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

  

Передача голоса по сетям ATM (часть II)

А. Ю. Бессарабский

В первой части статьи (см.: Сети и системы связи. 1998. № 1. С. 94) обсуждалось использование метода эмуляции выделенных каналов (Circuit Emulation) для передачи голоса по сетям ATM. Было показано, что сети ATM способны эмулировать работу сетей с временныўм мультиплексированием (Time Division Multiplexing — TDM), которые традиционно применяют для объединения АТС, и предоставлять ряд дополнительных возможностей по экономии полосы пропускания и управлению трафиком. В то же время данный метод «эмулирует» и основные ограничения, присущие сетям TDM. Преодолеть эти ограничения призваны новые технологии передачи голоса, разрабатываемые несколькими производителями. Ведущие позиции здесь занимает фирма Nortel со своей технологией Voice Networking. Ей мы и посвятим боўльшую часть данной статьи.

Voice Networking

Использование службы переменной скорости передачи битов (Variable Bit Rate, VBR) — один из основных подходов к передаче голоса по ATM, прорабатываемых Форумом ATM. Его реализации (пока нестандартные) позволяют всю мощь АТМ по эффективному использованию полосы пропускания и управлению трафиком, которая прежде применялась лишь для передачи данных, задействовать и для передачи голоса. Одна из таких реализаций предложена фирмой Nortel, и базируется она на службе VBR-rt (VBR real time).

Технология Voice Networking принципиально отличается от тех технологий, которые предусматривают передачу голоса по каналу «точка—точка» постоянной ширины. Суть ее заключается в том, что при каждом новом вызове коммутируемое виртуальное соединение (SVC) устанавливается сразу с ближайшим к вызываемому абоненту пограничным коммутатором, а не через несколько транзитных АТС. При установлении каждого нового телефонного соединения сеть ATM вычисляет оптимальный в данный момент времени маршрут с учетом топологии сети, доступной полосы пропускания на разных участках, ожидаемых значений задержки и ее вариации, стоимости соединений по различным маршрутам. В результате устанавливается соединение с характеристиками, необходимыми для качественной передачи голоса. По окончании разговора полоса пропускания высвобождается для других приложений.

Такой подход позволяет применять очень мощные методы повышения эффективности использования полосы пропускания, гибко управлять телефонными потоками в соответствии с получаемой от АТС сигнализацией и изменениями в состоянии сети (неисправности, перегрузки на каких-либо ее участках и т. д.). Сеть ATM при этом получает новое качество — помимо чисто транспортных функций (объединение АТС, коммутирующих трафик), начинает выполнять и функции коммутации. Заметим, что сети ATM в режиме эмуляции выделенных каналов и сети SDH (Синхронная Цифровая Иерархия) являются чисто транспортными.

Рассмотрим подробнее некоторые новые возможности, предоставляемые технологией Voice Networking фирмы Nortel. (Многие упоминаемые в статье механизмы в той или иной степени реализованы и другими фирмами-производителями. См.: Сети и системы связи. 1998. № 2. С. 76. — Прим. ред.).

Динамическое сжатие

Как известно, при традиционной для телефонии оцифровке голоса с использованием процедуры импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) для каждого разговора необходимо выделять полосу пропускания 64 Кбит/с (рекомендация МСЭ-Т G.711). Однако эта полоса является сильно избыточной, и, если удачно промоделировать речь, ее можно существенно уменьшить. Некоторые основные алгоритмы сжатия речи и привносимые ими задержки приведены в таблице. Отметим, что аппаратура, поддерживающая сжатие, должна автоматически распознавать сигналы факс-аппаратов и модемов и обрабатывать их иначе, чем голосовой трафик.

