Ж у р н а л   о   к о м п ь ю т е р н ы х   с е т я х   и   т е л е к о м м у н и к а ц и о н н ы х   т е х н о л о г и я х
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК: ПОДПИСКА НА НОВОСТИ: НОМЕР:
    ДОМОЙ • Архив: Новостей | Конференций | НомеровПодписка
 
   
 
   
    
РЕДАКЦИЯ
 
Все о журнале
Подписка
Как проехать
Где купить
Отдел рекламы
График выхода журнала
Адреса в Интернет

РУБРИКАТОР
   
• Инфраструктура
• Информационные
   системы

• Сети связи
• Защита данных
• Кабельные системы
• Бизнес
• Колонка редактора
• Электронная
   коммерция

• Только на сервере
• Системы
   учрежденческой
   связи

• Новые продукты


Rambler's Top100

  

IP-телефония “седлает” радиоволну

Горан Эрикссон, Биргитта Олин, Кристер Сванбро, Далибор Турина

Сегодня объем трафика данных, передаваемых по сетям общего пользования, вплотную приблизился к объему телефонного трафика, а по некоторым оценкам и превысил его. Со стремительным ростом таких сегментов рынка, как передача данных и беспроводная телефония (рис. 1), становится ясно, что интеграция мобильной связи и Интернет-коммуникаций — основная движущая сила развития систем беспроводной связи третьего поколения, которые призваны обеспечить скорости передачи информации как минимум 144 Кбит/с (384 Кбит/с) в любых условиях и до 2 Мбит/с при небольшой скорости перемещения абонента и внутри помещений.

Процесс стандартизации беспроводных систем связи третьего поколения активно идет во всех регионах мира. Эти системы, известные под названиями IMT-2000 (МСЭ-Т), UMTS и EDGE (ETSI/3GPP), значительно расширят диапазон услуг, доступных в системах второго поколения (GSM, PDC, TDMA и CDMA). Основой новых услуг станет высокоскоростная пакетная передача данных, которая будет использоваться, в частности, для беспроводного доступа в Интернет. Предполагается поддержка и высокоскоростной передачи данных по коммутируемым каналам — скажем, для передачи видео в реальном времени.

UMTS

Стандартизация Универсальной системы мобильной связи (UMTS) осуществляется в рамках Партнерского проекта по системам третьего поколения (3GPP); в нем участвуют такие организации, как Европейский институт телекоммуникационных стандартов (ETSI) и Ассоциация радиопромышленности и вещания (ARIB, Япония). Базовой технологией радиодоступа для систем UMTS/IMT-2000 во всех основных регионах мира будет технология широкополосного многостанционного доступа с кодовым разделением каналов (WCDMA).

Интерфейс наземного радиодоступа UTRA (UMTS Terrestrial Radio Access) предусматривает возможность работы в дуплексном режиме с разделением как по частоте (FDD), так и по времени (TDD). Первый режим основан исключительно на технологии WCDMA, в то время как второй включает в себя дополнительный компонент, реализующий многостанционный доступ с разделением по времени (TDMA).

Системы WCDMA на основе широкополосной технологии прямой последовательности (DS-CDMA) полностью поддерживают требования UMTS и IMT-2000 по обеспечению скоростей 384 Кбит/с при территориально распределенном покрытии и 2 Мбит/с при локальном. Важными функциями WCDMA являются:

· поддержка межчастотного хендовера, необходимого для высокоемкой иерархической структуры сот (HCS);

· поддержка технологий увеличения емкости, таких, как адаптивные антенны и многопользовательское детектирование;

· гибкие сервисные возможности, позволяющие эффективно использовать спектр для поддержки как существующих приложений, так и тех, что появятся в будущем;

· эффективное обслуживание приложений с неравномерным трафиком посредством использования усовершенствованного режима передачи пакетов.

Отметим также, что системы WCDMA обеспечивают эффективную поддержку услуг мультимедиа, позволяя предоставлять множество услуг по одному соединению.

EDGE

Концепция EDGE (Enhanced data rates for GSM and TDMA/136 evolution) принята Институтом ETSI и Всемирным консорциумом по универсальным беспроводным коммуникациям (UWCC) в качестве основы для миграции сетей GSM и TDMA к беспроводным системам связи третьего поколения. Соответствуя требованиям IMT-2000, EDGE способна обеспечить развертывание служб передачи данных со скоростями до 384 Кбит/с и поэтому может служить хорошим дополнением к сетям радиодоступа UMTS.

