IP-, VoIP-, SIP-телефония: подходы разные — цель одна. Основы и принципы IP телефонии

IP телефония

Сегодня интернет стал неотъемлемой частью нашей жизни. С помощью него мы передаем различные данные, пользуемся банковскими услугами, общаемся и многое другое, что позволяет нам вообще не покидать пределы офиса, дома. Но вопросы качества и цены всегда остаются для нас главными. Быть конкурентно способным на сегодняшнем рынке довольно не просто. Тем более в сфере коммуникаций при наличии стольких способов связи.

IP-телефония – мы все чаще слышим это словосочетание, видим аббревиатуру VoIP.
Так что же это такое? Что за многообещающие статьи в интернете об этом новом виде связи. И чем вообще отличается именно этот вид соединения от привычных нам стационарных и мобильных телефонов.
Попробуем разобраться и по возможности сделать каждый для себя выводы, а нужно ли
МНЕ это? Выгодно ли настолько насколько все описывают.

Сначала поясним значение самой аббревиатуры:

VoIP- расшифровывается как Voice over IP, то есть голос поверх протокола интернета (IP). Простыми словами звук передается с помощью интернет соединения.
А не как в обычных соединениях, которые используют телефонные станции, требующие обслуживания, а это дополнительные расходы не только на зарплату сотрудников выполняющих это самое обслуживание, но и различное оборудование.

Ничего этого не требуется для использования IP телефонии, а если расходы соединения меньше, то и само соединение для пользователей выходит намного дешевле.
Это один из полюсов IP телефонии. Простое пользование и низкая цена относительно всех предлагаемых соединений на сегодняшний день.

Рассмотрим ниже способы и что нужно для того, чтобы ваше общение и счета за переговоры не стали проблемой и финансово зависимы.

Компьютер-Телефон – здесь все очень просто как и при всех последующих способах. Вам нужен компьютер и телефон, который подключен к какой-либо из местных станций.
Компьютер-Компьютер –самый из простых и практически бесплатных способов использования IP соединения. Т.к. платите вы и ваш собеседник только за интернет. Местонахождение же вас обоих не имеет значения, что очень выгодно при международных разговорах.
Телефон -Телефон – этот способ из всех более зависим, тем,что вы должны будете найти компанию в вашем регионе, городе, которая предоставляет услугу IP телефонии и другой телефон подключенный к простой телефонной линии.

Но чтобы быть объективными рассмотрим достоинства, т.е плюсы и недостатки, минусы IP телефонии:

Один из главных плюсов IP-телефонии – это более низкая стоимость связи. Особенно разница ощутима при международных переговорах. Экономия в 1,5-2 раза

Качество связи также не зависит от расстояния. Так как основой является передача данных через интернет каналы.

Интернет это в первую очередь объединение компьютерных сетей и огромное количество различной информации. Т.е. изначально интернет не рассматривался для передачи голоса. Так же как мобильный телефон на сегодняшний день уже перестал исполнять свои только основные функции (соединения с абонентом) , а постепенно превратился в мини компьютер, мини-телевизор и многое, многое другое, что само по себе неплохо, но теряется основная функция, вернее ее качество. Это и быстрая разрядка батареи за счет большего поглощения энергии и высокая цена зависящая от многочисленных дополнительных приложений и функций. Так вот, что касаемо IP соединения, при загрузке сети, возможны задержки передачи звука, могут происходить даже его потери.

И все же если объективно говорить о перспективах развития IP-телефонии
На сегодня основные пользователи ее - это большие компании, страховые фирмы, банки, крупные розничные сети. Происходит развитие корпоративной IP-телефонии. Это удобно, надежно и что не мало важно экономит бюджет этих самых компаний на телефонные переговоры.

К тому же IP телефония это не только просто соединение, это и голосовая почта, и конференц связь, и переадресация звонка, и даже сохранение телефонного номера при переезде и многое другое, чем пользуются все пользователи и не только телефонов, смартфонов и интернета, а так же простые люди, которым важно сколько и за что они платят, в данном случае имеется ввиду телефонные соединения, общение, связь с близкими людьми, которые часто находятся далеко за пределами местной связи.

И в заключении хотелось бы добавить, что IP-телефония на данный момент является перспективным и реальным способом коммуникаций, а в ближайшем будущем будет такой же обыденностью, как и стационарный телефон для современного человека.

Человека делового, разумного понимающего, что качество и цена это неотъемлемый атрибут успешного человека живущего в наше время. Время постоянно развивающихся технологий и время когда интернет это не просто всемирная паутина, дающая возможность получить информацию, а уже 2 млрд пользователей, что говорит о перспективе IP телефонии. Ведь чем больше пользователей, тем больше круг людей с которыми МЫ можем общаться, видеть друг друга каждый день не получая при этом счета с цифрами за телефонные переговоры, которые делают из нас не успешных людей, а заложников телефонных компаний.

Добрый день, уважаемые хабражители. В данной статье я постараюсь рассмотреть основные принципы IP-телефонии, описать наиболее часто используемые протоколы, указать способы кодирования и декодирования голоса, разобрать некоторые характерные проблемы.

Под IP-телефонией подразумевается голосовая связь, которая осуществляется по сетям передачи данных, в частности по IP-сетям (IP - Internet Protocol). На сегодняшний день IP-телефония все больше вытесняет традиционные телефонные сети за счет легкости развертывания, низкой стоимости звонка, простоты конфигурирования, высокого качества связи и сравнительной безопасности соединения. В данном изложении будем придерживаться принципов эталонной модели OSI (Open Systems Interconnection basic reference model) и рассказывать о предмете “снизу-вверх”, начиная с физического и канального уровней и заканчивая уровнями данных.

"
Модель OSI и инкапсуляция данных

Принципы IP-телефонии

При осуществлении звонка голосовой сигнал преобразуется в сжатый пакет данных (подробнее этот процесс будет рассмотрен в главах “Импульсно кодовая модуляция” и “Кодеки”). Далее происходит пересылка данных пакетов поверх сетей с коммутацией пакетов, в частности, IP сетей. При достижении пакетами получателя, они декодируются в оригинальные голосовые сигналы. Эти процессы возможны благодаря большому количеству вспомогательных протоколов, часть из которых будет рассмотрена далее.

В данном контексте, протокол передачи данных - некий язык, позволяющий двум абонентам понять друг друга и обеспечить качественную пересылку данных между двумя пунктами.

Отличие от традиционной телефонии

В традиционной телефонии установка соединения происходит при помощи телефонной станции и преследует исключительно цель разговора. Здесь голосовые сигналы передаются по телефонным линиям, через выделенное подключение. В случае же IP-телефонии, сжатые пакеты данных поступают в глобальную или локальную сеть с определенным адресом и передаются на основе данного адреса. При этом используется уже IP-адресация, со всеми присущими ей особенностями (такими как маршрутизация).

При этом IP-телефония оказывается более дешевым решением как для оператора, так и для абонента. Происходит это благодаря тому, что:

Традиционные телефонные сети обладают избыточной производительностью, в то время, как IP-телефония использует технологию сжатия голосовых пакетов и позволяет полностью использовать емкость телефонной линии.
Как правило, на сегодняшний момент доступ в глобальную сеть есть у всех желающих, что позволяет сократить затраты на подключение или совсем исключить их.
Звонки в локальной сети могут использовать внутренний сервер и происходить без участия внешней АТС.

Вместе с вышеперечисленным, IP-телефония позволяет улучшить качество связи. Достигается это, опять же, благодаря трем основным факторам:

Телефонные серверы постоянно совершенствуются и алгоритмы их работы становятся более устойчивыми к задержкам или другим проблемам IP-сетей.
В частных сетях их владельцы обладают полным контролем над ситуацией и могут изменять такие параметры, как ширина полосы пропускания, количество абонентов на одной линии, и, как следствие, величину задержки.
Сети с коммутацией пакетов развиваются, и ежегодно вводятся новые протоколы и технологии, позволяющие улучшить качество связи (например, протокол резервирования полосы пропускания RSVP).

Благодаря IP-телефонии очень элегантно решается проблема занятой линии, так как переадресация, либо перевод в режим ожидания могут быть осуществлены несколькими командами в конфигурационном файле на АТС.

Физический уровень (Physical Layer)

На физическом уровне осуществляется передача потока битов по физической среде через соответствующий интерфейс. IP-телефония практически полностью опирается на уже существующую инфраструктуру сетей. В качестве среды передачи информации используются, как правило витая пара категории 5 (UTP5), одномодовое или многомодовое оптическое волокно, либо коаксиальный кабель. Тем самым в полной мере реализуется принцип конвергенции телекоммуникационных сетей.

PoE

Интересно рассмотреть технологию PoE (Power Over Ethernet) - стандарты IEEE 802.3 af-2003 и IEEE 802.3at-2009. Ее суть заключается в возможности обеспечения питанием устройств посредством стандартной витой пары. Большинство современных IP-телефонов, в частности, модельный ряд Cisco Unified IP Phones 7900 Series, поставляются с поддержкой PoE. Согласно стандарту 2009 года, устройства могут получать ток мощностью до 25,5 Ватт.

