Kas yra IP Telefonija ?
IP Telefonija – technologija, kuri įmanomu daro bet kokio IP (
Interneto Protokolą ) tinklo ( įskaitant ir Interneto ) panaudojimą organizacijoje, tarptautinių ir tarpmiestinių pokalbių tvarkymą bei faksų perdavimą realaus laiko režime. Kitaip tariant, IP telefonija naudoja IP
tinklus ( įskaitant internetą ) užkoduotam balso bei faksimilinio ryšio perdavimui tarp dviejų vartotojų realaus laiko režime.
IP Telefonija – telefono ryšio paslauga, alternatyvi fiksuotam ryšiui.
Tai lengviausias ir pigiausias būdas skambinti iš asmeninio kompiuterio, įprasto ar mobiliojo telefono aparato bet kurios pasaulio valstybės telefono abonentui.
Paslauga itin naudinga norint bet kurio paros metu pasikalbėti su kito miesto as net kitos šalies abonentu.
Labai dažnai šia paslauga naudojasi įmonės, kurios turi daug verslo partnerių užsienyje.
IP Telefonijoje naudojamas IP duomenų tinklas, kad įmonė užuot naudojusi atskirus balso ir duomenų tinklus, galėtų naudotis bendru tinklu.
Toks duomenis, balsą ir vaizdą jungiantis tinklas naudingas, nes sumažina išlaidas, supaprastina priežiūros ir konfigūravimo procedūras ir padeda lengviau integruoti toli esančius įmonės padalinius į bendrą tinklą.
Naudojantis IP Telefonija tereikia turėti Interneto ryšį, programinę ir garso įrangą ( jeigu norite bendrauti per kompiuterį ) arba paprastą telefoninį ryšį ir IP telefono aparatą.
IP Telefonijos privalumai :
➢ Ekonomiška – norėdami gauti paslaugas Klientai neprivalo turėti bei išlaikyti kitų ryšio tiekėjų abonentinių numerių.Pokalbio kokybė prilygsta tradicinio ryšio kokybei.
➢ Pigu – išlaidos mažos nes naudojamas tinklas apjungia balso ir duomenų tinklus.Be to tarptautinių pokalbių tarifai yra žemesni nei fiksuoto ryšio ar mobilaus ryšio tarifai.
➢ Sveika – nėra jokio spinduliavimo ( mobilieji tinklai )
➢ Alternatyvu – tai galimybė pasirinkti fiksuotą telefono ryšį (
nepririšant kliento prie geografinės vietovės – personaliniai 700
numeriai)
➢ Lankstu – paslauga gali efektyviai naudotis valstybės ir institucijos, ir verslo įmonės, ir privatūs asmenys. Klientai gali naudotis visomis tinkle teikiamomis paslaugomis, nesvarbu kur jie būtų prisijungę.
➢ Naudinga – klientams atsiranda galimybė gauti daugiau paslaugų
Integruotos IP programos padidina darbo efektyvumą, pagerina klientų aptarnavimą. Naudojant bendrą IP infrastruktūra ir tinklų architektūros atvirumas leidžia labai greitai kurti naujas ir vystyti esamas programas.
➢ Pastovu – tai stabiliai pigi galimybė skambinti savame tinkle bei į visus kitus tinklus Lietuvoje bei užsienyje.
➢ Universalu – Ryšys realiuoju laiku su bet kuria pasaulio šalimi pasinaudojant viena iš šių prisijungimo galimybių:
➢ Telefonas prie telefono
➢ Kompiuteris prie telefono
➢ Kompiuteris prie kompiuterio
Egzistuoja du IP Telefonijos prijungimo sprendimai ( biuro ir namų ):
➢ Biuro variantas – sujungiamos dvi ar daugiau įmonės telefonų stočių-
telefonų esančių Interneto arba IP tinkle. Skambučiams tarp šių stočių-
telefonų galioja trumpieji numeriai.
➢ Namų variantas – į kompiuterį, prijungtą prie Interneto tinklo, diegiama programa, jungiamas IP telefonas arba specialus įrenginys, kuris leidžia skambinti į užsienį.
Internetinės telefonijos sukelta revoliucija
Ši “paketų revoliucija” yra vadinama daugeliu vardų : Voice over
Packet, Voice on the net, Internetinė telefonija ar Voice over IP, trumpiau pasakius VoIP.
Visą laiką nuo tada, kai pokalbius reikėdavo komutuoti rankiniu būdu, iki šiuolaikinės technikos lygio su jos sparčiomis ir didelių investicijų pareikalavusiomis skaitmeninėmis stotimis visa telekomunikacijų infrastruktūra buvo kuriama turint galvoje vieną tikslą – komutuojamų grandinių balso telefoniją. Iki pat aštuntojo dešimtmečio ši telefonija buvo vienintelė ryšio rūšis, o jos veikimui reikėjo iš esmės kokiu nors būdu, panaudojant krūvą relių ir komutatorių, sudaryti fizinę jungtį ( arba grandinę) tarp dviejų telefono ragelių.
