IP-телефония сегодня

Алексей Бессарабский

Введение

Преимущества

Введение в технологию

Используемые протоколы

Обеспечение качества услуги

Тарификация

Заключение

Интернет коренным образом меняет наше представление о жизни, как вторгаясь в повседневный быт, так и изменяя экономические отношения. Самыми перспективными и быстро растущими в мировой экономике сегодня являются компании, активно предлагающие услуги на основе Интернет-технологий. К ним относятся и компании, предлагающие услуги IP-телефонии (Internet telephony service providers — ITSPs). Эти компании используют IP-технологию для преобразования потоков данных, несущих голос, в пакеты, которые могут быть переданы через Интернет. Сегодня развитие этой технологии достигло такой стадии, что услуги IP-телефонии стали достаточно надежными и качественными, чтобы рассматриваться как альтернатива услугам традиционной телефонной связи. При этом операторы либо используют специально спроектированные фирменные магистрали, либо полагаются на услуги публичного Интернета.

Рыночный энтузиазм по поводу IP-телефонии продолжает расти. Согласно прогнозам аналитиков, в мире ожидается значительный (в ближайшие годы в десятки раз) рост трафика VoIP. Объем рынка услуг VoIP сегодня составляет примерно миллиард долларов, а в течение ближайших нескольких лет, по разным прогнозам, вырастет до величин порядка 8,5-24 млрд. долл. (например, по данным IDC, в 2002 году объем рынка составит 23 млрд. долл.). Несмотря на разброс оценок величины рынка, большинство аналитиков сходятся на том, что IP-телефония является магистральным путем развития телекоммуникационной индустрии.

Что касается корпоративного сегмента рынка, то уже сегодня, по данным Philips Group, почти 20% американских компаний тестируют VoIP-решения как основу для создания корпоративной телефонной сети, а через несколько лет VoIP-технология будет составлять основу телефонных сетей почти половины компаний.

Какие же преимущества получают потребители и поставщики услуг IP-телефонии и чем можно объяснить их энтузиазм?

ITSP-операторы (и их клиенты) используют новую технологию для снижения стоимости услуг телефонной связи при сохранении, по возможности, качества связи без ввода дополнительных ограничений для пользователей. Экономия средств происходит главным образом за счет компрессии голоса, интеграции сетей передачи голоса и данных и за счет более привлекательных (на сегодня) тарифных схем в Интернет-индустрии по сравнению с услугами традиционных телефонных операторов.

Компрессия голоса позволяет в несколько раз снизить полосу, требующуюся для передачи телефонного разговора. Например, применяя протоколы сжатия голоса G729 или G729а, мы можем уменьшить необходимую для одного разговора полосу с 64 до 8 Кбайт/с (после добавления заголовков пакетов и применения протокола RTP полоса составит около 11 Кбайт/с). Кроме того, вырезание пауз в разговоре (функция VAD) позволяет уменьшить занимаемую полосу еще примерно в два раза.

В свою очередь, интеграция голоса и данных позволяет снизить затраты на закупку оборудования, обслуживание, администрирование сетей, управление, биллинг, повышение отказоустойчивости. Кроме того, подобная интеграция дает возможность более эффективно использовать полосу магистрали за счет динамического перераспределения полосы между различными приложениями.

Что касается дополнительных ограничений для конечных пользователей, то сегодня их уже практически нет. IP-телефония позволяет оказывать пользователям широкий спектр услуг — от соединения «точка-точка» до многоточечных конференций. Более того, операторы получают возможность предоставить клиентам новые услуги:

• соединение офисных АТС через Интранет;

• передача факсов через Интернет;

• удаленный доступ в корпоративную телефонную сеть. Например, эмуляция расширения офисной АТС для работающего дома или в отдаленном филиале работника Call Center;

• телефонные звонки с переносных компьютеров через Интернет;

• доступ к Call Center через Интернет (например, для клиентов, использующих электронную коммерцию);

• Интернет-телефоны.

В секторе корпоративной телефонии все перечисленные факторы тоже играют важную роль, однако главным стимулом применения технологии VoIP является появление новых приложений, основанных на интеграции голоса и данных и использующих единую и открытую IP-технологию. Некоторые из этих приложений уже были перечислены. Но хотелось бы остановиться еще на двух, которых, по всей видимости, ждет оглушительный рыночный успех. Первое — это единая система обмена сообщениями, представляющая собой интеграцию электронной почты, факса и голосовой почты. Второе — электронная коммерция. В этом случае Интернет-доступ к информации будет включать в себя «голосовую кнопку», с помощью которой клиент сможет установить голосовую связь с торговым агентом и получить нужную информацию непосредственно из приложения.

