1.4.9 Центры обслуживания вызовов экстренных служб

Экстренные службы - это бесплатные службы, которые должны быть организованы таким образом, чтобы обеспечить максимальную надёжность обслуживания клиентов и минимальную норму потерь по вызовам. Такие службы предназначены для приема от абонентов информации об экстренных (чрезвычайных) ситуациях, не терпящих отлагательства.

ЦОВ с поддержкой экстренных служб должны быть оснащены отделения милиции, больницы, аварийные службы.

При организации экстренных служб всегда существует один центральный центр и ряд связанных с ним периферийных центров. Центральный центр непосредственно принимает и обслуживает запросы (вызовы) клиентов. В зависимости от местоположения клиентов, эти вызовы переадресуются в тот или иной периферийный центр.

При организации некоторых экстренных служб особенно остро ощущается необходимость вести запись переговоров для последующей обработки этих записей. Об алгоритме записи переговоров пойдет речь в 4 разделе данной дипломной работы.

Выводы

1. Исследование вопросов эволюции центров обслуживания вызовов позволило выявить движущие силы перехода от ступеней распределения вызовов к Call-центрам и далее к контакт-центрам, а также четко определить существующие и спрогнозировать возможные будущие сферы применения центров обслуживания вызовов.

2. Анализ специфики сфер применения центров обслуживания вызовов позволил выявить необходимость реализации ряда дополнительных функций центров в той или иной сфере применения, в частности, функций записи и прослушивания разговоров.

3. Решению задачи разработки структуры и алгоритмов функционирования подсистемы записи и прослушивания разговоров в операторском IP-контакт-центре посвящена данная дипломная работа.

2. Концепция архитектуры центра обслуживания вызовов на базе CTI и IP-технологий

2.1 Конвергенция и центры обслуживания вызовов

Превышение трафика передачи данных над речевым и его завидные темпы роста (до 30% в год по сравнению с 3% в год для телефонии) послужили толчком к началу новой эры в телекоммуникациях - эры интегрированных решений и конвергенции всех видов связи. Бурное развитие электронной коммерции и популярность технологии IP как единого транспорта для передачи информации любого вида дало возможность связать Web-среду с ресурсами операторского центра и предложить клиентам персонализированное обслуживание и удобное средство общения.

Интеграция традиционных операторских центров и Интернет позволяет превратить менеджмент взаимоотношений с клиентами в мощный инструмент, повышающий эффективность бизнеса компаний и удобства клиентов. Этот фактор способствует выживанию компании в условиях жесткой конкуренции при эффективном использовании всех технологий общения с реальным и потенциальным клиентом. Как следствие, конвергенция разнообразных инфраструктур, технологий и коммуникационных сред становится существенным средством повышения эффективности работы операторских центров и систем "самообслуживания" потребителей (self-service customer services).

Одним из важных элементов конвергенции является отвод в Интернет части потока вызовов от систем и устройств, более дорогих в обслуживании, для быстрейшего сбора информации и обеспечения высокого качества обслуживания потребителей. Происходит переход от операций, ориентированных, преимущественно, на речевую связь, к смешанным, включающим в себя, как важнейшие составляющие, электронную почту и Web-трафик.

Интегрированный контакт-центр должен сделать одинаково удобными для клиента такие разные способы обращения к персоналу центра, как телефонный вызов, вызов через Интернет, электронная почта или текстовый чат. Некоторые действующие Web-контакт-центры уже сегодня предлагают возможность видеосвязи, если у клиента есть видеокамера и Н.323-совместимый Web-браузер.

Итак, задачи, которые должны быть реализованы контакт-центром:

· обеспечение широкого спектра возможностей, как в плане доступа, так и с точки зрения услуг, предоставляемых с использованием человеческих ресурсов (операторов) и автоматизированных систем;

· гарантированная обработка транзакций всех типов вне зависимости от источника вызова и от метода доступа к ресурсам контакт-центра;

· обеспечение возможности интеграции с существующими операторскими центрами и дооснащения их необходимыми функциями с применением оборудования сторонних производителей за счет использования открытых стандартов при построении систем.

Рассмотрим особенности новых, интегрированных с Интернет контакт-центров.

Прежде всего это мультимедийность, понимаемая как способность обслуживать запросы разных типов, поступающие из разных телекоммуникационных сетей:

· запросы речевой связи - из ТфОП;

· запросы речевой связи - из Интернет, с использованием технологии IP-телефонии;

· запросы связи по факсу, электронной почте;

· запросы связи в режиме текстового чата - из Интернет;

· видеовызовы.

Следовательно, задачей контакт-центра является обеспечение универсальности доступа с точки зрения абонента, свободы выбора метода доступа к услугам контакт-центра. Полная прозрачность механизмов доступа приводит к тому, что абоненту достаточно просто нажать на соответствующую иконку на странице сайта компании, выбрав тем самым способ связи с центром.

Разнообразие типов обрабатываемых вызовов приводит к существенным изменениям в ряде основных функциональных возможностей интегрированного операторского центра.

Дисциплины очередей и механизмы маршрутизации вызовов в контакт-центрах, интегрированных с Интернет, могут быть значительно сложнее, чем в "традиционных" операторских центрах. Связано это не только с совершенствованием алгоритмов распределения вызовов, но и с тем, что разные источники нагрузки в конвергентной сети имеют совершенно разные характеристики. Понятно, что от источников разного типа запросы обслуживания поступают с разной интенсивностью, допускают разную длительность ожидания и разную продолжительность обслуживания, т.е. различаются параметрами, которые определяют характеристики входящей нагрузки, и на основании которых обычно производится распределение вызовов и организация очередей.

Механизмы обслуживания разных заявок могут быть различными. Их могут обслуживать либо отдельные операторы или группы операторов, либо те же операторы, которые обслуживают основной (речевой) поток запросов.