Nebrangus duomenų perdavimas
Septintajame dešimtmetyje, pradėjus pardavinėti kompiuterius, tas pats telefono tinklas buvo pradėtas naudoti ir duomenų ryšiui palaikyti, tačiau tai dar buvo daroma labai nerangiai. Vienintelė išeitis tuomet buvo modemų aptarnaujamasis tinklas. Daug metų analoginiai modemai vis sparčiau perduodavo telefono tinklais duomenis, bet juos visą laiką ribojo nepakankamas dažnių juostos plotis. Tradiciškai telefono tinklai buvo orientuoti tik nuo 300 Hz iki 3600 Hz į garso dažnių diapazoną, be to, juose buvo didelis triukšmo lygis. Jeigu abonentai dar sugebėdavo užmegzti daugmaž normalius pokalbius, tai modemams tekdavo kur kas sudėtingesnė užduotis.
Nuo devintojo dešimtmečio pradžios telefono tinklas palaipsniui virto skaitmeniniu. Analoginis signalas būdavo užkoduojamas skaitmenine seka, perduodama nuo vienos telefono stoties iki kitos. Nuo telefono stoties iki vietinės kilpos ir abonentų perdavimas ir toliau buvo atliekamas dvilaide analogine jungtimi. Visa tai veikė gana gerai, kol komutatoriai buvo apkrauti ne per dideliais duomenų srautais, t.y. tol, kol neatsirado sparčiai besiplečiantis internetas.
VoIP revoliucija vis stipriau reiškiasi dėl primenančio sprogimą
Internetinio ryšio plėtimosi. Dėl to vis didesnė pinigų dalis investuojamų į infrastruktūrą atitenka sparčioms paketinio duomenų perdavimo technologijoms. Tie laikai, kai buvo stengtasi į balso ryšio tinklą sutalpinti kuo daugiau duomenų, jau praėjo. Atėjo metas prie Internetinio ryšio pritaikyti patį balso ryšį.
Internetas sparčiai juda į priekį
Interneto augimas ir jo populiarumas nustebino visus, ypač tuos regionų tinklų ryšio operatorių darbuotojus, kurie planavo didinti tinklų pralaidą. Niekas nesitikėjo tokios sparčiai augančios paklausos, poreikio vis didesniam dažnių juostos pločiui ir to, kad bendras spaudimas komutuojamų grandinių infrastruktūrai pradės labai sparčiai stiprėti. Nors
Interneto pagrindą sudaro komutuojamų paketų ryšys, firmos ir atskiri vartotojai buvo beveik be išimčių priversti prie jo jungtis per modemus ir komutuojamų grandinių tipo vietinio ryšio kilpas.
Telekomų pralaido planuotojai rėmėsi trunkančiomis apie keletą minučių tipiškomis įprastinių telefono pokalbių trukmėmis. Kadangi
Amerikoje vietiniai pokalbiai buvo nemokami, atsirado nemažai Internetinių paslaugų tiekėjų, kurie siūlė tiek Internetinių paslaugų, “kiek sugebėsite suvalgyti”, naršymo sesija galėdavo užtrukti valandų valandas.
Pasitaikydavo vartotojų, kurie užimdavo liniją po 24 valandas per parą.
Tai, švelniai tariant, darė gana neigiamą poveikį įprastinių pokalbių tinklo prielaidai.
Naujas tinklo problemos sprendimas
vis daugiau ir daugiau žmonių jungiantis prie tinklo ši problema nuolat aštrėjo. Ji aštrėja ir toliau. Nustatyta, kad Jungtinėse Amerikos
Valstijose bendras Internetinių duomenų srautas viršijo balso ryšio srautus jau praėjusiais metais ( Žr. 1 pav.). Šia problemą išspręsti padeda naujas komutuojamų paketų tinklas, kuris duomenis perduoda atskirai ir nepriklausomai nuo balso ryšio komutuojamų grandinių tinklo.
1 pav. Balso ir duomenų ryšio srautų augimas.
Vietiniuose tinkluose ši problema sprendžiama keliais būdais:
pasitelkiant kabelinius modemus, palydovinio ryšio jungtis ar DSL. Visų jų privalumas yra didesnės ryšio spartos, dažnai siekiančios
1-5 Mb/s, be to, išvengiama bet kokio kontakto su tradiciniu telefono tinklu.
Internetiniai pokalbiai
taigi balso ir duomenų perdavimui iki šiol turime du atskirus tinklus. Komutuojamų grandinių ir komutuojamų paketų ryšys labai skiriasi, taigi, ir šių dviejų tinklų tipai turi panašų principinį skirtumą –
apskaitos sistemą. Mes esame pripratę mokėti daugiau, kai atstumas tarp pašnekovų yra didesnis, ypač jeigu yra kalbama apie tarptautinius pokalbius. Interneto tokio atstumo komponento nėra. Mokant už savo prisijungimą prie Interneto, gretimame pastate esančios svetainės aplankymas kainuoja lygiai tiek pat, kaip ir esančios kitoje planetos pusėje svetainės.
Nemažai žmonių mąstė, jei tiek metų balso ryšio tinklais perdavinėjami duomenys, tai kodėl duomenų perdavimo tinklais negalime užmegzti balso ryšio seansų? Skatinamos naujų verslo galimybių susikūrė naujos firmos, pasivadinusios “Voice providers” (balso ryšio tiekėjais), nors jos turėjo tik paketų perdavimui tinkančią infrastruktūrą, o sujungimus atlikdavo per tradicinius telefono tinklus. Iki šiol pajamos už
VoIP paslaugas, palyginus su kitomis paslaugomis, buvo nedidelės, tačiau prognozuojama kad netolimoje ateityje jos stipriai išaugs.
