Тезисы по IP-телефонии

Введение

     В последнее время получило развитие так называемая IP-телефония, т.е. телефонная связь между абонентами с использованием пакетной коммутации, пакетов, передаваемых по IP-сетям, в частности Интернет.
     Для пользователя стоимость такой связи для международных и междугородних соединений на один-два порядка меньше, чем стоимость услуг, представляемых операторами междугородней и международной связи. Такая разница объясняется резким снижением избыточности как каналов связи, рассчитанных на трафик в час наибольшей нагрузки, так и избыточности в объеме передаваемой информации.
     По прогнозам, за счет дешевизны ожидается, что через 10-15 лет IP-телефония займет до 50% объема всего рынка международной и междугородной связи. В настоящее время рост сдерживается в основном за счет качества связи:

· задержка по времени между моментами передачи и приема сообщений (аналогично спутниковой связи);
· ╚замирания╩ связи за счет пропадания части пакетов.

1.1. Организация сетей IP-телефонии в настоящее время

     Сеть IP-телефонии образуется на основе существующей сети Интернет. Узлами сети IP-телефонии являются следующие объекты:

· устройства и системы, которые могут обеспечить преобразование пакетов IP-телефонии, передаваемых по сети Интернет в электрические сигналы, используемые в телефонии, например:
· компьютеры, включенные в сеть Интернет и оснащенные аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями (например звуковыми платами) и специальным программным обеспечением;
· специальные шлюзы, обеспечивающие стык между IP-сетью и обычными телефонными сетями;
· устройства и системы, обеспечивающие вызов абонента, соединение, поиск по базам данных, тарификацию и т.п. Провайдеров Интернет скорее всего также надо отнести к узлам IP-телефонии.

Рисунок 1

     Стыки между сетью IP-телефонии и обычными сетями общего пользования осуществляются на шлюзах. Шлюзы организуются в основном операторами, предоставляющими услуги IP-телефонии абонентам. Кроме того шлюзы могут организовываться некоторыми корпоративными пользователями, создающими свою индивидуальную сеть IP-телефонии.
    Операторов IP-телефонии можно классифицировать следующим образом:

· крупные компании, имеющие большие сети шлюзов (например ╚Тарио-нет╩);
· мелкие провайдеры, объединенные в различные ассоциации, союзы, объединения и т.п.;
· провайдеры - одиночки.

Рисунок 2

    В этой схеме не учтены некоторые моменты:

·   соединение с  Интернет пользователей в основном осуществляется через провайдеров;
·   соединение с Интернет шлюзов в основном также осуществляется через провайдеров (если не считать, что шлюз может быть создан самим провайдером);
·    провайдеры Интернет между собой соединяются через соответствующие узлы (маршрутизаторы, коммутаторы, мосты и т.п.);
·   соединение между провайдером и узлом  Интернет осуществляется через первичную сеть связи;
·    соединение пользователей Интернет со своим провайдером осуществляется по коммутируемым каналам (через ГТС)

Рисунок 3

1.2. Варианты развития сетей связи с учетом тенденций развития IP-телефонии

     За счет дешевизны, при условии улучшения качества IP-телефонии (а если учесть реальное качество междугородней связи, то особого улучшения качества и не требуется), сегодняшний рынок междугородней и международной телефонной связи будет постепенно переходить к IP-телефонии. Как гипотетическую модель можно рассмотреть ситуацию, когда не только междугородняя и международная, но и местная связь будет осуществляться через IP-телефонию. Наступление такой ситуации в полном объеме вряд ли будет, но переход отдельных регионов к такой модели можно ожидать. В гипотетическом случае можно рассмотреть следующую схему - абоненты будут по какой-либо физической цепи (медь, радиоканал, оптика и т.п.) подключаются непосредственно к IP-сети. Абонентским устройством будет какое-либо интеллектуальное устройство, где для взаимодействия с абонентом будут использованы некие устройства, эквивалентные сегодняшним микрофону, телефону, номеронабирателю, рычажному переключателю и звонку, а со стороны линии по физической цепи будут идти уже готовые пакеты IP-сети (что-то типа UDP или что-то похожее).
     В качестве прообраза такого соединения можно рассмотреть следующие варианты соединения, реально осуществляемые в настоящее время для подключения к Интернет. В каком-либо жилом доме домашние компьютеры соединяются между собой в локальную сеть. Соединение каждого отдельного компьютера с Интернет по высокоскоростной выделенной линии экономически неоправданно. Но если по высокоскоростной линии соединить с Интернет локальную сеть многоквартирного дома, допустим со 100 пользователями, то это уже будет окупаться. С другой стороны, в настоящее время большое распространение получили телефонные аппараты с АОН, каждый из которых фактически является компьютером с 8-разрядным процессором Z-80. Во многих из таких аппаратов есть цифро-аналоговые преобразователи. Если оснастить аппарат еще и сетевой платой, то можно осуществить соединение с локальной сетью.
     В качестве другого прообраза можно рассмотреть вариант соединения с Интернет, который сейчас рекламируется на западе, но у нас большого распространения пока не получил. Это использование для Интернет сети кабельного телевиденья и использование домашнего мультимедийного бездискового компьютера,  с использованием вместо монитора телевизора. Такой компьютер также может быть использован как абонентское устройство IP-телефонии.
     При такой ситуации практическая надобность в каких-либо коммутационных станциях, кроме узлов Интернет (маршрутизаторов, мостов и т.п.) отпадет. Гипотетическую сеть можно представить следующим образом (см.рис.4).