В контакт-центрах может быть обеспечена возможность значительно улучшить качество обслуживания запросов, поступающих по электронной почте. Чтобы решить эту проблему предусматривается специализированное программное обеспечение.

В контакт-центре появляется ряд новых возможностей, доступных абоненту во время ожидания обслуживания, т.е. пока его вызов находится в очереди. Традиционно при ожидании освобождения занятого оператора абоненты слышат музыку, рекламные объявления, а также периодически получают уведомление о продвижении очереди. Если же клиент "попал" в контакт-центр с Web-страницы, то он, во-первых, может продолжать просматривать информацию на сайте компании, находясь в очереди, а во-вторых, получает еще целый ряд интересных возможностей. Например, контакт-центр - в качестве опции - может предложить своим клиентам всплывающее окошко, в котором содержится уведомление об установке вызова на ожидание. В случае, если все ресурсы центра уже заняты, в этом окошке всплывает извинение и просьба связаться с сотрудниками компании через определенный промежуток времени.

Очень важная группа задач, которые должны быть решены при построении интегрированных Web-контакт-центров, связана с вопросами безопасности. Обеспечение безопасности, в общем случае, сводится к решению двух основных задач:

· сохранение конфиденциальности информации, которой обмениваются клиенты с контакт-центром через сеть Интернет;

· обеспечение защиты контакт-центра от несанкционированного доступа со стороны сети Интернет.

Решение первой задачи дает применение разнообразных защищенных протоколов обмена данными и кодирование информации. Что же касается несанкционированного доступа, то защитой от него является брандмауэр (firewall) с набором расширенных возможностей и поддерживаемых протоколов.

2.2 Архитектура перспективного IP- контакт - центра на базе технологий CTI и IP

Рассмотрим два принципа построения контакт-центров.

Начнем с архитектуры контакт-центра обобщенно представленной на рис. 2.1. В данном случае видно, что к существующему Call-центру было добавлено необходимое программное и аппаратное обеспечение, не связанное напрямую с СРВ. Такая архитектура содержит две отдельные части: телефонную и компьютерную, программное обеспечение которой отвечает за взаимодействие с другими сетями.

Рис. 2.1 Типовая структура контакт-центра, построенного на базе УПАТС с функциями СРВ

Техническое обслуживание двух разных инфраструктур в телекоммуникационных сетях зачастую оказывается довольно дорогим, оно не всегда надежно и ставит определенные препятствия к интеграции коммуникаций различных типов. Роль коммутационного ядра, как и в системах обычных операторских центров обслуживания вызовов, в этом случае берет на себя учрежденческая станция с функциями СРВ или специализированная СРВ с соответствующими функциями.

Однако технологии пакетной коммутации позволяют в принципе отказаться от громоздкого коммутатора каналов, возложив функции коммутации на саму сеть с использованием возможностей протокола IP как универсального протокола транспортного уровня. В этом случае функции коммутации разговорных каналов сводятся к управлению медиа-потоками между определенными узлами компьютерной сети. Все функциональные возможности реализуются компьютерными серверами приложений, работающими с управляющей информацией и медиа-потоками (если необходимо) и взаимодействующими в процессе обслуживания вызова с информационными и технологическими базами данных. При этом каждый из таких серверов отвечает за свой набор услуг (сервер СРВ, сервер IVR и др.). Таким же образом решаются вопросы надежности (стандартные методы резервирования аппаратного обеспечения компьютерной техники), масштабирования (установка, при необходимости, дополнительных серверов, работающих в режиме разделения нагрузки), введения новых функций (дополнительные серверы и приложения), создания распределенных систем (для этого достаточно связать разные офисы одной компьютерной сетью, обладающей нужной пропускной способностью). Ядром систем такого рода является программный продукт, управляющий очередями и маршрутизацией вызовов.

Применение IP-технологий позволяет легко связать телефонный вызов с информацией о нем. Эта связь чрезвычайно важна для контакт-центров, именно она делает эффективной обработку вызовов из разных сред и обеспечивает необходимое качество обслуживания. Если принять во внимание и другие преимущества IP-контакт-центров, в том числе, низкую стоимость развертывания и эффективность масштабирования, привлекательность использования в контакт-центрах пакетной коммутации становится очевидной. Таблица 2.1 иллюстрирует два рассмотренных выше подхода к построению интегрированных операторских центров.

Таблица 2.1 Два подхода к построению интегрированных операторских центра.

Характеристики традиционных Call-центров	Характеристики IР-контакт-центра нового поколения	Преимущества с точки зрения компании, эксплуатирующей систему
Коммутация каналов	Коммутация пакетов	Более эффективная передача трафика, не требуется дорогостоящее оборудование для поддержки коммутации каналов
Поддержка одной среды для доступа к услугам	Поддержка всех сред для доступа к услугам	Широкие возможности с точки зрения доступа
Большое количество серверов приложений -отдельный сервер для каждого приложения	Число серверов зависит от их производительности и функциональных возможностей	Легкость развертывания и управления, низкая стоимость
Различные алгоритмы обслуживания вызовов разных типов	Единый алгоритм обслуживания вызовов всех типов	Выше качество обслуживания и эффективность работы операторов
Централизованная обработка трафика	Распределенная обработка трафика	Гибкость конфигурации, надежность
Жесткая привязка местоположения операторских консолей к местоположению системы	Независимость местоположения операторских консолей от местоположения системы	Возможность поддержки удаленных рабочих мест операторов, предоставления услуг аутсорсинга
Компьютерно-телефонная интеграция (интегрированные функциональные возможности)	Взаимодействие компьютер-компьютер (унифицированные функциональные возможности)	Дешевле интеграция услуг, меньше сроки реализации комплексных решений; слияние функций обработки речевого трафика и информационных технологий обеспечивает возможность быстрого и экономически эффективного развития

Контакт-центр, реализованный на базе IP-технологий, состоит из функциональных элементов нескольких типов, одни из которых могут быть программно-аппаратными блоками, а другие - чисто программными продуктами. Обобщенная архитектура контакт-центра на базе IP представлена на рис. 2.2.