2 pav. VoIP įrangos pardavimo augimas.
Interneto telefonijai yra sukurta ir nuolat tobulinama visiškai naujai sukurta architektūra. Kaip to buvo galima tikėtis, architektūrą sudaro daug aparatūrinės ir programinės įrangos komponentų. Šių komponentų augančios pardavimo apimtys rodo, kaip greitai ši infrastruktūra įleido savo šaknis ir pradeda atimti iš esamų tinklų pajamas. 2 pav. Parodo VoIP
sąsajų ( gateway), atsakingų už senųjų ir naujųjų tinklų sujungimą, pardavimo dinamika. Pasak MMTA, kasmetinis VoIP sąsajų pardavimo prieaugis yra beveik 40 %.
VoIP sudedamosios dalys
sąvoką Voice over IP ( balsas per Interneto protokolą ) nurodo perdavimo mechanizmą, įgalinantį kiekvieną remiantis IP tinklu perduoti balso ryšį ir priklausomai nuo to, kokia yra tinklo konstrukcija, užtikrinti geresnę ar blogesnę ryšio kokybę. Vietiniuose LAN tinkluose ši kokybė gali būti netgi geresnė nei viešuosiuose PSTN tinkluose. Tinklą perkraunant, paslaugų kokybės QoS ( Quality o Service ) užtikrinimui lemiamą reikšmę įgyja suspaudimo mechanizmas. Ryšio IP tinklais užtikrinimui taip pat buvo sukurtas signalizavimo protokolas, primenantis tokius kaip SS7 viešuosius tinklų protokolus. VoIP nurodyti keturi skirtingi prisijungimo ir ryšio IP tinklais komponentai:
➢ Terminalai.
➢ Sąsajos ( gateways).
➢ Sargai ( gatekeepers).
➢ Daugiataškiai valdymo blokai ( MCU – multipoint Control Units ).
3 pav. Tinklo pagal H.323 modelis.
Visiems keturiems komponentams tinkle tenka skirtingi vaidmenys, nors kai kurių jų, pavyzdžiui, sargų galima ir atsisakyti; visi gali būti įrengti vienoje ir toje pačioje sistemoje arba išsklaidyti keliose sistemose, esančiose skirtingose fizinėse ir geografinėse vietose ( žr. 3
pa.).
Terminalai
VoIP terminalu arba klientu vadinamas komponentas, padedantis užmegzti pokalbį. Šiandien atrasime nemažai įvairių terminalų; visi jie turi tikti bent balso ryšiu, o kai kurie ir vaizdo ir papildomai duomenų ryšiui. Dažniausiai naudojami terminalai yra tam tikri programiniai paketai, pavyzdžiui, Microsoft “NetMeeting”, kurį galima naudoti savo asmeniniame kompiuteryje.
Į “NetMeeting” įeina sąsaja, leidžianti kalbėtis per Internetą. Iš esmės programinė įranga yra atsakinga už pokalbio duomenų pasiuntimą į tinklą ir jų priėmimą, be to, ji leidžia užkoduoti ir iškoduoti balso ryšį, todėl vietoje įprastinio telefono ragelio galima naudoti kompiuterio mikrofoną ir garsiakalbius. Pokalbiui Internetu naudojant PSNT ir įprastinį telefoną galima naudoti virtualųjį terminalą.
Tai yra instaliuojama paslaugos tiekėjo VoIP sąsajos dalyje programą, kuri atlieka sąsajos ir protokolo keitimo funkcijas. Kitos VoIP sąsajos funkcijas vėliau pakeičia ryšio seansą normaliu telefoniniu pokalbiu.
Taigi, terminalas yra arčiausiai vartotojo esantis galinis įrenginys, kuris kartu su kaitais VoIP terminalais atsako už dvipusį balso, vaizdo arba duomenų ryšį realiu laiku. Su įvairiomis VoIP sąsajomis jie susijungia per savo vidinį sargą ( gatekeeper) naudojamasis H.245 pokalbio valdymui,
Q931 pokalbio sujungimui ir RAS užsiregistravimui. Jis gali turėti įvairių komponentų, pavyzdžiui, įprastinį telefono aparatą, mikrofoną, garsiakalbį, vaizdo perdavimo kamerą bei monitorių.
VoIP sąsajos
VoIP idėja būtų nieko verta, jeigu IP telefonijos vartotojai negalėtų susijungti su į įprastiniais telefonais. VoIP sąsaja atsakinga už tradicinės telefonijos ir skaitmeninio IP telefonijos pasaulio sujungimą.
Būtent dėl to žmonės naudojantys abi technologijas, gali palaikyti tarpusavio ryšius. Pirmoji sąsajos užduotis yra būti vertėju jau minėtam virtualiajam terminalui, be to i atlieka įvairias formato keitimo, ryšio procedūrų nustatymo ir garso kodeko funkcijas.
Gatway yra dvipusė sąsaja, įjungta tarp telefono tinklo ir IP
naudojančio tinklo. Todėl jos prijungimo vietą galima laisvai pasirinkti ir, kaip ir LAN firmų atveju, nėra būtina jungtis prie įprastinio komutuojamų grandinių telefono tinklo. Sąsaja užtikrina pokalbio kanalų sudarymą ir nutraukimą be to sujungia su H.323 su PSTN tinklais ( T1/E1, B-
ISDN, SS7 ir t.t.).
