IP-телефония — технология, позволяющая использовать Интернет или другую IP-сеть в качестве средства организации и ведения международных телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени.
Интернет-телефония − частный случай IP-телефонии, когда в качестве линий передачи телефонного трафика используются каналы сети Интернета.
При разговоре, наши голосовые сигналы (слова, которые мы произносим) преобразуются в сжатые пакеты данных. После, эти пакеты данных посылаются через Интернет другой стороне. Когда пакеты данных достигают адресата, они декодируются в голосовые сигналы оригинала.
Обычные телефонные звонки требуют разветвлённой сети связи телефонных станций, связанных закреплёнными телефонными линиями, подвода волоконно-оптических кабелей и спутников связи. Высокие затраты телефонных компаний приводят для нас к дорогим междугородним разговорам. Выделенное подключение телефонной станции также имеет много избыточной производительности или времени простоя в течение речевого сеанса.
В настоящее время интегрированные телекоммуникационные сети, в которых сочетаются различные виды трафика и различные методы доступа являются достаточно эффективным решением для транспортных сетей мегаполиса (метрополитена, монорельсовой транспортной системы и т. д.), позволяя объединить различные виды и сети информационного обмена.
В них особенно рациональным является использование беспроводных сетей доступа мобильных абонентов к ресурсам стационарных сетей связи.
С появлением стандарта Gigabit Ethernet распространенная технология локальных сетей Ethernet находит всё более широкое применение при построении магистральных путей. С ней гармонично сочетается стремительно развивающаяся технология стандарта IEEE 802.11 (802.16), так называемый, «Radio Ethernet» − технология беспроводных сетей в диапазоне 2,4 ГГц и других высокочастотных диапазонах.
Весьма эффективным становится совместное использование технологии Radio Ethernet и технологии излучаемых кабелей.
Назначение IP-технологий для удаленных сетей − это обеспечение доступа клиентов к информационным ресурсам глобальных и территориально-распределенных сетей, к различным услугам, предоставляемым мультисервисными сетями связи.
Традиционные коммутируемые сети генерируют 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.
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 возможности успешной конкуренции IP-телефонии с традиционными телефонными сетями.
Основной качества IP-телефонии является качество речи абонентов, что включает в себя возможность пользователя связываться и разговаривать с другим пользователем в реальном времени и в полнодуплексном режиме, т. е. осуществлять диалог. Также критерием качества речи является громкость речи, чистота и тональность, чтобы речь для абонентов была разборчива.
Вторым критерием качества IP-телефонии − это качество сигнализации: скорость успешного доступа и время установления соединения; время отбоя и скорость разъединения; определение и фиксация сигналов многочастотного набора номера.
Факторы, которые влияют на качество IP-телефонии, могут быть разделены на две категории: это факторы качества IP-сети и факторы качества шлюза. Рассмотрим по пунктам что следует учитывать при оценке качества IP-сети:
1. Максимальная пропускная способность − максимальное количество полезных и избыточных данных, которые она передает.
2. Задержка − промежуток времени, требуемый для передачи пакета через сеть.
Задержка создает неудобство при введении диалога, приводит к перекрытию разговоров и возникновению эхо. Эхо возникает в случае, когда отраженный речевой сигнал вместе с сигналом от удаленного конца возвращается опять в ухо говорящего. Так как эхо является проблемой качества, системы с пакетной коммутацией речи должны иметь возможность устранять эхо и использовать эффективные методы эхоподавления.
Затруднение диалога и перекрытие разговоров становится серьезным вопросом качества, когда задержка превышает 250 мс. Источниками задержки при пакетной передачи речи из конца в конец является так называемая задержка накопления − она обусловлена необходимостью сбора кадра речевых отсчетов, выполняемых в речевом кодере. Величина задержки определяется типом речевого кодера и изменяется от небольших величин (0,125 мкс) до нескольких миллисекунд.
Процесс кодирования и сбора закодированных отсчетов в пакеты для передачи через пакетную сеть создает определенные задержки. Задержка кодирования или обработки зависит от времени работы процессора и используемого типа алгоритма обработки.
Так же при пакетной передачи речи возникает сетевая задержка − задержка обусловлена физической средой и протоколами, используемыми для передачи речевых данных, а также буферами, используемыми для удаления джиттера пакетов на приемной стороне. Сетевая задержка зависит от емкости сети и процессов передачи пакетов в сети.
Время задержки при передаче речевого сигнала можно классифицировать тремя уровнями качества речи: третий, самый низкий уровень − задержка составляет более 400 мс, в этом случае абонент при разговоре слышит свое «эхо»; второй уровень, т. е. среднее качество связи − время задержки составляет от 200 до 400 мс; высоким качеством связи считается если время задержки менее 200 мс − это первый уровень связи.