Рис. 2.2 Типовая структура контакт-центра, построенного на базе IP

Важнейшим элементом интегрированного с Интернет контакт-центра является шлюз, который обеспечивает взаимодействие между сетью с коммутацией пакетов IP и телефонной сетью с коммутацией каналов. Шлюз представляет собой программно-аппаратный комплекс, основным функциональным назначением которого является преобразование речевой информации, поступающей со стороны ТфОП, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP: кодирование и упаковка речевой информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование. Еще одна функция - преобразование номера ТфОП в IP-адрес. Кроме того, шлюз поддерживает обмен сигнальными сообщениями как с узлами коммутации/терминальным оборудованием ТфОП, так и с устройствами, работающими по стандартам IP-телефонии Н.323 и/или SIP.

Серверы приложений обеспечивают реализацию логики предоставляемых услуг. Применительно к операторским центрам можно выделить два базовых типа приложений, которые должны поддерживаться для того, чтобы система была полнофункциональной и удовлетворяла требованиям, о которых говорилось выше: интерактивное речевое взаимодействие IVR и распределение вызовов.

Базы данных операторского центра хранят информацию о конфигурации системы, статистические данные о ее функционировании, данные учета и т.д.

Сервер/терминал эксплуатационного управления фактически представляет собой обычный персональный компьютер (рабочее место администратора системы) со специализированным программным обеспечением. С его помощью выполняются функции конфигурирования и диагностики системы, контроль состояния интерфейсов и разговорных каналов, сбор оперативной и статистической информации о работе системы и об обслуживании вызовов, а также генерация отчетов и архивация.

Консоли операторов организуются на базе стандартных персональных компьютеров с установленным специализированным клиентским программным обеспечением (или Web-браузером).

Основная функция PROXY-сервера - сокрытие структуры узла IP-телефонии от удаленных компьютеров, которые должны "видеть" контакт-центр как единый сервер с одним IP-адресом. На PROXY возлагается также задача равномерного распределения между этими модулями потока вызовов, поступающих из Интернет.

Посетителям Web-сайтов не требуется иметь никакого специального оборудования, кроме того, которое имеется в стандартном наборе компонентов персонального мультимедийного компьютера (звуковая карта). Из программного обеспечения нужны: любая программа для поддержки IP-телефонии (Microsoft NetMeeting, Open Phone и др.) и Web-браузер, например, Microsoft Internet Explorer с поддержкой Java. Что касается интерфейса, то это может быть аналоговая телефонная линия, линия ISDN или локальная сеть.

Административное управление включает в себя управление данными, управление обработкой вызовов, управление транзакциями и управление персоналом.

Управление данными - способность системы собирать, сортировать и хранить информацию о посетителях Web-сайтов и о заказчиках, которая используется для маршрутизации вызовов к наиболее подходящему оператору центра.

Эффективное управление обработкой вызовов позволяет реализовать оптимальную маршрутизацию. Это означает, что запросы любого вида будут маршрутизироваться к наиболее подходящему оператору, который обслужит запрос клиента с заданным качеством.

Подсистема управления транзакциями обеспечивает гибкий, почти в реальном времени, механизм контроля деятельности операторского центра и уведомления старшего оператора (супервизора) о наличии проблем. Например, когда число входящих вызовов достигает порогового значения, выдаются предупреждающие сообщения, так что имеется возможность отреагировать на ситуацию до того, как это почувствует на себе вызывающий пользователь.

Система должна отслеживать в реальном времени следующую оперативную информацию:

· число вызовов в очереди;

· длительность пребывания в очереди каждого вызова;

· продолжительность разговора;

· процент вызовов, обслуженных в течение заданного интервала времени;

· среднюю длину интервала времени, по истечении которого абонент кладет трубку, не дождавшись ответа;

· число свободных операторов;

· причины отсутствия операторов на рабочем месте;

· другую информацию по желанию заказчика.

Попытаемся предсказать некоторые перспективные стимулы будущего развития контакт-центров. В первую очередь, вероятно, что наберут силу запросы относительно нового вида, в частности, видеотрафик. Возрастет также доля обращений к услугам контакт-центров пользователей мобильными телефонами, имеющих выход в Интернет, и, возможно, именно они откроют еще один канал для обслуживания клиентов и для операций в рамках электронной коммерции, поскольку рутинная работа с Web-сайтом для них затруднительна.

Протокол IP получил мировое признание и, в известной степени, стал "де-факто" стандартом для передачи мультимедийной информации.

Если добавить сюда феномен сети Интернет, где, по самым скромным подсчетам, рост числа пользователей составляет 5% в месяц, то станет совершенно ясно, что все эти события самым непосредственным образом влекут за собой коренное изменение подходов к построению информационных сетей. Речь и данные меняются местами. Традиционные сети передачи данных базировались на магистралях с коммутацией каналов, предназначенных для телефонного трафика. При новом подходе - все наоборот: телефония будет надстраиваться над инфраструктурой сети передачи данных.

Смещение центра тяжести в область передачи данных поставило вопрос о поиске удобного способа встраивания речи в мультимедийный цифровой поток. Причина популярности IP как раз и заключается в его восприимчивости к требованиям со стороны не только услуг передачи данных, но и приложений реального времени. Примером может служить успешно реализованная технология передачи речевой информации по сетям с маршрутизацией пакетов IP - Voice over IP (VoIP) или IP-телефония.

Но понятие Voice over IP подразумевает не только и не столько использование сети Интернет в качестве среды передачи речи, сколько сам протокол IP и технологии, обеспечивающие надежную и высококачественную передачу речевой информации в сетях пакетной коммутации. Стандартизация речевых технологий на основе стека TCP/IP и их поддержка лидерами рынка пакетной телефонии обеспечат совместимость оборудования разных производителей и позволят создавать системы, в которых возможны вызовы с аналогового телефонного аппарата, подключенного к порту маршрутизатора, на персональный компьютер, или с персонального компьютера на номер ТфОП.

