Перспективы развития IP телефонии в г. Бийске на примере телекоммуникационной компании Мегаполис-лай...

Введение в IP телефонной

Я ставлю перед собой задачу раскрыть перспективы развития IP телефонии в г. Бийске на примере телекоммуникационной компании Мегаполис-лайн.

Что такое телефония знает не только каждый взрослый человек, но даже любой ребенок. Существенно меньшее количество людей могут толково объяснить, что такое Интернет. И уж совсем немногие знают, что скрывается под термином «Интернет-телефония». Хотя понятно, что с точки зрения словообразования, новый термин получился путем соединения двух старых: «Интернет» и «телефония». Отсюда следует достаточно простое определение Интернет-телефонии (Интернет-телефонии, как часто пишут в последнее время) – это технология передачи телефонных речевых сообщений по сети Интернет.

Работа устройств в сети Интернет осуществляется с использованием специального Интернет-протокола (Internet Protoсol – IP). В настоящее время протокол IP используется не только в сети Интернет, но и в других сетях передачи данных с пакетной коммутацией (локальных, корпоративных, региональных и др.). И во всех этих сетях, в принципе, имеется возможность передавать речевые сообщения  с использованием пакетов данных. Такой способ передачи речи и получил название IP-телефония (произвносится «Айпи-телефония»). За рубежом обычно употребляется аббревиатура VoIP-Voict over IP, хотя часто используют более узкий термин «Интернет-телефония».

Интерес различных субъектов ранка телекоммуникационных услуг (операторов связи, провайдеров Интернет, производителей оборудования и пользователей) к данному виду связи необычайно возрос в последние годы в связи с разработкой новых стандартов и протоколов, когда IP-телефонный разговор вплотную приблизился по качеству к телефонному разговору по «классическим» телефонным сетям. Этот интерес объясняется тем, что IP-телефония позволяет существенно экономить требуемую полосу пропускания каналов, что неизбежно ведет к снижению тарифов, особенно на междугородные и международные телефонные разговоры.

Большие темпы роста объема трафика IP-телефонии за последние годы (150-200%), его доля в США составляет около одного процента от трафика классической телефонии, а во всем мире и того меньше. Даже  учетом всех оптимистических прогнозов операторы сетей связи и в перспективе будут получать основную прибыль от предоставления услуг телефонных сетей с коммуникацией каналов.

IP-телефония – не панацея для решения всех коммуникационных проблем. Но в то же время ее использование позволяет предлагать пользователям совершенно новые, возможные для традиционной телефонии сервисы и приложения. Да и сам фактор экономии затрат на телефонную связь играет не последнюю роль даже с учетом более низкого, но приемлемого, качества передачи разговора. Все это говорит о том, что технология IP-телефонии по большому счету выгодна всем: и пользователям, и операторам сетей, и производителям оборудования.

В международных организациях и форумах идет непрерывная разработка новых стандартов и протоколов, связанных с передачей речи по сетям с пакетной коммутацией. Производители аппаратного и программного обеспечения регулярно представляют на рынок свои новые продукты. За последние год-полтора редкий номер отечественных коммуникационных журналов обходится без статьи, затрагивающий технологию IP-телефонии. За рубежом издано несколько монографий, посвященных данной тематике, в сети Интернет имеется огромное количество сайтов, содержащих информацию по IP-телефонии. Все это говорит о перспективности данной технологии.

В России до сих пор не издано ни одной монографии, посвященной технологии IP-телефонии. В этих условиях авторы поставили перед собой задачу обобщения и систематизации информации по данной тематике. Трудность ее решения обусловлена, с одной стороны, огромным объемом имеющихся нормативных, технических и аналитических материалов, а с другой стороны, - неустоявшейся терминологией, быстрой сменой технических решений и непрерывным появлением новых промышленных разработок.

I.                  Общие принципы.

Сеть Интернет и протокол IP.

Точное определение термина «Интернет» было дано в октябре 1995г. федеральным Сетевым Советом США (FNC или Federal Networking Counsil).

Создатели технологии Интернет исходили из двух основополагающих соображений:

- невозможно создать единую физическую сеть, которая позволит удовлетворить потребности всех пользователей;

- пользователям нужен универсальный способ для установления соединений друг с другом.

Для соединения двух и более сетей в сети Интернет используются маршрутизаторы (routers) – компьютеры, которые физически соединяют сети друг с другом и с помощью специального программного обеспечения передают пакеты из одной сети в другую.

Технология Интернет не навязывает какой-то определенной топологии межсетевых соединений. Добавление новой сети к сети Интернет не влечет за собой ее подсоединения к некоторой центральной точке коммутации или установке непосредственных физических соединений со всеми уже входящими в сеть Интернет сетями. Маршрутизатор «знает» топологию сети Интернет за пределами тех физических сетей, которые он соединяет, и, основываясь на адресе сети назначения, передает пакет по тому или иному маршруту. В сети Интернет используются универсальные идентификаторы подсоединенных к ней компьютеров (адреса), поэтому любые две машины имеют возможность взаимодействовать друг с другом. В Интернете также должен быть реализован принцип независимости пользовательского интерфейса от физической сети, то есть должно существовать множество способов установления соединений и передачи данных, одинаковых для всех физических сетевых технологий.

