IP телефония

[править]IP-телефония или VoIP?

Строго говоря, IP-телефония  является приложением более общей  технологии VoIP (англ. Voice over IP (VoIP)) для организации двустороннего общения. Технология VoIP в общем случае подразумевает все варианты передачи голоса через IP, в том числе не имеющие никакого отношения к телефонии и общению людей. Например, технология VoIP применяется для передачи звука в системах IP видеонаблюдения, в системах оповещения, при трансляции вебинаров, при просмотре фильмов в режиме он-лайн и т.п.

[править]Применение IP-телефонии

Голосовая и видеосвязь посредством компьютерных сетей стала популярной во всём мире с начала XXI века и в настоящее время широко используется как частными пользователями, так и в корпоративном секторе. Применение систем IP-телефонии позволяет компаниям-операторам связи значительно снизить стоимость звонков (особенно международных) иинтегрировать телефонию с сервисами Интернета, предоставлять интеллектуальные услуги.

IP-телефон Avaya 1140E 

 

IP-телефон Cisco 7960 IP Phone 

 

Видеотелефон AddPac VP-500

[править]Функциональность

IP-телефония реализует  задачи и решения, которые с  помощью технологии телефонной сети общего пользования реализовать будет труднее, либо дороже.

Примеры:

• Возможность передавать более одного телефонного звонка в рамках высокоскоростного телефонного подключения. Поэтому IP-телефония используется в качестве простого способа для добавления дополнительной телефонной линии дома или в офисе.
• Свойства, такие как

• конференция,
• переадресация звонка,
• автоматическое повторение номера,
• определение номера звонящего,

предоставляются бесплатно  или почти бесплатно, тогда как  в традиционных телекоммуникационных компаниях обычно выставляются в  счёт.

• Безопасные звонки, со стандартизованным протоколом (такие как SRTP). Большинство трудностей для включения безопасных телефонных соединений по традиционным телефонным линиям, такие как оцифровка сигнала, передача цифрового сигнала, уже решены в рамках IP-телефонии. Необходимо лишь произвести шифрование сигнала и его идентификацию для существующего потока данных.
• Независимость от месторасположения. Нужно только интернет-соединение для подключения к провайдеру IP-телефонии. Например, операторы центра звонков с помощью IP-телефонов могут работать из любого офиса, где есть в наличии эффективное быстрое и стабильное интернет-подключение.
• Доступна интеграция с другими сервисами через интернет, включая видеозвонок, обмен сообщениями и данными во время разговора, аудиоконференции, управление адресной книгой и получение информации о том, доступны ли для звонка другие абоненты.
• Дополнительные телефонные свойства — такие как маршрутизация звонка, всплывающие окна, альтернативный GSM-роуминг и внедрение IVR — легче и дешевле внедрить и интегрировать. Тот факт, что телефонный звонок находится в той же самой сети передачи данных, что и персональный компьютер пользователя, открывает путь ко многим новым возможностям.

Дополнительно: возможность  подключения прямых номеров в  любой стране мира (DID).

[править]Мобильные номера

Переносимость телефонных номеров (англ. Mobile number portability, MNP или англ. Local Number Portability, LNP) — это сервис, который позволяет его пользователям сохранить существующий телефонный номер при переходе от одного мобильного оператора к другому. Возможность переноса телефонных номеров зависит от законодательства конкретной страны. Сервис MNP/LNP оказывает своё влияние на коммерческое применение IP-телефонии у транзитных операторов.^[1][2][3] Голосовой звонок, который пришёл по каналу IP-телефонии, маршрутизируется на мобильный телефон традиционного мобильного оператора.

[править]Минимальная стоимость звонка

Вызовы в IP-телефонии считают  системой с минимальной стоимостью маршрутизации звонка (LCR, Least Cost Routing system), которая основана на том, что осуществляется проверка пункта назначения каждого телефонного звонка, как только он сделан внутри сети, что даёт потребителю самую низкую цену.

При условии совместимости  с GSM-номерами, которая сейчас широко распространена, провайдеры систем с минимальной стоимостью маршрутизации звонка LCR, больше не могут полагаться на использование префикса номера, для того чтобы определить, как перенаправить (маршрутизировать) звонок. Вместо этого им нужно знать фактическое название сети мобильного оператора для каждого звонка, чтобы осуществить его маршрутизацию.

Следовательно, IP-телефония  также необходима для того, чтобы  управлять совместимостью мобильных  номеров MNP при маршрутизации голосового звонка. В странах без центральной  базы данных, таких как Великобритания, иногда бывает нужно направлять запрос в GSM-сеть о том, к какой сети (какому оператору) принадлежит данный мобильный  телефон. Поскольку IP-телефония начинает набирать обороты на рынке компаний благодаря применению функций системы  минимальной стоимости маршрутизации  звонка, необходимо предоставить определённый уровень надёжности при управлении звонками.

Проверки совместимости  мобильных номеров MNP нужны для  того, чтобы гарантировать, что качество услуги будет соответствовать требуемому; при проведении проверки совместимости  мобильных номеров перед тем, как осуществится маршрутизация  звонка, и тем самым гарантировать, что голосовой звонок действительно  попадёт по назначению, VoIP-компании дают своим компаниям-клиентам (потребителям) гарантию, что они найдут провайдера услуг IP-телефонии. Компания-оператор, предоставляющая услугу интернет-пейджера, Tyntec, зарегистрированная в Великобритании, предоставляет услугу Voice Network Query, (система передачи голосовых сообщений), эта услуга даёт возможность как традиционным операторам голосовой связи, так и VoIP-операторам отправлять запрос в GSM-сеть, запрос, направленный на то, чтобы найти домашнюю сеть для перенесённого номера.

