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

  

Конвергенция, или Путь к золотой середине

А. Ю. Виноградов, И. А. Стручков

Краткий экскурс в историю

С момента появления цифровых методов обработки аналоговых сигналов и сетей передачи данных в научные умы начали закрадываться идеи о возможности отказа от традиционной телефонии и перехода на новые цифровые технологии передачи речи. Существенным толчком в их развитии послужил переход на использование стека протоколов TCP/IP, что связано с повсеместным распространением глобальной вычислительной сети Интернет, разработкой операционных систем и множества приложений, использующих стек протоколов TCP/IP, а также с распространением локальных вычислительных сетей стандарта Ethernet, поддерживающих транспортировку IP-пакетов. Кроме того, за последние годы в сетях Ethernet произошли изменения в сторону повышения скорости передачи пакетов с 10 до 10 000 Мбит/с и увеличения дальности их передачи с 2 до 100 км. В результате технология ATM практически была вытеснена с тех позиций, которые она занимала в сфере построения магистральных каналов локальных вычислительных сетей; вместе с тем открылись реальные перспективы организации магистралей в сетях городского масштаба.

Все это создало прекрасные предпосылки для разработки стандартов пакетной передачи речи поверх IP и внедрения IP-телефонии в корпоративные системы телекоммуникаций. Однако массовое распространение IP-телефонии сдерживалось и сдерживается повсеместным распространением традиционной телефонии и некоторым консерватизмом со стороны подавляющего большинства пользователей.

Поэтому новую технологию стали внедрять постепенно, шаг за шагом, начав с отдельных элементов. Так появилось понятие "мультисервисные сети".

На первых порах большим достижением считалось подключение оборудования передачи данных к телефонной станции через аналоговые порты. Эти опыты ободрили сторонников IP-телефонии, и эксперименты продолжались. Разрабатывалось и менялось программное обеспечение сетевых устройств, появлялись новые цифровые модули для активного сетевого оборудования, создавались механизмы, обеспечивающие приоритизацию речевого трафика, предпринимались попытки использования цифровых BRI- и PRI-интерфейсов для подключения активного сетевого оборудования к телефонным станциям. Существенное расширение функциональности активного сетевого оборудования по взаимодействию с оборудованием традиционной телефонии облегчило и сделало более плавным процесс достижения всеми одной цели — объединения (конвергенции) потоков данных и речи в одном и том же канале передачи, т. е. к созданию мультисервисных сетей.

Путь к золотой середине

Достижение золотой середины можно рассматривать с разных сторон. Сначала попытаемся разобраться с тем, что касается технологий, ресурсов и взаимоотношений с клиентом. Объединение сетей передачи речи и данных, разработка алгоритмов аналого-цифрового преобразования и методов пакетной передачи речи, — все эти процессы породили множество вариантов построения сетей связи. В таком многообразии стало трудно, а подчас и невозможно, отыскать вариант, оптимальный с точки зрения соотношения цены реализации решения и качества получаемых при этом услуг. В связи с этим появилась настоятельная необходимость в стандартизации, которая обеспечила бы совместимость разнотипного оборудования для пакетной передачи речи, выпускаемого разными производителями.

Морально устаревшее аналоговое оборудование традиционной телефонии может сосуществовать с современным цифровым оборудованием, что позволяет сэкономить средства на закупку нового оборудования, поэтому в большинстве случаев предпочтение отдается именно ему. Но если необходимо сэкономить на количестве и стоимости каналов, стоимости междугородных и международных услуг связи, а также расширить число предоставляемых услуг, то решения на базе IP-телефонии становятся наиболее приемлемыми и перспективными. Безусловно, у потребителей возникают вопросы, связанные с качеством предоставляемых услуг связи на базе IP-телефонии. В настоящий момент производители концентрируют свое основное внимание на разработке механизмов, гарантирующих качество передаваемой речи, а также на увеличении числа предоставляемых сервисных функций и совместимости с сетями общего пользования. Эти проблемы давно стояли перед компаниями-производителями, которые и сегодня постоянно ищут оптимальные варианты и методы решения.

Производители активного сетевого оборудования с присущей им напористостью стремятся проникнуть в сферу передачи речи. Быстрое внедрение технологий IP-телефонии приводит к низкой эффективности методов обеспечения качества передачи речевых пакетов. Слабые звенья обособленных сетей телефонии и передачи данных становятся камнем преткновения в деле развития мультисервисных сетей.