При подаче питания используются лишь две витых пары кабеля 100BASE-TX, однако некоторые производители задействуют все четыре, достигая мощности до 51 Ватт. Необходимо заметить, что технология не требует модификации уже существующих кабельных систем, в том числе и кабелей Cat 5.

Для определения того, является ли подключаемое устройство питаемым (PD - powered device) на кабель подается напряжение 2,8 - 10 В. Тем самым вычисляется сопротивление подключаемого устройства. Если данное сопротивление находится в диапазоне 19 - 26,5 кОм, то процесс переходит на следующий этап. Если же нет - проверка повторяется с интервалом ≥2 мс.

Далее происходит поиск диапазона мощностей питаемого устройства путем подачи более высокого напряжения и измерения тока в линии. Вслед за этим на линию подается 48 В - питающее напряжение. Также осуществляется постоянный контроль перегрузок.

Канальный уровень (Data Link Layer)

Согласно спецификации IEEE 802 канальный уровень разделяется на два подуровня:

MAC (Media Access Control) - обеспечивает взаимодействие с физическим уровнем;
LLC (Logical Link Control) - обслуживает сетевой уровень.

На канальном уровне работают коммутаторы - устройства, обеспечивающие соединение нескольких узлов компьютерной сети и распределение фреймов между хостами на основе физической (MAC) адресации.

Необходимо упомянуть механизм виртуальных локальных сетей (Virtual Local Area Network). Данная технология позволяет создавать логическую топологию сети без оглядки на ее физические свойства. Достигается это тегированием трафика, что подробно описано в стандарте IEEE 802.1Q.

Формат фрейма

В контексте IP-телефонии отметим Voice VLAN, широко применяющуюся для изоляции голосового трафика, генерируемого IP-телефонами, от других данных. Ее использование целесообразно по двум причинам:

Безопасность. Создание отдельной голосовой VLAN уменьшает вероятность перехвата и анализа голосовых пакетов.
Повышение качества передачи. Механизм VLAN позволяет задать повышенный приоритет голосовым пакетам, и, как следствие, улучшить качество связи.

Сетевой уровень (Network Layer)

На сетевом уровне происходит маршрутизация, соответственно основными устройствами сетевого уровня являются маршрутизаторы (Router). Именно здесь определяется, каким путем данные достигнут получателя с определенным IP-адресом.

Основной маршрутизируемый протокол - IP (Internet Protocol), на основе которого и построена IP-телефония, а также всемирная сеть Интернет. Также существует множество динамических протоколов маршрутизации, самый популярный среди которых OSPF (Open Shortest Path First) - внутренний протокол, основанный на текущем состоянии каналов связи;

На сегодняшний момент существуют специальные VoIP-шлюзы (Voice Over IP Gateway), обеспечивающие подключение обычных аналоговых телефонов к IP-сети. Как правило, они имеют и встроенный маршрутизатор, позволяющий вести учет трафика, авторизовать пользователей, автоматически раздавать IP-адреса, управлять полосой пропускания.

Среди стандартных функций VoIP-шлюзов:

Функции безопасности (создание списков доступа, авторизация);
Поддержка факсимильной связи;
Поддержка голосовой почты;
Поддержка протоколов H.323, SIP (Session Initiation Protocol).

Для борьбы с возможными задержками передачи IP необходимо дополнять дополнительными средствами, например протоколами установления очередности (чтобы голосовые данные не конкурировали с обычными).
Как правило, в этих целях на маршрутизаторах используется очередность с малой задержкой (LLQ - Low-Latency queuing), либо взвешенная организация очередей на основе классов (CBWFQ - Class-Based Weighted Fair Queuing).
Кроме того, необходимы схемы маркировки с заданием приоритетов для рассмотрения голосовых данных, как наиболее важных для передачи.

Транспортный уровень (Transport Layer)

Для транспортного уровня характерны:

Сегментация данных приложений верхнего уровня;
Обеспечение сквозного соединения;
Гарантия надежности данных.

Основные протоколы транспортного уровня - TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol), RTP (Real-time Transport Protocol). Непосредственно в IP-телефонии используются протоколы UDP и RTP, причем основное их отличие от TCP заключается в том, что они не обеспечивают надежность доставки данных. Это является более приемлемым вариантом, нежели осуществление контроля за доставкой (TCP), так как телефонная связь чрезвычайно зависима от задержек передачи, но менее чувствительна к потерям пакетов.

UDP

UDP базируется на сетевом протоколе IP и предоставляет транспортные услуги прикладным процессам. Его главное отличие от TCP - обеспечение негарантированной доставки, то есть при отправке и получении данных никаких подтверждений не запрашивается. Также при отправке информации не обязательно установление логического соединения между модулями UDP (источник и приемник).

RTP

Несмотря на то, что RTP принято считать протоколом транспортного уровня, как правило он работает поверх UDP. С помощью RTP реализуется распознавание типа трафика, работа с метками времени, контроль передачи и нумерация последовательности пакетов.

Основное назначение RTP состоит в том, что он присваивает каждому исходящему пакету временные метки, обрабатывающиеся на приемной стороне. Это позволяет принимать данные в надлежащем порядке, снижает влияние неравномерности времени прохождения пакетов по сети, восстанавливает синхронизацию между аудио и видео данными.

Уровни данных (Data Layers)

Три последних уровня модели OSI рассмотрим совместно. Такое объединение допустимо, так как процессы, происходящие на данных уровнях тесно связаны между собой, и описывать их безотносительно разделения на подуровни будет логичнее.

H.323

Первым делом необходимо описать стек протоколов H.323, разработанный в 1996 году. Данный стандарт содержит описание оборудования, сетевых служб и терминальных устройств, предназначенных для осуществления аудио- и видеосвязи в сетях с коммутацией пакетов (Интернет). Для любого устройства стандарта H.323 обязательна поддержка обмена голосовой информацией.

Платформенную независимость.
Стандарты кодирования аналоговых данных.
Управление полосой пропускания.
Гибкость и совместимость.

Отметим очень важный факт: в рекомендациях не определены физическая среда передачи, транспортный протокол и сетевой интерфейс. Это значит, что устройства, поддерживающие стандарт H.323 могут работать в любых существующих сегодня сетях с коммутацией пакетов.

Согласно H.323 четырьмя основными компонентами VoIP-соединения являются:

терминал;
шлюз;
контроллер зоны;
контроллер управления многоточечной конференции (MCU - Multipoint Control Unit).

Пример структурной схемы сети в IP-телефонии

Выдержка из документа, описывающего стек протоколов H.323

1. Управление соединением и сигнализация:
1.а. H.225.0: протоколы сигнализации и пакетирования мультимедийного потока (использует подмножество протокола сигнализации Q.931).
1.б. H.225.0/RAS: процедуры регистрации, допуска и состояния.
1.в. H.245: протокол управления для мультимедиа.
2. Обработка звуковых сигналов:
2.а. G.711: импульсно-кодовая модуляция тональных частот.
2.б. G.722: кодирование звукового сигнала 7 кГц в 64 кбит/с.
2.в. G.723.1: речевые кодеры на две скорости передачи для организации мультимедийной связи со скоростью передачи 5.3 и 6.3 кбит/с.
2.г. G.728: кодирование речевых сигналов 16 кбит/с с помощью линейного предсказания с кодированием сигнала возбуждения с малой задержкой.
2.д. G.729: кодирование речевых сигналов 8 кбит/с с помощью линейного предсказания с алгебраическим кодированием сигнала возбуждения сопряженной структуры.
3. Обработка видеосигналов:
3.а. H.261: видеокодеки для аудиовизуальных услуг со скоростью 64 кбит/с.
3.б. H.263: кодирование видеосигнала для передачи с малой скоростью.
4. Конференц-связь для передачи данных:
4.а. T.120: стек протоколов (включает T.123, T.124, T.125) для передачи данных между оконечными пунктами.
5. Мультимедийная передача:
5.а. RTP: транспортный протокол реального времени.
5.б. RTCP: протокол управления передачей в реальном времени.
6. Обеспечение безопасности:
6.а. H.235: обеспечение безопасности и шифрование для мультимедийных терминалов сети H.323.
7. Дополнительные услуги:
7.а. H.450.1: обобщенные функции для управления дополнительными услугами в H.323.
7.б. H.450.2: перевод соединения на телефонный номер третьего абонента.
7.в. H.450.3: переадресация вызова.
7.г. H.450.4: удержание вызова.
7.д. H.450.5: парковка вызова (park) и ответ на вызов (pick up).
7.е. H.450.6: уведомление о поступившем вызове в состоянии разговора.
7.ж. H.450.7: индикация ожидающего сообщения.
7.з. H.450.8: служба идентификации имен.
7.и. H.450.9: служба завершения соединения для сетей H.323.

Сценарий установки соединения на основе протокола H.323

SIP (Session Initiation Protocol)

SIP - протокол сигнализации, предназначенный для организации, изменения и завершения сеансов связи. SIP независим от транспортных технологий, однако при установлении соединения предпочтительно использовать UDP. Для передачи самой голосовой и видеоинформации рекомендовано применять RTP, но возможность использования других протоколов не исключена.