Первоочередная цель конвергенции сетей на базе протокола IP - это снижение общих расходов, складывающихся не только из капитальных затрат на приобретение и инсталляцию телекоммуникационного оборудования, но и из затрат на его содержание. Теоретически одна объединенная сеть уменьшила бы потребность в квалифицированном персонале - одни и те же люди стали бы заниматься и телефонией, и системами передачи данных. Наличие всего одного канала доступа к распределенной сети тоже основательно снизило бы ежемесячные расходы. Направляя речевой трафик через корпоративную магистральную сеть передачи данных, можно существенно уменьшить затраты на традиционные телефонные услуги. И, наконец, сокращение единиц используемого оборудования значительно уменьшит стоимость его технического обслуживания. Как отметил представитель одного международного оператора связи, переход на технологию IP-телефонии позволит ему сэкономить порядка 70% средств на капитальные затраты, 60-80% средств, выделяемых на организацию каналов доступа, и 50% средств на текущее обслуживание и ремонт сети.

2.3 Особенности использования стека протоколов TCP/IP для передачи речевой информации по IP-сети. Протокол H.323

При разработке алгоритмов работы подсистемы записи и прослушивания переговоров в контакт-центре необходимо учитывать особенности используемых средств, протоколов и кодирования информации.

Согласно известной формуле о невозможности находиться в каком-то обществе и быть вне его законов, при вхождении IP-телефонии в давно сформировавшееся глобальное телефонное общество необходимо соблюдение основных законов существующей ТфОП: эксплуатационная надежность с тремя девятками после запятой, жесткие нормы качества передачи речи в реальном времени и т.п.

Не менее законов, правил и норм важны традиции, сформировавшиеся за более чем столетний период существования ТфОП. Поэтому не менее важно сохранить все привычные для пользователя действия - набор номера, способ доступа к телефонным услугам и т. д. Таким образом, абонент не должен ощущать разницы между IP-телефонией и обычной телефонной связью ни по качеству речи, ни по алгоритму доступа.

По тем же причинам весьма желательно обеспечить между ТфОП и IP-сетями полную прозрачность передачи пользовательской информации и сигнализации. Дело в том, что в отличие, например, от большинства корпоративных сетей связи, сети общего пользования не имеют национальных и ведомственных границ. IP-телефония должна обладать возможностью поддерживать совместную работу и обеспечивать информационную прозрачность с множеством стандартов связи, принятых в разных странах мира. Речь идет не только об электрической стыковке - необходимо найти взаимоприемлемое решение таких задач, как взаимодействие протоколов верхних уровней и приложений, начисление платы и др.

Технология передачи речевой информации по сетям с маршрутизацией пакетов IP привлекает, в первую очередь, своей универсальностью - речь может быть преобразована в поток IP-пакетов в любой точке сетевой инфраструктуры: на магистрали сети оператора, на границе территориально распределенной сети, в корпоративной сети и даже непосредственно в терминале конечного пользователя. В конце концов, она станет наиболее широко распространенной технологией пакетной телефонии, поскольку способна охватить все сегменты рынка, будучи при этом хорошо адаптируемой к новым условиям применения. Несмотря на универсальность протокола IP, внедрение систем IP-телефонии сдерживается тем, что многие операторы считают их недостаточно надежными, плохо управляемыми и не очень эффективными. Но грамотно спроектированная сетевая инфраструктура с эффективными механизмами обеспечения качества обслуживания делает эти недостатки малосущественными. В расчете на порт стоимость систем IP-телефонии находится на уровне (или немного ниже) стоимости систем Frame Relay, и заведомо ниже стоимости оборудования ATM. При этом уже сейчас видно, что цены на продукты IP-телефонии снижаются быстрее, чем на другие изделия, и что происходит значительное обострение конкуренции на этом рынке.

2.3.1 Уровни архитектуры IP-телефонии

Архитектура технологии Voice over IP может быть упрощенно представлена в виде двух плоскостей. Нижняя плоскость - это базовая сеть с маршрутизацией пакетов IP, верхняя плоскость - это открытая архитектура управления обслуживанием вызовов (запросов связи).

Нижняя плоскость, говоря упрощенно, представляет собой комбинацию известных протоколов Интернет: это - RTP (Real Time Transport Protocol), который функционирует поверх протокола UDP (User Datagram Protocol), расположенного, в свою очередь, в стеке протоколов TCP/IP над протоколом IP. Таким образом, иерархия RTP/UDP/IP представляет собой, своего рода транспортный механизм для речевого трафика. Здесь же нужно отметить, что в сетях с маршрутизацией пакетов IP для передачи данных всегда предусматриваются механизмы повторной передачи пакетов в случае их потери. При передаче информации в реальном времени использование таких механизмов только ухудшит ситуацию, поэтому для передачи информации, чувствительной к задержкам, но менее чувствительной к потерям, такой как речь и видеоинформация, используется механизм негарантированной доставки информации RTP/UDPD/IP. Рекомендации ITU-Т допускают задержки в одном направлении не превышающие 150 мс. Если приемная станция запросит повторную передачу пакета IP, то задержки при этом будут слишком велики. Эти проблемы более подробно рассматриваются в главе 10, посвященной качеству обслуживания.

Теперь перейдем к верхней плоскости управления обслуживанием запросов связи. Вообще говоря, управление обслуживанием вызова предусматривает принятие решений о том, куда вызов должен быть направлен, и каким образом должно быть установлено соединение между абонентами. Инструмент такого управления -телефонные системы сигнализации, начиная с систем, поддерживаемых декадно-шаговыми АТС и предусматривающих объединение функций маршрутизации и функций создания коммутируемого разговорного канала в одних и тех же декадно-шаговых искателях. Далее принципы сигнализации эволюционировали к системам сигнализации по выделенным сигнальным каналам, к многочастотной сигнализации, к протоколам общеканальной сигнализации №7 и к передаче функций маршрутизации в соответствующие узлы обработки услуг Интеллектуальной сети.