Сеть Интернет скрывает детали соединений сетей между собой, поэтому с точки зрения конечных пользователей и по отношению к прикладным программам сеть Интернет представляет собой единую виртуальную сеть, к которой подсоединены все компьютеры – независимо от их реальных физических соединений (рис. 1). Каждый компьютер должен иметь программное обеспечение доступа к сети Интернет, которое позволяет прикладным программам использовать сеть Интернет как одну физическую сеть.

Рис. 1 Сеть Интернет с точки зрения пользователя

Фундаментальным принципом Интернет является равнозначность всех объединенных с ее помощью физических сетей: любая система коммуникаций рассматривается как компонент Интернет, независимо от ее физических параметров, размеров передаваемых пакетов данных и географического масштаба. На рис. 2 использованы одинаковые обозначения для любых физических сетей, объединенных  в сеть Интернет.

Рис. 2 Внутренняя структура сети Интернет

Универсальная сеть Интернет строится на основе семейства протоколов IP.

Сетевой уровень – основа стека протоколов IP. Именно на этом уровне реализуется принцип межсетевого соединения, в частности маршрутизация пакетов по сети Интернет. Протокол IP – основной протокол сетевого уровня, позволяющий реализовывать межсетевые соединения. Протокол IP определяет базовую единицу передачи данных в сети Интернет. Программное обеспечение уровня IP выполняет функции маршрутизации, выбирая путь данных по соединениям физических сетей. Для определения маршрута поддерживаются специальные таблицы; выбор осуществляется на основе адреса сети, к которой подключен компьютер-адресат. Протокол IP определяет маршрут отдельно для каждого пакета данных. Он задает непосредственное отображение данных на нижний физический уровень передачи и реализует тем самым высокоэффективную доставку пакетов.

Терминология.

В технической литературе используется три основных термина для обозначения технологии передачи речи по сетям с пакетной коммутацией на базе протокола IP (Internet Protocol):

- IP- телефония (IP Telephony);

- голос по IP-сетям (Voice over IP-VoIP);

- Интернет-телефония (Internet Telephony).

Хотя терминология в области IP-телефонии не устоялась окончательно, попробуем все-таки внести некоторую ясность.

Под IP-телефонией будем понимать технологию, позволяющую использовать любую сеть с пакетной коммутацией на базе протокола IP (например, сеть Интернет) в качестве средства организации и ведения международных, междугородных и местных телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени.

За рубежом технология передачи голосовой информации с использованием протокола IP имеет устоявшееся название Voice over IP (VoIP). В отношении сервисов и технологий между IP-телефонией и VoIP нет никакой разницы. Различные производители могут предпочитать один или другой термин либо использовать их в равной степени. С точки же зрения сетевых решений «IP-телефония», безусловно, - термин более содержательный.

Интернет-телефония – это частный случай IP-телефонии, когда в качестве каналов передачи пакетов телефонного трафика либо от абонента к оператору, либо на магистрали (либо на обоих названных участках) используются обычные каналы сети Интернет).

Спор о терминах в области IP-телефонии до сих пор не решен на международном уровне. Так организаторы семинара Международного союза электросвязи (ITU), посвященного IP-телефонии (Женева, 14-16 июня 2000г.), выступила с предложением считать IP-телефонию общим понятием, включающим Интернет-телефонию и VoIP.

IP-телефония – это самостоятельная услуга по передаче голоса, представляющая собой более дешевую альтернативу традиционной телефонии.

IP-телефония – наиболее простая для реализации услуга из пакета услуг, включая передачу данных и видео по протоколу IP. Более того, передача голоса – не самая значительная составляющая этого пакета услуг. IP-телефония будет способствовать повсеместному распространению электронной торговли.

Принципы пакетной передачи речи, их преимущества.

«Классические» телефонные сети основаны на технологии коммутации каналов (рис. 3), которая для каждого телефонного разговора требует выделенного физического соединения. Следовательно, один телефонный разговор представляет собой одно физическое соединение телефонных каналов. Основным недостатком телефонных сетей с коммутацией каналов является неэффективное использование полосы канала – во время пауз в речи канал не несет никакой полезной нагрузки.

Переход от аналогов к цифровым технологиям стал важным шагом для возникновения современных цифровых коммуникационных сетей. Одним из таких шагов в развитии цифровой телефонии стал переход к пакетной коммутации. В сетях пакетной коммутации по каналам связи передаются единицы информации, которые не зависят от физического носителя. Такими единицами могут быть пакеты, кадры или ячейки (в зависимости от протокола), но в любом случае они передаются по разделяемой сети (рис. 4).

В сетях на основе протокола IP все данные – голос, текст, видео, компьютерные программы или информация в любой другой форме – передаются в виде пакетов. Любой компьютер и терминал такой сети имеет свой уникальный IP-адрес, и передаваемые пакеты маршрутизируются к получателю в соответствии с этим адресом, указываемом в заголовке. Данные могут передаваться одновременно между многими пользователями и процессами по одной и той же линии. При возникновении проблем IP-сети могут изменять маршрут для обхода неисправных участков. При этом протокол IP не требует выделенного канала для сигнализации.

