Исследования способов передачи информации с пакетной технологией

ВВЕДЕНИЕ

Технология, позволяющая использовать IP-сеть в качестве средства организации и ведения международных телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени. Предполагает передачу голосовых пакетов по IP-сети через глобальную сеть Интернет. При этом полоса пропускания напрямую зависит от загруженности IP-сети пакетами, содержащими данные, голос, графику и т. д., а также задержки при прохождении пакетов могут быть самыми разными [1, 2].

Существуют базовые типы телефонных запросов Интернет-Телефонии:

а) компьютер-компьютер;

б) компьютер-телефон;

в) телефон-телефон;

г) телефон-компьютер.

В традиционной телефонии используют разветвленную сеть связи телефонных станций, связанных закрепленными телефонными линиями, подвода волоконно-оптических кабелей и спутников связи. Высокие затраты телефонных компаний приводят для нас к дорогим междугородным разговорам. Выделенное подключение телефонной станции также имеет много избыточной производительности или времени простоя в течение речевого сеанса.

IP-телефония полностью использует емкость телефонных линий и является одной из передовых технологий голосовых сигналов. Поэтому пакеты данных от разных запросов, и даже различные их типы, могут перемещаться по одной и той же линии в одно и тоже время [3].

Ниже представлены устройства, реализующие следующие этапы развития IP-телефонии:

- шлюзы и качество обслуживания;

- выбор кодека;

- подавление пауз;

- эхоподавление;

- сглаживающий буфер;

- маскирование ошибок;

- качество обслуживания и сетевые технологии.

Internet обеспечивает удобный способ контролировать и управлять обращениями по телефону. Обычные телефоны - чрезвычайно полезные устройства - дешевые, очень распространенные, легкие в использовании и подвижные. Но телефоны немые. Они имеют только 12 управляющих клавиш (имеются в виду телефоны с возможностью тонального набора). Было много попыток сделать телефоны интеллектуальными: сначала на рабочем столе, затем в офисе. Но ни разу не было сколь-нибудь серьезных попыток, чтобы автоматизировать телефоны дома.

В настоящее время разработчики обращают основное внимание на проблемы передачи голоса по IP для приложений Интернет и корпоративных сетей. Компромисс, который приходится решать в этой области, лежит между повышением эффективности использования полосы пропускания канала и качеством передачи речи. Таким образом необходимо обратить внимание на качество обслуживания в телефонии [4].

В рекомендации МСЭ-Т Е.800 качество обслуживания определяется как некое общее понятие, характеризующее степень удовлетворения пользователя предоставляемым ему обслуживанием. Значит, это вещь субъективная, связанная с восприятием абонента. Чтобы качество обслуживания, предоставляемого с помощью системы IP-телефонии, соответствовало ожиданиям абонента, необходимо обеспечить соблюдение нескольких требований, в том числе:

- высокую доступность услуги;

- “дружественность” интерфейса;

- приемлемый уровень поддержки;

- надежность расчетов;

- конфиденциальность и безопасность связи;

- дополнительные услуги;

- приемлемое качество передачи речи.

Ни для кого не секрет, что самый важный фактор, влияющий на успех IP-телефонии, - это обеспечение приемлемого качества передачи речи. Рабочая группа Европейского института телекоммуникационных стандартов (ETSI) TIPHON (Telecommunications and Internet Protocol Harmonization Over Networks) определяет более широкое понятие - “качество вызова”. Оно опирается на два основных фактора, влияющих на восприятие конечным абонентом качества соединения, - это сквозная задержка, от которой зависит “интерактивность” разговора, и само качество речи.

Вообще говоря, восприятие абонентом речи зависит от множества факторов, связанных как с сетью, так и с абонентским оборудованием. Важное значение имеют особенности телефонного аппарата, однако шумовой фон и акустические особенности среды, где находится абонент, могут влиять на его восприятие даже в большей степени. Различные параметры телефонной сети общего пользования (ТФОП), от которых зависит качество, описаны в рекомендации МСЭ-Т G.113. В основном это амплитудные искажения, шумы тракта передачи сигналов, задержки передачи и эхо. На некоторых из них как задержка и вариация задержек, привносимые маршрутизаторами. Нельзя забывать и о таких вещах, как искажение при сжатие речи, задержки при ее пакетировании и сжатии.

