Обмен голосовыми сообщениями в сети передачи данных «Интернет»

Voice messaging over the Internet

Раньше, процесс обмена информацией занимал большое количество времени и зависел от расстояния между людьми. С появлением интернета была решена проблема расстояний. В 80-е годы для уплотнения каналов применялись мультиплексоры, ставшие, пожалуй, самыми первыми аппаратными платформами для интеграции голоса и данных в частных и публичных сетях и являющиеся наиболее распространенным способом передачи разнородного трафика по единой сети в настоящее время. Сегодня, каждый из нас пользуется различными приложениями, позволяющими обмениваться голосом и данными вдали друг от друга, благодаря различным мессенджерам, таким как: Skype, What’s app и др. Эти приложения используют сеть интернет для передачи голоса. Существует несколько способов, основанных на различных технологиях, таких как: Frame Relay, ATM, New bridge, ip. Однако, ввиду того, что на сетевом уровне в большинстве своем используется стек протоколов UDP/IP, считаю, технологию VOIP наиболее подходящей для рассмотрения.

IP становится стандартным протоколом при подключении предприятий к Интернету. Решения VoIP, т. е. передача голоса поверх IP-протокола, становятся все более и более используемой. Однако если вы используете программное решение, то соответствующее обеспечение должно быть установлено на каждом ПК, с которым требуется установить связь; необходимо также обучение каждого пользователя применению VoIP-программы. Существует более сложный, но очень удобный способ установить шлюз на компьютере или сервере в головном офисе. Этот сервер может выполнять и другие функции. При использовании шлюза VoIP-функция прозрачна для пользователя, работающего с обычным телефоном.

Рассмотрим механизмы передачи голоса через IP на примере решения на основе шлюзов как более предпочтительного для корпоративного применения. В общем случае шлюз VoIP выполняет шесть основных функций.

  1. Функция поиска. Телефонный вызов, поступающий на исходящий ip-шлюз, преобразуется из номера телефона в ip-адрес шлюза назначения на основе данных таблицы маршрутизации в исходящем шлюзе или централизованном сервере. Просмотр таблицы в исходящем шлюзе часто требует меньше времени, чем просмотр в централизованном сервере: время соединения - 1 - 2 секунды, а не 4 - 5, как во втором случае.
  2. Функция связи. Исходящий шлюз устанавливает соединение со шлюзом назначения, обмениваясь информацией о параметрах соединения и совместимости устройств.
  3. Функция оцифровки. Аналоговые сигналы телефонной связи, входящие в шлюз, оцифровываются шлюзом и преобразуются обычно в 64 кбит/с ИКМ-сигнал. Эта функция требует от шлюза поддержки разнообразных интерфейсов телефонной связи.
  4. Функция компрессии. После определения того, что сигнал является голосовым, он обычно сжимается сигнальным процессором (DSP) с использованием одного из методов компрессии/декомпрессии (табл. 1) и помещается в IP-пакеты. При этом важно обеспечение хорошего качества речи и малой задержки при оцифровке.

http://meridian-journal.ru/uploads/2021/02/4916-2.PNG

Таблица 1. Методы компрессии речи

Звуковые пакеты передаются как пакеты UDP/IP, а не TCP/IP во избежание довольно-таки больших задержек, возникающих при повторной передаче последних. Если используется режим FEC (непосредственное исправление ошибок), то искаженный или отсутствующий звуковой пакет может быть восстановлен на основе данных предыдущего звукового пакета. Если механизм FEC не применяется, то искаженный пакет просто отвергается и шлюз использует предыдущий пакет. Этот механизм работает незаметно для пользователя в случае низкого процента искажения/потерь пакетов (<5%), в противном случае действует хорошо отработанная техника коррекции звука: “А? Не слышу+ Громче+”.

Данные, оцифровываемые КОДЕКом, не содержат адрес IP-пакета и управляющую информацию, или “заголовок”, которые обычно составляют дополнительные 7 кбит/с, если IP-маршрутизатор отдельно не компрессирует заголовок, в противном случае - 2 - 3 кбит/с.

Сложность обработки определяется мощностью необходимого DSP-процессора, требуемой для обработки голосового сигнала, исключая функции компенсации эха и подавления молчания, и измеряемой в миллионах операций в секунду (MIPS). Более низкая сложность подразумевает меньшие затраты DSP на обработку.

  1. Функция декомпрессии/перемодуляции. Шлюз, исполняя шаги 1 - 4, описанные выше, в то же самое время принимает пакеты от других IP-шлюзов и декомпрессирует пакеты, вновь придавая им форму, “понятную” соответствующим устройствам аналоговой телефонной связи, цифровой сети с интеграцией служб или с интерфейсами T1/E1.

Кроме того, шлюз может выполнять функции согласования интерфейсов инициатора звонка и принимающего вызов, делая необходимые преобразования.

Описанный выше процесс передачи голоса через VoIP-шлюз отличается от механизма передачи голоса по сетям frame relay, используемого маршрутизаторами голоса/факса и устройствами доступа frame relay, (FRAD). VoIP-шлюз является устройством локальной вычислительной сети, которое способно сократить затраты при передаче речи и факсов по региональной сети связи, причем соединения по сети связи осуществляются маршрутизатором, а не шлюзом. Маршрутизатор голоса/факса или FRAD, однако, являются устройствами региональной сети связи, соединяющими локальную вычислительную сеть с региональной сетью связи, что во многом определяет их функции, повышает сложность их исполнения, а также предъявляет более высокие требования к их отказоустойчивости и управляемости по сравнению со шлюзом.

При передаче голоса через IP-сеть возникает, как и в случае с frame relay, проблема задержки голосовых пакетов, причем в отличие от frame relay возникающие в Интернете непредсказуемые заторы и задержки, кардинально понижающие качество передачи голоса, пользователь никак не может контролировать.

Выгода для пользователя от передачи голоса через Интернет состоит в значительном снижении стоимости междугородных и международных телефонных переговоров, составляющей, по некоторым оценкам, от 20 до 40%.

При этом пользователям не стоит забывать, что технология передачи голоса через IP-сети еще не устоялась. Если у инициатора вызова и его адресата не установлено идентичное ПО голосового обмена через IP, то поговорить им, скорее всего, не удастся.

Для того чтобы программное обеспечение различных производителей было способно к взаимодействию, необходима поддержка стандартов, таких, например, как H.323.

Пользователи надеются, что массовое внедрение Интернета поможет решить проблему пропускной способности и тем самым избежать задержек при передаче голоса. Однако контролировать этот процесс невозможно, поэтому производители работают и над другими проблемами.

Большие надежды возлагаются на протокол резервирования ресурсов (Resource Reservation Protocol - RSVP), благодаря которому оказывается возможным сквозное резервирование пропускной способности Интернета для передачи чувствительного к задержкам трафика. RSVP был разработан для передачи мультимедийного трафика по IP-сетям, однако он может быть использован и для передачи голоса. Согласно этому протоколу маршрутизаторы обмениваются сигналами, запрашивая свободный путь по сети. Главный недостаток такого подхода заключается в том, что запросов может быть столько, что маршрутизаторы окажутся не в состоянии все их обслужить.

 

Библиографический список

 

  1. [Электронный ресурс] http://www.supertel.ru/
  2. Таненбаум Э. Компьютерные сети. – 4-е изд. / Э. Таненбаум. – Санкт-Петербург : Питер, 2003. – 992 с.