Для IP-телефонии разработан целый ряд протоколов. Наиболее распространенным является протокол, специфицированный в рекомендации Н.323 ITU-T, в частности, потому, что он стал применяться раньше других протоколов, которых, к тому же, до внедрения Н.323 вообще не существовало.

2.3.2 Построение IP-сети по рекомендации Н.323

Первый в истории подход к построению сетей IP-телефонии на стандартизованной основе предложен Международным союзом электросвязи (ITU) в рекомендации Н.323. Сети на базе протоколов Н.323 ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как сети ISDN, наложенные на сети передачи данных. В частности, процедура установления соединения в таких сетях IP-телефонии базируется на рекомендации Q.931 и аналогична процедуре, используемой в сетях ISDN.

Рекомендация Н.323 предусматривает довольно сложный набор протоколов, который предназначен не просто для передачи речевой информации по IP-сетям с коммутацией пакетов. Его цель - обеспечить работу мультимедийных приложений в сетях с негарантированным качеством обслуживания. Речевой трафик - это только одно из приложений Н.323, наряду с видеоинформацией и данными. А так как ничего в технике (как и в жизни) не достается даром, обеспечение совместимости с Н.323 различных мультимедийных приложений требует весьма значительных усилий. Например, для реализации функции переключения связи (call transfer) требуется отдельная спецификация Н.450.2.

Вариант построения сетей IP-телефонии, предложенный Международным союзом электросвязи в рекомендации Н.323, хорошо подходит тем операторам местных телефонных сетей, которые заинтересованы в использовании сети с коммутацией пакетов (IP-сети) для предоставления услуг междугородной и международной связи. Протокол RAS, входящий в семейство протоколов Н.323, обеспечивает контроль использования сетевых ресурсов, поддерживает аутентификацию пользователей и может обеспечивать начисление платы за услуги.

Рис. 2.3 Архитектура сети на основе рекомендаций Н.323

На рис 2.3 представлена архитектура сети на базе рекомендации Н.323. Основными устройствами сети являются: терминал (Terminal), шлюз (Gateway), привратник (Gatekeeper) и устройство управления конференциями (Multipoint Control Unit - MCU).

Терминал Н.323 - оконечное устройство пользователя сети IP-телефонии, которое обеспечивает двухстороннюю речевую (мультимедийную) связь с другим терминалом Н.323, шлюзом или устройством управления конференциями.

Шлюз IP-телефонии реализует передачу речевого трафика по сетям с маршрутизацией пакетов IP по протоколу Н.323. Основное назначение шлюза- преобразование речевой информации, поступающей со стороны ТФОП, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов. IP. Кроме того, шлюз преобразует сигнальные сообщения систем сигнализации DSS1 и ОКС7 в сигнальные сообщения Н.323 и производит обратное преобразование в соответствии с рекомендацией ITU H.246.

В привратнике сосредоточен весь интеллект сети IP-телефонии. Наиболее важными функциями привратника являются:

· регистрация оконечных и других устройств;

· контроль доступа пользователей системы к услугам IP-телефонии при помощи сигнализации RAS;

· преобразование alias-адреса вызываемого пользователя (объявленного имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др.) в транспортный адрес сетей с маршрутизацией пакетов IP (IP адрес + номер порта TCP);

· контроль, управление и резервирование пропускной способности сети;

· ретрансляция сигнальных сообщений и Н.323 между терминалами.

В одной сети IP-телефонии, отвечающей требованиям рекомендации ITU H.323, может находиться несколько привратников, взаимодействующих друг с другом по протоколу RAS.

Кроме основных функций, определенных рекомендацией Н.323, привратник может отвечать за аутентификацию пользователей и начисление платы (биллинг) за телефонные соединения.

Существует еще один элемент сети Н.323 - прокси-сервер Н.323, т.е. сервер-посредник. Этот сервер функционирует на прикладном уровне и может проверять пакеты с информацией, которой обмениваются два приложения. Прокси-сервер может определять, с каким приложением (Н.323 или другим) ассоциирован вызов, и осуществлять нужное соединение. Прокси-сервер выполняет следующие ключевые функции:

· подключение через средства коммутируемого доступа или локальные сети терминалов, не поддерживающих протокол резервирования ресурсов (RSVP). Два таких прокси-сервера могут образовать в IP-сети туннельное соединение с заданным качеством обслуживания;

· маршрутизацию трафика Н.323 отдельно от обычного трафика данных;

· обеспечение совместимости с преобразователем сетевых адресов, поскольку допускается размещение оборудования Н.323 в сетях с пространством адресов частных сетей;

· защиту доступа - доступность только для трафика Н.323.

Теперь о протоколах сигнализации, входящих в семейство Н.323.

Протокол RAS (Registration, Admission, Status) обеспечивает взаимодействие оконечных и других устройств с привратником. Основными функциями протокола являются: регистрация устройства в системе, контроль его доступа к сетевым ресурсам, изменение полосы пропускания в процессе связи, опрос и индикация текущего состояния устройства. В качестве транспортного протокола используется протокол с негарантированной доставкой информации UDP.

Протокол Н.225.0 (Q.931) поддерживает процедуры установления, поддержания и разрушения соединения. В качестве транспортного протокола используется протокол с установлением соединения и гарантированной доставкой информации TCP.

По протоколу Н.245 происходит обмен между участниками соединения информацией, которая необходима для создания логических каналов. По этим каналам передается речевая информация, упакованная в пакеты RTP/UDP/IP.

Выполнение процедур, предусмотренных протоколом RAS, является начальной фазой установления соединения с использованием сигнализации Н.323. Далее следуют фаза сигнализации Н.225.0 (Q.931) и обмен управляющими сообщениями Н.245. Разрушение соединения происходит в обратной последовательности: в первую очередь закрывается управляющий канал Н.245 и сигнальный канал Н.225.0, после чего привратник по каналу RAS оповещается об освобождении ранее занимавшейся полосы пропускания.