Качество Интернет-телефонии попадает под 2−3 уровни, причем, невозможно уверенно сказать, что тот ли иной провайдер Интернет-телефонии работает по второму уровню, так как задержки в сети Интернет изменчивы. Более точно можно сказать о провайдерах IP — телефонии работающих по выделенным каналам. Они попадают под 1–2 уровни. Средние суммарные задержки при использовании IP-телефонии обычно находятся в пределах 150–250 мс.
3. Джиттер − задержка между двумя последовательными пакетами.
Когда речь или данные разбиваются на пакеты для передачи через IP-сеть, пакеты часто прибывают в пункт назначения в различное время и в разной последовательности. Это создает разброс времени доставки пакетов (джиттер). Джиттер приводит к специфическим нарушениям передачи речи, слышимым как щелчки.
Величины возникающих задержек и их вероятности важны для организации процедуры обработки и выбора параметров обработки. Понятно, что временная структура речевого пакетного потока меняется. Возникает необходимость организации буфера для превращения пакетной речи, отягощенной нестационарными задержками в канале, возможными перестановками пакетов, в непрерывный естественный речевой сигнал реального времени. Параметры буфера определяются компромиссом между величиной запаздывания телефонного сигнала в режиме дуплексной связи и процентом потерянных пакетов. Потеря пакетов является другим серьезным негативным явлением в IP-телефонии.
4. Потеря пакетов − пакеты или данные, потерянные при передаче через сеть.
Потерянные пакеты в IP-телефонии нарушают речь и создают искажения тембра. В существующих IP-сетях все голосовые кадры обрабатываются как данные. При пиковых нагрузках и перегрузках голосовые кадры будут отбрасываться, как и кадры данных. Однако кадры данных не связаны со временем, и отброшенные пакеты могут быть успешно переданы путем повторения. Потеря голосовых пакетов, в свою очередь, не может быть восполнена таким способом и в результате произойдет неполная передача информации. Предполагается, что потеря до 5 % пакетов незаметна, а свыше 10–15 % − недопустима. Причем данные величины существенно зависят от алгоритмов компрессии/декомпрессии.
Существенно, что потеря большой группы пакетов приводит к необратимым искажениям речи, тогда как потери одного, двух, трех пакетов можно пытаться компенсировать. Ясно, что с повышением трафика возрастают задержки и потери. В условиях ограниченных пропускных способностей это проявляется не только при интегральном увеличении загрузки каналов, например, в часы наибольшей нагрузки, но и при увеличении потока локального источника информации.
Важнейшую роль в IP-телефонии играет шлюз. Фактически он представляет собой устройство доступа в сеть IP. Как всякое устройство доступа, он принимает информацию через один интерфейс и передает ее в сеть через другой, выполняя соответствующие преобразования. Как было сказано выше, шлюз − является одной из составляющей качества IP-телефонии. Ниже перечислены факторы определяющие качество шлюза:
1. Задержка — время, необходимое цифровому сигнальному процессору или другим устройствам обработки для кодирования и декодирования речевого сигнала;
2. Буфер джиттера — сохранение пакетов данных до тех пор, пока все пакеты не будут получены и можно будет передать в требуемой последовательности для минимизации джиттера;
3. Потеря пакетов — потеря пакетов при сжатии и/или передачи в оборудовании IP-телефонии;
4. Подавление эхо — механизм для подавления эхо, возникающего при передаче по сети;
5. Управление уровнем — возможность регулировать громкость речи.
Качество связи по всем перечисленным характеристикам значительно увеличилось 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 настолько хорошо, что собеседники не догадываются, что соединение происходит по технологии IP-телефонии.
Известно, что для человека задержка до 250 миллисекунд практически незаметна. Существующие на сегодняшний день решения IP-телефонии не превышают этот предел, так что разговор фактически не отличается от связи по обычной телефонной сети.
Кроме этого, задержки уменьшаются благодаря тому что совершенствуются телефонные серверы (их разработчики борются с задержками, улучшая алгоритмы работы) и развиваются частные (корпоративные) сети (их владельцы могут контролировать ширину полосы пропускания и, следовательно, величины задержки).
Литература:
1. Режим доступа: http://wiki.zadarma.com/index.php, свободный, — Загл. с экрана. — Яз. рус.
2. Режим доступа: http://www.osp.ru/lan/1999/04/134114/, свободный, — Загл. с экрана. — Яз. рус.
3. Радиотехнические системы: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ [Ю. М. Казаринов и др.]; под ред. Ю. М. Казаринова. — М.: Издательский цент «Академия», 2008. — 592 с.
4. Режим доступа: http://revolution.allbest.ru, свободный, — Загл. с экрана. — Яз. рус.
5. Энциклопедия Википедия. — Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/VoIP свободный, — Загл. с экрана. — Яз. рус.
6. Автореферат: Качество IP-телефонии при мобильном доступе стандарта IEEE 802.11 Radio-Ethernet с использованием излучающего кабеля. Моторина Е. Г. — Москва, 2006. 129 с.
