ и подключение их к речевому коммутатору. В обратном направлении вызовы в формате ИКМ преобразуются в речевые виртуальные каналы ATM, которые далее поступают в DSLAM, что обеспечивает требуемое качество телефонного разговора. Конвергенция речи и данных в рамках DSL увеличивает эффективность использования пропускной способности. Так как сеть доступа DSL использует передачу пакетов (или ячеек в случае АТМ), то трафик VoDSL «потребляет» полосу только динамически, то есть только в случае необходимость. Вызовы VoDSL занимают полосу лишь тогда, когда являются активными. Если соединение VoDSL неактивно, то его полоса может быть занята любыми другими приложениями, например доступом к Интернету. При подобном динамическом распределении пропускной способности любое предприятие может оптиимально использовать потенциал каждого соединения DSL, чтобы пользователям было предоставлено максимально возможное число телефонных соединений при максимально возможных скоростях передачи данных. Таким образом, благодаря интеграции большого числа телефонных линий и высокоскоростных соединений передачи данных в режиме постоянного включения (always on) VoDSL позволяет создать новую экономичную модель сетей связи предприятия. Конвергенция речи и данных в рамках VoDSL повышает эффективность сети путем оптимизации использования пропускной способности и исключения необходимости управления отдельными сетями. По сути дела, VoDSL является не только продуктом использования технических решений DSL, но и результатом конкурентной борьбы между операторами связи. Приложение VoDSL выгодно как для конкурентных (CLEC), так и для традиционных операторов (ILEC). Так, CLEC способны предложить дополнительные услуги пользователям, а ILEC имеют возможность сократить инвестиции в инфраструктуру местной сети. Максимальный же выигрыш получают пользователи из сферы малого и среднего бизнеса, которые дополнительно к высокоскоростной передаче данных получают большое количество телефонных соединений. Однако, для того чтобы эта новая технология стала привлекательной для пользователей, необходима определенная работа.

А теперь остановимся на особенностях устройств интегрального доступа IAD. В настоящее время к этому классу относят целый ряд устройств, обычно располагающихся в помещении пользователя. Самым общим определением IAD может служить следующее: IAD — это устройства, позволяющие гибко и в кратчайшее время адаптировать все многообразие телекоммуникационных приложений пользователя (уже существующих и тех, которые могут появиться в будущем). Говоря более конкретно, IAD, как правило, представляют собой мультисервисные устройства с возможностью передачи речи и данных (а иногда также видео и факса), которые могут поддерживать протоколы АТМ, IP, frame relay и хDSL.

Можно выделить два типа IAD:

  1. Классические IAD типа TDM собирают разнородный трафик в стандартные основные цифровые каналы (64 Кбит/с) в потоке Т/E1 и направляют их к провайдеру услуг, который с помощью устройств цифровой кросс-коннекции разделяет речь и данные и, в свою очередь, направляет их к соответствующему оборудованию.
  2. Перспективные IAD представляют собой концентраторы доступа типа АТМ или устройства доступа frame relay c возможностью динамического распределения пропускной способности среды передачи.

IAD второго типа являются более эффективными, потому что работают через среду передачи, используемую совместно несколькими пользователями, и постепенно вытесняют IAD первого типа. В настоящее время создаются многофункциональные платформы доступа для магистральных сетей на основе SDH/SONET, обладающие функциями мультиплексоров ввода/выделения, цифровых плезиохронных систем, цифровых абонентских систем передачи (ЦСПАЛ, или DLC), маршрутизаторов доступа и мультиплексоров доступа АТМ. Такие платформы интегрируют речь, данные и видео в одном тракте. Интегрированный доступ — это часть общей тенденции, заключающейся в конвергенции сетей с коммутацией каналов и сетей с пакетной коммутацией. Самыми привлекательными чертами новых IAD являются низкая цена и модульность построения. Наиболее дальновидные производители создают базовые IAD с набором основных функций и возможностью добавления новых услуг с помощью дополнительных линейных карт. Такие многофункциональные и многосервисные платформы доступа как нельзя лучше подходят для комплексов больших зданий со множеством арендаторов. Главная особенность перспективных сетей доступа — способность динамического распределения пропускной способности: для предоставления целого набора услуг служит одна совместно используемая инфраструктура доступа, что дает альтернативному оператору больше источников дохода при фиксированных затратах.

