Курс 3 Специальность 210401-Физика и техника оптической связи Научный (стр. 2 из 9)

1.1 РЕКОМЕНДАЦИИ МСЭ-Т

Первое оборудование IP-телефонии строилось по фирменным решениям, что привело к появлению большого числа несовместимых продуктов. Возникла необходимость в стандартизации. В январе 1998 г. МСЭ-Т была принята вторая версия рекомендации Н.323, которая стала основным стандартом в IP-телефонии. Н.323 - это одна из рекомендаций большой серии Н.32х, предназначенной для стандартизации мультимедийной конференц-связи в различных типах сетей, таких как ISDN, ТфОП и др. Первая версия Н.323, предназначавшаяся для локальных сетей, была выпущена в 1996г. Она определяет порядок взаимодействия между системами передачи мультимедийной информации (в том числе, в реальном времени) в сетях с КП, которые могут не обеспечивать гарантированного качества обслуживания. Наибольшее применение этот стандарт получил в сетях на базе ЕР. Вторая версия стандарта была адресована реализации мультимедийной конференц-связи в глобальных сетях.

В августе 2000 г. МСЭ-Т и рабочая группа Megaco в EETF объявили об окончании работы над рекомендацией Н.248 (ранее имевший название H.GCP).

1.2 Н.323

Рекомендация Н.323 определяет 4 компонента системы связи: привратник (Gatekeeper, иногда переводится как диспетчер), шлюз (Gateway), устройство управления многоточечной конференцией (Multipoint Control Unit, MCU) и терминал (рисунок 3). Вся сеть разбита на зоны. Зона определяется как совокупность всех терминалов, шлюзов и MCU, за работу которых ответственен один привратник[7].

Шлюз реализует следующие основные функции:

· преобразование при передаче аналоговых речевых и служебных сигналов в цифровую форму, включая кодирование со сжатием, упаковку их в IP-пакеты и обратные преобразования на приеме;

· организацию интерфейсов с сетями ТфОП, Интернет и др.;

· распознавание импульсного и тонового набора номера;

· подавление эха и пауз.

Большая часть этих функций реализуется на прикладном уровне. Шлюз может представлять собой ПК с дополнительными платами, которые называют телефонными или речевыми. Это специализированные устройства, которые построены на базе цифровых процессоров обработки сигналов и выполняют при минимальном участии ПК все функции шлюзов, включая подавление эха. Наиболее сложной и важной частью в телефонной плате является кодек (кодер-декодер) или вокодер, осуществляющий кодирование аналоговых сигналов со сжатием.

Рисунок 2 - Архитектура сети Н.323

Привратник выполняет функции по управлению доступом в IP-сеть, шириной полосы пропускания и адресацией. Кроме того, он осуществляет управление шлюзами и терминалами своей зоны, исполняет функции службы каталогов, контролирует счета пользователей.

Н.323-терминалы - это устройства, с помощью которых пользователи могут взаимодействовать друг с другом в реальном времени. Примерами терминалов могут служить ПК с программным обеспечением аудио - или видео-конференций или так называемые интернет-телефоны. Для организаций конференций между тремя и более участниками сеть должна содержать устройство MCU (Multipoint Control Unit).

Взаимодействие между шлюзом и терминалом происходит по протоколам Н.245 и

Q.931 (абонентская сигнализация DSS1).

Рекомендация Н.323 представляет из себя зонтичный набор стандартов (рисунок 3). В части аудио все компоненты Н.323 должны поддерживать стандарт на оцифровку речи G.711 (ИКМ); другие методы компрессии, такие как G.722, G.723, G.728 и GJ29 рассматриваются в качестве факультативных[4]. В части видео поддерживаются два стандарта: Н.261 и более новый Н.263.

Для передачи речи по сетям с КП в Н.323 предусмотрены протокол реального времени (RTP, Real Time Protocol) и управляющий протокол реального времени (Real Time Control Protocol RTCP), разработанные IETF (рисунок 3).

Рисунок 3 - Стек протоколов Н.323

Большинство производителей заявляет о поддержке Н.323. Однако зачастую оборудование одних производителей, построенное по рекомендации Н.323, не может взаимодействовать с оборудованием, построенном на базе этого же стандарта другими производителями, из-за различий в деталях реализации стандарта.

1.3 Н.248

Рабочая группа Megaco в IETF и МСЭ-Т разработали совместно протокол Н.248 (ранее имевший название H.GCP). В августе 2000 г. МСЭ-Т объявила об окончании работы над этой рекомендацией.

Согласно этой рекомендации шлюз разделяется на три функциональных объекта: шлюз сигнализации (Signaling Gateway, SG), транспортный шлюз (Media Gateway, MG) и контроллер транспортного шлюза (Media Controller, MGC) (рисунок 4). Поскольку в ОКС № 7 не предусмотрено взаимодействие с сетями с КП, и в частности с сетями IP, эти задачи возложены на шлюз сигнализации.