Факторы, которые могут повлиять на сквозное качество передачи речи в IP-сетях, можно отнести к одной из трех основных категорий: обработка речи в шлюзе IP-телефонии; сквозная задержка в основном при обработке речи в шлюзе и обслуживании очередей в сетевых узлах; вариация задержки, вызванная в первую очередь обслуживанием очередей в сетевых узлах. Ниже мы проанализируем эти основные факторы в ситуации, когда связь абонентов ТФОП осуществляется через IP-сеть.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ИНФОРМАЦИИ ПО ВОПРОСАМ КАЧЕСТВА ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ

1.1 Вопросы качества пакетной технологии

Качество обслуживания является общим понятием, характеризующим степень удовлетворения пользователя предоставляемым ему обслуживанием. Чтобы достичь уровня популярности традиционной телефонии, новой технологии необходимы механизмы сквозного качества обслуживания (Quality of Servict - QoS), которые обеспечат качество речевой связи на уровне традиционных телефонных сетей.

Традиционные телефонные сети коммутируют электрические сигналы с гарантированной полосой пропускания, достаточной для передачи сигналов голосового спектра. При фиксированной пропускной способности передаваемого сигнала цена единицы времени связи зависит от удаленности и расположения точек вызова и места ответа.

Сети с коммутацией пакетов не обеспечивают гарантированной пропускной способности, поскольку не обеспечивают гарантированного пути между точками связи [1, 3].

Для приложений, где важен порядок и интервал прихода пакетов, например, e-mail, время задержек между отдельными пакетами не имеет решающего значения. IP-телефония является одной из областей передачи данных, где важна динамика передачи сигнала, которая обеспечивается современными методами кодирования и передачи информации, а также увеличением пропускной способности каналов, что приводит к успешной конкуренции IP-телефонии с традиционными телефонными сетями.

Основными составляющими качества IP-телефонии являются (рисунок 1.1).



Рисунок 1.1 - Факторы, влияющие на качество IP-телефонии

а) Качество речи, которое включает:

- диалог - возможность пользователя связываться и разговаривать с другим пользователем в реальном времени и полнодуплексном режиме;

- разборчивость - чистота и тональность речи;

- эхо - слышимость собственной речи;

- уровень - громкость речи.

б) Качество сигнализации, включающее:

- установление вызова - скорость успешного доступа и время установления соединения;

- завершение вызова - время отбоя и скорость соединения;

- DTMF - определения и фиксация сигналов многочастотного набора номера.

Факторы, которые влияют на качество IP-телефонии, могут быть разделены на две категории:

а) Факторы качества IP-сети:

- максимальная пропускная способность - максимальное количество полезных и избыточных данных, которая она передает;

- задержка - промежуток времени, требуемый для передачи пакета через сеть;

- джиттер - задержка между двумя последовательными пакетами;

- потеря пакетов - пакеты или данные, потерянные при передаче через сеть.

б) Факторы качества шлюза:

- требуемая полоса пропускания - различные вокодеры требуют различную полосу. Например, вокодер G.723 требует полосы 16,3 кбит/с для каждого речевого канала;

- буфер джиттера - сохранение пакетов данных до тех пор, пока все пакеты не будут получены, и можно будет передать в требуемой последовательности для минимизации джиттера;

- потеря пакетов - потеря пакетов при сжатии и/или передаче в оборудовании IP-телефонии;

- подавление эха - механизм для подавления эха, возникающего при передаче по сети;

- управление уровнем - возможность регулировать уровень речи.

Обсуждать вопросы качества обслуживания нельзя без знания рекомендации Е.800 “Термины и определения, относящиеся к качеству обслуживания и качеству функционирования сети, включая надежность”.