В SIP определены два типа сигнальных сообщений - запрос и ответ. Также существует шесть процедур:

INVITE (приглашение) - приглашает пользователя принять участие в сеансе связи (служит для установления нового соединения; может содержать параметры для согласования);
BYE (разъединение) - завершает соединение между двумя пользователями;
OPTIONS (опции) - используется для передачи информации о поддерживаемых характеристиках (эта передача может осуществляться напрямую между двумя агентами пользователей или через сервер SIP);
АСК (подтверждение) - используется для подтверждения получения сообщения или для положительного ответа на команду INVITE ;
CANCEL (отмена) - прекращает поиск пользователя;
REGISTER (регистрация) - передает информацию о местоположении пользователя на сервер SIP, который может транслировать ее на сервер адресов (Location Server).

Сценарий сеанса связи SIP

Кодеки

Аудиокодеком называют программу или алгоритм, который сжимает, либо разжимает цифровые звуковые данные, позволяя снизить требования к пропускной способности канала передачи данных. В IP-телефонии на сегодняшний день наиболее распространено преобразование посредством кодека G.729, а также сжатие G.711 по А-закону (alaw) и μ-закону (ulaw).

G.729

G.729 является кодеком, который сжимает исходный сигнал с потерей данных. Основная идея, заложенная в G.729 - передача не самого оцифрованного сигнала, а его параметров (спектральной характеристики, количества переходов через ноль), достаточных для последующего синтезирования на принимающей стороне. При этом все основные характеристики голоса, такие как амплитуда и тембр сохраняются.

Пропускная способность канала, на которую рассчитан данный кодек - 8 кбит/с. Длина кадра обрабатываемого G.729 - 10 мс, частота дискретизации - 8 кГц. Для каждого из таких кадров определяются параметры математической модели, которые в дальнейшем и передаются в канал в виде кодов.

При использовании кодирования G.729 задержка составляет 15 мс, из которых 5 мс тратится на заполнение предварительного буфера. Отметим также, что кодек G.729 предъявляет достаточно высокие требования к ресурсам процессора.

G.711

G.711 - голосовой кодек, который не предполагает никакого сжатия, помимо компандирования - метода уменьшения эффектов каналов с ограниченным динамическим диапазоном. В основе данного метода лежит принцип уменьшения количества уровней квантования сигнала в области высокой громкости, сохраняя при этом качество звука. Две широко использующиеся в телефонии схемы компандирования - alaw и ulaw.

Сигнал в данном кодеке предоставлен потоком величиной 64 кбит/с. Частота дискретизации - 8000 кадров по 8 бит в секунду. Качество голоса субъективно лучше, нежели при применении кодека G.729.

alaw

alaw или А-закон - алгоритм сжатия звуковых данных с потерей информации. В основном используется на территории Европы и России.

Для сигнала x преобразование по алгоритму alaw выглядит следующим образом:

Где А - параметр сжатия (обычно принимается равным 87,7).

ulaw

ulaw или μ-закон - алгоритм сжатия звуковых данных с потерей информации. В основном используется на территории Японии и Северной Америки.

Для сигнала x преобразование по алгоритму ulaw выглядит следующим образом:

где μ принимается равным 255 (8 бит) в стандартах Северной Америки и Японии.

Импульсно кодовая модуляция (PCM - Pulse Code Modulation)

Импульсно кодовая модуляция - передача непрерывной функции в виде серии последовательных импульсов.

Для получения на входе канала связи модулированного сигнала, мгновенное значение несущего сигнала измеряется АЦП с определенным периодом. При этом количество оцифрованных значений в секунду (иначе, частота дискретизации) должно быть большим или равным двукратной максимальной частоте в спектре аналогового сигнала.

Далее полученные значения округляются до одного из заранее принятых уровней. Заметим, что количество уровней необходимо принимать кратным степени двойки. В зависимости от того, сколько было определено уровней, сигнал кодируется определенным количеством бит.

Квантование сигнала

На данном рисунке представлено кодирование с помощью четырех битов (то есть все промежуточные значения аналогового сигнала будут округляться до одного из заранее заданных 16 уровней). Для примера, при времени равном нулю сигнал будет представлен подобным образом: 0111.

При демодуляции последовательность нулей и единиц преобразуется в импульсы демодулятором, уровень квантования которого равен уровню квантования модулятора. После этого ЦАП на основе данных импульсов восстанавливает сигнал, а сглаживающий фильтр окончательно убирает неточности.

В современной телефонии число уровней квантования должно быть большим или равным 100, то есть минимальное количество бит, которым может кодироваться сигнал - 7.

Вопросы качества обслуживания в IP-телефонии (Quality of Service - QoS)

В сетях на основе стека TCP/IP высокое качество обслуживания трафика, чувствительного к задержкам передачи не обеспечивается по умолчанию. При использовании протокола TCP имеется гарантия достоверной доставки информации, но ее перенос может осуществляться с непредсказуемыми задержками. Для UDP характерна минимизация задержек, но гарантия верной доставки пакета отсутствует.

В то же время добротность речевого трафика сильно зависит от качества передачи, и в сети, где не реализованы механизмы, гарантирующие соответственное качество, реализация IP-телефонии может быть не удовлетворяющей требованиям пользователей.

Основными показателями качества обслуживания являются пропускная способность сети и задержка передачи. Задержка при этом определяется как промежуток времени, прошедший с момента отправки пакета, до момента его приема.

Также существуют такие характеристики, как готовность сети и ее надежность (оцениваются по результатам контроля уровня обслуживания в течение длительного времени, либо по коэффициенту использования).

Для улучшения качества связи используются следующие механизмы:

Перемаршрутизация. При перегрузке одного из каналов связи позволяет осуществить доставку при помощи резервных маршрутов.
Резервирование ресурсов канала связи на время соединения.
Приоретизация трафика. Дает возможность помечать пакеты в соответствии с уровнем их важности и производить обслуживание на основе меток.

Как было сказано ранее, голосовой трафик чрезвычайно чувствителен к задержкам передачи. Максимальное время задержки не должно превышать 400 мс (сюда включается и продолжительность обработки информации на конечных станциях). Различают два основных типа задержек:

Задержка при кодировании информации в голосовых шлюзах или терминальном оборудовании. Уменьшается путем улучшения алгоритмов обработки и преобразования голоса.
- Задержка, вносимая сетью передачи. Уменьшается путем улучшения сетевой инфраструктуры, в частности, сокращением количества маршрутизаторов и использованием высокоскоростных каналов.

Источники задержки в IP-телефонии

Джиттер

Еще одно явление, характерное для IP-телефонии - джиттер, или, иначе, случайная задержка распространения пакета.

Обуславливается джиттер тремя факторами:

Ограниченная полоса пропускания или некорректная работа активных сетевых устройств;
Высокая задержка распространения сигнала;
Тепловой шум.

Наиболее часто применяющийся метод борьбы с джиттером - джиттер-буфер, хранящий определенное количество пакетов.

Обычно предусматривается динамическая подстройка длины буфера в течение всего времени существования соединения. Для выбора наилучшей длины используются эвристические алгоритмы.

Джиттер буфер

Для компенсации неравномерной скорости поступления пакетов на приемной стороне создают временное хранилище пакетов, или так называемый джиттер буфер. Его задача, собрать поступающие пакеты в правильном порядке в соответствии с временными метками и выдать их кодеку с правильными интервалами и правильном порядке.

Джиттер буфер

Размер буфера приемное VOIP устройство рассчитывает в процессе работы, либо принудительно задается в настройках. С одной стороны он не может быть слишком большим, чтобы не увеличивать транспортную задержку. С другой стороны, маленький размер буфера вызывает потери пакетов при изменениях времени задержки в IP сети.

Отсюда и происходит одно из главных противоречий, между интернет провайдерами и пользователями IP телефонии. С точки зрения провайдера все пакеты доставлены абоненту, то есть, потерь нет. А с точки зрения VoIP устройства, разница во времени между приходом пакетов значительно превышает джиттер буфер. Поэтому фактически потери есть. На практике потеря более 1% вызывает определенные неприятные ощущения. При 2% разговор оказывается затруднен. При значениях больше 4% разговор уже практически невозможен.

Размер джиттер буфера

Случайная задержка распространения Ji для i-го пакета может определяться по формуле:

где:
Di – отклонение от ожидаемого времени прибытия i-го пакета.
Отклонение от ожидаемого времени прибытия i-го пакета Di определяется по формуле:

где:
R – время прибытия пакета в метках времени RTP,
S – временная метка RTP, взятая из пакета.

Приведем пример расчета ожидаемого размера случайной задержки распространения 5-го пакета, на основе двух предыдущих.

Пусть J4=10 мс; R4=10, R3=11, S4=6, S3=5, тогда D5 будет равно (10-11)-(6-5)=-2.