Сложность протокола Н.323 демонстрирует рис.2.4, на котором представлен упрощенный сценарий установления соединения между двумя пользователями. В данном сценарии предполагается, что конечные пользователи уже знают IP-адреса друг друга. В обычном случае этапов бывает больше, поскольку в установлении соединения участвуют привратники и шлюзы.

Рассмотрим шаг за шагом этот упрощенный сценарий.

1. Оконечное устройство пользователя А посылает запрос соединения - сообщение SETUP - к оконечному устройству пользователя В на TCP-порт 1720.

2. Оконечное устройство вызываемого пользователя В отвечает на сообщение SETUP сообщением ALERTING, означающим, что устройство свободно, а вызываемому пользователю подается сигнал о входящем вызове.

3. После того, как пользователь В принимает вызов, к вызывающей стороне А передается сообщение CONNECT с номером TCP-порта управляющего канала Н.245.

4. Оконечные устройства обмениваются по каналу Н.245 информацией о типах используемых речевых кодеков(С.729, G.723.1 ит.д.), а также о других функциональных возможностях оборудования, и оповещают друг друга о номерах портов RTP, на которые следует передавать информацию.

5. Открываются логические каналы для передачи речевой информации.

6. Речевая информация передаётся в обе стороны в сообщениях протокола RTP; кроме того, ведется контроль передачи информации при помощи протокола RTCP.



Рис. 2.4 Упрощённый сценарий установления соединения в сети Н.323

Приведенная процедура обслуживания вызова базируется на протоколе Н.323 версии 1. Версия 2 протокола Н.323 позволяет передавать информацию, необходимую для создания логических каналов, непосредственно в сообщении SETUP протокола Н.225.0 без использования протокола Н.245. Такая процедура называется "быстрый старт" (Fast Start) и позволяет сократить количество циклов обмена информацией при установлении соединения. Кроме организации базового соединения, в сетях Н.323 предусмотрено предоставление дополнительных услуг в соответствии с рекомендациями ITU Н.450.x.

Следует отметить еще одну важную проблему - качество обслуживания в сетях Н.323. Существует протокол обеспечения гарантированного качества обслуживания, но в сети H.323 используется отнюдь не повсеместно, что оставляет сети Н.323 без основного механизма обеспечения гарантированного качества обслуживания. Это - общая проблема сетей IP-телефонии, характерная не только для сетей Н.323.

Мониторинг качества обслуживания обеспечивается протоколом RTCP, однако обмен информацией RTCP происходит только между оконечными устройствами, участвующими в соединении.

2.3.3 Особенности передачи речевой информации по IP - сетям

Если проблемы ограничения задержки и подавления эха в традиционной телефонии существовали всегда, а при переходе к IP-сетям лишь усугубились, то потери информации (пакетов) и стохастический характер задержки породили совершенно новые проблемы, решение которых сопряжено с большими трудностями. Этим объясняется тот факт, что понадобился длительный период развития сетевых технологий, прежде чем появились коммерческие приложения IP-телефонии, хотя, справедливости ради, нужно отметить, что трудно назвать другую телекоммуникационную технологию, которая смогла "повзрослеть" столь же быстро.

Задержки. При передаче речи по IP-сети возникают намного большие, чем в ТфОП, задержки, которые, к тому же, изменяются случайным образом. Этот факт представляет собой проблему и сам по себе, но кроме того, усложняет проблему эха. Задержка (или время запаздывания) определяется как промежуток времени, затрачиваемый на то, чтобы речевой сигнал прошел расстояние от говорящего до слушающего. Покажем, что и как оказывает влияние на количественные характеристики этого промежутка времени.

Влияние сети. Во-первых, неустойчиво и плохо предсказуемо время прохождения пакета через сеть. Если нагрузка сети относительно мала, маршрутизаторы и коммутаторы, безусловно, могут обрабатывать пакеты практически мгновенно, а линии связи бывают доступны почти всегда. Если загрузка сети относительно велика, пакеты могут довольно долго ожидать обслуживания в очередях. Чем больше маршрутизаторов, коммутаторов и линий в маршруте, по которому проходит пакет, тем больше время его запаздывания, и тем больше вариация этого времени, т.е. джиттер.

Влияние операционной системы. Большинство приложений IP-телефонии (особенно клиентских) представляет собой обычные программы, выполняемые в среде какой-либо операционной системы, такой как Windows или Linux. Эти программы обращаются к периферийным устройствам (платам обработки речевых сигналов, специализированным платам систем сигнализации) через интерфейс прикладных программ для взаимодействия с драйверами этих устройств, а доступ к IP-сети осуществляют через Socket-интерфейс.

Большинство операционных систем не может контролировать распределение времени центрального процессора между разными процессами с точностью, превышающей несколько десятков миллисекунд, и не может обрабатывать за такое же время более одного прерывания от внешних устройств. Это приводит к тому, что задержка в продвижении данных между сетевым интерфейсом и внешним устройством речевого вывода составляет, независимо от используемого алгоритма кодирования речи, величину такого же порядка, или даже больше.

Из сказанного следует, что выбор операционной системы является важным фактором, влияющим на общую величину задержки. Чтобы минимизировать влияние операционной системы, некоторые производители шлюзов и IP-телефонов используют так называемые ОС реального времени (VxWorks, pSOS, QNX Neutrino и т.д.), которые используют более сложные механизмы разделения времени процессора, действующие таким образом, чтобы обеспечивать значительно более быструю реакцию на прерывания и более эффективный обмен потоками данных между процессами.