Схема взаимосвязи основных понятий, относящихся к качеству обслуживания и функционирования сети, представлена (рисунок 1.2).



Рисунок 1.2 - Схема взаимосвязи основных понятий, относящихся к качеству обслуживания и функционирования сети

В целом качество обслуживания имеет четыре основные составляющие: обеспеченность, удобство использования, действенность и безопасность.

Обеспеченность - способность предприятия связи предоставлять обслуживание (набор услуг) и помогать потребителю использовать его. Данное понятие охватывает как основные, так и дополнительные услуги. К последним относятся, например, постановка вызова в режим ожидания или предоставление справок о номерах телефонов.

Удобство пользования - свойство обслуживания, характеризующее насколько успешно и легко потребитель может его использовать.

Действенность - свойство обслуживания быть предоставленным тогда, когда это необходимо потребителю, и продолжаться без чрезмерного ухудшения в течение требуемого времени (в пределах определенных допусков и в заданных условиях).

Безопасность - свойство обслуживания быть защищенным от несанкционированного доступа, злонамеренного и неправильного использования, преднамеренной порчи, человеческих ошибок и стихийных бедствий.

Из четырех перечисленных выше свойств важнейшим, конечно же, является действенность обслуживания, которая, в свою очередь, имеет три составляющие:

- доступность - свойство обслуживания быть предоставленным тогда, когда это необходимо пользователю;

- непрерывность - свойство обслуживания, будучи предоставленным, продолжаться в течение требуемого времени;

- целостность - свойство обслуживания, будучи предоставленным, обеспечиваться без чрезмерного ухудшения.

Качество обслуживания зависит от качества функционирования сети, (Network Performance), и определяется как способность сети или ее части выполнять функции, обеспечивающие связь между пользователями.

Качество передачи определяется как уровень воспроизведения сигнала, поступившего в систему электросвязи, которая находится в состоянии готовности.

Надежность один из основных факторов, влияющих на качество обслуживания на сетях связи.

Согласно ГОСТ 27.002-89, надежность - это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и в условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования.

Центральной составляющей надежности является готовность, которая определяется как способность объекта выполнять требуемую функцию в данный момент времени или в произвольный момент времени в пределах данного временного интервала, при условии наличия требуемых внешних ресурсов.

Говоря о надежности следует обратить внимание на рекомендации Е.862 и Е.880. В рекомендации Е.880 рассмотрены вопросы сбора эксплуатационных данных и оценки на их основе надежности оборудования сетей и служб. Там указаны возможные источники данных и способы их сбора, перечислены сведения, которые должны при этом фиксироваться, приведен список основных показателей, рекомендуемых для оценки надежности в процессе эксплуатации.

В рекомендации Е.862, впервые принятой в 1988 г. и пересмотренной в 1992 г., изложены подходы, позволяющие при планировании, проектировании, эксплуатации и техническом обслуживании сетей учитывать экономические потери, связанные с отказом технических средств, которые несут и поставщики, и потребители услуг связи. Подобные подходы могут быть использованы как при оптимизации и сети в целом, так и при выборе того или иного типа оборудования и его резервирования, организации системы технического обслуживания и ремонта, расчете необходимого числа запасных элементов и т.п. Содержащиеся в Е.862 советы и приведенные там примеры помогут поставщикам услуг связи оценить возможные потери из-за отказа и сопоставить их с затратами на повышение надежности и сокращение простоев.

Принятие этой рекомендации обусловлено тем, что в современных условиях, когда рынок телекоммуникационных услуг становиться всё более открытым и конкуренция на нем обостряется, проблемы повышения надежности сетей связи становится все более актуальными. Снижение надежности грозит операторам сетей возможной потерей клиентов и непосредственно влияет на экономические показатели их деятельности. Отказ пользователям в представлении услуг из-за неработоспособности технических средств - это упущенный доход, а в некоторых случаях и прямые убытки.