В среднем, случайная задержка времени распространения для одного пакета в текущем примере составит 10 мс (точнее можно посчитать по формуле, приведенной выше). Тогда для того, чтобы ни один пакет не был отброшен, размер джиттер буфера должен быть равным 10 мс.

Для определения требуемого размера джиттер буфера в мегабайтах, домножим полученное значение на 100 мбит/сек – среднюю пропускную способность сети: 10 10^-3 100 = 128 кб.

Размер джиттер-буфера должен быть больше, чем флуктуация транзитного времени в сети. Например, если для 10 пакетов время транзита колеблется от 5 до 10 мс, то буфер должен быть хотя бы 8 мс, чтобы ни один пакет не был потерян. Лучше, если буфер еще больше, например 12 мс, тогда сможет работать механизм перезапроса потерянных пакетов.

Решения для развертывания телефонной сети

Asterisk

Asterisk - программная АТС, способная коммутировать как VoIP вызовы, так и вызовы, осуществляемые между IP-телефонами и традиционной телефонной сетью общего пользования.

Поддерживаемые протоколы: IAX, SIP, H.323, Skinny, UNIStim.
Поддерживаемые кодеки: G.711 (ulaw и alaw), G.722, G.723, G.729, GSM, iLBC, LPC-10, Speex.

Asterisk - динамично развивающееся открытое программное обеспечение, которое может быть установлено без оглядки на лицензирование. Это делает данную программную АТС привлекательной для малого и среднего бизнеса. Количество абонентов в сети может достигать 2000 и ограничено только мощностью сервера.

Еще одно достоинство Asterisk - возможность гибкой настройки. Весь необходимый функционал либо уже реализован, либо может быть дописан самостоятельно без существенных временных и денежных затрат. Этому способствует принцип: одна задача - один программный модуль.

В сравнении с решениями от таких вендоров, как Cisco или Avaya, Asterisk привлекателен еще и стоимостью развертывания. Фактически все затраты сводятся только к покупке телефонных аппаратов и сервера, способного обеспечить требуемую нагрузку на сеть. Сама программа абсолютно бесплатна.

Cisco Unified Communication Manager (CallManager)

CallManager предназначен скорее для крупных сетей, включающих до 30000 абонентов. Данный программно-аппаратный комплекс обеспечивает надежность работы и позволяет конфигурировать множество параметров, таких как переадресация звонков или голосовое меню. Существует и “облегченная” express версия, предназначенная скорее для небольших офисов.

Из преимуществ Cisco CallManager следует отметить в первую очередь знаменитую техническую поддержку корпорации Cisco. При соответствующем уровне контракта на обслуживание, любая проблема, начиная с вопросов по настройке и заканчивая вышедшим из строя оборудованием, будет решена практически мгновенно. Поэтому Cisco CallManager подойдет компаниям, готовым платить немалые деньги, но и получать при этом высочайшее качество обслуживания.

Avaya IP Office

Система IP Office может стать неплохим выбором для среднего размера телефонной сети. Количество абонентов здесь ограничено не только мощностью сервера, но и количеством приобретенных лицензий. Лицензировать необходимо практически все - платы расширения, используемые приложения и т.д., что может доставить определенные неудобства.

Конфигурирование может осуществляться через ряд программ, но наиболее популярная и простая в обращении - Avaya IP Office Manager. Также возможно управление через консоль с помощью Avaya Terminal Emulator.

В целом, продукция корпорации Avaya не ограничивается одним IP Office. Avaya, в 2009 году слившаяся с еще одним известным производителем Nortel, является признанным лидером на рынке оборудования для IP-телефонии.

IP-телефония – это телефонная связь по каналам Интернета, а не по привычным телефонным сетям. Данный вид телефонии стал возможен, как только паутина Интернета стала сравнима и даже больше, чем паутина телефонных линий, которые опутали Землю намного раньше Интернета.

Отличие IP-телефонии от аналоговой заключается в отсутствии традиционного кабеля и телефонного аппарата. Правда, существуют варианты IP-телефонии, внешне не отличимые от обычной телефонной связи, с привычными аппаратами и проводами. Связь осуществляется через устройства, имеющие прямой выход в сеть Интернет. Это могут быть не только компьютеры, но и планшеты или мобильные устройства. Также необходима аудио-гарнитура, если компьютер не имеет динамиков и микрофона.

Главное достоинство - минимальная стоимость эксплуатации, стоимость оплаты разговоров, в сравнении с аналоговой телефонией или сотовой связью.

Особенно популярна данная телефония в офисах, открывая возможности существенной экономии денежных средств. Ведь офисные работники только и делают, что звонят клиентам компании, контрагентам и по остальным поводам.

Важно то обстоятельство, что расходы на связь сокращаются вне зависимости от того, с каким регионом страны или иного государства осуществляется связь, ведь для Интернета, в отличие от обычной телефонной связи, нет государственных и национальных границ. Простота конфигурации и достаточный уровень безопасности дает возможность IP-телефонии достойно конкурировать с аналоговой телефонией, постепенно вытесняя ее при корпоративных нуждах.

На бытовом же уровне IP-телефония в свое время была довольно широко распространена в форме карточек для междугородней и международной связи.

Карточка Cardtel для звонков со стационарного телефона посредством IP-телефонии

Купив такую карточку за относительно небольшие деньги, с домашнего обычного телефона открывался доступ к серверам компании, предоставляющей доступ к IP-телефонии. На карточке публиковались номера для дозвона на серверы, и далее по обычным правилам набора междугороднего или международного номера можно было позвонить другому абоненту, но уже по каналам Интернета, а не по телефонной линии. А телефонная линия использовалась в этом случае по самому дешевому тарифу: на участке между телефонами говорящих абонентов и расположенных в этих же городах и странах серверов для обеспечения IP-телефонии.

Основные принципы, как работает IP-телефония

При выполнении звонка поступающий от абонента голосовой сигнал сжимается и преобразовывается в пакет данных, пересылаемых посредством IP-сетей. Попадая на адрес получателя, передаваемая информация декодируется обратно, приобретая формат привычного голосового сигнала. Все это происходит за считанные доли секунды, благодаря чему информация передается в режиме реального времени без потери качества трансляции.

Способствуют подобному положительному результату протоколы, выступающие в качестве своеобразного шифрованного языка, объединяющего абонентов и позволяющего передавать друг другу данные. IP-телефония реализуется на базе нескольких наиболее популярных типов протоколов.

Подключение и настройка IP-телефонии

Для использования технологии требуются и соответствующее для этого оборудование: роутеры, маршрутизаторы, серверы и т.п.

Программное подключение к IP-телефонии заключается в установке , ноутбук или гаджет соответствующего приложения, поддерживающего связь по протоколу, обеспечивающему работу IP-телефонии.

Программное обеспечение в большей своей части бесплатное. Для пользования им необходим аккаунт в приложении, в который вносятся требующиеся для работы данные. Комплекс базовых функций устанавливается по умолчанию, возможно их расширение, внесение корректив в настройки.

История появления IP-телефонии

Аудио и видеофайлы, текстовые сообщения стало возможным передавать через Интернет посредством ISDN. Но данная программа не нашла отклика, так как работала очень медленно и вплоть до 1995 года инновационных разработок в данном направлении не проводилось.

Затем появился первый образец интернет-телефонии от израильской компании «VocalTec». Но работал он односторонне, по принципу раций, требуя идентичного программного обеспечения у пользователей, между которым осуществлялась связь. Также в то время довольно часто данные терялись в ходе передачи в основном из-за низкой скорости Интернета того времени.

К современным достижениям IP-телефонии

Вплоть до 1996 года IP-телефония развивалась по принципу передачи информации от компьютера к компьютеру с использованием программ-коммуникаторов. Но в 1997 году произошла интеграция телефонных сетей с так называемыми «пакетными» сетями, фактически с сетями Интернета, что стало возможным благодаря принятию стандартного протокола передачи данных Н323.

На основе указанного протокола начали работать первые телефоны, оснащенные специальным разъемом для подключения к сети передачи данных и требовавшие не только наличие телефонной розетки, но и отдельного порта. При перегрузке коммутатора требовалось время на его перестройку, что надолго привело к потере интереса к данному направлению.

Изменения произошли в 2002 году, когда с развитием популярности нового протокола SIP, появившегося еще в 1999-м, пакетная телефония начала активно внедрятся. Еще через 3 года при помощи нового маршрутизатора VoIP стала возможной работа телефонии вообще без включения компьютера.

С этого момента популярность IP-телефонии постоянно растет. Для рядовых пользователей не имеет принципиального значения то, какие протоколы используются и как они работают. Им куда важнее чистота связи, дополнительные возможности и низкие тарифы.

Преимущества IP-телефонии

Главное из них - возможность экономии расходов на связь, что особенно актуально при использовании междугородних и международных звонков. Также в качестве достоинств следует отметить:

Доступность и мобильность ,

так как номера в IP-телефонии не привязаны к конкретному месту, к конкретному кабелю, к конкретному разъему.

К подобному по сути виртуальному номеру можно получить доступ вне зависимости от географии места расположения, нужен лишь скоростной доступ к Интернету. Получается некий аналог мобильной связи, только вместо доступа к мобильным сетям требуется доступ к Интернету.