Экономя полосу пропускания, механизмы сжатия речи в то же время могут привести к ухудшению ее качества и увеличению задержки. Для количественной характеристики ухудшения качества речи применяют единицы QDU (Quantization Distortion Units). Величина 1 QDU соответствует ухудшению качества при оцифровке с использованием стандартной процедуры ИКМ. Дополнительная обработка речи ведет к дальнейшей потере ее качества. Согласно рекомендациям МСЭ-Т, для международных вызовов величина QDU не должна превышать 14, причем передача разговора по международным магистральным каналам ухудшает качество речи, как правило, на 4 QDU. Следовательно, при передаче разговора по национальным сетям должно теряться не более 5 QDU (2х5+4=14). Алгоритмы ADPCM 32 Кбит/с (G.726), LD-CELP (G.728) и CS-CELP (G.729) могут «испортить» качество речи на 3,5 QDU, а алгоритм ADPCM 24 Кбит/с — на 7 QDU. Поэтому для качественной передачи речи процедуру компрессии/декомпресcии желательно применять в сети только один раз. В некоторых странах это является обязательным требованием регулирующих органов по отношению ко всем сетям, подключаемым к сетям общего пользования.

Согласно рекомендациям МСЭ-Т, задержки при международной телефонной связи не должны превышать 150 мс (15—30 мс в цепях без эхоподавления). Для минимизации величины задержки также требуется снижение числа процедур компрессии/декомпрессии. Их допустимое число зависит от используемого алгоритма сжатия (см. таблицу), длины линий связи и других факторов.

В то же время, если телефонная сеть, транспортная система которой построена на базе мультиплексоров TDM, имеет достаточно сложную топологию (не просто «точка—точка»), передача разговора требует многократного выполнения процедуры компрессии/декомпрессии (на каждой транзитной АТС). Поэтому в таких сетях сжатие голоса практически не применяется; в крайнем случае используется алгоритм ADPCM 32 Кбит/с, специально спроектированный для многоточечных сетей.

При использовании технологии Voice Networking вся сеть действует как один транзитный узел (топология «звезда»). Транзитные АТС больше не нужны, а каждый вызов подвергается процедуре компрессии/декомпрессии только один раз. Это означает, что сжатие голоса можно применять в многоточечной сети с произвольной топологией.

Подавление пауз

Подавление пауз (silence suppression) — важная функция коммутаторов ATM, которая позволяет передавать лишь ячейки, содержащие полезную информацию. Как известно, паузы занимают обычно до 60% продолжительности телефонного разговора. При передаче голоса в режиме VBR высвобождающаяся за счет устранения «пустых» ячеек полоса пропускания может использоваться для организации дополнительных телефонных разговоров, передачи данных и т. д. Отметим, что технология TDM не позволяет задействовать высвобождающуюся пропускную способность.

Число голосовых каналов в загруженном на 80% потоке Е1
при использовании только сжатия голоса (1),
сжатия голоса и механизма подавления пауз (2)

Для обеспечения высокого качества передаваемой речи при использовании механизма подавления пауз наиболее совершенные коммутаторы ATM (например, устройства Passport фирмы Nortel) постоянно отслеживают уровень шума для подстройки порога обнаружения речи (speech threshold), обеспечивают очень маленькое время обнаружения речи (attack time) и достаточно большой интервал между окончанием фразы и началом вырезания паузы (hangtime). Чтобы у абонентов не возникало ощущения обрыва линии, на противоположном конце соединения вместо вырезанных пауз вставляется фоновый сигнал с соответствующей естественному шуму амплитудой.

Управление перегрузками

Причиной перегрузок в сети может быть выход из строя отдельных ее участков (обрыв кабеля, неполадки в работе оборудования), что вызывает повышение нагрузки на оставшуюся часть сети. Отсутствие механизмов управления такими ситуациями приводит к переполнению буферов, потере ячеек и ухудшению качества связи.

Технология Voice Networking позволяет (и это реализовано фирмой Nortel) эффективно управлять такими ситуациями. С этой целью коммутаторы Passport постоянно отслеживают уровни использования магистральных каналов и заполнения буферов. При появлении угрозы перегрузки включается механизм обратной связи и источник трафика извещается о том, что ему следует снизить скорость передачи. Такое снижение достигается путем увеличения степени сжатия голоса. После того как угроза перегрузки миновала, степень сжатия голоса, а следовательно, и качество передаваемой речи возвращаются к исходным значениям.