Для количественной характеристики большинства определенных в рекомендации Е.800 свойств вводятся соответствующие показатели. Например, показателями доступности служат вероятность доступа к обслуживанию, средняя задержка такого доступа и т.д., а показателями безотказности - интенсивность отказов, среднее время между отказами и т.д.

Все показатели связаны каким-либо событием (отказ в обслуживании, восстановление обслуживания и т.п.), состояниями (работоспособное, неработоспособное и т.п.) или действиями (например, техническое обслуживание и ремонт). Их можно разделить на две категории: относящиеся к какому-либо моменту времени (мгновенные) или усредненные за некоторый временной интервал. Значения показателей могут быть фактическими, прогнозируемыми, оценочными и т.д.

В таблице 1.3 указано число показателей, относящихся к каждому из свойств; заметим, что по числу показателей можно косвенно судить о важности того или иного свойства.

Таблица 1.3 - Число показателей, характеризующих свойства качества

С одной стороны, параметры классифицируются по трём основным функциям (фазам обслуживания): установление соединения (доступ), передача пользовательской информации, разъединение, а с другой - описываются в соответствии с тремя категориями: скоростью, точностью, надежностью.

Для каждой ячейки этой матрицы в рекомендации Е.430 приведён список рекомендаций, относящихся к данному сочетанию функция-критерий. В эти списки включены рекомендации различных серий: Е (касающаяся телефонной сети), G (передача цифровой информации), I (ISDN), Х (сети передачи данных). В номерах трёх рекомендаций, разработка и принятие которых на момент принятия Е.430 ещё не были завершены, вместо последних цифр пока стоят буквы.

Полностью охарактеризовать качество обслуживания можно, только охватив все 9 (3х3) сочетания функция-критерий указанной матрицы. К сожалению, это не всегда реализуется на практике. Так, в телефонных сетях общего пользования основным показателем качества обслуживания является вероятность потерь вызовов, которая характеризует только первую фазу (установление соединения). Для этой цели используется матрица размером 3х3 (таблица 1.4).

Таблица 1.4 - Классификация параметров качества и регламентирующие их документы

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.

Стоимость любой услуги, как правило, и её качество прямо пропорциональны. Однако понятно и то, что в ряде случаев представляется неразумным сравнительно небольшое увеличение качества оплачивать относительно большим увеличением цены.

Сейчас можно сделать некоторые общие замечания. Имеются два основных фактора, влияющих на качество: качество передаваемого голоса и время ожидания (задержка):

а) качество передаваемого голоса значительно улучшилось по сравнению с ранними версий подобных программ, которые характеризовались искажениями и сбоями в речи;

б) время ожидания воздействует на темп диалога. Если время ожидания превышает примерно 250 msec, задержка становится заметной.

Объединение голосовой связи и передачи данных представляет собой большой шаг вперед в создании многофункциональных сетей связи общего пользования. Вместе с тем, применяя технологию пакетной коммутации для передачи речи, следует помнить об огромном различии между предлагаемым и традиционным оборудованием голосовой связи. Нельзя рассматривать голосовой поток просто как поток данных, хотя и со специальными требованиями.

Если для компьютеров не важно, были ли задержки, потеря информации и возникла ли необходимость повторной передачи данных, то человеческое ухо чувствительно к таким прерываниям. Поэтому при пакетной передаче голосовых сообщений, в многофункциональной сети требуется воспроизвести класс и качество обслуживания.

Анализ показывает, что для получения приемлемого качества речи задержки в сети должны быть минимальными.

Качество связи можно оценивать следующими основными характеристиками:

а) уровень искажения голоса;

б) частота “пропадания” голосовых пакетов;

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

По первым двум характеристикам качество связи значительно улучшилось 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.

Задержки можно уменьшить благодаря следующим трём факторам:

Во-первых, совершенствуются телефонные сервер (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 коммутации 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.

Оценивать качество при использовании различных протоколов сжатия можно различными способами. 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 Mean Opinion Score - MOS). В этом методе, качество связи оценивается большой группой разных людей, и затем их мнение усредняется.