Рисунок 4

     Другим преимуществом от использования такой схемы является экономия на распределительной сети. Сейчас от каждого абонента до ближайшей АТС проложены персональные физические линии. При использовании рассматриваемой схемы достаточно одного высокоскоростного соединения для всей локальной сети. Причем возможно объединение различных локальных сетей и одного высокоскоростного соединения с АТС (или другим оператором связи).
     За основу традиционных сетей связи были положены первичные сети, первоосновой которых являются каналы ТЧ, объединяемые в групповые тракты со своей иерархией для аналоговых систем передачи и с несколькими вариантами иерархии для цифровых систем передачи. Преобладающим видом связи является телефония, которая составляет более 80% используемой емкости первичной сети. Поэтому за основу первичной сети взят канал тональной частоты (за исключением  небольшого количества широкополосных каналов). Цифровые потоки, включаемые в электронные станции, самой станцией реально используются как отдельные каналы, правда в оцифрованном виде. Внутри цифрового потока каждый канал занимает свой временной интервал.
     Все другие виды информации опять же приводятся к каналам ТЧ. Даже широкополосные каналы оцениваются по числу занимаемых каналов ТЧ, например фотогазета - 60 каналов ТЧ, даже цифровые тракты Е1 - это 30 каналов ТЧ. В построение иерархий цифровых трактов и американская и европейская за основу берут цифровой эквивалент канала ТЧ - 64 Кбит/с.
     При прогнозируемом варианте развития сетей связи картина кардинально изменяется.  За основу берутся цифровые потоки, по которым передается информация в виде пакетов. Размер пакета к каналам ТЧ уже никакого отношения не имеет. Каким-либо образом расчленить цифровой поток на каналы ТЧ принципиально не возможно. Информация виртуального канала разбивается на пакеты, которые при передачи внутри цифрового потока занимают разные временные интервалы. Кроме того каждый пакет может (даже должен) передаваться по своему маршруту. Если в асинхронных цифровых системах передачи за счет традиционных иерархий цифровые потоков будет присутствовать кратность каналу ТЧ, то в SDH за счет использования контейнеров возможен отход от привычной иерархии и создание какой-нибудь иерархии цифровых потоков (или таких разновидностей потоков, которые вообще никак не входят в иерархии) которая более приспособлена к передачи пакетов.
     На основе этих цифровых потоков образуются IP-сети, являющиеся с точки зрения теории сетей связи вторичными сетями. И уже по этим сетям организуется передача различных видов информации (видов связи), ранее традиционно передаваемых по каналам ТЧ (факс, радиовещание, телевиденье, телеконференции и т.п.). Одним их таких видов является IP-телефония, это как бы уже третий уровень иерархии сетей. Если ранее по телефонным сетям осуществлялась передача данных, то теперь наоборот, по сетям передачи данных работает телефония. Если ранее сети разделялись на первичную и ряд вторичных, то теперь появились три уровня иерархии сетей.

2. Технология организации вызова

2.1. Существующая технология организации вызова

Компьютер-компьютер. Связь компьютер-компьютер организуется без помощи шлюзов, используются только ╚каталоги абонентов╩. В настоящее время наиболее часто используются каталоги на серверах

  ils.microsoft.com
  four11.com

· набором на номеронабирателе или биппером номера абонента Б, кода входа и т.п. с помощью специальной платы;
· голосом, через оператора, который и вводит необходимые данные.