Процесс стандартизации EDGE разделен на два этапа. На первом акцент был сделан на разработку технологий EGPRS (Enhanced GPRS) и ECSD (Enhanced Circuit-Switched Data). Соответствующие стандарты появились в 1999 г. На втором этапе (2000 г.) будут определены шаги по усовершенствованию реализации служб мультимедиа и реального времени. Кроме того, планируется согласовать приложения и интерфейсы EDGE и UMTS, что позволит системам обоих типов использовать единую магистральную инфраструктуру.

IP-приложения реального времени — по радио

Если с помощью технологий радиодоступа второго поколения стало возможным масштабное коммерческое внедрение мобильной телефонии, то технологии третьего поколения позволят выйти далеко за рамки традиционной телефонии. Общие, основанные на протоколе IP транспортные службы и сервисные платформы будут основой для предоставления мобильным абонентам множества интерактивных услуг и услуг реального времени: по передаче речи и видео, дистанционному наблюдению, интерактивному доступу к Web-сайтам и т. д. В данной статье основное внимание уделяется вопросам, связанным с речевыми услугами.

Речевые услуги, предоставляемые беспроводными системами третьего поколения, должны обеспечивать, как минимум, тот же уровень качества связи и эффективности использования спектра, что и современные системы второго поколения. Основная задача — реализовать это на основе IP-транспорта. Главным преимуществом использования IP-технологии является большая гибкость в представлении услуг — IP устраняет зависимость между приложением и архитектурой сети доступа и значительно расширяет возможности по созданию новых приложений. До последнего времени сотовые сети связи были оптимизированы по двум характеристикам — качество передачи речи и эффективность использования спектра. Сегодня добавляется третья — гибкость предоставления IP-услуг (рис. 2).

При реализации таких услуг, как беспроводная IP-телефония (VoIPoW), обеспечение определенного уровня качества связи и высокой эффективности использования спектра — проблема очень непростая. Достаточно сказать, что, загружая радиоинтерфейс IP-пакетами, мы значительно увеличиваем долю служебной информации, что, естественно, снижает эффективность использования спектра.

Сетевая архитектура

Основными компонентами системы передачи речи по IP являются два абонентских терминала с речевыми IP-приложениями и сеть, обеспечивающая сквозную передачу информации между ними (рис. 3). Терминалы обмениваются речевыми пакетами с помощью транспортного протокола реального времени (RTP), стандартизованного Инженерной проблемной группой Интернет (IETF).

В некоторых случаях терминалы могут устанавливать и поддерживать соединение без участия третьей стороны. Но они не в состоянии сделать это сами, например когда им неизвестны IP-адреса друг друга или они используют разные речевые кодеки. В подобных случаях необходимы специальные управляющие элементы, обеспечивающие маршрутизацию вызовов и согласование параметров абонентских терминалов. В традиционных телекоммуникациях функции управления вызовами выполняют, например, центры коммутации мобильной связи GSM. Для IP-сетей предложено два основных метода управления вызовами: один базируется на разработанной МСЭ-Т рекомендации H.323, другой — на предложенном IETF протоколе SIP (Session Initiation Protocol).

Стандарт H.323 определяет процедуры передачи аудио, видео и данных по сетям с коммутацией пакетов. Он содержит описание целого стека протоколов, таких, как H.225 для сигнализации и H.245 для регистрации, контроля доступа и состояния мультимедиа-коммуникаций. Системы H.323 могут использовать и некоторые протоколы IETF, скажем RTP или протокол резервирования ресурсов RSVP.

Кроме абонентских терминалов, архитектура H.323 также определяет использование привратников (gatekeepers), шлюзов и устройств управления многоточечными конференциями. Для нас наиболее интересны привратники и шлюзы — в совокупности они представляют собой сервер IP-телефонии. Привратник H.323 является контролирующим блоком, который выполняет функции управления вызовами с использованием протокола Q.931. Последний применяется также в системах GSM и ISDN.

Протокол SIP — это лишь один компонент предложенной IETF архитектуры, альтернативной архитектуре H.323. К другим ее компонентам относятся протоколы SDP (Session Description Protocol), SAP (Session Announcement Protocol) и RTCP (Real-Time Control Protocol).