Упрощение топологии и снижение стоимости телефонного оборудования

При использовании технологии Voice Networking сеть ATM «ведет себя» по отношению к периферийным АТС как центральный транзитный узел, а значит, структура телефонной сети заметно упрощается. Теперь не нужно соединять АТС между собой множеством линий связи, число которых зависит не только от объема трафика, но и от структуры телефонной сети и требуемого уровня отказоустойчивости (организация дополнительных линий связи для резервирования). Достаточно соединить АТС только с ближайшим пограничным коммутатором ATM, причем число используемых для этого линий связи зависит лишь от объема трафика. Установление соединений между АТС будет осуществляться на основе получаемой от них сигнализации.

В такой ситуации можно уменьшить число цифровых интерфейсов АТС и не устанавливать чисто транзитные АТС, а следовательно, снизить стоимость телефонного оборудования. Кроме того, упрощаются создание и поддержание единого плана нумерации, поскольку отпадает необходимость содержать в базах данных периферийных АТС сведения обо всех абонентах телефонной сети.

Повышение отказоустойчивости сети

Применение технологии Voice Networking значительно повышает отказоустойчивость телефонной сети. В случае возникновения каких-либо проблем, приводящих к разрыву соединения, сеть ATM сама вычислит для него новый маршрут. Несмотря на то что каждая АТС может быть подключена к сети ATM лишь одной линией Е1, соединения будут устанавливаться до тех пор, пока в сети остается хотя бы один подходящий маршрут. Не надо забывать и про возможные отказы транзитных АТС. Сеть ATM в качестве «распределенной транзитной АТС» обладает большей отказоустойчивостью, чем телефонная сеть с несколькими критичными для ее функционирования узловыми АТС.

Традиционные сети (например, на базе мультиплексоров TDM) и сети ATM с эмуляцией выделенных каналов не способны обеспечить такой уровень отказоустойчивости, какой возможен при использовании Voice Networking, даже если в первых двух случаях соединить каждую АТС с каждой, задействовав полосу пропускания во много раз больше необходимой.

Заложенный в технологии Voice Networking интеллект позволяет применять различные механизмы повышения отказоустойчивости сети. Представим себе следующую ситуацию: в результате аварии (например, обрыва кабеля) телефонный поток должен быть отправлен по новому маршруту, пропускная способность которого недостаточна для его приема. Транспортная сеть TDM не справится с такой ситуацией, что приведет к ограничению числа телефонных разговоров. В то же время сеть ATM с поддержкой Voice Networking (например, сеть коммутаторов Passport), повысив степень сжатия голоса и включив механизм подавления пауз, сможет значительно увеличить емкость каналов и сохранить неизменным число телефонных разговоров. После устранения аварии степень сжатия вернется к исходному значению.

Рассмотрим еще одну ситуацию: в результате аварии или перегрузки сеть оказалась не в состоянии маршрутизировать несколько каналов (тайм-слотов) потока Е1. Мультиплексоры TDM могут «сообщить» об этом исходной АТС только на физическом уровне (yellow signal), так как не способны работать с сигнализацией D-канала. В результате АТС будет вынуждена перемаршрутизировать множество вызовов, даже если проблемы существуют лишь для одного телефонного соединения (один тайм-слот). Сеть ATM «отреагирует» иначе: интеллектуально работая с D-каналом, она сообщит АТС о невозможности маршрутизации индивидуального соединения, в результате чего та установит для него альтернативный маршрут (например, через сеть общего пользования, если проблемы возникли в корпоративной сети).

Расширяемость сети и интеграция трафика

Еще один важный аргумент в пользу рассматриваемой технологии — упрощение расширяемости сети. Предположим, необходимо добавить новый узел или модернизировать старый (увеличить число пользователей, расширить спектр предоставляемых услуг). Традиционный подход потребует перепроектирования межстанционных соединений, причем может понадобиться изменение их структуры или замена магистрали на более производительную из-за отсутствия необходимой емкости на каком-либо ее участке.

В сетях ATM, где используется Voice Networking, ситуация значительно упрощается. В них все АТС являются логически смежными узлами, а значит, расширение телефонной сети сводится к соединению АТС с ближайшим пограничным коммутатором и внесению соответствующей записи в сетевую базу данных. Интересно, что даже отсутствие свободной полосы пропускания на магистрали ATM не является препятствием к расширению сети. В этом случае можно отложить модернизацию магистрали, как говорится, до лучших времен и просто немного увеличить степень сжатия голоса.