Высокий потенциал ,

так как формирование новых IP-сетей осуществляется в зависимости от потребностей пользователей и возможно оперативное расширение конфигураций с внедрением новых сервисов.

Конфиденциальность и безопасность .

Благодаря шифрованным каналам связи доступ к информации третьим лицам закрыт, в отличие от старых привычных телефонных сетей, к которым может подключиться кто угодно в любом месте, где проходит кабель.

Широкие возможности ,

Использование IP-телефонии – оптимальное решение для офисов, предприятий и организаций именно благодаря последнему пункту о возможностях.

Функции многоканального номера,
переадресация входящих звонков,
голосовая почта,
виртуальный факс и
услуга внесения в «черный список»

позволяют получить максимум от связи, не прилагая никаких усилий.

Большинство услуг IP-телефонии включены в базовый пакет и используются после оплаты услуг провайдера для такой связи. Возможно увеличение количества номеров сверх первоначального тарифного плана, но в этом случае потребуются дополнительные расходы.

О стоимости IP-телефонии

При использовании VOIP-телефонии можно наглядно убедиться в разительной разнице цен в сравнении с аналоговой связью. Внутри сети звонки не тарифицируются, то есть абоненты, пользующиеся услугами одного провайдера IP-телефонии, общаются посредством программных или аппаратных VOIP-телефонов, экономя денежные средства.

Так как трафик в Интернете не имеет географической привязки, то расстояние между регионом отправки и регионом получения информации также не играет роли, в отличие от привычной телефонной связи, работающей по принципу «чем дальше, тем дороже». Дополнительная плата за отправку трафика по какому-либо направлению не взимается.

При звонках на мобильные или стационарные телефоны за рубеж или в другие регионы стоимость расходов также на порядок ниже, чем в аналоговой сети. Нет и платы за абонентскую линию, но правда, вместо этого нужно оплачивать пользование Интернетом по тарифам .

Стоимость звонков на мобильные и стационарные телефоны зависит от выбранного направления и начинается от нескольких десятков копеек в минуту. Конкретная цифра связана со стоимостью услуг провайдера, поддерживающего IP-телефонию. Компания, занимающаяся настройкой и подключением такой связи, поможет подобрать оптимальный пакет исходя из потребностей заказчика. Возможна комбинация услуг от нескольких провайдеров, что гарантированно приведет к уменьшению счетов по оплате услуг связи.

Конкурент IP-телефонии: Скайп

С IP-телефонией вполне успешно конкурируют приложения для поддержания телефонной и видео связи, например, хорошо . Подобные приложения для компьютеров и мобильных устройств позволяют осуществлять голосовую и видео связь между абонентами также по каналам Интернета, и тоже имеют привлекательные тарифы.

Кстати, многие функции подобных приложений вообще бесплатные. Пользователям нужно лишь оплачивать Интернет трафик, не более. Например, звонки по Скайпу между двумя абонентами, у которых на компьютерах установлено приложение Скайп, – бесплатные.

И даже групповые аудио и по Скайпу между несколькими абонентами Скайпа могут быть бесплатные. Также возможна передача визуальной информации путем «расшаривания» (организации коллективного просмотра) одного из экранов компьютера, подключенного к конференции Скайп.

Конкуренты IP-телефонии: мобильные операторы

Помимо этого мобильные операторы не стоят на месте. Они предлагают своим корпоративным клиентам так называемую виртуальную телефонию. Ее суть в том, что каждому сотруднику корпорации (фирмы) присваивается короткий номер (3-4- цифры), как будто это номер внутреннего телефона сотрудника. И все сотрудники одной фирмы могут звонить друг другу по этим коротким номерам, но пользуясь при этом мобильными телефонами, либо специальными телефонными аппаратами, подключенными непосредственно к серверам компании, обеспечивающим доступ в Интернет.

Особенность мобильной виртуальной телефонии состоит в том, что в ней отсутствует привязка сотрудника к рабочему месту, к конкретному городу и даже к конкретной стране. Присвоенный сотруднику компании короткий номер «путешествует» с ним везде, вместе с гаджетом и СИМ-картой. В итоге получается сравнимый по ценам аналог IP-телефонии, не требующий от пользователей (и от компаний) вообще ничего, кроме мобильных телефонов (смартфонов, айфонов) и СИМ-карт мобильного оператора.

Итоги

В общем, прогресс не стоит на месте, а конкуренция подстегивает производителей находить все новые и новые удобные способы голосовой и видео связи между сотрудниками корпораций и между обычными людьми.

Да и «старенькие» телефонные компании не стоят на месте, развивая свои сети и переводя их «на цифру» в поисках конкурентоспособных решений, которые будут им позволять успешно «соревноваться» с IP-телефонией.

Переход на новую IP АТС для компании «СВ Фитнес»

Спортивно оздоровительный комплекс СВ Фитнес занимается поддержанием физической формы и здоровья своих посетителей уже 10 лет. Расположенный всего в трех километрах от Москвы, он дает прекрасную возможность заняться спортом и отдохнуть всей семьей.

Переход на современную IP ATC для «ГУЗ Забайкальский краевой онкологический диспансер»

Пожалуй, для каждого человека его здоровье является самым ценным и оберегаемым объектом. Поэтому, уже 70 лет в диспансере оказывается специализированная медицинская помощь онкологическим больным. Постоянно развиваясь, Забайкальский краевой онкологический диспансер оказывает медицинскую помощь на уровне мировых стандартов, предлагая широкий спектр доступных, качественных и высокотехнологичных видов медицинской помощи для пациентов в комфортных условиях.

Обеспечение качественной связью офисов компании «АПИ Воробьевы Горы»

Агентство правовой информации «Воробьевы горы» входит в пятерку лучших Региональных Информационных Центров сети «КонсультантПлюс» г. Москвы.

Общение с клиентами и партнерами компании обеспечивала АТС Panasonic TDE 600, а также 2 полных потока E1. Данная связь не отвечала современным требованиям и желаниям компании. Переход с Облачной телефонии на свою собственную IP АТС компании «Crumb»

Компания «Сrumb» с 2002 года успешно занимаемся производством и укладкой напольных спортивных покрытий. Покрытия изготавливаются из резиновой крошки и полимерного связующего. 14 лет на рынке и более 1,6 млн. м 2 готовых покрытий обеспечивают мощный поток клиентов.

Ежегодная конференция AsterConf 2016

Здравствуйте!

В первую очередь, мы хотели бы поблагодарить всех тех, кто был с нами на конференции, спасибо Вам дорогие участники, мы провели невероятно насыщенный и продуктивный день!

По секрету скажем Вам, форма участия не имеет значения! Главное то, что мы были вместе!

Поехали?)

Основы и принципы IP телефонии

1.Протокол SIP

Один из распространенных протоколов IP-телефонии называется SIP (Session Initiation Protocol); он описан в рекомендациях RFC 2543. SIP регламентирует установление и завершение мультимедийных сессий — сеансов связи, в ходе которых пользователи могут говорить друг с другом, обмениваться видеоматериалами и текстом, совместно работать над приложениями и т.д. SIP очень похож на HTTP, потому что разрабатывался на основе спецификаций HTTP и SMTP.

Рассмотрим архитектуру протокола:

Клиент SIP (SIP user agent) — может быть представлен как устройством (IP -телефон, шлюз или другой пользовательский терминал), так и программным приложением. Обычно SIP-клиент содержит и клиентскую, и серверную часть (User Agent Client, или UAC, и User Agent Server, или UAS). Основные функции данного компонента — инициирование и завершение вызовов.
Прокси-сервер SIP — управляет маршрутизацией вызовов и работой приложения. Прокси-сервер не может инициировать или терминировать вызовы.
Redirect-сервер SIP — перенаправляет звонки согласно заданным условиям.
Сервер регистрации SIP (registrar /location) — осуществляет регистрацию пользователей и ведет базу соответствия имен пользователей их адресам, телефонным номерам и т. д.

С SIP связаны еще три протокола:

RTP (Real Time Transport Protocol) — протокол передачи данных в реальном времени
определяет стандартный формат пакета для доставки звуковых и видеоданных по сети Интернет.
RTCP (Real Time Control Protocol) — протокол, управляющий транспортным протоколом реального времени.
SDP — протокол описания сеанса, описывает исходные параметры потоковых данных.

Отличие между протоколами RTP и RTCP: RTP — его функция доставка фактических данных, а RTCP передает управляющую информацию о качестве работы RTP.

2. Алгоритмы установления SIP соединения

В протоколе SIP реализовано три сценария установления соединеия: с участием прокси-сервера, с участием сервера переадресации и непосредственно между пользователями. Отличаются они в расхождении механизмов search и invite вызываемого абонента. В первом случае эти функции возлагает на себя прокси-сервер, а вызывающему пользователю необходимо знать только постоянный SIP-адрес вызываемого пользователя. Во втором случае вызывающая сторона самостоятельно устанавливает соединение, а сервер переадресации лишь реализует преобразование постоянного адреса вызываемого абонента в его текущий адрес. И, наконец, в третьем случае вызывающему пользователю для установления соединения необходимо знать текущий адрес вызываемого пользователя.