Другой, более плодотворный подход - переложить все функции, которые необходимо выполнять в жестких временных рамках (обмен данными между речевыми кодеками и сетевым интерфейсом, поддержку RTP и т.д.), на отдельный быстродействующий специализированный процессор. При этом пересылка речевых данных осуществляется через выделенный сетевой интерфейс периферийного устройства, а операционная система рабочей станции поддерживает только алгоритмы управления соединениями и протоколы сигнализации, т.е. задачи, для выполнения которых жестких временных рамок не требуется. Этот подход реализован в платах для приложений IP-телефонии, производимых фирмами Dialogic, Audiocodes, Natural Microsystems. По такой же технологии выполнен и шлюз IP-телефонии в платформе Протей-IР, что позволило обеспечить высокое качество передачи речи.

Влияние джиттер-буфера. Проблема джиттера весьма существенна в пакетно-ориентированных сетях. Отправитель речевых пакетов передает их через фиксированные промежутки времени (например, через каждые 20 мс), но при прохождении через сеть задержки пакетов оказываются неодинаковыми, так что они прибывают в пункт назначения через разные промежутки времени.

Для того, чтобы компенсировать влияние джиттера, в терминалах используется т.н. джиттер-буфер. Этот буфер хранит в памяти прибывшие пакеты в течение времени, определяемого его емкостью (длиной). Пакеты, прибывающие слишком поздно, когда буфер заполнен, отбрасываются. Интервалы между пакетами восстанавливаются на основе значений временных меток RTP-пакетов. В функции джиттер-буфера обычно входит и восстановление исходной очередности следования пакетов, если при транспортировке по сети они оказались "перепутаны".

Слишком короткий буфер будет приводить к слишком частым потерям "опоздавших" пакетов, а слишком длинный - к неприемлемо большой дополнительной задержке. Обычно предусматривается динамическая подстройка длины буфера в течение всего времени существования соединения. Для выбора наилучшей длины используются эвристические алгоритмы.

Влияние кодека и количества передаваемых в пакете кадров. Большинство современных эффективных алгоритмов кодирования/декодирования речи ориентировано на передачу информации кадрами, а не последовательностью кодов отдельных отсчетов. Поэтому в течение времени, определяемого длиной кадра кодека, должна накапливаться определенной длины последовательность цифровых представлений отсчетов. Кроме того, некоторым кодекам необходим предварительный анализ большего количества речевой информации, чем должно содержаться в кадре. Это неизбежное время накопления и предварительного анализа входит в общий бюджет длительности задержки пакета.

На первый взгляд, можно было бы заключить, что чем меньше длина кадра, тем меньше должна быть задержка. Однако из-за значительного объема служебной информации, передаваемой в RTP/UDP/IP-пакетах, передача маленьких порций данных очень неэффективна, так что при применении кодеков с малой длиной кадра приходится упаковывать несколько кадров в один пакет. Кроме того, кодеки с большей длиной кадра более эффективны, поскольку могут "наблюдать" сигнал в течение большего времени и, следовательно, могут более эффективно моделировать этот сигнал.

ITU-T в рекомендации G.114 определил требования к качеству передачи речи. Оно считается хорошим, если сквозная задержка при передаче сигнала в одну сторону не превышает 150 мс (рис. 2.5). Современное оборудование IP-телефонии при включении "спина к спине" (два устройства - шлюза - соединяются напрямую) вносит задержку порядка 60-70 мс. Таким образом, остается еще около 90 мс на сетевую задержку при передаче IP-пакета от отправителя к пункту назначения, что говорит о возможности обеспечить при современном уровне технологии передачу речи с достаточно хорошим качеством.

Рис. 2.5 Задержка при передаче сигналов

Может сложиться впечатление, будто временные задержки - проблема исключительно IP-телефонии. Именно поэтому на рис. 2.5 приведены также характеристики спутниковой передачи, при которой требуется примерно 250 мс для того, чтобы сигнал достиг спутника и вернулся обратно к Земле (без учета затрат времени на обработку сигнала). Таким образом, полное время задержки превышает 250-300 мс. Согласно рекомендации G.114, такая задержка выходит за границы диапазона, приемлемого для передачи речи. Тем не менее, ежедневно значительное количество разговоров ведется по спутниковым линиям связи. Следовательно, приемлемое качество речи определяется, прежде всего, требованиями пользователей.

2.3.4 Эхо и устройства ограничения эффектов эха

Феномен эха вызывает затруднения при разговоре и у говорящего, и у слушающего. Говорящий слышит с определенной задержкой свой собственный голос. Если сигнал отражается дважды, то слушающий дважды слышит речь говорящего (второй раз - с ослаблением и задержкой). Эхо может иметь электрическую и акустическую природу.

Отражения в дифсистеме являются неотъемлемым свойством ТфОП. Поэтому они проявляются при взаимодействии ТфОП и IP-сетей. С целью экономии кабеля в ТфОП для подключения абонентских терминалов с давних пор используются двухпроводные линии, по которым речевые сигналы передаются в обоих направлениях. Более того, во многих телефонных сетях передача сигналов обоих направлений по двум проводам используется и в соединительных линиях между электромеханическими АТС (хотя теперь для организации связи между АТС всё чаще используется раздельная передача сигналов разных направлений, т.е. четырехпроводная схема их передачи). Для разделения сигналов разных направлений в терминалах абонентов (телефонных аппаратах) и на АТС применяются простые мостовые схемы, называемые дифсистемами (hybrid).

В рамках ТфОП проблема такого эха известна с тех самых пор, когда телефонная сеть стала настолько протяженной, что задержки распространения сигналов перестали быть неощутимыми. Были разработаны и методы борьбы с этим феноменом - от минимизации задержек путем соответствующего планирования сети до применения эхозаградителей и эхокомпенсаторов. Как мы уже видели выше, задержки, свойственные процессам передачи речи по IP-сетям, таковы, что не оставляют выбора и делают механизмы, ограничивающие эффект эха, обязательными в любом оборудовании IP-телефонии.