VoIP sąsaja gali užimti vieną dėžę, bet yra modelių, kur sąsaja yra padalinta į tris atskirus komponentus, dirbančius naudojant tris skirtingas platformas ( žr.4 pav.).
4.pav. Terminalo programinės įrangos, atitinkančios H.323, modelis.
Terpių sąsaja ( Media Gateway).
Ji verčia IP remiantis 6,3 kb/s sparta jungties G.723.1 balso ryšį į
64 kb/s spartos srautą G.711. Vienoje pusėje ji yra jungiama prie LAN, pavyzdžiui, prie Ethernet 10/100BT, o kitoje pusėje užmezga kontaktą su telefoniniu tinklu, kuriuo gali būti T1 magistralė arba ISDN linija, skirtos palaikyti ryšiui su H.320 standarto vaizdo įranga. Platforma privalo visuomet būti aktyvi, nes kitu atveju paslauga, rišant abu galinius taškus gali nutrūkti. Tam yra reikalinga su minimaliu pertrūkių trūkių HA
platforma. Šis mazgas kontroliuoja tirtį ( jitter ), signalo delsą, aidų slopinimą ir kitas QoS darančias įtaką charakteristikas.
Terpių sąsajos kontroleris ( Media Gateway Controller )
Ši sąsaja atsakinga už bendrą sąsajos valdymą. Atsižvelgdamas į duomenų bazėje turimą informaciją apie IP adresatų ir telefono tinklo abonentų pozicijas, jis užmezga ryšį su sargu ( gatekeeper ).
Signalizavimo sąsaja ( Signaling gateway )
Ji užtikrina pagal SS7 sudaryto signalizavimo tinklo ir VoIP sistemos signalizavimo ( H.323 ) suderinamumą.
Sargas ( gatekeeper )
Kiekvieno balso ryšį užtikrinančio tinklo pagrindinė užduotis yra paties pokalbio valdymas. IP tinkle už tai atsako sargai ( gatekeepers ).
daugelį jų funkcijų garantuoja sudėtinga DMBS sistema, kuri atlieka tarifikavimą, adresų vertimą, maršrutizavimą ir dažnių juostos pločio pasiskirstymą.
Šios platformos svarbiausias komponentas yra duomenų bazės programinė įranga. Priklausomai nuo to, kokia yra sukaupta reikalingos ir klaidoms atsparios platformos arba HA platformos su patikima duomenų bazės aplinka.
Keli sargai gali būti sujungti į ribinį elementą ( border element ) arba “supergatekeeper” pasitelkiant į protokolą įtrauktą definiciją H.225 Annex
G.
5.pav. VoIP sąsajos ( gateway ), atitinkanti H.323.
5pav. Parodytos privalomos Sargo funkcijos:
Adresų vertimas yra funkcija, atitinkanti kiekviename galiniame taške pagal transportinį adresą nustatytą žodinį ( alias ) adresą, arba atvirkščiai. IP tinkle ši funkcija išvaduoja galinius H.323 taškus nuo būtinybės vietoje verti žodinius adresus į IP adresus. Be to, ši funkcija leidžia išvengti neteisingų sujungimų arba nežinomų IP adresatų.
Leidimų kontrolė. Sargas gauna leidimą prisijungti priklausomai nuo laisvos dažnių juostos dydžio, tinkamai atliktos autorizavimo procedūros ir patenkinamų kitų specifinių kriterijų.
Dažnių juostos pločio kontrolė. Sargai paskirstydami tinkle esančius dažnių juostos resursus optimizuoja ryšio tarp galinių taškų kokybę.
Zonos valdymas. Šia funkcija nusakoma, kurios taškus iš H.323galinių taškų kontroliuoja konkretus sargas. Kiekvienas alinis taškas pats atsako už prisiregistravimą konkrečiame modulyje, todėl gali pasinaudoti visomis sargo teikiamomis funkcijomis.
Jei pasižiūrėsime į viską bendrai, tai sargas yra galingas kompiuteris su HA savybėmis.
Daugiataškis valdymo blokas
vienas iš svarbiausių Interneto privalumų yra sugebėjimas sukurti puikią terpę bendram darbui; šia savybe uoliai naudojasi daugelis firmų.
MCU yra tas VoIP komponentas, kuris padaro įmanomą abonentų bendradarbiavimą telefoniniu arba vaizdo ryšio konferencijų forma.
6. pav. Sargų ( gatekeepers ) programinės įrangos modulis.
MCU veikia kaip tinklo galinis taškas, leidžiantis trims arba daugiau
H.323 terminalų vienu metu dalyvauti tokioje konferencijoje. Jį sudaro dvi dalys: daugiataškis kontroleris ir daugiataškis procesorius. Sargai (
gatekeepers ) gali aktyvuoti MCU tuomet, kai tame pačiame pokalbyje pradeda dalyvauti du arba daugiau galinių taškų.
Daugiataškiai procesoriai sumaišo ir maršrutizuoja visus balso, vaizdo ir duomenų srautus, siunčiamus visų H.323 terminalų, remiantis H.245
standartu. Jie turi tokias pat garso/vaizdo vokoderio funkcijas, kurias galima aptikti visuose kituose H.323 terminaluose arba sąsajose,todėl gali atlikti visas automatines “call attendant” – pokalbių aptarnautojo funkcijas. Pavyzdžiui, galima visiems prisijungusiems pasiųsti teksto arba balso žinutes arba pasiūlyti kitas specifines MCU teikiamas funkcijas.