Важнейшим свойством современных IAD является то, что они изменяют модель работы провайдеров услуг. Более активные нетрадиционные операторы связи CLEC стараются принять трафик пользователя в его «натуральной форме», — то есть в виде пакетов IP и Ethernet или аналоговой речи, а не принуждают пользователя преобразовывать трафик в форму, удобную провайдеру услуг. Это расширяет периметр «облака сети» провайдера услуг практически вплоть до места расположения пользователя.

В начало

В начало

Оборудование

В настоящее время на создании IAD и шлюзов для провайдеров услуг специализируется ряд новых компаний, в том числе Jetstream Communications (http://www.jetstream.com), CopperCom (http://www.coppercom.com) и TollBridge Technologies, Inc. (http://www.tollbridgetech.com). Они занимаются исключительно применением DSL для передачи голосового трафика высокой плотности. Начиная с мая текущего года между ними было заключено свыше десятка альянсов и соглашений.

Крупные телефонные компании, такие как Alcatel и Nortel Networks, поспешили обзавестись партнерами среди производителей оборудования для передачи голоса по DSL. В июне 1999 года Nortel объявила о подписании OEM-соглашения с Jetstream, благодаря которому может предложить полное решение для передачи голоса по DSL, куда входит голосовой шлюз СPX 1000 от Jetstream и IAD. Alcatel компания сотрудничает с фирмами Jetstream, PairGain, Efficient Networks и Motorola. Alcatel и ее партнеры работают над приложениями передачи голоса по DSL и над такими услугами, как передача видео по DSL и высокоскоростной доступ в Интернет.

Lucent Technologies также выходит на рынок передачи голоса по DSL, но своим путем. В августе 1999 года компания объявила, что ее семейство продуктов для телефонии PathStar теперь поддерживает голос по DSL. Предоставление такой функциональности стало возможно благодаря сочетанию коммутатора PathStar и концентратора доступа Multi DSL с концентратором DSL и IAD компании Copper Mountain Networks (http://www.coppermountain.com).

В качестве примера интегрального устройства доступа рассмотрим IAD типа Toll 3ridge TB50 компании TollBridge Technologies, Inc. (http://www.tollbridgetech.com/html/sidebar_content/tb_50_iad.html). IAD указанного типа обеспечивает для малого и среднего бизнеса многоканальный телефон с качеством междугородных соединений плюс передачу данных через одно широкополосное модемное соединение и имеет 8-24 порта телефонных линий и один порт данных. Речь оцифровывается, а затем пакетизируется для передачи через любую широкополосную сеть доступа, включая хDSL, беспроводную сеть или Е1/Т1. Пакеты речи поступают через линию xDSL к речевому шлюзу местной АТС TB200, который преобразует эти пакеты в стандартные каналы ИКМ 64 Кбит/с местной цифровой АТС через стандартный интерфейс сигнализации GR-303 (V.5.2 ). Toll 3ridge TB50 имеет следующую аппаратную часть и интерфейсы: два интерфейса RJ-45 — один стандартный Ethernet (10 Base-T) для подключения к широкополосному модему, второй 10/100 Base-T Ethernet для LAN-данных, соединитель RJ-21X для телефонных систем key/PBX, последовательный порт DB9 для целей конфигурирования и управления IAD. Toll 3ridge TB50 совместим с существующими телекоммуникационными стандартами (может непосредственно подключаться практически ко всем известным соединителям), а также со стандартными модемами, имеющими интерфейс Ethernet. Качество телефонных услуг QoS в IAD Toll 3ridge TB50 реализуется путем приоритезации пакетов речи над пакетами данных с использованием выделенных постоянных виртуальных каналов PVC для речи и данных в сети АТМ и DLCI (Data Link Connection Identifier) в сети frame relay. Во всех IAD пакетного типа (в том числе и в Toll 3ridge TB50) предусмотрена эхо-компенсация, а также компенсация флуктуаций времени задержки. Само эхо — короткое (всего несколько миллисекунд), но становится ощутимым при наличии дополнительных цепей задержки. Поэтому предусмотрены встроенные (как в IAD, так и в шлюз местной АТС) устройства адаптивной эхо-компенсации согласно рекомендации МСЭ-Т G.168. Чистое время задержки, при котором имеет место эффект наложения эха на речь говорящего, составляет 200 мс. Этот эффект особенно неприятен при соединениях большой протяженности, содержащих участки спутниковых линий. Поскольку IAD работают только на коротких участках местной абонентской сети, то дополнительное время задержки, вносимое сетью передачи пакетов, мало по сравнению с задержками, вносимыми соединениями большой протяженности в случае компьютерной телефонии VoIP. Для компенсации флуктуаций времени задержки предусмотрен специальный буфер в приемной части оборудования. Флуктуации времени задержки вызывают переполнение или полное освобождение буфера. Следствием такого режима являются звуковые пробелы (audio gaps) и проскальзывания (timing slips). Буфер джиттера устраняет влияние флуктуаций времени задержки путем запоминания дискретов речи, не попавших в буфер приемной части оборудования из-за его переполнения, и передачи их с некоторой задержкой. Специальная адаптивная схема регулирует глубину буфера джиттера, исключая возможность необоснованной задержки. Если пакет приходит слишком поздно и буфер оказывается пустым, то последние отсчеты речи используются в качестве замены речевого сигнала.