Разработанные для инициации сеанса связи и установления соединения, протоколы SIP и SDP (в отличие от H.323 и GSM/ISDN) не обеспечивают полноценного управления вызовами. Сервер SIP осуществляет лишь маршрутизацию вызовов и определение/преобразование адресов, при этом речи об управлении устройствами не идет. Тем не менее функциональность этого сервера (сервера IP-телефонии) может быть дополнена другими службами, например по транскодированию. Идея SIP заключается в распределении управления вызовами по нескольким устройствам, причем в процессе координации их работы центральную роль играет абонентский терминал (подробнее о SIP см.: Сети и системы связи. 1999. № 13. С. 92.).

Резюмируя сказанное, можно отметить, что в системах IP-телефонных коммуникаций два терминала обмениваются по IP-сети речевыми сообщениями, инкапсулированными в RTP. Обмен управляющей сигнализацией осуществляется либо непосредственно между терминалами, либо через другие сетевые устройства (сервер IP-телефонии), которые устанавливают и поддерживают сеансы связи в соответствии с H.323 или SIP. Как протокол SIP, так и технология H.323 поддерживают сквозные решения — в них сеть функционирует исключительно как транспорт. В таком случае агент SIP или H.323 при необходимости может обеспечивать услуги транскодирования для оконечных устройств (абонентских терминалов).

Мобильный терминал третьего поколения с доступом в сотовую сеть UMTS/WCDMA или EDGE будет поддерживать полноценное приложение IP-телефонии на основе SIP или H.323. Кроме того, клиенты IP-телефонии, по-видимому, будут иметь адаптивный кодек с поддержкой множества скоростей передачи. Сама же сеть, помимо базового доступа с коммутацией пакетов, обеспечит адаптацию параметров среды передачи, маршрутизацию вызовов и аутентификацию абонентов и услуг.

Качество обслуживания в сотовой сети

Общее восприятие абонентом качества обслуживания (QoS) представляет собой некую суммарную оценку, на которую влияют множество различных компонентов коммуникационной системы. В типичном сеансе связи в системе UMTS или GSM/EDGE фаза передачи через сеть радиодоступа — это только часть общего взаимодействия “из конца в конец”. Поэтому, даже если сеть радиодоступа предоставляет отличное качество обслуживания, нет никаких гарантий того, что общая оценка абонентами качества услуг или работы приложения будет хорошей.

Транспортные службы в сетях UMTS и GSM/EDGE

Поскольку в системах беспроводной связи частотный спектр является поистине бесценным ресурсом, при их реализации целесообразно использовать концепцию специализированного (индивидуального) качества обслуживания: требуемое качество обслуживания обеспечивается индивидуально для каждого соединения с минимизацией затрачиваемых спектральных ресурсов.

Чтобы гарантировать заданный уровень качества обслуживания, на всем маршруте прохождения трафика, от источника вызова до пункта назначения, организуются транспортные службы (bearer service) с четко определенными характеристиками и функциями. Каждая такая служба выполняет свои задачи через службы более низких уровней.

Классифицируя потоки трафика в сети, мы можем определить для UMTS и GSM/EDGE четыре класса прикладных услуг. Услуги первого класса — разговорные — используются для взаимодействия в режиме реального времени, скажем для передачи речи по IP или видеоконференц-связи. Здесь важно обеспечить малые значения задержки и ее вариации. К услугам второго класса — потоковым — относятся потоковые аудио- и видеоприложения в реальном времени. В отличие от услуг разговорного класса они использует передачу информации в одном направлении. Типичными услугами третьего класса — интерактивными — являются просмотр Web-страниц и доступ по Telnet. Их основная характеристика — взаимодействие по схеме “запрос—ответ”, что накладывает жесткие требования на величину круговой задержки. Кроме того, для всех сеансов передачи данных должно поддерживаться низкое значение частоты появления ошибок. Услуги четвертого класса — фоновые — предоставляются по принципу best-effort. К ним относятся электронная почта, служба коротких сообщений (SMS) и передача файлов. В этом случае тоже важен низкий показатель частоты ошибок, но требования к задержкам уже не столь жесткие.

Транспорт для каждого класса услуг может конфигурироваться таким образом, чтобы при условии выполнения требований конкретного класса к качеству обслуживания оптимизировать эффективность использования радиосети.

Для предоставления услуг через сеть радиодоступа используются разные транспортные службы (Radio-Access Bearer — RAB), каждой из которых поставлен в соответствие свой набор атрибутов, специфицирующих требуемое качество и информирующих о характеристиках потока. Эта информация необходима для предоставления соединения необходимого качества и эффективного использования спектра. Примерами атрибутов RAB могут служить класс услуг, гарантированная скорость передачи, задержка передачи, остаточная частота битовых ошибок (BER), приоритет обработки трафика.