Kadangi nėra jokių konkrečių reikalavimų, kur turi stovėti MCU, ir kadangi jis naudoja tokius pat elementus kaip kiti H.323 tinklo komponentai, MCU
blokai dažniausiai yra ten pat, kur yra vietinės VoIP sąsajos arba sargai.
Reikalavimai dėl platformos stabilumo
Tenka kalbėti ne tik apie protokolo bei programinės įrangos užtikrinamą paslaugos kokybę ( QoS ), bet ir apie tai, kad pati aparatūrinės įrangos platforma turi būti patikimas ir nesunkiai prieinama.
Abar daug gamintojų stengiasi sukurti technologiją, pagal kurią galima pagaminti stabilią platformą, tinkančią norintiems teikti VoIP
paslaugas telekomo operatoriams. Paaiškėjo, kad daugelis jų renkasi šios srities atvirąjį standartą “CompactPCI”.
7 pav. Daugiataškis valdymo įrenginys (MCU )
“CompactPCI” apjungė PCI elektrines specifikacijas ir IEEE 1101 mechaninius standartus, todėl garantuoja patvarumą, kurio reikalauja telekomų infrastruktūros. Vienas rimčiausių “CompactPCI” privalumų yra tas, kad ši aparatūrinė įranga gerai atitinka HA taikymams keliamus reikalavimus.
Didele dalimi visą tai sąlygojo galimybė rinktis iš trijų modelių :
“Basic”, “Full”ir “High Aviability”. Paskutinysis, apimantis ir du likusiuosius, yra toks universalus, kad jį pritaikius galima visiškai stebėti ir daryti įtaką sistemai. Tokiu būdu yra sukuriama terpė, kurioje programinei įrangai priklauso visiška aparatūros kontrolė, todėl ji tiesiogine šio žodžio prasme gali akimirksniu išjungti tą bloką, kuriame sugedo koks nors elementas. Toks izoliavimo tipas yra labai svarbus pritaikant HA, kai jie privalo atitikti 5NINES reikalavimus, tai yra turi garantuoti ne ilgesnius nei 5 min trukmės planuotus veikos pertrūkius per metus.
1 lentelė. Trys suspaudimo algoritmų tipai.
IP telefonijos naudojimo variantai
Internetu telefono pokalbius, apeinant tradicinius telefono tinklų operatorius, galima perduoti, naudojant tris pagrindines įrangos konfigūracijas:
◆ PC – PC
Balso komunikacijose PC – PC būtina, kad kalbos signalai abiejose pusėse būtų apdorojami pagal tą patį algoritmą ( pvz., pagal G.729
standartą ). Šiuo atveju nėra galimybės sudaryti sujungimo su paprasto telefono tinklo( PSTN, ISDN ) abonentu. Taip pat nėra galimybės rezervuoti reikiamos pralaidumo juostos, t.y. nėra galimybės valdyti kalbos perdavimo kokybės. Reikalavimai įrangai:
◆ kompiuteris su jame instaliuotu modemu
◆ garso korta
◆ mikrofonas
Taip pa reikalinga speciali programa, pavyzdžiui, Internet Phone-5
( firma Vocaltech ). Toks sujungimo variantas parodytas 8 pav.
[pic]
8 pav. Sujungimas PC – PC
◆ PC – Telefonas
Sujungiame PC – telefonas telefono tinklo abonentas sudaro ryšį su
PC, prijungtu prie interneto. Su telefono tinklu ( pvz. ISDN ) sujungiama per VoIP tinklų sąsają, kurioje IP kalbos paketai iš Interneto keičiami į kalbos signalus, o šie toliau perduodami į prijungtą telefono tinklą, o priešinga kryptimi – kalbos signalas iš telefono tinklo paverčiamas skaitmeniniu ir paketinio pavidalo per internetą perduodamas i PC. Be to,
VoIP tinklų sąsaja turi pakeisti telefono numerį į interneto adresą.
Sudarydamas ryšį, A abonentas renka savo interneto paslaugų tiekėjo VoIP
tinklų sąsajos adresą. Reikalavimai įrangai tokie pat kaip ir pirmajai konfigūracijai, bet jungimui su paprastu telefonu reikia VoIP tinklų sąsajų
( gateway ). Šis variantas parodytas 9 pav.
[pic]
9 pav. Sujungimas PC – telefonas
◆ Telefonas – Telefonas
Du telefonus galima sujungti per internetą, naudojant jau minėtas
VoIP tinklo sąsajas. Priešingai nei PC – PC konfigūracijoje, šiam sprendimui nereikia nei kompiuterio, nei prijungimo prie interneto, nes jie patys verčia balsą duomenų paketais ir siunčia tuos paketus tinklais kitoms VoIP tinklų sąsajoms. Pastarosios, aišku, atlieka atvirkščią procedūrą ir balso signalą perduoda į abonento telefono aparatą. Kviečiamojo abonento VoIP tinklų sąsajos privalo būti kuo arčiau prie tos telefono stoties ( PBX ar KTS ), prie kurios jis prijungtas. Šitaip garantuojama mažiausia pokalbių kaina. Šis atvejis parodytas 10 pav.