· абонент А оплачивает свой выход в телефонную сеть через шлюз (или сеть шлюзов). В этом случае через Интернет абонент А соединяется со шлюзом абонента Б, на который передаются данные о вызове. Дальнейшую организацию соединения осуществляет шлюз. Взаиморасчет  проводится между провайдером, продавшем абоненту А право на данную услугу и шлюзом, осуществившим соединение;
· абонент Б оплачивает свои входящие вызовы. Сама вызов осуществляется аналогично описанному выше
· комбинация обоих случаев

2.2. Перспективные методы организации вызова

     В ближайшее время можно ожидать интеграцию IP-телефонии с видами связи, появившимися в последнее время, типа пейджинга, мобильной связи (беспроводного доступа), CALL-центрами, голосовой почтой и т.п. Для эффективного взаимодействия этих видов связи с IP-телефонией необходимо создание единых динамических каталогов. В этих каталогах должны использоваться две взаимодополняющие друг друга единые системы нумерации. Одна из этих систем нумерации должна однозначно идентифицировать конкретного абонента единой сети. Другая система нумерации должна однозначно идентифицировать  конкретное абонентское устройство.
     Первая из систем нумерации является чисто логической или виртуальной. Предназначена для организации поиска абонента независимо от его местонахождения. Каждый пользователь сети может иметь один так и более логических номеров у одного или у нескольких операторов. Поиск осуществляется по одному из этих номеров - по которому приходит вызов. Основой этой системы служит распределенная база данных. База данных распределена между различными операторами. У каждого оператора хранится часть общей базы данных, как правило для его абонентов, т.е. с которыми у него или у его дилеров заключены абонентские договора на обслуживание по данному виду услуги. Логический номер должен быть стандартизирован и по нему с помощью простого алгоритма должна однозначно определяться база, в которой хранятся данные абонента.
     Другая система нумерации предназначена для вызова конкретного абонентского устройства, и которое согласно данным из первой базы в данное время используется конкретным абонентом. Номера должны идентифицировать физические абонентские устройства. Физический номер также должен быть стандартизирован и по нему с помощью простого алгоритма должны определяться - класс оконечного устройства и операторская зона (оператор), через которые осуществляется вызов данного устройства.
Алгоритм функционирования данной системы примерно следующий. Абонент может использовать несколько абонентских устройств одного или разного класса. Например - служебный телефон, сотовый телефон, пейджер  и т.п., каждое из которых имеет свой физический номер. В базу данных абоненту (по его заявке) к логическому номеру приписываются одно, часть или все его физические номера и порядок их опроса. Алгоритм опроса может изменяться в зависимости от класса устройств. Заявка на привязку физического номера может быть изменена абонентом динамически. Возможные варианты динамического изменения - через CALL-центр, по электронной почте, по PIN-карте с определенным донабором, автоматически при регистрации сотового телефона и т.п. Когда приходит вызов абонента по его логическому номеру осуществляется запрос к базе данных. По результатам запроса выдается перечень физических номеров и порядок их опроса, который осуществляется в автоматическом режиме.
Очевидно, что наиболее полно такая схема организации вызова будет функционировать, когда все каталоги, все абонентские устройства будут подключены к единой информационной сети, через которую и должны осуществляться описанные выше манипуляции. Наиболее подходит для этого Интернет. Абонентские устройства должны подключаться по принципам IP-телефонии.

2.3. Технология взаимодействия при организации роуминга

     Обычно под роумингом подразумевается, что абонент какой-либо мобильной сети, какого-то стандарта, вместе со своим абонентским устройством выехал из зоны обслуживания своего оператора и работает в зоне обслуживания другого оператора. Для реализации такого процесса осуществляется определенное юридическое, финансовое, организационное и техническое взаимодействие между обоими операторами и абонентом.
     Под роумингом IP-телефонии в данной статье подразумевается, что абонент осуществляет или принимает вызов не через шлюз, который принадлежит его оператору, а через другой, принадлежащий другому оператору. Эти операторы, очевидно, должны быть связаны договорными отношениями о роуминге. Такая ситуация может возникнуть, например, при временном переезде абонента в другой город.
Абонент А при вызове через чужой шлюз сообщает код своего оператора. Шлюз запрашивает у оператора абонента А подтверждение на вход абонента А. При отрицательном ответе абоненту А дается отказ, при положительном передаются оператору абонента А для последующих взаиморасчетов.