Акустическое эхо возникает при пользовании терминалами громкоговорящей связи, независимо оттого, какая технология используется в них для передачи информации. Акустическое эхо может обладать значительной длительностью, а особенно неприятным бывает изменение его характеристик при изменении, например, взаимного расположения терминала и говорящего, или даже других людей в помещении. Эти обстоятельства делают построение устройств эффективного подавления акустического эха очень непростой задачей.

Существуют два типа устройств, предназначенных для ограничения вредных эффектов эха: эхозаградители и эхокомпенсаторы.

Эхозаградители появились в начале 70-х годов. Принцип их работы прост и состоит в отключении канала передачи, когда в канале приема присутствует речевой сигнал. Такая техника широко используется в дешевых телефонных аппаратах с громкоговорящей связью (speakerphones), однако простота не обеспечивает нормального качества связи - перебить говорящего становится невозможно, т.е. связь, по сути, становится полудуплексной.

Эхокомпенсатор - это более сложное устройство, которое моделирует эхосигнал для последующего его вычитания из принимаемого сигнала. Эхо моделируется как взвешенная сумма задержанных копий входного сигнала или, иными словами, как свертка входного сигнала с оцененной импульсной характеристикой канала.

Поскольку эхо моделируется только как линейный феномен, любые нелинейные процессы на пути его возникновения приводят к ухудшению работы эхокомпенсатора. Использование более сложных алгоритмов позволяет подавлять эхо, представляющее собой не только задержанный, но и сдвинутый по частоте сигнал, что часто происходит из-за наличия в ТфОП устаревших частотных систем передачи. Реализация таких алгоритмов необходима для успешного функционирования эхокомпенсаторов в телефонных сетях на территории России и бывшего СССР, и поэтому алгоритмы эхокомпенсации в российском оборудовании IP-телефонии на базе интеллектуальной платформы Протей-IP разработаны именно с учетом сдвига эха по частоте.

Эхокомпенсатор должен хранить амплитуды эхосигналов, задержанных на время от нуля до продолжительности самого длительного подавляемого эхосигнала. Это значит, что эхокомпенсаторы, рассчитанные на подавление более длительных эхосигнапов, требуют для cвоей реализации большего объема памяти и большей производительности процессора. Таким образом, выгодно помещать эхокомпенсаторы "максимально близко", в смысле задержки, к источнику эха.

По изложенным выше причинам эхокомпенсаторы являются неотъемлемой частью шлюзов IP-телефонии. Алгоритмы эхокомпенсации реализуются обычно на базе тех же цифровых сигнальных процессоров, что и речевые кодеки, и обеспечивают подавление эхо-сигналов длительностью до 32-64 мс.

2.3.5 Принципы кодирования речи

Как стало ясно со времени изобретения Александра Белла, для того, чтобы передать речь через телефонную сеть, речевую информацию нужно преобразовать в аналоговый электрический сигнал. При переходе к цифровым сетям связи возникла необходимость преобразовать аналоговый электрический сигнал в цифровой формат на передающей стороне, то есть закодировать, и перевести обратно в аналоговую форму, то есть декодировать, на приемной стороне.

Процесс преобразования аналогового речевого сигнала в цифровую форму называют анализом или цифровым кодированием речи, а обратный процесс восстановления аналоговой формы речевого сигнала - синтезом или декодированием речи.

Цель любой схемы кодирования - получить такую цифровую последовательность, которая требует минимальной скорости передачи и из которой декодер может восстановить исходный речевой сигнал с минимальными искажениями.

При преобразовании речевого сигнала в цифровую форму, так или иначе, имеют место два процесса -дискретизация (sampling), т.е. формирование дискретных во времени отсчетов амплитуды сигнала, и квантование, т.е. дискретизация полученных отсчетов по амплитуде (кодирование непрерывной величины - амплитуды - числом с конечной точностью). Эти две функции выполняются т.н. аналого-цифровыми преобразователями (АЦП), которые размещаются в современных АТС на плате абонентских комплектов, а в случае передачи речи по IP-сетям - в терминале пользователя (компьютере или IP-телефоне).

Процесс аналого-цифрового преобразования получил, применительно к системам связи, название импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Поскольку ИКМ была первой стандартной технологией, получившей широкое применение в цифровых системах передачи, пропускная способность канала, равная 64 Кбит/с, стала всемирным стандартом для цифровых сетей всех видов, причем - стандартом, который обеспечивает передачу речи с очень хорошим качеством. Соответствующие процедуры кодирования и декодирования стандартизованы ITU-T в рекомендации G.711.

Однако такое высокое качество передачи речевого сигнала (являющееся эталоном при оценке качества других схем кодирования) достигнуто в системах ИКМ за счет явно избыточной, при современном уровне технологии, скорости передачи информации.

Чтобы уменьшить присущую ИКМ избыточность и снизить требования к полосе пропускания, последовательность чисел, полученная в результате преобразования речевого аналогового сигнала в цифровую форму, подвергается математическим преобразованиям, позволяющим уменьшить необходимую скорость передачи. Эти преобразования "сырого" цифрового потока в поток меньшей скорости называют "сжатием" (а часто - кодированием, рассматривая ИКМ как некую отправную точку для дальнейшей обработки информации).

Существует множество подходов к "сжатию" речевой информации; все их можно разделить на три категории: кодирование формы сигнала (waveform coding), кодирование исходной информации (source coding) и гибридное кодирование, представляющее собой сочетание двух предыдущих подходов.

2.3.6 Кодирование формы сигнала

Импульсно-кодовая модуляция, по сути, и представляет собой схему кодирования формы сигнала. Однако нас интересуют более сложные алгоритмы, позволяющие снизить требования к полосе пропускания.

Рассматриваемые методы кодирования формы сигнала используют то обстоятельство, что между случайными значениями нескольких следующих подряд отсчетов существует некоторая зависимость. Проще говоря, значения соседних отсчетов обычно мало отличаются одно от другого. Это позволяет с довольно высокой точностью предсказать значение любого отсчета на основе значений нескольких предшествовавших ему отсчетов.