На схеме представлен сценарий соединения с использованием прокси-сервера:

Абонент посылает на прокси-сервер запрос на соединение, отправляя сообщение Invite. Прокси-сервер возвращает сообщение Trying и передает сообщение Invite вызываемому абоненту. Вызываемая сторона отвечает сообщением Ringing, которое прокси-сервер пересылает вызывающей стороне. После того как вызываемый абонент снимет трубку, вызывающей стороне отправляется сообщение ОК, которое транслируется прокси-сервером. Вызываемому абоненту возвращается подтверждающее сообщение Ack.C этого момента соединение считается установленным и начинается обмен медиа-трафиком по протоколам RTP/RTCP. Сторона, желающая завершить соединение, посылает сообщение Bye, и после получения подтверждающего ОК соединение разрывается.

3. Регистрация в SIP

При переходе через типичные сессии SIP абонент на начальном этапе не знает адрес вызываемого. Прокси-серверы помогают выяснить точное местонахождение получателя. Каждый пользователь регистрируется с текущего местоположения сервера регистрации. Приложение отправляет сообщение REGISTER информируя сервер о своем нынешнем месте. Регистратор хранит эту связь (между пользователем и его нынешним адресом) в папке на сервере, который используется другими прокси, чтобы найти пользователей.

4. Reinvite

Первый абонент запрашивает соединение у второго, сообщая свой IP адрес через сервер. Второй отвечает, сообщая свой IP. Голосовые пакеты направляются напрямую абонентам, минуя SIP сервер. Передача голосовых пакетов напрямую абонентам, минуя Asterisk, называется RE-INVITE или Native Bridge.

5. Проблемы SIP

Протокол SIP рассчитан на то, что между сервером и телефоном не будет NAT, т.е. механизма трансляции портов.
Это вызвано тем, что в SDP-заголовках устройство само назначает порты, на которые будет вестись прием медиапотока,
однако при прохождении NAT сам порт будет подменен, а в SDP останется неверная информация.
Такая ситуация приводит к проблеме односторонней слышимости.

Firewalls. В связи с настройками брандмауэра часто бывает невозможно получение входящего RTP траффика между двумя конечными точками. Но так как мы можем изменять поведение брандмауера, то и существуют решения данной проблемы.
Часто фаерволы позволяют входящие UDP пакеты (RTP через UDP в IP стеке) с IP-адреса, если конечная точка за брандмауэром послала UDP пакет на этот адрес в первую очередь. В этом случаях нет никаких проблем, одни из первых RTP пакетов могут быть потеряны, но как только обе стороны начнут отправку RTP, они также будут иметь возможность получать данный трафик.
В других случаях брандмауэр может блокировать трафик на самом деле, в этом случае для маршрутизации трафика между двумя точками необходимо установка так называемого RTP прокси.
NAT. SIP команды содержат IP-адреса в нескольких местах. Так как эти адреса используются для связи RTP, соединение не будет установлено, если конечная точка находится за NAT (Native Address Translation). Это также является серьезной проблемой в Интернете сегодня, и жестким ограничением для SIP. Различные методы были предложены для преодоления проблемы, созданной NAT. Они известны как STUN, ICE и TURN. Основная идея — использовать публичный адрес IP в SIP-сообщениях.NAT может вызвать проблемы в нескольких местах.
Если одна из АТС находится за NAT, другая АТС не сможет связаться с ней, без проброса портов.
Если телефон находится за NAT, голосовые пакеты могут быть направлены на немаршрутизируемый адрес в сети, что приведет к потере звука.
В простейшей ситуации SIP клиент находясь за NAT, обращается к внешнему интерфейсу Asterisk. SIP клиент при регистрации на сервере создает запись в таблице трансляций, которая сохраняется, пока проходит хотя бы один пакет в минуту.
SIP клиенты и Asterisk за NAT
Все усложняется если и Asterisk, и клиенты, находятся за NAT. Клиенты с внешней стороны не смогут получать SIP сообщения и принимать звонки. Или в SIP сообщении будет указан локальный IP адрес телефона, что приведет к потере звука.

6. Кодеки в IP телефонии

Кодеком в IP-телефонии называется алгоритм преобразования голосовой информации в IP-пакеты. Существует большое количество кодеков, которые различаются по качеству передачи исходной голосовй информации и используемой при этом полосы пропускания. Все эти кодеки стандартизованы и поддерживаются большинством VoIP-оборудования.

Кодек (кодер/декодер) трансформирует аналоговый голосовой сигнал в цифровой поток битов, а идентичный кодек на другом конце этого соединения делает обратное - трансформирует цифровой поток битов обратно в аналоговый голосовой сигнал.
В мире VOIP, кодек применяется для кодирования передаваемого голоса по IP сетям. Их еще именуют вокодерами (voice coder - голосовой кодер).
Любой кодек кодирует и сжимает голос с определенной интенсивностью. Потому, при его выборе нужно понимать, что чем более кодек сжимает голос, тем меньшая полоса Интернет необходима, однако, в то же время, качество голоса при раскодировании ухудшается. И наоборот, чем меньше сжатие, тем качественнее звучание и тем больше требуется ресурсов Интернет для его передачи.
Важной разработкой в этой сфере является технология подавления молчания. То есть, при молчании одного из собеседников его пакеты не передаются другому, этим достигается экономия полосы пропускания.

Рассмотрим основные кодеки, используемые в устройствах IP-телефонии.
Кодек G.711.
Рекомендация G.711 описывает кодек, использующий преобразование аналогового сигнала с точностью 8 бит, тактовой частотой 8 кГц и простейшей компрессией амплитуды сигнала. Скорость потока данных на выходе преобразователя составляет 64 Кбит/c (8 бит x 8 кГц). Для снижения шума квантования и улучшения преобразования сигналов с небольшой амплитудой при кодировании используется нелинейное квантование по уровню согласно специальному псевдо-логарифмическому закону. Типичная оценка MOS составляет 4.2. Обычно любое устройство VoIP поддерживает этот тип кодирования.
Кодек G.723.1
Своим появлением данные кодеки обязаны системам мобильной связи. Данный алгоритм преобразования позволяет снизить скорость кодированной информации до 5,3 — 6,3 Кбит/с без заметного ухудшения качества речи. Кодек имеет две скорости и два варианта кодирования: 6,3 кбит/c с алгоритмом MP-MLQ (Multi -Pulse — Multi Level Quantization — множественная импульсная, многоуровневая квантизация) и 5,3 кбит/c с алгоритмом CELP (Code -Excited Linear Prediction — кодирование с линейным предсказанием). Первый вариант предназначен для сетей с пакетной передачей голоса и обеспечивает лучшее качество кодирования по сравнению с вариантом CELP, но менее адаптирован к использованию в сетях со смешанным типом трафика (голос/данные). Оценка MOS составляет 3.9 для MP-MLQ, и 3.7 для CELP.
Кодек имеет функцию VAD (Voice Activity Detector — детектор речевой активности), и обеспечивает генерацию комфортного шума на удаленном конце в период молчания.
Кодек G.726
Рекомендация G.726 основана на алгоритме кодирования ADPCM — адаптивная дифференциальная ИКМ. Этот алгоритм даёт практически такое же качество воспроизведения речи, как и ИКМ, однако для передачи информации при его использовании требуется полоса всего 16-32 кбит/c. Кодек предназначен для использования в системах видеоконференций, в приложениях IP-телефонии этот кодек практически не используется. Оценка по MOS составляет 4.3.
Кодек G.728
Кодек G.728 использует оригинальную технологию с малой задержкой LD-CELP (low delay code excited linear prediction) и гарантирует оценки MOS, аналогичные G.726 при скорости передачи 16 Кбит/c. Предназначен для использования, в основном, в системах видеоконференций. В устройствах IP-телефонии данный кодек применяется достаточно редко.
Кодек G.729
Используется технология CS-ACELP (Conjugate Structure v Algebraic Code Excited Linear Prediction). Содержит VAD и генератор комфортного шума. Скорость кодированного речевого сигнала составляет 8 кбит/c. В устройствах VoIP, VoFR данный кодек занимает лидирующее положение, обеспечивая наилучшее качество кодирования речевой информации при достаточно высокой компрессии
Кодеки, стандартизованные ETSI для применения в системах мобильной связи (GSM ):
Кодек GSM Full Rate (GSM 06.10), утвержден в 1987 году. Это первый, и, скорее всего, наиболее известный из узкополосных кодеков, применяемых в мобильных телефонах по всему миру. Обеспечивает хорошее качество и устойчивую работу в условиях фонового шума (оценка MOS 3.7 в условиях без шума). Скорость образованного цифрового потока составляет 13 Кбит/c. Кодек очень важен для некоммерческих проектов в области IP-телефонии, особенно v для проектов, связанных с открытым распостранением исходных текстов ПО (open source), благодаря возможности бесплатного лицензирования.