Процесс передачи голоса по IP-сети состоит из нескольких этапов.

На первом этапе осуществляется оцифровка голоса. Затем оцифрованные данные анализируются и обрабатываются с целью уменьшения физического объема данных, передаваемых получателю. Как правило, на этом этапе происходит подавление ненужных пауз и фонового шума, а также компрессирование.

На следующем этапе полученная последовательность данных разбивается на пакеты и к ней добавляется протокольная информация – адрес получателя, порядковый номер пакета на случай, если они будут доставлены не последовательно, и дополнительные данные для коррекции ошибок. При этом происходит временное накопление необходимого количества данных для образования пакета до его непосредственной отправки в сеть.

Операторы сетей с пакетной коммутацией получают преимущества, присущие разделяемой инфраструктуре электросвязи по самой ее природе. Проще говоря, они могут продать больше, чем в действительности имеют, основываясь на статистическом анализе работы сети. Поскольку предполагается, что абоненты не будут круглосуточно и ежедневно задействовать всю оплаченную полосу, можно обслужить больше абонентов, не расширяя магистральную инфраструктуру. Оборот и прибыль при этом увеличиваются.

Иными словами, абонент, оплативший полосу 64 кбит/с, использует канал в среднем лишь на 25%. Следовательно, оператор способен продать имеющийся у него ресурс в четыре раза большему числу пользователей, не перегружая свою сеть. Такой сценарий выгоден обеим сторонам – и клиенту, и продавцу, - поскольку оператор увеличивает свои доходы и уменьшает абонентскую плату за счет снижения издержек. Это выигрышное решение уже признано в мире передачи данных, а теперь начинает использоваться и на рынке телефонии.

Полоса пропускания напрямую зависит от загруженности сети Интернет пакетами, содержащими данные, голос, графику и т.д., а значит, задержки при прохождении пакетов могут быть самыми разными. При использовании выделенных каналов исключительно для голосовых пакетов можно гарантировать фиксированную (или почти фиксированную) скорость передачи. Ввиду широкого распространения сети Интернет особый интерес вызывает реализация системы Интернет-телефонии, хотя следует признать, что в этом качество телефонной связи оператором не гарантируется.

Для того, чтобы осуществить междугородную (международную) связь с помощью телефонных серверов, организация или оператор услуги должны иметь по серверу в тех местах, куда и откуда планируются звонки. Стоимость такой связи на порядок меньше стоимости телефонного звонка по обычным телефонным линиям. Особенно велика эта разница для международных переговоров.

Общий принцип действия телефонных серверов Интернет-телефонии таков: с одной стороны, сервер связан с телефонными линиями и может соединиться с любым телефоном мира. С другой стороны, сервер с Интернетом и может связаться с любым компьютером в мире. Сервер принимает стандартный телефонный сигнал, оцифровывает его (если он исходно не цифровой), значительно сжимает, разбивает на пакеты и отправляет через Интернет по назначению с использованием протокола IP. Для пакетов, приходящих из сети на телефонный сервер и уходящих в телефонную линию, операция происходит в обратном порядке. Обе составляющие  операции (вход сигнала в телефонную сеть и его выход из телефонной сети) происходит практически одновременно, что позволяет обеспечить полнодуплексный разговор.

Поскольку оператор представляет некоторый сервис и берет за него деньги, он обязан гарантировать его качество. Даже если клиент согласен (хотя в условиях жесткой конкуренции на рынке телекоммуникаций это маловероятно) время от времени мириться с не очень высоким уровнем качества, он может предъявить претензии в случае серьезных или длительных проблем. Как бы то ни было, оператор вынужден следить за качеством предоставляемых услуг, для чего в случае их масштабного предоставления ему требуется соответствующая аппаратура и программное обеспечение, которое достаточно дорого и имеется не во всех точках сети.

С точки зрения масштабируемости  IP-телефония представляется вполне законченным решением. Во-первых, поскольку соединение на базе протокола IP может начинаться (и заканчиваться) в любой точке сети от абонента до магистрали. Соответственно, IP-телефонию в сети можно вводить участок за участком, что, кстати, на руку и с точки зрения миграции. Для решения IP-телефонии характерна определенная модульность: количество и мощность различных узлов – шлюзов, gatekeeper («привратников» - так в терминологии VoIP именуются серверы обработки номерных планов) – можно наращивать практически независимо, в соответствии с текущими потребностями.

II.   История развития IP-телефонии.

Существует мнение, что концепция передачи голоса по сети с помощью персонального компьютера зародилась в Университете штата Иллинойс (США). В 1993г. Чарли Кляйн выпустил в свет первую программу для передачи голоса по сети с помощью персонального компьютера Maven. Одновременно одним из самых популярных мультимедийных приложений в сети стала программа видеоконференций CU-SeeMe для компьютеров Macintosh (Mac), разработанная в Корнельском университете.

Страницы: 1, 2