У компаний-производителей, являющихся мировыми лидерами по разработке и производству активного сетевого и телефонного оборудования, отчетливо прослеживаются наличие здоровой деловой агрессии, желание быть всегда первыми. Эти качества позволяют им занимать ведущие позиции на рынке, однако проявляемый ими индивидуализм зачастую мешает клиенту-потребителю получить оптимальное решение для своих нужд. Разрешить данную проблему может третья сторона, системный интегратор, — компания, деятельность которой основана на самых передовых достижениях производителей и которая предлагает заказчику решение, в полной мере соответствующее его запросам. Это решение тоже должно иметь свою золотую середину, т. е. обеспечивать наилучшее соотношение цена/качество получаемых услуг. Для отечественной действительности характерны нехватка необходимых средств (или нежелание делать большие капиталовложения), использование устаревшего (не только морально) телекоммуникационного оборудования, желание сократить затраты, связанные с эксплуатацией кабельных сетей. Вместе с тем у российского потребителя есть четко выраженное желание приобретать самые современные решения, но не целиком, а по принципу "бери на сколько хватит денег". Обычно их хватает на создание современного ядра системы предлагаемого решения, а коммуникации, благо их, как правило, предоставляют бесплатно, предполагается использовать уже имеющиеся. Необходимые же резервы, закладываемые в проект, при обсуждении последнего рассматриваются руководством заказчика как источник снижения затрат на его реализацию. В результате таких "согласованных" проектов внедрение предлагаемого решения чаще всего потребует приобретения дополнительного оборудования, а значит, приводит к дополнительным затратам. Для устранения подобных "перекосов", системным интеграторам приходится брать на себя еще и просветительскую функцию. Повышая уровень информированности и подготовленности заказчика, можно избежать многих проблем как в организационном, так и в техническом плане, что особенно важно.

Одной из таких проблем, с которыми системные интеграторы сталкиваются в процессе реализации проектов по организации пакетной передачи речи, является обеспечение качества сервиса. Учитывая это, мы хотели бы в данной статье рассмотреть эту проблему с точки зрения факторов, влияющих на качество передачи речи.

Обеспечение качества сервиса

Необходимая составляющая успешного использования технологий пакетной передачи речи в корпоративных вычислительных сетях — обеспечение качества речевого сервиса, на практике оцениваемое обслуживаемым абонентом. На качество воспринимаемой абонентом речи влияют прежде всего те факторы, которые обуславливают передачу речевого трафика по сетям с коммутацией пакетов. Это задержка, джиттер, потеря пакетов и эхо. Задержка возникает при передаче речевых пакетов от одного абонента к другому и равна сумме задержек на преобразование и обработку речи (кодирование/декодирование, компрессия/декомпрессия, формирование пакетов) плюс сетевая задержка (рис. 1).

Задержка обработки речевых пакетов складывается из суммы задержек на кодирование/декодирование, компрессию/декомпрессию и формирование пакетов. Время, затраченное на кодирование/декодирование зависит от производительности используемого цифрового сигнального процессора, осуществляющего аналого-цифровое преобразование. В табл. 2 представлены значения задержки на кодирование/ декодирование для различных алгоритмов кодирования.

На компрессию/декомпрессию тоже требуется определенное время, которое зависит от производительности сигнального процессора и типа используемого вокодера (см. табл. 2).

Число речевых пакетов в кадре фактически задается производителем оборудования, например, для оборудования компании Cisco Systems это число равно 2 — оптимальная величина с точки зрения размера заголовка всего кадра. Если число речевых пакетов в кадре очень большое, то, во-первых, задержка на формирование речевых пакетов увеличится, а во-вторых, размер заголовка кадра возрастет, что скажется на увеличении требуемой полосы пропускания канала связи.

Сетевая задержка связана с задержкой передачи пакетов по каналу связи и зависит от используемых каналов, оборудования и протоколов передачи. Значение сетевой задержки составляет 32 мс и выше.

