Атс. Атс Шпоры 4 курс 2 семестр. 2 Основные понятия ipтелефонии и технологии пакетной коммутации. Принцип статистического мультиплексирования. Понятие мультисервисной сети
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
Характеристики кодеков
Для оценки качества преобразования речевых сигналов часто используют метод MOS (Mean Opinion Scores — средняя экспертная оценка), определенный в рекомендациях МСЭ-Т для телефонных сетей. Шкала оценок MOS для речевой полосы 200—3400 Гц приведена в табл. 4.3, а значения MOS для кодеков в табл. 4.2. Таблица 4.3 Шкала средней экспертной оценки MOS
Оче видно, что самое высокое качество преобразования обеспечивает кодек G.711. Качество преобразования ниже всего у кодека G.72S. Применение в сетях IP-телефонии находят все рассмотренные кодеки, поскольку каждый из них позволяет передавать речь с хорошим или близким к хорошему качеством. Конечно, сеточки зрения качества передачи речи лучше всего применять кодеки G.711, но в этом случае от IP-сети потребуется значительно большая пропускная способность. Полученные на выходе битовые речевые блоки вставляются в пакеты. Чтобы эффективнее использовать ресурсы IP-сети целесообразно вставлять в пакеты как можно более длинные речевые блоки, но, с другой стороны это приводит к увеличению задержек речи и, как следствие, к ухудшению качества передачи речи. Обычно в пакет вставляется речевой блок, соответствующий речевому элементу продолжительностью от 10 до 40 мс. Следовательно, прежде чем сформировать речевой пакет, необходимо накопить речевую информацию, что приведет к появлению задержки накопления. Эта задержка жестко связана с задержкой преобразования. Например, если взять кодек G.723.1, то задержка преобразования (30 мс) входит в указанный диапазон значений накопления. В этом случае один битовый речевой блок, полученный на выходе кодека будет вставлен в один пакет. Длина речевого блока равна 20 (ACELP) или 24 (MP-MLQ) байтам. В данном примере задержка преобразования равна задержке накопления. Если использовать кодек G.711, то задержка преобразования" составляет только 0,125 мс, а длина речевого блока — 1 байт. Чтобы получить задержку накопления, равную 10 мс, надо произвести 80 шагов преобразования (80 х 0,125 = 10). Тогда накопится речевой блок длиной 80 байтов, который будет вставлен в пакет. 2.7 В устройствах IP-телефонии для подготовки речи к передаче в виде пакетов выполняются следующие основные функции: преобразование речи в цифровую форму, кодирование речевого сигнала, эхопо-давление и обнаружение речевой активности. После приема речевых пакетов производится адаптация воспроизведения, декодирование речевого сигнала, преобразование цифрового сигнала в речь, заполнение пауз комфортным шумом. На рис. 4.16 показана упрощенная функциональная схема модуля пакетирования речи для шлюза, включенного в TDM-сеть цифровым каналом Е1. Передача в сторону IP-сети. Преобразование речи в цифровую форму происходит в TDM-сети. ИКМ-сигнал со скоростью 64 кбит/с с выхода ИКМ-интерфейса проходит устройство эхокомпенсации и поступает на детектор активности речи. Здесь полученный сигнал проверяется на наличие в нем речи. Если в течение заданного времени  речевая активность не обнаружена, то передача речевых пакетов прекращается. Это позволяет значительно снизить трафик, поступающий в IP-сеть, так как речевые паузы составляют примерно 60 % от времени разговора. При наличии речевого сигнала он попадает в кодирующее устройство вокодера — кодер, в котором происходит сжатие речевого сигнала. В результате скорость речевого потока на выходе кодера снижается. Теперь под управлением протокола пакетной передачи битовые блоки, соответствующие элементам речи длительностью 10—40 мс, с помощью сборщика вставляются в пакеты. Далее пакеты в буфере передачи ждут своей очереди, чтобы быть переданными в канал IP-сети. Прием со стороны IP-сети. Пакеты, поступающие в модуль из сети, попадают в буфер, образуя очередь. Затем в разборщике пакетов речевые битовые блоки извлекаются из пакетов и поступают в модуль адаптации воспроизведения. Адаптация воспроизведения заключается в буферизации речевых блоков с целью сглаживания вариации их задержки — джиттера. Для этого буфер организуется по правилу FIFO (Fist In Fist Out — первый пришел, первый вышел). Далее для речевых блоков, находящихся в очереди, измеряется джиттер. Это позволяет извлекать речевые блоки из буфера с управляемой задержкой, снижающей действие джиттера. Теперь битовые блоки, несущие в себе элементы речи, декодируются. На входе декодера скорость цифрового потока такая же, как на выходе кодера. При декодировании происходит декомпрессия и на вход ИКМ-интерфейса поступают ИКМ-сигналы со скоростью 64 кбит/с. Во время речевых пауз обнаруживается отсутствие речевых пакетов и к выходу декодера подключается цифровой генератор комфортного шума. Это делается для того, чтобы у слушающего абонента во время речевых пауз не создавалось ощущения прерывания связи, так как при отсутствии комфортного шума в телефоне была бы полная тишина. Модуль пакетирования речи также обеспечивает детектирование и генерацию сигналов DTMF и передачу данных от факсимильных аппаратов и от аналоговых модемов. 