[править]Номера экстренных вызовов

Из-за свойств, присущих самой  технологии IP, трудно определить местонахождение  пользователя. Звонки по номерам экстренных вызовов нельзя легко маршрутизировать (перенаправить) на близлежащий центр  приема звонков (что важно для  оперативных служб). Иногда такие  системы могут маршрутизировать экстренные внутрисетевые вызовы на неэкстренные телефонные линии в нужном подразделении.

[править]Протоколы

Протоколы обеспечивают регистрацию IP-устройства (шлюз, терминал или IP-телефон) на сервере или гейткипере провайдера, вызов и/или переадресацию вызова, установление голосового или видеосоединения, передачу имени и/или номера абонента. В настоящее время широкое распространение получили следующие протоколы:

• SIP — протокол сеансового установления связи, обеспечивающий передачу голоса, видео, сообщений систем мгновенного обмена сообщений и произвольной нагрузки, для сигнализации обычно использует порт 5060 UDP. Поддерживает контроль присутствия.
• H.323 — протокол, более привязанный к системам традиционной телефонии, чем SIP, сигнализация по порту 1720 TCP, и 1719 TCP для регистрации терминалов на гейткипере.
• IAX2 — через 4569 UDP-порт и сигнализация, и медиатрафик.
• Jingle (дополнение к XMPP / Jabber)
• MGCP (Media Gateway Control Protocol) — протокол управления медиашлюзами.
• Megaco/H.248 — протокол управления медиашлюзами, развитие MGCP.
• SIGTRAN — протокол тунеллирования PSTN-сигнализации ОКС-7 через IP на программный коммутатор (SoftSwitch).
• SCTP (Stream Control Transmission Protocol) — протокол для организации гарантированной доставки пакетов в IP-сетях.
• SGCP
• SCCP (Skinny Call Control Protocol) — закрытый протокол управления терминалами (IP-телефонами и медиашлюзами) в продуктах компании Cisco.
• Unistim — закрытый протокол передачи сигнального трафика в продуктах компании Nortel.

[править]Кодирование речи

Для передачи голоса по IP-сети, человеческий голос оцифровывается при помощи импульсно-кодовой модуляции, сжимается (кодируется) и разбивается на пакеты. На принимающей стороне, происходит обратная процедура — данные извлекаются из пакетов, декодируются и преобразуются обратно в аналоговый сигнал.

Кодирование вносит дополнительную задержку порядка 15—45 мс, возникающую  по следующим причинам:

• использование буфера для накопления сигнала и учёта статистики последующих отсчётов (алгоритмическая задержка);
• математические преобразования, выполняемые над речевым сигналом, требуют процессорного времени (вычислительная задержка).

Подобная задержка появляется и при декодировании речи на другой стороне.

Задержку кодека необходимо учитывать при расчёте сквозных задержек (см. выше). Кроме того, сложные алгоритмы кодирования/декодирования требуют более серьёзных затрат вычислительных ресурсов системы.

Проведённый в различных  исследовательских группах анализ качества передачи речевых данных через  Интернет показывает, что основным источником возникновения искажений, снижения качества и разборчивости  синтезированной речи является прерывание потока речевых данных, вызванное:

• потерями пакетов при передаче по сети связи;
• превышением допустимого времени доставки пакета с речевыми данными.

Это требует решения задачи оптимизации задержек в сети и  создание алгоритмов компрессии речи, устойчивых к потерям пакетов (восстановления потерянных пакетов).

[править]Кодеки

Применяемые алгоритмы сжатия голоса при передаче по IP-сети довольно разнообразны. Некоторые практически  не сжимают голос, оставляя его на уровне импульсно-кодовой модуляции (то есть 64 килобит/с), другие кодеки позволяют сжимать цифровой голосовой поток в 8 и более раз за счёт эффективных алгоритмов кодирования. Существует немало хороших свободных кодеков, использование которых не требует лицензирования. Для других же требуется достижения соответствующей лицензионной сертификации между производителем оборудования (программного обеспечения) и авторами метода сжатия.

Открытые: CELT (англ.) GSM G.711 μ-law G.711 a-Law G.722 G.726 Opus Speex iLBC

Проприетарные: G.729 G.729A G.723 G.723.1

Сравнительные характеристики VoIP-кодеков:^[4]

Кодек	Полезная нагрузка  пакета, байт	Скорость передачи,  кбит/с	Алгоритмическая  задержка, миллисекунд	Занимаемый поток, кбит/с
				IP-пакеты	Ethernet-фреймы
G.711	160	64	20	64,8	80
G.723.1 (6.3)	24	6,3	37,5	6,9	17,1
G.723.1 (5.3)	20	5,3	37,5	5,9	16
G.726-32	160	32	20	32,8	42,7
G.726-24	160	24	20	24,8	34,7
G.726-16	160	16	20	16,8	26,7
G.729 (8)	20	8	25	8,8	18,7
G.729 (6.4)	16	6,4	25	7,2	17,1

 

[править]Оптимизация задержек в сети

Основными преимуществами IP-телефонии  является снижение требований к полосе пропускания, что обеспечивается учётом статистических характеристик речевого трафика:

• блокировкой передачи пауз (диалоговых, слоговых, смысловых и др.), которые могут составлять до 40-50 % времени занятия канала передачи (VAD);
• высокой избыточностью речевого сигнала и его сжатием (без потери качества при восстановлении) до уровня 20-40 % исходного сигнала (см.: аудиокодек).

В то же время для IP-телефонии  критичны задержки пакетов в сети, хотя технология обладает некоей толерантностью (устойчивостью) к потерям отдельных  пакетов. Так, потеря до 5 % пакетов не приводит к ухудшению разборчивости речи.