Сеть IP-телефонии (согласно рекомбинациям МСЭ-Т Н.323) представляет собой набор следующих устройств, соединенных по IP-сети (рисунок 1.5).

Рисунок 1.5 - Зона Н.323

Терминалы Н.323 представляют собой конечную точку в сети, способную передавать и принимать трафик в масштабе реального времени, взаимодействуя с другими терминалами Н.323, шлюзом или устройством многоточечной конференции (MCU - Multipoint Control Unit). Н.323-терминал должен поддерживать протоколы Н.245, Q.931, RAS, RTP/RTCP и семейство протоколов Н.450, а также включать в себя аудиокодек G.711. Примером терминала, поддерживающего стандарт Н.323 являются аппараты фирмы Selsius Systems и компании Cisco Sistems. Они выглядят как системные телефоны, только оснащенные интерфейсом Ethernet вместо порта RJ-11. Такие терминалы, используя собственные процессоры, микропрограммные кодеки и стек TCP/IP, обеспечивают высокое качество звука и уровень надежности.

Шлюз IP-телефонии обеспечивает сжатие информации (голоса), конвертирование ее в IP-пакеты и направление в IP-сеть. С противоположной стороны шлюз осуществляет обратные действия: расшифровку и расформирование пакетов вызовов. В результате обычные телефонные аппараты без проблем принимают эти вызовы. Большая часть функций IР-шлюза в рамках архитектуры TCP/IP реализуется в процессах прикладного уровня [6].

В Казахстане в основном в IP-телефонии используются IP-шлюзы Н.323 фирмы Cisco следующей емкости:

Cisco 3620 c одним модулем NM-HDV-2E1-60E, в зависимости от выбранного типа сложности кодеков - от 30 до 60 голосовых портов;

Cisco 3640 с тремя модулями NM-HDV-2E1-60E, в зависимости от выбранного типа кодеков - от 90 до 180 голосовых портов;

Cisco 3660 содержит на шасси встроенный порт Ethernet и благодаря этому имеет возможность установить шесть модулей NM-HDV-2E1-60E, что в зависимости от выбранного типа кодеков, позволяет получить от 180 до 360 голосовых портов.

А также используется продукт компании 3Com Corp. - PathBuilder S200 Voice Access Switch - представляющий собой маршрутизатор, коммутатор доступа и шлюз в едином исполнении. Допускает подключение до 28 речевых каналов. Поддерживает аналоговые телефонные интерфейсы FXS, FXO, E&M и цифровые Е и PRI-ISDN. Важным достоинством является возможность передачи речи через сети Frame Relay. Поддерживает стандарт Н.323 и, соответственно, алгоритмы кодирования голоса G.711, G.723.1 и G.729а. При этом достигается компрессия голоса до 5,3 кбит/с.

Gatekeeper (контроллер зоны) выполняет функции управления вызовами, а также:

преобразовывает адреса-псевдонимы в транспортные адреса;

контролирует доступ в сеть на основании авторизации вызовов, наличия необходимой для связи полосы частот и других критериев, определяемых производителем;

контролирует полосу частот;

управляет зонами.

Сервер управления конференциями (MCU) обеспечивает связь трех и более Н.323-терминалов. Сервер управляет ресурсами конференции, согласовывает возможности терминалов по обработке звука и видео, определяет аудио- и видеопотоки, которые необходимо направлять по многим адресам.

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

Функции:

а) ответ на вызов вызывающего абонента PBX/PSTN;

б) установление соединения с удаленным шлюзом;

в) установление соединения с вызываемым абонентом PBX/PSTN;

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

Таким образом, шлюз, или Gateway. - это основная и неотъемлемая часть технологии 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.

Такое преобразование информации не должно значительно исказить исходный речевой сигнал, а в режиме обязано сохранить обмен информацией между абонентами в реальном масштабе времени.

Функции, выполняемые шлюзом:

- реализация физического интерфейса с телефонной и IP-сетью;

- детектирование и генерация сигналов абонентской сигнализации;

- преобразование сигналов абонентской сигнализации в пакеты данных и обратно;

- соединение абонентов;

- передача по сети сигнализационных и речевых пакетов;

- разъединение связи.