Защита от ошибок и задержки

Обычно в сотовых сетях биты сформированного речевым кодеком кадра разделены на три класса: 1a, 1b и 2. Чувствительность к битовым ошибкам варьируется между этими классами: классом 1а “путешествуют” наиболее чувствительные биты, классом 2 — наименее чувствительные. В типичной системе второго поколения биты класса 1а дополняются циклическим избыточным кодом (CRC), позволяющим проверять кадры на наличие ошибок. В этом случае говорят о неравномерном обнаружении ошибок (Unequal Error Detection — UED).

Если информация о различных классах чувствительности к битовым ошибкам не может быть передана от кодека к сети радиодоступа или если биты вообще не могут быть организованы в классы, тогда использование схемы UED невозможно. В этих случаях применяют схему равномерного обнаружения ошибок (Equal Error Detection — EED), при которой контрольная сумма CRC вычисляется для всего кадра.

В сетях с коммутацией каналов частота появления кадровых ошибок (FER) определяется только наличием кадров с плохим CRC. В радиосетях же на основе IP к таким ошибкам приводят также потери кадров в результате большого разброса временноўй задержки и возникновение критических ошибок в заголовках IP. Говоря о таких ошибках, мы имеем в виду, например, ошибки контрольной суммы протокола UDP и ошибки декомпрессии заголовков.

Расчет коэффициента битовых ошибок (BER) производится по битам, не защищенным CRC. Что же касается остаточных ошибок в битах, защищенных CRC, то они должны быть сведены к минимуму. Если такие ошибки будут присутствовать в битах класса 1а, то при декодировании речи могут возникнуть заметные искажения.

Необходимо сказать и о временноўй задержке — важнейшей характеристике любой системы передачи телефонного трафика. Согласно рекомендациям МСЭ-Т, односторонняя задержка до 150 мс приемлема для большинства приложений. В типичной системе сотовой связи второго поколения односторонняя задержка составляет, как правило, менее 100 мс. Поэтому, чтобы достичь такого же качества связи в сети беспроводной связи третьего поколения, для предоставления разговорных услуг необходимо обеспечить одностороннюю задержку (терминал — сеть общего пользования) тоже меньше 100 мс.

Основной целью разработки концепции беспроводной IP-телефонии (VoIPoW) является перенос услуг передачи речи на новую платформу — пакетной коммутации— с сохранением привычного качества связи и эффективности использования спектра, характерных для сегодняшних беспроводных систем с коммутацией каналов. Для этого потребуется оптимизировать существующие алгоритмы или использовать совершенно новые, например по сжатию заголовков пакетов. Обо всем этом мы расскажем в следующей статье, посвященной проблемам и решениям в области беспроводной IP-телефонии.

Об авторах
Эрикссон Горан, Олин Биргитта и др.
сотрудники компании “Эрикссон”
E-mail: Information@ecr.ericsson.se





  
7 '2000
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• Аутсорсинг как средство борьбы с энтропией в сетях

локальные сети

• Эволюция кабельных стандартов

• Компактные специализированные файл-серверы

• Тестируем 11-Мбит/с оборудование для беспроводных ЛВС

услуги сетей связи

• Интегрированные устройства доступа: мощь и интеллект на границе

• IP-телефония "седлает" радиоволну

• Телефонное время и деньги

• Тестирование кабелей для служб xDSL

• Перспективы развития и услуги ГП КС

новые продукты

• Solaris 8 - лучшая платформа для Web-сервераб, Definity переходит на IP-телефонию: просто смени ПО

только на сервере

• Остановите варваров на подступах к сети

• Dell PowerEdge 4400 - мощный сервер для сети отдела предприятия

корпоративные сети

• Реализация агентов SNMP для управления сетями связи

• Этот восхитительный, восхитительный мир IP

• Три сервера SMB

электронная коммерция

• Метаязык на века

• Малый бизнес получает доступ в Интернет

• "Интернетизация" ERP-систем

бизнес

• Высоконадежным системам - "железную" поддержку

• СКС SYSTIMAX - дорога в будущее

защита данных

• Обеспечение безопасности Web-приложений


• КАЛЕЙДОСКОП



 Copyright © 1997-2007 ООО "Сети и Системы Связи". Тел. (495) 234-53-21. Факс (495) 974-7110. вверх