2.10.Виды систем сигнализации в сетях IP-телефонии. Сеть IP-телефонии с протоколами Н.323. Система сигнализации в сети IP-телефонии предназначена в первую очередь для управления вызовом: установление соединения и разъединение. Кроме того, сигнализация необходима для регистрации абонентов, поиска местонахождения абонентов, организации аудио- и видеоконференций, предоставления доп. услуг. Данные используются в системе администрирования для сбора статистических данных, таких, как: учет трафика, определения качества обслуживания, тарификации разговоров и другие. В настоящее время в IP-сетях применяются две основные системы сигнализации H.323 и SIP. Система сигнализации H.323 представлена в одноименной рекомендации МСЭ-Т, получившей название: «Мультимедийные системы связи на основе передачи пакетов». Рекомендация предназначена для систем связи на базе сетей с пакетной коммутацией для пере- дачи речевой и видеоинформации, организации конференций, передачи данных. Протокол SIP (протокол инициализации сессии) разработан комитетом IETF и первоначально его описание было приведено в документе RFC 2543. В настоящее время действует усовершенствованный документ RFC 3261. Протокол предназначен для организации и управления сессиями, в течение которых между участниками происходит обмен мультимедийными данными: речью, видео и текстом. К системам сигнализации следует отнести протоколы управления шлюзами MGCP и MEGACO/H.248. Сеть IP-телефонии, построенная по стандарту Н.323, включает в себя четыре основных компонента: терминал Н.323, гейткипер (приватник), шлюз и устройства управления конференциями (MCU). Они включаются в сеть коммутации пакетов, которая может не гарантировать требуемое качество услуг – QoS. В качестве такой сети могут использоваться сети: LAN, MAN (Metropolitan Area Networks – вычислитель- ная сеть в пределах города), Интернет и Интранет. К сети Н.323 могут подключаться другие сети: телефонные сети, сети ISDN и B-ISDN (широкополосная ISDN), а через сеть ISDN – сеть LAN, гарантирующая качество услуг. Взаимодействие с этими сетями происходит через шлюзы, причем один шлюз может обеспечить подключение к нескольким сетям разного назначения. В сети Н.323 возможны соединения между любой парой терминалов Н.323 и любым терминалом другой сети, подключенной через шлюз. Допустимы соединения между двумя терминалами двух разных TDM-сетей, подключенных через шлюзы. Также возможно соединение между двумя терминалами Н.323 с применением TDM-сетей, в котором участвуют два шлюза, один для исходящего соединения, другой – для входящего. В сети Н.323 шлюз выполняет 2 основные функции. Во-первых, преобразовывает сигнализацию сети Н.323 в систему сигнализации, соответствующей TDM-сети, и наоборот. Во-вторых, в направлении от TDM-сети к пакет- ной сети производит преобразование речевых или видеосигналов TDM-сети в сигналы пакетной сети, вставляет их в пакеты и посылает пакеты в сеть коммутации пакетов, а в направлении от пакетной сети к TDM-сети производит такие же операции в обратной последовательности. Со стороны как пакет- ной, так и TDM-сети, шлюз выполняет функции терминала соответствующей сети. При соединении между речевыми терминалами шлюз может поддерживать обмен DTMF-сигналами. 2.11.Назначение протоколов RAS, Н.225.0 и Н.245 в сети Н.323. Диаграмма установления соединения с гейткипером. Рассмотрим процессы установления соединений на сети Н.323. Протокол RAS позволяет обмениваться сообщениями между терминалом и гейткипером при регистрации и отказе от регистрации пользователей, при управлении полосой пропускания и управлении доступом. Для переноса сообщений этого протокола используется протокол ненадежной передачи пакетов UDP. Описание протокола RAS приведено в рекомендации Н.225.0. МСЭ-Т. Протокол Н.225.0 аналогичен протоколу Q.931, используемому на сети ISDN для сигнализации по каналу D. Служит для управления вызовом на этапах установления соединения, разъединения и др. случаях. По этому протоколу пункты сети обмениваются сигнальными сообщениями таких же типов, как в стандарте Q.931. на сети Н.323 для передачи сообщений по протоколу Н.225.0 используется протокол надежной доставки TCP. В начальных версиях стандарта Н.323 для каждого соединения открывался отдельный сигнальный канал. Начиная с третьей версии, образуется общий для всех соединений сигнальный канал, а соединения различаются метками (call reference). Протокол Н.245 представляет собой протокол управления передачей мультимедийной информации. Этот протокол управляет открытием и закрытием логических каналов, используется для передачи мультимедийной информации. При открытии логических каналов за каждым из них