Джиттер тоже влияет на качество принимаемого речевого сигнала. Под этим понимается разница во времени поступления в приемный буфер устройства каждого из речевых пакетов. При этом речь воспроизводится с паузами, которые образуются за счет этой разницы во времени, что очень сильно влияет на четкость речи. Соответственно для обеспечения непрерывности ее воспроизведения и необходимо скомпенсировать разницу во времени поступления расчетов в приемный буфер. Это достигается путем удержания в приемном буфере уже поступивших пакетов до того момента, когда подойдут опоздавшие пакеты, с тем чтобы восстановить их последовательность в соответствии с номерами, присвоенными им при формировании. Безусловно, применение подобных мер вносит дополнительную временнуўю задержку, достигающую порядка 40—50 мс, поэтому с целью ее минимизации были разработаны несколько алгоритмов оптимизации размера приемного буфера. Один из них предусматривает расчет отношения числа опоздавших пакетов к числу уже обработанных. Полученная величина позволяет изменять объем приемного буфера в соответствии с расчетным значением. Другой алгоритм основан на слежении за изменением порядковых номеров пакетов, поступивших в приемный буфер за определенный промежуток времени. На основании полученных данных подбирается объем приемного буфера.

В сетях с коммутацией пакетов на пути их следования могут возникать перегрузки в работе оборудования, что приводит к переполнению входных буферов устройств, вследствие чего пакеты из них могут пропадать. Поскольку сформированные речевые пакеты восстановить невозможно, их исчезновение приводит к образованию пауз в процессе воспроизведения фраз, что, безусловно, сказывается на четкости речи. Чтобы компенсировать эти потери при воспроизведении речевых пакетов, был разработан специальный механизм, с помощью которого пропавший пакет заменяется на успешно принятый. Данный подход позволяет компенсировать не менее 5% исчезнувших пакетов.

Возникающий во время разговора двух абонентов эффект эха тоже приводит к снижению восприимчивости речи. Основной причиной этого является отражение звуковых сигналов, поступающих на дифференциальную систему приемного устройства, которая осуществляет согласование четырех- и двухпроводного каналов связи. Дело в том, что в четырехпроводной линии связи прием и передача речевого сигнала происходят по двум раздельным парам, а в двухпроводной линии — по одной паре. На рис. 2 показана типичная схема организации пакетной передачи речи, при которой возникает эффект эха.

При передаче речи по каналам связи возможно возникновение двух типов эхосигнала: ближний и дальний. Первый тип является следствием появления токов обратной связи между дифференциальной системой и терминальным устройством (аналоговым телефонным аппаратом) на передающей стороне. Это связано с рассогласованием выходного и входного импедансов дифференциальной системы и терминального устройства, т. е. с разбалансировкой дифференциальной системы. В результате речевой сигнал, поступающий от терминального устройства в приемопередающий канал дифференциальной системы частично отражается от места их соединения обратно к терминальному устройству, вызывая эффект ближнего эха (рис. 3).

Чем выше задержка эхосигнала, тем больше он влияет на четкость речи и тем сложнее бороться с ним.

В большинстве случаев значение задержки ближнего эхосигнала не превышает 20 мс, что практически не воспринимается человеческим ухом. Кроме того, возникновение обратной связи между микрофоном и головным телефоном аппарата делает эффект ближнего эха практически незаметным для абонента, т. е. собственная речь абонента, которую он слышит в головном телефоне, заглушает ближний эхосигнал.

Аналого-цифровое преобразование, осуществляемое с целью перевода передачи аналоговых сигналов в форму, приемлемую для передачи по цифровым сетям, не является источником возникновения эхосигнала на промежуточных устройствах, обеспечивающих передачу по сети речевых пакетов. Это связано с тем, что в цифровом канале не возникает эффект обратной связи между приемным и передающим каналами.

Дальнее эхо возникает на приемной стороне канала связи по тем же причинам, что и ближнее, а именно из-за разбалансировки дифференциальной системы на дальнем конце между четырех- и двухпроводными линиями связи. Возникающий эхосигнал поступает в передающий канал, в результате чего абонент, находящийся на ближнем конце канала связи, слышит эхо, но с большой задержкой. Во избежание подобных проблем в устройствах, осуществляющих пакетную передачу речи по сети, используется механизм компенсации эхосигнала (echo cancellation).