Требования к IAD со стороны факс-машин и модемов несколько отличаются от требований со стороны речи. Компрессия мало влияет или почти не влияет на качество речевых сигналов, чего никак нельзя сказать о влиянии той же компрессии на качество модулированных сигналов данных. Телефонные модемы предназначены для работы через компрессированные каналы 64 Кбит/с, удовлетворяющие требованиям рекомендации G.711 МСЭ-Т. Кодеки других типов (например, G.726 АДИКМ) могут также пропускать и данные, но с более низкими скоростями. Характеристики других популярных речевых кодеков (таких, как G.723.1) являются приемлемыми только для речи и не годятся для передачи музыки и тем более для немодулированных данных.

В начало

В начало

Заключение

Технология VoDSL максимально отвечает потребностям потребителей. Однако технический прогресс не стоит на месте. Так, фирма Aware, известный производитель микросхем для DSL-устройств, представила новую технологию — VeDSL (Voice-enabled DSL — DSL с поддержкой передачи речи), обладающую, по словам специалистов компании, рядом преимуществ перед традиционными решениями для передачи речи по DSL-линиям типа VoDSL (Voice over DSL). Как правило, для реализации технологии VoDSL в распоряжении оператора должна быть ATM-сеть и установленный на АТС шлюз в ТфОП. Кроме того, на клиентской стороне должно иметься специальное интегрированное устройство доступа (IAD), так как между ним и шлюзом организуется постоянный виртуальный канал для передачи телефонного трафика. VeDSL же передает речевую информацию непосредственно на физическом уровне, не упаковывая ее в пакеты протоколов более высоких уровней, что позволяет упростить структуру сети. По данным Aware, VeDSL не конфликтует ни с обычной телефонией, ни со стандартными методами передачи данных по линиям DSL. Кроме того, у VeDSL нет проблемы подавления эха, поскольку задержки здесь значительно меньше, чем при использовании VoDSL.

VeDSL динамически резервирует часть общей полосы пропускания цифровой абонентской линии, исходя из числа каналов голосовой связи и способа сжатия речевой информации (64 или 32 Кбит/с на канал). Оставшаяся часть может использоваться для передачи данных. Поддерживаются такие дополнительные функции телефонии, как идентификация вызывающего абонента, уведомление о поступлении еще одного вызова во время разговора, а также модемная и факсимильная связь.

Существуют и другие аналогичные технологии (например, SuperLine фирмы Paradyne). Но все они либо уже запатентованы, либо предназначены для решений типа «точка — точка». Поскольку VeDSL рассчитана на работу в ТфОП и базируется на стандартах DSL, включая G.lite, то широкий круг потенциальных клиентов ей обеспечен.

КомпьютерПресс 12'2000