[pic]
10 pav. Sujungimas Telefonas – telefonas
Internetinės telefonijios standartai
IP telefonijos tinklo sąsajos parametrus apibrėžia 1996 metais ITU – T
priimta H.323 rekomendacijoje aprašomos funkcijos:
▪ Sujungimų valdymas ( signalizacija ). Signalizacijos eiga (
sujungimų sudarymas ir išardymas ) nusakomas H.225.0 ir H.245
standartais, įeinančiais į H.323 sudėtį. ( 11 pav.)
▪ Perdavimas realiu laiku, panaudojant realaus laiko protokolą RTP;
Transportiniu protokolu veikia sujungimams neorientuotas UDP
vartotojo duomenų protokolas;
▪ Garso ir vaizdo signalų apdorojimas; garso signalų apdorojimui naudojami ITU – T standartai G.711, G.722, G.723, G.728, G729
standartai. Vaizdo signalams apdoroti naudojami H.262 ir H.263
standartai;
▪ RAS – (Registration, Admision and Status ) – registracijos, leidimo ir būsenos valdymas;
▪ Duomenų apsikeitimas pagal T.120 standartą.
[pic]
11 pav. Protokolai komunikacijoms pagal H.323
Internetinės telefonijos terminalai
H.323rekomendacijoje aprašomi terminalai privalo turėti sistemos valdymo bloką ryšiui užmegzti, garso koderį, vėlinimo kitimo kompensatorių, sąsajos bloką (12. pav. ). Sistemos valdymo blokas valdo signalizaciją bei pranešimų perdavimą. Valdymo bloko privalomi elementai aprašyti ITU – T
H.245 bei H.225.0 rekomendacijose. Labai svarbus yra sąsajos blokas (
H.225.0 lygmuo ). Jame skaidomas į paketus balso ir valdymo duomenų srautas bei apdorojami priimami paketai. Be to, šiuo lygmeniu atliekama loginė sinchronizacija, numeruojamos sekos. Dar viena labai svarbi H.225.0 lygmens funkcija – klaidų aptikimas ir taisymas. Garso koderio paskirtis – balsą versti į skaitmeninį signalą. Gauti skaitmeniniai signalai apdorojami G
grupės kodekais. Pagrindinis šių apdorojimų tikslas yra kuo labiau sumažinti gautų duomenų apimtį. Iš signalo pašalinamos tylos pauzės, triukšmai, ir tokie duomenys kompresuojami. Garso signalai į transportinį lygmenį perduodami periodiškai, tačiau neviršijant maksimalaus leistino 5
ms intervalo tarp paketų, todėl garso kodavimo įtaisas dažniausiai derinamas su vėlinimo kitimo kompensatoriumi. Pagrindinė jo paskirtis –
užtikrinti dekoduoto signalo tolygumą ir kompensuoti kintamą tinklo apkrovimą. Jis gali apriboti vėlinimo kitimą, nusiųsdamas žinutę terminalui, transliuojančiam informaciją.
[pic]
12. pav. Galinio įrenginio komponentai
Taip apdorota informacija skirstoma į paketus, prie jų prijungiama su protokolu susijusi informacija, reikalinga klaidoms ištaisyti. Adresato terminale patikrinamas gautų duomenų eiliškumas, jie kaupiami, ir po tam tikro nustatyto laiko ( neretai nelaukiant trūkstamų paketų ) dekoduojami.
Visą duomenų perdavimo procesą kontroliuoja valdymo sistemos blokas. Jį sudaro trys pagrindinės dalys : H.245 valdymo sistema, kvietimų valdymo bei
RAS ( Registration – Admision – Status Control ). Valdymo dalis tvarko ryšį tarp dviejų H.323 rekomendacijas atitinkančių terminalų. Ji sukuria H.245
valdymo kanalą, kurio perduodamos valdymo žinutės. Jos gali keisti, atidaryti ar uždaryti loginį kanalą, reikalauti prioritetinio režimo ar perduoti komandas bei nurodymus. H.245 loginis kanalas sujungia terminalą su pralaidiniu suderintuvu. Yra keturi valdymo žinučių tipai:
• Paklausimai
• Atsakymai
• Komandos
• Pranešimai
Kvietimų valdymo dalis, sukurianti pradinį ryšį tarp terminalų, yra kvietimo signalizacijos kanalas. Jis sukuriamas nepriklausomai nuo RAS bei
H.245 valdymo kanalų.
RAS valdymo pagrindinė funkcija – pasikeitimas žinutėmis, atliekant registraciją ir nustatant apribojimus būklę. Ši grandis kontroliuoja terminalų atsijungimą nuo tinklų sąsajos. RAS signalizacijos kanalas nepriklauso nei nuo kvietimų signalizacijos kanalo, nei nuo H.245 valdymo kanalo.
Balso perdavimą iš vieno VoIP terminalo į kitą supaprastintai galima pateikti šešių žingsnių procesu:
1. Telefono ragelyje sugeneruotas analoginis balso signalas 8000 kartų per sekundę strobuojamas ir pakeičiamas skaitmeniniu 64 kbit./s.
Spartos duomenų srautu.