Качество голоса в IP-телефонии оценивается по пятибальной шкале единицами субъективной оценки MOS (Mean Opinion Score). Суть MOS заключается в следующем: специально собранной группе людей предоставляют возможность воспользоваться системой связи и просят поставить оценку от 1 (ужасно) до 5 (отлично). Средние данные такого исследования и называются MOS.

Для передачи речи с хорошим качеством целесообразно ориентироваться на MOS не ниже 3,5 баллов.

Кодеки со сжатием и без.

Стандартные голосовые кодеки G.711-ulaw и G.711-alaw не используют сжатия голосового сигнала. При этом ширина канала, которое использует одна голосовая линия составляет 80 кБит/сек. Таким образом, канал в Интернет со скоростью 1 МБит позволит одновременно пропускать до 12-ти одновременных телефонных разговоров.
Кодеки со сжатием, за счет эффективных алгоритмов, позволяют снизить требуемую ширину канала в несколько раз. Например, при использовании кодека G.729 ширина канала для одной линии будет составлять от 25-ти до 35-ти кБит, что в 2-3 раза ниже загрузки линии G.711. Канал в 1 МБит можно будет использовать для пропускания до 25-30-ти одновременных линий.
Кроме того, за счет более низкой требуемой пропускной способности, снижается объем потребления трафика. Это актуально для компаний, где используется канал Интернета с лимитом по объему закачиваемых данных.

7. Протокол IAX2

IAX2 — (Inter -Asterisk eXchange protocol — вторая версия) протокол разработанный компанией Digium, специально для Asterisk, как альтернативный протокол.

IAX2 разработан так, что бы использовать один порт для передачи голоса и сигнализации. Это связано с тем, что при использовании SIP и H.323 двух портов для голоса и сигнализации при длительнои молчании одного абонента брандмакер закрывал порт сигнализации (так как по нему не шли пакеты) и, когда молчавший начинал говорить, то сигнализация не проходила через закрытый порт, а соответственно и его не было слышно собеседнику.

В связи с тем, что IAX2 передает сигнальную информацию в битовых полях, а не текстом, совмещение множества голосовых потоков и передача их внутри единого транка, позволяет существенно снижать сетевой трафик.

Вместо разбора текстовых команд IAX использует двоичные данные, поскольку это — естественный способ связи вычислительных машин друг с другом. Ответы по протоколу IAX отсылаются обратно, откуда бы ни пришли пакеты. IAX передает аудиопакеты лишь с 4 байтами заголовков в каждом, поэтому команды используют очень малую полосу пропускания. Для множества звонков IAX уменьшает объем служебной информации каждого канала, комбинируя данные нескольких каналов в один пакет. Протокол снижает не только число заголовков, но и число пакетов, что особенно важно для беспроводных сетей.

Часто желательно объединить два физических сервера Asterisk по протоколу IAX, чтобы иметь возможность обмениваться вызовами между двумя физическими местоположениями (расстояние между этими точками можем быть ничтожно мало, а может измеряться и километрами). Одно из преимуществ использования протокола IAX для этого -его способность, называемая объединением каналов, в которой используется метод отправки голосовых данных множества звонков под одним заголовком. Для одного или двух одновременных вызовов эффект от этой возможности невелик, но если между двумя точками выполняются десятки или сотни звонков, выигрыш в пропускной способности за счет использования объединения каналов может быть огромным.

8. Конфигурация ip телефона для подключения к сервисам

В меню конфигурации телефона (которые могут быть предоставлены через графический веб-интерфейс пользователя, меню самого телефона или, возможно, посредством использования конфигурационных файлов, хранящихся на сервере) уникальный идентификатор (для примера возьмем 1000) является составной частью мандатов, используемых для процесса аутентификации. Естественно, чтобы соединение было успешным, идентификатор в Asterisk должен совпадать с идентификатором телефонного аппарата. Забавно, что формального названия для этого идентификатора не существует. Мы решили называть его просто уникальным идентификатором.

В последние годы огромную популярность приобрела SIP-телефония. Что это за стандарт связи? Каким образом производится настройка соответствующих программных и аппаратных решений для корректного пользования им? В каких случаях такая связь более выгодна в сравнении с традиционной, осуществляемой через обычный телефон? Сейчас мы изучим эти и другие аспекты.

Терминология

SIP-телефония - что это? Каковы отличительные особенности этой технологии? IP-телефония - это то же самое? Все зависит от методологии классификации стандартов связи, которую мы берем за основу. Основных их сегодня четыре.

Согласно первой, SIP- и IP-телефония - подкатегории более глобального понятия. Какого? Некоторые эксперты называют его "интернет-телефонией", другие - "технологией VoIP", от voice over IP - голос через IP, интернет-протокол. IP-телефония обладает, исходя из данной концепции, отличительным признаком - закрытостью технологий связи. В свою очередь SIP-соединение основано на открытых протоколах соединения.

Вторая методология подразумевает, что SIP-связь - частный вариант более емкого понятия, которым выступает IP-телефония. В свою очередь, если речь идет о закрытых протоколах соединения, то их обычно называют исходя из брендовой принадлежности тех программных и аппаратных решений, которые предлагаются конечному пользователю. Например, Skype, Google Voice и т. д. Таким образом, открытые технологии - это SIP-телефония.

Третья интерпретация гласит, что оба эти вида в процессе естественного развития рынка связи представляют фактически одну и ту же группу технологий, а именно тех, что основаны на преимущественно аппаратных решениях. И потому в большинстве контекстов могут употребляться как синонимы. В свою очередь, они противопоставляются преимущественно программным способам связи - тем же голосовым сервисам Skype и Google.

Четвертая трактовка, в рамках которой идет разграничение понятий SIP- и IP-телефонии, базируется на разности в целях выстраивания соответствующих инфраструктур связи. Как правило, SIP-стандарты позволяют организовывать типично телефонные сети с широким набором функций, связанных с переадресацией, задействованием автоответчика и т. д. IP-телефония позволяет выстраивать инфраструктуру с более широким спектром возможностей. Так, к сети могут подключаться не только телефоны и АТС, но также и системы типа "умный дом" или же те устройства, что принято относить к категории "интернет-вещей".

Отличительные признаки технологии

Каков же безусловный отличительный признак, которым характеризуется интернет-телефония SIP-типа? Вероятно, это та самая открытость, задействование свободных, гибких в настройке протоколов. В связи с этим приведем варианты ответа на вопрос: "SIP-телефония - что это?":

VoIP-связь с открытым протоколом;

IP-телефония, базируемая на свободных технологиях;

Преимущественно аппаратное решение (очень похожее на обычный телефон);

Система, в которой работают типично "телефонного" типа устройства.

Но вместе с тем принимаем во внимание, что каждая из этих трактовок может быть верной (равно как иметь нарекания со стороны IT-экспертов, придерживающихся иных классификаций, которые мы не указали, но они есть). Но базовым критерием можно считать именно первый пункт - где речь идет об открытости технологий связи.

Зачем нужна SIP-телефония?

Разобравшись с особенностями такой технологии, как SIP-телефония (что это такое, каковы её отличительные признаки), мы можем попробовать ответить на вопрос о том, зачем она, в принципе, нужна. Чем она лучше стандартной телефонной связи (если говорить об аппаратных реализациях данной технологии) или Skype, Google Voice (соотносительно с программными решениями)? Эксперты выделяют следующие особенности связи через SIP-протоколы:

1. Тарифы на соединения, как правило, ощутимо ниже, чем при использовании закрытых коммерческих приложений.

2. Более гибкая настройка (в большинстве случаев) SIP-систем, если речь идет о корпоративном использовании. Задействуя современное оборудование и ПО, можно превратить SIP-систему в аналог полноценной АТС. При этом стоимость внедрения соответствующих решений будет несоизмеримо ниже.

3. Возможность приема входящих звонков на стационарный номер. Тот же Skype ориентирован главным образом на интернет-общение пользователей, у каждого из которых загружена программа, и она работает в режиме "онлайн". У них нет в распоряжении телефонного номера в международном формате (если они не заказали себе "виртуальный"). Позвонить на телефон, работающий в SIP-системе, можно и с обычного аппарата, и с сотового. При этом есть два варианта. В рамках первого используется номер доступа, предоставляемый SIP-провайдером, и уникальный идентификатор абонента. Во втором случае к аккаунту пользователя привязывается "виртуальный" прямой номер, выглядящий точно так же, как и стандартный телефонный в международном формате.

Примечательно, что "виртуальный" номер, или же предлагаемый провайдером, не имеют реальной географической привязки. Они могут включать код, характерный для определенной страны или города, но это вовсе не будет означать, что абонент должен в соответствующих координатах находиться.

Преимущества SIP-телефонии

Таким образом, основные преимущества, которыми обладает SIP-телефония для дома или офиса, если сравнивать со стандартной ("аналоговой") связью, таковы:

Более дешевые тарифы (и во многих случаях - оборудование);

Отсутствие "привязки" к конкретному месту (общаться можно везде, где есть интернет).