Работа этого механизма основана на реализации математической функции с градиентным подбором параметров. С ее помощью производится прогнозируемое моделирование эхосигнала. Речевой сигнал, поступающий на вход дифференциальной системы принимающей стороны, запоминается во входном буфере компенсатора, в котором осуществляется автоматическое моделирование прогнозируемого эхосигнала. Далее, пройдя дифференциальную систему и схему эхокомпенсации, речевой сигнал поступает в двухпроводную линию связи, идущую к терминальному устройству (рис. 4).

При прохождении речевого сигнала через терминальное устройство возникает эхосигнал, который поступает в дифференциальную систему и в эхокомпенсатор, где из поступившего эхосигнала вычитается смоделированный сигнал. В результате уровень эхосигнала в передающем канале на выходе эхокомпенсатора снижается до установленного порогового значения, при котором он не будет восприниматься абонентом. Благодаря изменению параметров математической функции уровень эхосигнала удерживается в установленных пределах.

Безусловно, каждый производитель телекоммуникационного оборудования пытается по-разному снизить влияние рассмотренных факторов на качество пакетной передачи речи. Поэтому перед системными интеграторами стоит задача предложить заказчику оптимальное решение по обеспечению требуемого качества передачи речевого трафика.

Движение к одной цели

При построении мультисервисных сетей требуется решить задачи, связанные с передачей как речевого трафика, так и данных. Производители активного сетевого и телефонного оборудования решают их по-разному. Выбор направлений развития мультисервисных сетей и, следовательно, комплекса решаемых задач определяется прежде всего требованиями крупных заказчиков, а именно: операторами услуг связи, корпорациями, испытывающими потребность в качественной связи между удаленными офисами, государственными и коммерческими банковскими структурами, заинтересованными в объединении своих разрозненных филиалов в единую сеть передачи речи и данных. В зависимости от поставленных задач и предъявляемых требований варьируется и предлагаемое заказчику решение. Оно может быть реализовано исключительно с помощью продуктов производителя, специализирующегося на разработке активного сетевого оборудования, либо, наоборот, — с помощью оборудования, производимого разработчиками традиционных систем связи. Существует и третий вариант, при котором для реализации предложенного решения может использоваться оборудование разных производителей, причем этот вариант наиболее предпочтительный с практической точки зрения — он гарантирует функциональную законченность решения. Например, в решениях компании "Крок" зачастую сочетаются активное сетевое оборудование Cisco Systems и системы связи Avaya Communication. Каждый из этих производителей является признанным лидером в своей области. Действуя с разных позиций, эти компании предлагают функционально-законченные решения, обеспечивающие не только их работоспособность, но и взаимную совместимость, базирующуюся на международных стандартах. Именно предложение надежных и функциональных решений для построения мультисервисных сетей, отличающихся высокими показателями по уровню предоставляемых сервисов и услуг, является наиболее оптимальным путем достижения одной цели.

Об авторе
Виноградов Алексей Юрьевич,
ведущий инженер департамента сетевых технологий компании "Крок"
E-mail: avinogradov@croc.ru

Стручков Игорь Александрович
ведущий инженер департамента систем связи компании "Крок"
E-mail: istruchkov@croc.ru

Телефон: (095) 974-2274





  
14 '2001
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• В огне не горит и в воде не тонет

бизнес

• Новая роль информационной службы предприятия

• Партнеры Netkom учатся продавать ПО IBM

• WinXP: новая ОС... и новые проблемы

• Количество переходит в качество

локальные сети

• Искусство сращивания проводников

• Такие нужные коммутационные панели

• Тестируем беспроводные SOHO-шлюзы

• Путеводитель по стандартам на беспроводные ЛВС

корпоративные сети

• Windows Messenger - новая "приманка" Microsoft для своей ОС

• Почему имеет смысл использовать IP-системы хранения данных?

• CPSB: сеть Ethernet в шасси CompactPCI

• Контроль над версиями ПО: чей инструмент лучше?

• Редакторы DTD-определений и схем XML

услуги сетей связи

• Информационные услуги Кемеровской ГТС

• Конвергенция - путь к золотой середине

защита данных

• Электропитание non-stop

новые продукты

• WiseWan 5.0 - "интеллектуальная" система управления WAN-каналами; Siemens расширяет модельную линию DECT-телефонов; Новые серверы Dell; Concentus поможет достичь консенсуса; Новая версия WebSphere полностью обеспечивает решение задач развертывания и администрирования


• Калейдоскоп



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