2. Šis srautas apdorojamas, naudojant skaitmeninio filtro algoritmą, pašalinami visi linijoje atsiradę aidai. Pasitelkus VAD ( Voise
Activity Detection ) balso aktyvumo išskyrimo algoritmą, surandami tylos periodai, kurie iš skaitmeninio balso duomenų srauto pašalinami.
Priimančiai pusei apie tylos periodo pašalinimą pranešama žymint duomenų paketų pasirodymo laiką. Priėmimo pusėje tylos periodai atstatomi ir paprastai užpildomi komfortišku ryšio kanalo triukšmu, kad klausytojas nepamanytų, kad nutrūko linija.
3. Bitų srautas yra suspaudžiamas ir sudedamas į paketus, atitinkančius kelis ITU standartus. Tipiškas bitų srauto suspaudimo standartas, pavyzdžiui, G.729a, iš 64 kbit./s. srautą pakeičia 8 kbit./s srautu, bitus patalpindamas į 10 ms trukmės 80 baitų duomenų blokus.
4. Balso duomenų blokas trimis etapais paverčiamas IP paketu. Pirmajame etape, pridėjus prie suspaustų balso blokų 10 baitų antraštes, sukuriamas RTP ( real – time transport protocol ) realus perdavimo laiko protokolo paketas. Antrajame etape pridedama 8 baitų antraštė su šaltinio ir paskirties adresais, sutinkamai su UDP ( User Datagram
Protocol ) vartotojo duomenų protokolu. Galiausiai pridedama 20 baitų ilgio IP antraštė, kurioje nurodomi šaltinio ir paskirties taško IP
adresai. IP duomenų paketo antraštei sumažinti pasitelkiamas duomenų suspaudimo protokolas RTP, leidžiantis 40 baitų antraštę sumažinti net iki 4 baitų.
5. IP paketas išsiunčiamas į internetą kaip ir bet kuris kitas duomenų paketas. Čia jis maršrutizuojamas ir nukreipiamas IP adresu paskirties terminalui.
6. Priimančioji VoIP pusė atgaline tvarka transformuoja IP duomenų paketus. Išretinti balso duomenų blokai paverčiami analoginiu balso signalu, patenkančiu į telefoną.
IP – telefonijos signalizacija
Bet kurį IP – telefonijos ryšį sudaro keturi pagrindiniai etapai:
• Pradinis sujungimas;
• Pirminis ryšys ir sujungimas;
• Garso ryšio sudarymas;
• Pokalbiui pasibaigus, ryšio seanso pabaiga.
Išsirinkus pralaidinį suderintuvą, bet kuris terminalas privalo užsiregistruoti jame ir pranešti savo simbolinį ir transportinį adresą.
Registracijos metu RAS kanalu siunčiamas RRQ ( Registration Request ) –
registracijos užklausimo signalas. Juo perduodamas ir terminalo tinklo adresas. Į tai pralaidinis suderintuvas gali atsakyti arba patvirtinimu, arba RCF ( Registration Reject ) registracijos atmetimo signalu.
Registruojama periodiškai ir priklausomai nuo konfigūracijos – automatiškai ar laikinai. Registraciją nutraukti gali tiek terminalas, tiek ir pralaidinis suderintuvas. Ryšio nutraukimo metu pasikeičiama URQ (
Unregister Request ) – išregistravimo užklausimo signalu, į kurį atsakoma
UCF ( Unregister Confirmation ) – išregistravimo patvirtinimu. Jei terminalas neregistruotas pralaidinis suderintuvas siunčia URJ ( Unregister
Reject ) – išregistravimo atmetimo žinutę.
Pagrindinio ryšio seanso metu tarp sviejų terminalų nėra sinchronizacijos. Tada siunčiama „Setup“ – ryšio sudarymo žinutė. Jos tikslas – patikrinti, ar terminalas laisvas, ar galima užmegsti ryšį.
Pasirengęs užmegzti ryšį terminalas siunčia ( Alerting ) – parengties signalą. Jei per ketuiras sekundes ryšys sudaromas, tai parengties signalas nesiunčiamas.
Jei abu terminalai registruoti vienoje zonoje, tai inicijuojantis kvietimą terminalas su pralaidiniu suderintuvu pasikeičia pranešimais
ARQ/ACF ir prisijungia (13 pav. ). Po ACF pranešimo pralaidinis suderintuvas pereina prie kvietimo signalizacijos kanalo transportinių adresų. Inicijuojančio ryšį terminalo siunčiamas „Setup“ pranešimas naudoja tuos pačius transportinius adresus. Pralaidinis suderintuvas nusiunčia
„Setup“ signalą antrajam terminalui. Po to šis su pralaidiniu suderintuvu pasikeičia ARQ/ACF pranešimais ir prisijungia prie terminalo. Adresato terminalas atsako „Conect“ – sujungta pranešimu, naudodamas transportinius
H.245 valdymo kanalo adresus. Pralaidinis suderintuvas siunčia pranešimą
„Conect“ pirmajam terminalui, naudodamasis tais pačiais adresais. Po šių procedūrų tarp terminalų sukuriamas pirminis ryšys ir sudaromas H.245
valdymo kanalas. Juo siunčiama valdymo informacija, komandos uždaryti bei atidaryti loginį kanalą. Valdymo kanalas naudojamas sinchronizacijai bei
TCP protokolo komandoms. Ryšys užbaigiamas terminalams tarpusavyje uždarius loginį ir kiek vėliau H.245 valdymo kanalus. Po to abu terminalai atsijungia nuo pralaidinio suerintuvo.