Шлюз сигнализации выполняет функцию транзитного пункта сигнализации для сети с КК. Он принимает пакеты сигнализации трех нижних уровней модели ОКС № 7 и передает сигнальные сообщения верхнего, пользовательского уровня на контроллер транспортного шлюза (MGC). MGC выполняет процедуры сигнализации Н.225 (RAS), Q.931 и Н.245 и по протоколу управления шлюзами MGCP (Media Gateway Control Protocol) передает управляющую информацию на транспортный шлюз. Основная задача MGC - управлять работой транспортного шлюза, т.е. осуществлять контроль за соединениями, использованием ресурсов, трансляцией протоколов и т.п. Протокол MGCP был разработан несколькими компаниями, включая Lucent и Telcordia, и был опубликован, как информативный в IETF. Рекомендация Н.248 была разработана на основе MGCP.

Одним из недостатков MGCP является то, что он достаточно сложен для небольших приложений, поэтому его рекомендуется использовать на крупных магистральных сетях операторов.

Рисунок 4 - Функциональная модель сети (шлюз состоит из трех элементов)

1.4 Стандарты компрессии речи

При передаче речи в несжатом виде используется большая полоса пропускания, поэтому шлюзы имеют в своем составе так называемый речевой кодек, который состоит из двух элементов: кодера и декодера. Он осуществляет компрессию речи для передачи в сеть IP и ее декомпрессию на принимающей стороне. Существует два основных типа кодеров: сигнальные (waveform coders) и вокодеры (vocoders). Новейшие кодеры могут состоять из двух этих типов, они получили название –гибридные (hybrid coders). Сигнальные кодеры не учитывают природу обрабатываемого сигнала. Вокодеры анализируют характеристики речевого сигнала и передают их значения[2]. В таблице 1 представлены характеристики речевых кодеков с различными стандартами компрессии.

Сигнальные кодеры достаточно просты и обеспечивают высокое качество, но требуют большой полосы пропускания. Вокодеры (например, G.723.1) обеспечивают высокую степень сжатия, но могут придавать речи «искусственный» характер.

Гибридные, например (GSM, G.728, G.729) - сочетают в себе высокую степень сжатия, как в вокодерах, и высокое качество сигнальных кодеров, хотя устройство гибридных часто гораздо сложнее.

Среди международных стандартов компрессии чаше других для систем IP-телефонии рекомендуются G.723.1 и G.729. Чаще всего шлюзы поддерживают несколько стандартов сжатия речи.

Таблица 1- Характеристики речевых кодеков

Стандарт компрессии	Метод модуляции	Скорость, кбит/с	Сложность (MIPS)	Качество (MOS)	Алгоритмическая задержка (мс)
G.711	PCM (ИКМ)	64	(<<1)	Очень хорошее (4.4)	Незначительная (0.25)
G.726	ADPCM (АДИКМ)	16,24,32, 40	Низкая (~1)	Хорошее на 40 кбит/с Низкое на 16 кбит/с	Незначительная (0.25)
G.728	LD-CELP	16	Очень высокая (~30)	Хорошее (4.2)	Низкая (1.25)
G.729 G.729A	CS-ACELP	8	Высокая ( 20) Умеренная ( 11)	Хорошее (4.2)	Низкая (25 мс)
G.723 G.723.1	MP-MLQ ACELP	6.3 5.3	Умеренно- высокая ( 18)	Хорошее (3.9) Среднее	Высокая (67.5 мс)

MOS (Mean Opinion Score) - субъективная оценка качества речи по 5-бальной шкале

MIPS (Millions of Instructions Per Second) - миллионов операций в секунду

1.5 Стандарты факсимильной связи на базе IP

Передача факсов в IP-телефонии осуществляется также с помощью шлюзов. Некоторые шлюзы могут принимать или только речевые сигналы, или только факсимильные. Более сложные устройства поддерживают оба типа сигналов, автоматически определял тип поступившего сигнала, и на основании этого производят его обработку. Существуют также факс-аппараты (IP-факсы), которые можно подключать непосредственно в сеть IP.

Основными стандартами для передачи факсов в IP-телефонии являются рекомендации МСЭ-Т Т.37 и Т.38. Они определяют два способа передачи: в реальном времени (Т.38) и в виде вложений в электронную почту (Т.37). Первый способ по функциональности похож на традиционную факсимильную связь. Во втором случае отправитель посылает документ на ближайший к нему шлюз, где распознаются факс-сигналы, инициируется факс-соединение. Шлюз получает и сохраняет этот документ, который направляется на шлюз, ближайший к получателю. Там инициируется второе факсовое соединение для доставки сообщения адресату. Таким образом передача факсов сводится к доставке с промежуточным хранением, так как между шлюзами изображения фасов передаются в виде вложений в электронную почту. К недостаткам этого метода относится применение всего одного метода сжатия, ограничивающего возможности экономии пропускной способности.

Передача факсов по стандарту Т.38 в IP-сетях может осуществляться как поверх протокола TCP, так и UDP.