Важно отметить следующее: построение сети ATM для передачи голоса позволяет легко организовать передачу данных и видеоинформации, а использование для разных типов трафика единой системы управления облегчает и удешевляет управление сетью.

Движущие силы

Итак, мы увидели, что сети ATM имеют заметные функциональные преимущества перед сетями TDM. Но, как и следовало ожидать, оборудование ATM дороже оборудования TDM, в том числе и систем SDH (причем оборудование ATM, поддерживающее режим VBR, дороже оборудования ATM, поддерживающего эмуляцию выделенных каналов). Впрочем, экономическая эффективность внедрения той или иной технологии зависит не только от стоимости оборудования, но и от многих других факторов: структуры сети, требуемых услуг связи, особенностей установленного коммутационного оборудования, наличия собственной кабельной системы и т. д.

Все более широкому использованию технологии ATM для передачи голоса в телекоммуникационных сетях способствуют следующие факторы:

  • возможность передачи смешанного трафика (голос + данные + видео),
  • снижение стоимости управления сетью при передаче смешанного трафика,
  • эффективное использование полосы пропускания линий связи,
  • уменьшение стоимости «последней мили» и оборудования доступа,
  • возможность «довести» интегрированный трафик до рабочего места.

В последнее время поставщики услуг связи (особенно в Северной Америке) стали все чаще предлагать корпоративным клиентам услуги по созданию частных виртуальных сетей (virtual private network). Во многих случаях воспользоваться подобной услугой дешевле и проще, чем построить корпоративную сеть на базе мультиплексоров TDM. При создании частных виртуальных сетей учрежденческие АТС соединяются с сетью ATM поставщика услуг, которая маршрутизирует вызовы на основе получаемой сигнализации. Если потребуется, можно организовать прямые соединения между отдельными узлами корпоративной сети. Телекоммуникационные сети многих крупных корпораций представляют собой комбинацию виртуальных сетей, мультиплексоров TDM и каналов «точка—точка».

Решение о целесообразности применения той или иной технологии принимается индивидуально в каждом конкретном случае. Общая же тенденция такова: чем больше установлено коммутационного телефонного оборудования и чем менее важна эффективность использования полосы пропускания, тем более экономически оправданным будет применение технологии SDH или ATM с эмуляцией выделенных каналов (если нужно передавать еще и данные); чем распределеннее сеть (наличие множества узлов с небольшим числом интерфейсов Е1 в каждом) и чем выше требования к эффективности использования полосы пропускания, тем более выгодным окажется применение технологии Voice Networking.

Ясно одно: телефонные сети развиваются в направлении распределенной коммутации с помощью технологии ATM. Об этом же говорит и встречная тенденция развития самих АТС — появление интерфейсов ATM у станций ряда ведущих производителей.





  
3 '1998
СОДЕРЖАНИЕ

колонка редактора

• В борьбе GSM и CDMA победила дружба

локальные сети

• Кабельные системы для офисных зданий. Часть I. История, приложения, стандарты

• Быстрые устройства для быстрых сетей

• Когда сервер NetWare работает медленно

• В поисках решения удаленного управления

корпоративные сети

• Коммутаторы ATM на магистрали корпоративной сети

• Формализованное представление работы предприятия

• Четыре монитора транзакций для корпоративных приложений

услуги сетей связи

• Системы WLL на российском рынке

• Технологии ХХI века и российские университеты

• Европейская конференция по АТМ

• Передача голоса по сетям ATM (часть II)

• Передача данных по каналам телевещания

• Телевидение: от кабельного к эфирному и далее...

системы учрежденческой связи

• Конкурентоспособны ли отечественные УАТС?

• Такие разные автоинформаторы

интернет и интрасети

• За подрядами - в Интернет!

• Оправдает ли ожидания WinSock 2?

• Электронная коммерция в России

защита данных

• Секреты виртуальных частных сетей

бизнес

• 3Com-OCS: связь напрямую

новые продукты

• 101-й "козырь" фирмы RAD, Allied Telesyn выходит на рынок средств удаленного доступа

только на сервере

• Новые горизонты локальных сетей



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