Данная функция реализуется в виде независимых модулей, называемых в системе службами. Все службы обмениваются между собой информацией посредством специализированной транспортной службы - MTPS (Message Transport Protocol Service). Такая архитектура позволяет легко поддерживать аппаратные реализации шлюза.

Каждая служба имеет системное имя. Сигналы tcall и ncall представляют собой соответственно телефонный и сетевой вызовы .

В зависимости от схемы организации связи архитектура шлюза IP-телефонии меняется, модифицируются его некоторые функции и интерфейсы.

Можно выделить следующие основные проблемы цифровой обработки сигналов в шлюзе.

При использовании двухпроводных абонентских линий актуальной остаётся задача эхокомпенсации, особенность которой состоит в том, что компенсировать необходимо два различных класса сигналов - речи и телефонной сигнализации. Очень важной является задача обнаружения и детектирования телефонной сигнализации. Её сложность состоит в том, что служебные сигналы могут перемещаться с сигналами речи.

На рисунке 1.6 показаны основные элементы архитектуры шлюза и их связи при организации телефонного соединения через Internet.



Рисунок 1.6 - Основные элементы архитектуры шлюза

К объектам системы относятся:

SPX - абонентский процесс X: источник информационных данных (речь) и команд (телефонная сигнализация);

TSP - телефонный порт, предназначенный для приема информации (данных и команд) из абонентского процесса и выдачи в него информации;

NSP - сетевой порт, предназначенный для обеспечения доступа к транспортному уровню сети и реализующий транспортный сервис для сеансовых объектов, которые, в свою очередь, организуют передачу/прием данных в реальном масштабе времени;

RAS - администратор ресурсов, обеспечивающий управление всеми ресурсами системы, в том числе и образование логического канала;

ADS - адресная служба, преобразующая поступившие телефонные номера в соответствующие IP-адреса;

MES - служба сообщений, обеспечивающая хранение и выдачу сообщений абонентскому процессу в виде речевой информации или тональных сигналов;

LOG - журнальная служба, осуществляющая ведение протокола работы шлюза и фиксирующая все системные ситуации заданной категории;

TES - терминальная служба, предназначенная для организации доступа в систему со стороны терминала любого типа.

Кроме перечисленных в системе существуют специфические службы образующие логический канал обработки приходящей информации в интересах абонентского процесса. Эти службы рассматриваются как ресурс логического канала:

LCA - администратор логического канала, управляющий его ресурсами;

CDS - служба кодирования/декодирования речи, осуществляющая компрессию и декомпрессию цифрового сигнала;

EDS - служба преобразования сигнала в виде А- или -кода в линейный код и обратно;

SIS - служба детектирования и генерации сигналов телефонной сигнализации;

VAD - детектор активности речевого сигнала: служба для обнаружения пауз в речевом сигнале;

CRS - криптографическая служба шифрования и дешифрования данных;

ECS - служба эхокомпенсации подавления электрического эха, возникающего при переходе с 4-проводного на 2-проводный тракт;

VCS - служба виртуального канала для создания виртуального соединения через сеть.

Можно выделить следующие основные проблемы цифровой обработки сигналов в шлюзе.

При использовании двухпроводных абонентских линий актуальной остаётся задача эхокомпенсации, особенность которой состоит в том, что компенсировать необходимо два различных класса сигналов - речи и телефонной сигнализации. Очень важной является задача обнаружения и детектирования телефонной сигнализации. Её сложность состоит в том, что служебные сигналы могут перемещаться с сигналами речи.

С построением кодеков тесно связана задача синтеза блока определения голосовой активности. Основная трудность состоит в правильном детектировании пауз речи на фоне достаточно интенсивного акустического шума (шум офиса, улицы, автомобиля и т. д.).