[pic]
13. pav. Ryšio sudarymo procedūra, kai terminalai registruoti viename pralaidiniame suderintuve
Sukūrus loginį kanalą tarp dviejų terminalų, juo perduodama suskaidyta į paketus garso informacija. Tačiau tik ryšio kanalui atverti galima naudoti TCP paketus, o garso informaciją perduoti yra kiek kebliau. IP
telefonijoje labai svarbu kuo greičiau perduoti balso informaciją. Vienas iš būdų mažinti vėlinimą yra RTP ( Real Time Protokol ) realaus laiko protokolo naudojimas duomenims perduoti.
Pradiniuose sujungimo etapuose reikalinga didelė sparta, tačiau pageidautinas tikslumas, todėl ryšio eigą valdo TCP protokolas. Juo nustatomi visi ryšio parametrai – kokio dydžio paketai bus siunčiami, fiksuojamas IP paketų kelionės laikas, priimami ir siunčiami patirtinimai apie gautus duomenis, atliekama gautų paketų ir jų eiliškumo kontrolė.
Jei paketai dubliuojasi, jis šalina nereikalingas kopijas, be to, derina buferizaciją. Visa pasikeitimo tarnybinėmis žinutėmis ir pirminio ryšio užmezgimo per internetą operacija vyksta TCP protokolu, nes jis garantuoja patikimą sujungimą ir duomenų perdavimą.
Tuo tarpu garso informacija turi būti perduodama greitai, ir bet koks bandymas kompensuoti prarastus paketus dar labiau vėlintų jų pristatymą. Todėl, sudarius loginį ryšio kanalą, duomenys tarp dviejų terminalų perduodami UDP ( User Datagram Protokol )
vartotojo duomenų protokolu. Tai efektyvus, bet nepatikimas duomenų perdavimo protokolas. Pagrindinis jo privalumas tas, kad jis nereikalauja perduotos informacijos gavimo patvirtinimo, todėl gali atlikti realaus laiko transportinio protokolo RTP ( Real Time Transport Protokol ) ir RTCP
( Real Time Control Protokol ) realaus laiko kontrolės protokolo funkcijas.
[pic]
14. pav. Ryšio sudarymo procedūra, kai terminalai registruoti skirtinguose pralaidiniuose suderintuvuose
IP telefonijai būdingos problemos panašios į tradicinės telefonijos problemas ( aido nutildymas ir pan. ), tačiau yra ir visiškai specifinių kylančių dėl technologijos ypatybių. Viena pagrindinių problemų, gerokai gadinančių pokalbio kokybę, yra balso vėlinimas tinklų sąsajose ir transportavimo metu. Tai priklauso nuo daugelio faktorių – nuo to, kokia duomenų perdavimo tinklu sparta, koks naudojamas balso kodavimo algoritmas.
Telefono linijose vėlinimas paprastai neviršija 150 ms. Tinklų sąsajoje signalas nors ir trumpam, bet sustabdomas. Tuo metu jis verčiamas skaitmeniniu, apdorojamas garso kodavimo įtaisu, ir skaidomas į paketus.
Antrą kartą šis veiksmas atliekamas adresato terminale jau atvirkštine tvarka. Šio proceso trukmė priklauso nuo aparatūros, tačiau vėlinimo efektas, nors ir nežymus, išlieka visada. Antroji vėlinimo sritis yra duomenų perdavimo tinklas. Duomenys, buferizuojami prieš perduodant tinklu, kurį laiką užtrunka tinkle, keliaudami paskirtais keliais iki adresato.
Galiniame taške jie vėl kaupiami buferyje, nustatomas jų eiliškumas. Po to jie vėl tinklinėje sąsajoje dekoduojami ir verčiami signalais. Tinkle vėlinimas priklauso dar ir nuo maršrutizavimo algoritmų.
Be to, vėlinimas sukelia dar ir papildomų nepageidaujamų pasekmių.
Jei vėlinimas siekia 50 ms, gali atsirasti aidas. Ši problema nėra būdinga vien tik IP telefonijai, ji pasitaiko ir tradicinėje telefonijoje. IP
telefonijjoje ji sprendžiama naudojant papildomus skaitmeninius filtrus tinklų sąsajoje. Panaši problema, kurią gali sukelti vienpusis vėlinimas, didesnis nei 250 ms yra pašnekovo „užlipimas“ ant kito kalbos.
IP telefonijoje garso kokybę blogina prarasti paketai. Siekiant išvengti vėlinimo, balso duomenims perduoti internetu naudojamas UDP
protokolas. Po tam tikro, neilgo, kaupimo buferyje paketai tinklų sąsajoje dekoduojami ir verčiami į garsinį signalą, kartais net nelaukiant trūkstamų paketų. Jei dingusių paketų skaičius nėra didelis, tai garso kodavimo įtaisas vienu ar kitu algoritmu gali kompensuoti prarastus duomenis. Tačiau kai vėlinimas didesnis, balse atsiranda pauzių ar iškraipymų. Kai kurie gamintojai, norėdami priartinti IP telefoniją prie tradicinės tinklų sąsajos koduoja valdančiąją skaitmeninio telefono toninę signalizaciją.