Нельзя сбрасывать со счетов и то, что цены на оборудование IP-телефонии (как и на любое другое оборудование передачи данных) падают гораздо быстрее, чем цены на традиционное телефонное оборудование.

Основной принцип IP-телефонии заключается в оцифровке и компрессии голоса (обычно по алгоритмам G729, G729a или G723.1) с последующей пакетизацией и передачей по IP-сетям. При этом могут быть установлены различные типы телефонных соединений:

• Соединение «точка-точка» двух АТС. В этом случае не требуется трансляция адресов IP в телефонные номера.

• Соединение «PC-PC».

• Соединение «PC-телефон».

• Соединение «телефон-телефон».

В последних двух случаях кроме преобразования сигнала требуется также произвести трансляцию телефонных номеров в адреса IP.

Сеть IP-телефонии состоит из следующих основных устройств:

• VoIP Gateways представляют собой устройства для связи и преобразования потоков данных в телефонных и IP-сетях и выполняют следующие функции:

  - оцифровка и сжатие голоса;

  - демодуляция факса;

  - трансляция телефонных номеров в IP-адреса;

  - установление соединения;

  - декомпрессия голоса;

  - ремодуляция факса.

• Gatekeepers (не обязательный, но очень полезный элемент) осуществляет трансляцию адресов, контроль доступа и авторизацию пользователей, управление полосой, маршрутизацию и перемаршрутизацию вызовов.

• Специализированные терминалы. Это могут быть мультимедийные PC со специальным программным обеспечением или IP-телефоны.

В 1996 году ITU-T был ратифицирован первый стандарт для передачи голоса и видео по пакетным сетям — H.323, который представляет собой сложный набор протоколов, описывающий разные аспекты этой задачи. Взаимодействие H.323 и IP можно условно изобразить в виде следующего протокольного стека:

Установление соединения посредством H.323 описывается схемой, приведенной на рисунке.

Следует обратить внимание на следующие особенности показанной схемы.

• Контрольные соединения используют TCP-сервис надежной доставки пакетов.

• После установления соединения голосовой трафик передается с использованием протокола UDP.

• Для передачи голосового трафика используются протоколы реального времени RTP и RTCP, которые позволяют синхронизировать потоки данных реального времени, но не могут сами по себе гарантировать требуемое качество обслуживания (для этого могут использоваться другие протоколы, например RSVP).

Хотя H323 является признанным стандартом для организации сетей IP-телефонии, в последнее время появились и другие протоколы, призванные решать ту же задачу. Среди них следует отметить Session Initiation Protocol (SIP) — протокол прикладного уровня, предназначенный для установления мультимедийных соединений (RFC2543).

Основные преимущества SIP перед H.323:

• Простота. H.323 оказался сложным в реализации, в результате чего возникли проблемы с совместимостью оборудования разных производителей.

• Легкость в отладке и настройке.

• Архитектура «клиент-сервер».

• Более простая организация защиты сетей с помощью брандмауэров.

• Лучшая масштабируемость.

В ближайшие годы оба этих набора протоколов будут сосуществовать.

Качество услуги IP-телефонии подразумевает качество и точность передачи звука и сетевую доступность услуги.

Для хорошего качества передачи звука необходимо, во-первых, использовать высококлассные кодеры, гарантирующие качественный звук и низкие задержки, и, во-вторых, обеспечить высокое качество передачи сигнала сетью.

Качество передачи сигнала сетью определяется тремя параметрами:

1. Задержка. Общая задержка сигнала является суммой задержек компрессии, декомпрессии, пакетизации, буферизации и передачи сигнала. Большая величина задержки, с одной стороны, приводит к появлению эха (эхо становится различимым при задержках, превышающих 10 мс; при задержках больше 50 мс требуется применять эхоподавление), а, с другой стороны, при задержках, превышающих 250 мс, затрудняет беседу (дискомфорт возникает уже при задержках около 150 мс). В последнее время развитие технологии DSP привело к значительному снижению задержек кодирования/декодирования сигнала и к эффективному эхоподавлению. В то же время появление высокопроизводительных коммутаторов и протоколов, использующих механизмы QoS, привело к снижению сетевых задержек. В результате качество голоса, передаваемого по IP, заметно возросло.