В свою очередь, плюсы SIP-технологий по сравнению с программными решениями, такими как Skype, следующие:

Более дешевые во многих случаях звонки на обычные телефоны;

Возможность принимать входящие вызовы со стационарных аппаратов.

Принципы работы SIP-телефонии

Как работает SIP-телефония? Настройка SIP-соединения - сложна ли она? Принципы и того и другого очень просты.

Работает данного типа связь так. Абонент регистрирует свой аккаунт у поставщика SIP-телефонии или провайдера. Он получает в распоряжение, как мы уже сказали выше, персональный номер в SIP-системе. Как правило, он пятизначный (но может быть и больше цифр). Как только абонент при помощи специальной программы или же телефонного аппарата, адаптированного к SIP-технологии, подключается к своему аккаунту, он может совершать или принимать звонки.

Что касается исходящих вызовов, здесь все просто: действовать нужно так, как если бы в руках пользователя был обычный телефон (набираем нужный номер в международном формате). С приемом звонков чуть сложнее. Есть две схемы - с применением виртуального телефонного номера и без него. В чем разница? В первом случае мы покупаем номер у того же провайдера или иного поставщика, специализирующегося на их продаже (или, что чаще, берем его в "аренду" на условиях абонплаты), а затем делаем с него перенаправление на SIP-номер. Структура последнего выглядит так: сначала идет указываемый в международном формате номер доступа, который принадлежит провайдеру. Например, такой: +7 495 7776675 (популярный ныне Zadarma). Затем - "добавочный" и одновременно персональный номер абонента. В случае с Zadarma он обычно пятизначный. Между основным и вторым номером при программных настройках перенаправления обычно ставятся знаки паузы - p.

Дозвониться, таким образом, можно через виртуальный номер - тогда вызов автоматически перенаправится на аккаунт. Или же используем номер доступа провайдера, плюс добавочный - тот, что привязан к аккаунту абонента. При условии, разумеется, что человек находится в режиме онлайн посредством программы или аппарата, которые поддерживают SIP-звонки.

Возможности SIP-телефонии

Каким образом полезные опции SIP-телефонии можно задействовать на практике? Вариантов здесь очень много. Рассмотрим пример, когда SIP-номер можно использовать в зарубежной командировке в качестве прекрасной альтернативы дорогим звонкам с использованием обычного телефона.

SIP-операторы, работающие в России, налаживают тесное сотрудничество с зарубежными. И потому их абоненты могут использовать все преимущества соответствующей технологии связи, находясь за границей. Это возможно, в частности, благодаря внедрению в международную практику такого элемента, как код SIP-сервера.

Код SIP-сервера

Что это такое? Дело в том, что он позволяет российскому абоненту, находящемуся на территории другой страны, звонить к себе домой, используя номер местного провайдера, а не того, что ведет деятельность в РФ.

Простой пример. Мы находимся, скажем, в Италии. Предположим, нам нужно позвонить в Россию на SIP-номер друга (при условии, что под рукой - только стационарный, например, гостиничный, телефон). Мы можем совершить звонок двумя способами:

1. Набрать номер друга, используя российский код доступа провайдера. Если это Zadarma, то цифры таковы: + 7 495 7776675. А затем вводим пятизначный номер абонента. Но это, скорее всего, обойдется нам очень дорого. Звонки из Западной Европы в Россию не отличаются дешевизной.

2. Позвонить другу, используя вместо российского номера доступа аналогичный - но для местного провайдера. И в сочетании с кодом SIP-сервера Zadarma. Номер доступа местного провайдера можно узнать, задействуя ресурсы соответствующего направления - там можно указать страну и город, где мы находимся. Предположим, мы в Турине. И тогда подходящим вариантом будет такой: +39-011-19887800. Код SIP-сервера для Zadarma мы узнаем там же, в каталоге. Он четырехзначный и достаточно легко запоминающийся - 9791.

Как звонить? Сначала набираем туринский номер доступа. Затем выдерживаем небольшую паузу и вводим код SIP-сервера Zadarma. А после - пятизначный номер аккаунта нашего друга.

Международный звонок даром

Очень важный момент, волнующий человека, обратившего свой взор на такую технологию, как SIP-телефония, - тарифы на звонок. Какими они будут? Скорее всего, самыми низкими. Поскольку мы звоним из гостиницы в Турине на номер в этом же городе, то связь, скорее всего, будет бесплатной. Перенаправление с итальянского номера доступа на российский код SIP-сервера, в соответствии с межкорпоративными соглашениями, не тарифицируется. Входящий вызов на номер друга, вероятно, также бесплатен (если он не задействует перенаправление). В итоге за звонок мы либо вообще не платим, либо оплачиваем совсем небольшой счет за локальный вызов на туринский номер, который нам может выставить гостиница. Мы имеем дело с уникальным явлением: в нашем распоряжении международная, и притом с высокой вероятностью бесплатная, SIP-телефония.

Номера типа iNUM

Выше мы сказали, что дозвониться абоненту, не используя телефон доступа провайдера, который может казаться не очень удобным, можно, задействуя "виртуальный" номер. Однако с относительно недавнего времени российским пользователям доступен еще и третий вариант совершения звонков. Он подразумевает задействование "глобального" телефонного номера iNUM. В чем его специфика?

Номер iNUM введен в пользование международной организацией ITU. В принципе, его можно считать разновидностью виртуального номера. Он всегда начинается с кода +883 (510), и это правило является одинаковым для всех абонентов, подключенных к нему, независимо от их гражданства и страны фактического нахождения. Номера iNUM могут выдавать локальные операторы SIP-телефонии.

Следует отметить, что тарификация исходящих звонков на iNUM со очень непривлекательна. Во многих случаях выходит дешевле, если у человека - национальный телефонный номер. И потому вариант с iNUM целесообразно задействовать, только если вызывающим абонентом используется программа для SIP-телефонии или же SIP-аппарат. Идеальный вариант - если оба подключены к одному и тому же провайдеру. Но даже если это и не так - не критично. Тарифы на подобные звонки у провайдеров не такие высокие, как у операторов стационарной связи, таких как МТС или "Ростелеком". SIP-телефония, как мы уже сказали в самом начале, характеризуется прежде всего более низкими расходами на связь, по сравнению с традиционными технологиями. В некоторых случаях тарифы на звонки на номера iNUM достаточно невысоки у VoIP-сервисов - того же Skype, Google и их многочисленных аналогов.

SIP-телефония и аппаратные решения

Изучим такой аспект, как использование возможностей SIP-связи при помощи аппаратных методов. Какие решения здесь можно задействовать? Эксперты называют три следующие группы:

1. Использование SIP-приложений для мобильных устройств. В этом случае аппаратной реализацией технологии будет служить смартфон или планшет. Все, что нужно для осуществления сеансов связи, - это устойчивый доступ к интернету. При этом скорость необязательно должна быть высокая. Как правило, для качественной голосовой связи достаточно канала в 100-200 Кбит/сек. Наилучшую устойчивость дадут Wi-Fi-соединение (при условии, что оно "раздается" роутером, подключенным к DSL или оптоволоконному каналу), а также 3G и 4G-стандарты.

2. Использование SIP-аппаратов. Внешне они выглядят в точности так же, как и привычные аналоговые телефоны. Настройка SIP-доступа производится (несмотря на отсутствие в большинстве случаев программных интерфейсов) достаточно легко - согласно прилагаемому руководству, а также инструктажам с сайта провайдера. При выборе соответствующего аппарата важно приобрести тот, что совместим с технологией доступа к интернету. Большинство современных телефонов используют Wi-Fi-связь.

3. Использование SIP-адаптеров. Эти устройства обеспечивают функцию "посредника" между обычными, аналоговыми, телефонами и интернет-каналом (чаще всего в виде того же Wi-Fi-соединения). Некоторые их модели поддерживают одновременное подключение нескольких телефонных аппаратов.

Безусловно, можно воспользоваться очень многими возможностями SIP-телефонии и при помощи компьютера, подключенного к интернету. Соответствующие программы позволяют совершать и принимать звонки в процессе общения с другими SIP-абонентами или людьми, пользующимися обычным телефоном.

Главное условие функциональности всех трех форматов связи - наличие стабильного соединения с интернетом. Оптимальный вариант - одна из современных проводных технологий. Также можно задействоваться мобильное устройство в зоне покрытия сотового оператора с хорошим уровнем сигнала и поддержкой высокоскоростных стандартов доступа к Сети.

Следует также отметить универсальность такой технологии, как SIP-телефония. Что это не только стандарт связи, но и полноценный механизм для организации общения в рамках большого (и не очень) офиса, дома, прекрасный инструмент экономии при поездках за рубежом, для общения с друзьями и деловыми партнерами в других странах - вы убедитесь сразу же!

Большинство современных провайдеров предлагают варианты не только с приемом и переадресацией звонков, но также и с тем, чтобы записывать голосовые сообщения, распределять входящие вызовы по адресам, использовать автоответчики, задействовать функции "обратного звонка" и другие полезные возможности. При этом качество связи в большинстве случаев не уступает тому, что достигается на самых современных цифровых телефонных линиях.