закрепляется уникальный номер. Логический канал с номером 0 открывается только для передачи управляющей информации по протоколу Н.245. Для передачи информационных сообщений этого протокола используется протокол TCP. На рис. Показана диаграмма установления соединения и разъединения между двумя терминалами одной зоны сети Н.323. предполагается, что используя протокол RAS, оба терминала уже зарегистрировались в гейткипере. В рассматриваемом примере в качестве терминала выступает IP-телефон или шлюз, в кот. Непосредственно включен аналоговый телефонный аппарат. При поступлении вызова от абонента, гейткипер с помощью протокола RAS проверяет право доступа пользователя к сети. Для этого от терминала 1 к гейткиперу передается сообщение ARQ, являющееся требованием на установление соединения. В этом сообщении содержится алиас-адрес вызываемого абонента. Гейткипер отвечает терминалу 1 сообщением ACF, извещающим о согласии на установление соединения. В нем гейткипер посылает транспортный адрес сигнального канала терминала 2. Если у пользователя нет права доступа к сети, гейткипер ответит сообщением отказа доступа ARJ. Теперь терминалы 1 и 2 обмениваются сигнальными сообщениями по протоколу Q.931. От вызывающей стороны по получен- ному от гейткипера транспортному адресу сигнального канала терминала 2 передается сообщение Setup, несущее в себе требование на установление соединения. В обратном направлении от терминала 2 к 1 по образованному сигнальному каналу передается сообщение Call Proceeding, извещающее о том, что принято достаточно информации для продолжения соединения. Если терминал 2 готов принять вызов, он передает запрос допуска к ресурсам сети ARQ, на который привратник отвечает подтверждением ACF. При свободности вызываемого абонента, ему передается сигнал вызова, а по сигнальному каналу посылается сообщение Alerting. При ответе абонента на вызов от терминала 2 к 1 передается сообщение Connect. В этом сообщении содержится транспортный адрес логического канала Н.245. Теперь по протоколу TCPоткрывается канал Н.245 и происходит обмен сообщениями Н.245. Первым от каждого из терминалов передается сообщение Terminal CapabillittiSet, в ответ на который другой терминал отправляет сообщение подтверждения Terminal CapabillittiSetАск. В сообщении Terminal CapabillittiSet содержится информация для согласования обмена потоками речевой информации. Сюда обязательно входят данные о типах кодеков с которыми может работать каждый из терминалов, информация об обмене пакетами в обоих или одном направлении соединения. Далее определяется какой из терминалов будет ведущим (master), а какой – ведомым (slave). С этой целью терминалы обмениваются сообщениями MasterSlaveDetermination и MasterSlaveDeterminationAck. Ведущий терминал определяется по максимальному из двух случайных чисел, посланных от каждого из терминалов. Процедура введения ведущего терминала необходима для разрешения конфликтов, которые могут возникнуть между терминалами. Например, это необходимо для исключения одновременного открытия каждым терминалом логического канала для передачи пользовательской информации. Теперь для пересылки речевых пакетов надо открыть однонаправленные логические каналы в направлениях передачи от терминала 1 к терминалу 2 и наоборот. Для этого используется сообщения OpenLogicalChannal, передаваемое от каждого из терминалов. В ответ на него поступает подтверждающее сообщение OpenLogicalChannalАск. В сообщении OpenLogicalChannal содержится: уникальный номер логического канала для передачи речи в соответствующем направлении; транспортные адреса портов RTP и RTCP, на которые должны приниматься речевые пакеты; вид передаваемой информации – речь; тип выбранного кодека. Процесс установления соединения закончился, и пользователи могут передавать речевую информацию, используя два односторонних логических канала между терминалами. Во время разговора используется схема передачи RTP/UDP/IP. Протокол RTCP служит для контроля над передачей потоков речевых пакетов. По окончании разговора начинается фаза разъединения. При приеме от абонента сигнала отбоя, терминал прекращает передачу речевых пакетов и посылает по каналу Н.245 сообщение EndSessionCommand, извещающее другой терминал об окончании сессии. Этот терминал должен прекратить посылку речевых пакетов и также передать сообщение EndSessionCommand. Абоненту передается сигнал «занято». По образованному при установлении соединения сигнальному каналу передается по протоколу Q.931 сообщение Release Complete. Теперь сигнальный канал закрывается. Разъединение завершается обменом сообщений между терминалами и гейткипером по протоколу RAS. От каждого из терминалов в сторону гейткипера передается сообщение DRQ (требование на освобождение), в ответ на которое гейткипер посылает подтверждение в виде сообщения DCF (согласие освобождения). Гейткипер освобождает зарезервированную полосу пропускания для закончившегося соединения. |