2. Вариации задержек. Вариации задержек возникают главным образом из-за неодинакового времени прохождения по сети разных пакетов. Это может значительно снизить качество передачи голоса. Поэтому для компенсации этого эффекта пакеты буферизуются в точке назначения, что, в свою очередь, приводит к возрастанию задержек.

3. Потери пакетов. IP-сети не обеспечивают 100-процентную доставку пакетов, часть пакетов теряется, например при перегрузках в сети. Механизмы TCP, обеспечивающие надежную доставку пакетов, для передачи голоса неприменимы из-за слишком больших задержек, которые при этом бы возникали. Поэтому для частичной компенсации потерь применяют другие методы — интерполяцию и передачу избыточной информации (коррекцию ошибок, FEC). Потери пакетов, превышающие 5-10% (величина зависит от алгоритма компрессии), приводят к заметному ухудшению качества речи.

Как видим, для обеспечения качественной передачи речи требуется аккуратное проектирование сети IP-телефонии. Это подразумевает правильный выбор оборудования, используемых протоколов, топологии сети, а также инжиниринг сети.

Для повышения качества сетевого обслуживания применяют несколько приемов:

• Обеспечение избыточной производительности сети. Эта техника легко может быть использована в корпоративных кампусных сетях.

• Использование в узлах сети оборудования, предназначенного для передачи голосового трафика. Современные коммутаторы и маршрутизаторы ведущих производителей позволяют проводить приоритетную обработку голосовых пакетов. При этом пакеты, относящиеся к разным потокам, образуют в буферной памяти отдельные очереди, которые обслуживаются по разным алгоритмам (например, weighted fair queuing) с учетом приоритета и относительного «веса» того или иного приложения. Целью такого манипулирования очередями является уменьшение задержек и потерь пакетов для приложений реального времени. Применение в маршрутизаторах технологий коммутации потоков (Tag switching, MPLS) также приводит к уменьшению задержек и потерь пакетов.

• Применение набора протоколов для обеспечения требуемого уровня обслуживания в IP-сетях. Имеются в виду такие протоколы, как RTP, RSVP (протокол резервирования ресурсов), MPLS (протокол коммутации потоков), позволяющие улучшить параметры передачи голосового трафика по IP-сетям, а также механизмы admission controls и traffic shaping для сглаживания неречевых потоков данных.

• Использование механизмов QoS на канальном уровне. Здесь необходимо особо выделить ATM-технологию, так как ATM-сети способны обеспечить почти абсолютное качество обслуживания. Эти замечательные свойства ATM долгое время были недостаточно востребованы для передачи IP-трафика, так как отсутствовали механизмы передачи информации о требуемом качестве обслуживания из IP-сетей в сети ATM. Однако в последнее время развитие технологии MPLS и операционных систем маршрутизаторов ведущих производителей позволило отчасти решить проблему трансляции качества обслуживания IP-сетей на сети ATM.

Правильная система тарифных планов является одним из важнейших факторов для обеспечения успешного операторского бизнеса. VoIP gateways должны собирать статистику успешных телефонных соединений, на основе которой может работать биллинговая программа. Проблема заключается в выборе правильной бизнес-модели биллинга. Среди предложенных тарифных схем можно отметить:

• повременную, при которой учитывается продолжительность соединения. Тариф может зависеть от времени дня или дня недели;

• основанную на «расстоянии» между абонентами, то есть учитывающую количество операторов, участвующих в установлении соединения, и их затраты;

• основанную на QoS. Плата за услугу отражает такие параметры соединения, как приоритет, задержки, вероятность блокировки звонков и т.д.;

• Directory based, позволяющую проводить авторизацию пользователя и взимать плату с учетом централизованно хранящегося профиля клиента.

Еще недавно о технологии IP-телефонии говорили: «экономия за счет качества». Но сегодня при условии квалифицированного проектирования сетей IP-телефонии многие проблемы качества передачи голоса и надежности решены или успешно решаются. Этому способствовал значительный прогресс в таких областях, как производство кодеров, повышение пропускной способности сетей, повышение производительности сетевых устройств, появление нового поколения маршрутизаторов, появление новых протоколов, позволяющих обеспечивать качество сетевого обслуживания.

Именно поэтому IP-телефония, как корпоративная, так и операторская, переживает сегодня период бурного роста благодаря воздействию главных движущих сил — появлению новых Интернет-приложений и снижению издержек.

С автором можно связаться по e-mail: Bess@ruslan-com.ru

КомпьютерПресс 5'2000