Общее понятие ip-телефонии

Под IP-телефонией понимается технология, позволяющая использовать сеть с коммутацией IP-пакетов, в частном случае Internet, в качестве средства организации и ведения телефонных разговоров и передачи факсов в режиме реального времени между удаленными абонентами.

Под IP-телефонией понимают в первую очередь такую технологию, в которой голосовой трафик частично передается через телефонную сеть общего пользования, а частично - через сети с IP-коммутацией (в частности - Internet) Именно таким образом осуществляются звонки с телефона на телефон, с компьютера на телефон, с телефона на компьютер (здесь вместо номера телефона используется IP-адрес).

Ключевым элементом IP-телефонии является связка Шлюз - Сеть - Шлюз. Шлюз представляет собой компьютер-сервер, дополненный специальными платами расширения и соответствующим программным обеспечением. Он служит интерфейсом между передающим звук устройством пользователя (телефоном, компьютером и т. п.) и сетью с коммутацией пакетов. Шлюз обеспечивает прием и преобразование данных в форму, пригодную для пересылки по сети (и обратное преобразование). Абоненту всего лишь нужно связаться с ним тем или иным способом. Шлюз, имеющий выход в Internet, передаст по сети данные на другой такой же шлюз, ближайший к вызываемому абоненту. После этого, претерпев обратное преобразование, звук достигнет абонента и соединение осуществится.

Рисунок Обобщенная схема IP-телефонии

Аппаратное обеспечение Internet-телефонии

Шлюзы Internet-телефонии выпускаются в двух вариантах: это концентратор удаленного доступа или маршрутизатор, куда вставляются карты VoIP, или специализированное автономное устройство или сервер на базе ПК с голосовыми платами. Маршрутизаторы быстрее доставляют вызовы - пакеты поступают прямо в очередь маршрутизатора и оттуда в глобальную сеть. Автономные устройства и шлюзы на базе ПК отправляют данные через Ethernet, так что они достигнут маршрутизатора только после того, как пройдут через локальную сеть. Кроме того, автономные устройства не обеспечивают приоритизацию трафика, они не могут поместить голосовые пакеты в начало очереди маршрутизатора. Ограничением для выбора шлюза первого типа является необходимость использования во всей сети маршрутизаторов или концентраторов одной фирмы. Шлюзы VoIP, предлагаемые различными производителями, несовместимы друг с другом, поэтому в неоднородных сетях предпочтительнее автономные устройства.

Важным компонентом шлюзового ПО является кодек, выполняющий пакетизацию, сжатие и восстановление голосового сигнала. Программы кодирования/декодирования могут работать либо на выделенном процессоре ПК, либо на дополнительной плате с процессором DSP. Шлюзы, использующие выделенный ЦП, отличаются меньшими возможностями масштабирования. Увеличение числа портов способно затруднить работу, так как каждый вызов в каждом порту должен проходить отдельный цикл сжатия/восстановления. Однако подобные шлюзы проще проектировать. Разработка алгоритмов кодирования/декодирования для платформ DSP очень трудоемкая задача.

Для передачи вызова с одного телефона на другой шлюз использует таблицы маршрутов, в которых выдаваемый номер телефона сопоставлен с IP-адресом ближайшего к нему шлюза. Каждый производитель формирует такие таблицы по-своему; некоторые из них (в частности, E-Fusion, Inter-tel, RADvision) реализуют данный процесс в виде серверного ПО, называемого посредником (gatekeeper). Шлюзы должны регистрироваться у посредника и предоставлять ему данные о всех телефонных номерах, с которыми они будут устанавливать связь. В случае, если какой-либо шлюз захочет послать вызов другому, он должен обратиться к посреднику, чтобы тот дал разрешение на пересылку вызова и предоставил IP-адрес шлюза назначения. Посредники могут выполнять и другие функции, например, аутентифицировать шлюзы, впервые включаемые в сеть VoIP, ограничивать в случае необходимости круг доступных для них шлюзов, регулировать уровень нагрузки сетевых компонентов и др.

Схема обработки сигнала в шлюзе

При реализации шлюзового соединения необходимо решить задачи, связанные с эхо-подавлением и передачей тональных сигналов набора номера (DTMF). Некоторые кодеки некорректно интерпретируют сигналы DTMF и искажают их при передаче. Производители шлюзов VoIP выходят из этой ситуации, выделяя сигналы DTMF, кодируя их отдельно и регенерируя их в пункте назначения.

Эхо возникает в телефонной линии на гибридном переходе от 4-проводного соединения к 2-проводному. Телефонный сигнал с 2-проводной линии поступает на дифференциальную систему, которая разделяет приемную и передающую части канала. Далее сигнал передачи вместе с "просочившейся" частью сигнала приема подается на АЦП и превращается либо в стандартный 12-разрядный, либо в 8-разрядный сигнал, закодированный по ц- или А-закону. В последнем случае обработка должна также включать соответствующий экспандер.

В устройстве эхокомпенсации из сигнала передачи удаляются остатки принимаемого сигнала. Эхокомпенсатор представляет собой адаптивный нерекурсивный фильтр. Для обнаружения и определения сигналов внутриполосной телефонной сигнализации (MF-сигналов), сигналов DTMF или импульсного набора номера используются детекторы соответствующих типов. В режиме сессии дальнейшая обработка входного сигнала происходит в речевом кодере. В анализаторе кодера сигнал сегментируется на отдельные фрагменты длительностью 30 мс и с каждым входным блоком, состоящим из 240 отсчетов (1920 бит при А- или -коде и 2880 бит при 12-разрядном линейном коде), сопоставляется информационный кадр длиной 137 бит.

Часть параметров, вычисленная в анализаторе, используется в блоке определения голосовой активности VAD, который решает, является ли текущий анализируемый фрагмент сигнала речью или паузой. При наличии паузы информационный кадр (ИК) может не передаваться в службу виртуального канала.

Существует следующий режим передачи паузных кадров. На сеансовый уровень передается лишь каждый пятый кадр этого типа. Кроме того, при отсутствии речи для кодировки текущих спектральных параметров используется только 27 бит. На приемной стороне из виртуального канала в логический поступает либо ИК (длиной 137 или 27 бит), либо флаг наличия паузы. На паузных кадрах вместо речевого синтезатора включается генератор комфортного шума, который восстанавливает спектральный состав паузного сигнала. Параметры генератора обновляются при получении паузного информационного кадра. Наличие ИК длиной 137 бит включает речевой декодер, на выходе которого формируется 12-разрядный речевой сигнал. Для эхокомпенсатора этот сигнал является сигналом удаленного абонента, фильтрация которого дает составляющую электрического эха в передаваемом сигнале. В зависимости от типа ЦАП сигнал может быть подвергнут дополнительной кодировке по А- или -закону.

Рисунок Схема обработки сигнала в шлюзе

Рисунок Устранение эха в системах Internet-телефонии