При передаче телефонных сообщений по вычислительным сетям необходимо передавать два типа информации: командную и речевую. К командной информации относятся сигналы вызовов разъединения, а также другие служебные сообщения.

Основное требование к передаче командной информации - отсутствии ошибок передачи. Для этого необходимо использовать надёжный протокол доставки сообщений. Обычно в качестве такого протокола используется ТСР, обеспечивающий гарантированную доставку сообщений. Время доставки сообщений также играет немаловажную роль. К сожалению, этот параметр является нестабильным, так как при появлении ошибок передачи сообщение передаётся повторно. Передача повторяется до тех пор, пока сообщение не будет успешно доставлено.

При передаче речевой информации проблема времени доставки пакетов по сети становится основной. Это вызвано необходимостью поддерживать общение абонентов в реальном времени, для чего задержки не должны превышать 250…300 мс. В таком режиме использование повторных передач недопустимо, и следовательно, для передачи речевых пакетов приходится использовать ненадёжные транспортные протоколы, например UDP. При обнаружении ошибки передачи факт ошибки фиксируется, но повторной передачи для её устранения не производится. Пакеты, передаваемые по протоколу UDP, могут теряться. В одних случаях это может быть связано со сбоями оборудования, в других - с тем, что “время жизни” пакета истекло, и он был уничтожен на одном из маршрутизаторов. При потерях пакетов повторные передачи также не организуются. В процессе передачи возможны перестановки пакетов в потоке, а также их искажения. Последнее, однако, происходит крайне редко.

Перед поступлением на декодер речевой поток должен быть восстановлен. Для этого используется протокол реального времени, в заголовке которого передаются , в частности, временная метка и номер пакета. Эти параметры позволяют определить не только порядок пакетов в потоке, но и момент декодирования каждого пакета, и таким образом позволяют восстановить поток. Наиболее распространенный протокол реального времени - RTP (Real Time Protocol) , рекомендованный к использованию в стандарте Н.323 для построения систем реального времени.

Искажения восстановленного сообщения, вызванные потерей пакетов, обусловлены загруженностью сети. При отсутствии перегрузок искажения минимальны, а часто отсутствуют вовсе. Поток речевых пакетов может значительно загружать сеть, особенно в случае многоканальных систем. Это происходит из-за высокой интенсивности потока (кадры небольшого размера передаются через малые промежутки времени - 20 байт каждые 30 мс) и большого объёма передаваемой служебной информации.

Терминал Н.323 представляет собой конечную точку в сети, способную передавать и принимать трафик в масштабе реального времени, взаимодействуя с другим терминалом Н.323, шлюзом или устройством управления многоточечной конференцией (MCU).

Для обеспечения этих функций терминал включает в себя:

- элементы аудио (микрофон, акустические системы, система акустического эхоподавления);

- элементы видео (монитор, видеокамера);

- элементы сетевого интерфейса;

- интерфейс пользователя.

Примером терминала, поддерживающим стандарт Н.323, является аппарат фирмы Selsius Systems (приобретена компанией Cisco Systems). Он выглядит как обычный цифровой системный телефон, только оснащённый интерфейсом Ethernet вместо порта RJ-11. такой терминал, используя собственные процессоры, микропрограммные кодеки и стек ТСР/IP, обеспечивает высокое качество звука и уровень надёжности.

Функцию управления вызовами выполняет “привратник” (контроллёр зоны). Он выполняет следующие функции:

- преобразовывает адреса-псевдонимы в транспортные адреса;

- контролирует доступ в сеть на основании авторизации вызовов, наличия необходимой для связи полосы частот и других критериев, определяемых производителем;

контролирует полосу пропускания;

- управляет зонами.

Причём диспетчер осуществляет вышеперечисленные функции в отношении терминалов, шлюзов и устройств управления, зарегистрированных в нем. Идентификация узла может осуществляться по его текущему IP-адресу, телефонному номеру Е.164 или подстановочному имени - строке символов, наподобие адреса электронной почты. Диспетчер упрощает процесс вызова, позволяя использовать легко запоминающееся подстановочное имя.