Сети с коммутацией пакетов были созданы для передачи данных, и возможность их использования
для передачи голосового или факсимильного трафика в реальном времени, по аналогии
с традиционной телефонией, в значительной степени зависит от вносимой ими при прохождении
сигнала задержки. На рисунке 15 представлена схема сети VoIP и возникающие при этом
задержки.
Важно отметить тот факт, что задержки в сетях с коммутацией пакетов влияют не только на качество передачи речевого трафика в реальном времени. Не менее важно и то, что данные задержки в определённых ситуациях могут нарушить правильность функционирования телефонной сигнализации в цифровых трактах Е1/Т1 на стыке голосовых шлюзов с оборудованием коммутируемых телефонных сетей. Причиной этого можно назвать тот факт, что набор рекомендаций Н.323 в момент своего появления в 1997 г. был ориентирован на мультимедийные приложения, осуществляющие аудио и видео конференцсвязь через сети IP. Данное решение позволяло значительно снизить стоимость таких систем по сравнению с их аналогами, работающими в сетях традиционной телефонии с коммутацией каналов. В процессе выделения IP-телефонии в самостоятельное направление и развития её до услуги операторского уровня, возникла необходимость соединения IP-шлюзов с телефонными станциями ТфОП по цифровым трактам Е1/Т1. При этом, шлюзы осуществляют взаимодействие с цифровыми АТС, используя стандартные механизмы телефонной сигнализации Q.931, интерпретированные через команды Н.225 и транслируемые в IP-сети с использованием протокола TCP. Согласно рекомендации Q.931, при установлении телефонного соединения значения временных задержек между фазами выполнения команд сигнализации строго регламентированы. Однако, при интерпретации в IP-шлюзах команд телефонной сигнализации Q.931 стеком Н.225/ТСР/IP, задержки, возникшие на пути прохождения сигнала увеличивают заданные временные интервалы между командами Q.931, и в большинстве случаев нарушают целостность функционирования данного протокола. Хотя версия 2 набора рекомендаций Н.323 в фазе 2 предусматривает процедуру Н.323v2 Fast Connect, ускоряющую обработку команд Q.931 стеком Н.225/ТСР, задержки IP-канала, особенно характерные для инфраструктуры Интернет, могут заведомо превышать все допустимые значения временных интервалов протокола Q.931. Данное обстоятельство можно расценивать как ещё один аргумент в пользу использования выделенных каналов при построении сетей IP-телефонии.
Для упрощения расчёта предположительной скорости передачи данных для межшлюзовых
IP-каналов при передаче голосовых и факсимильных сообщений, компанией-производителем
VoIP оборудования Clarent разработана программа
Clarent Bandwidth Calculator (внешний вид интерфейса которой приведён на рисунке 16).
Результаты расчёта приводятся для локальной сети и для интерфейсов WAN. Исходными данными являются: тип используемого кодека, число одновременных разговоров, заданное значение порога детектора голосовой активности, а также зарезервированная полоса пропускания. Результаты представляются в значениях Кбит/с. В разделе Complex приводятся результаты расчёта при использовании разработанной компанией Clarent технологии оптимального сжатия информации. В разделе Simplex представлены расчётные значения для обычного шлюза для IP-телефонии под Н.323. Ниже приводятся результаты расчётов с использованием Clarent Bandwidth Calculator проделанные автором для обычного IP-шлюза при различных сочетаниях параметров.
Расчёты проводились для 30-ти канального голосового шлюза, работающего под управлением
гейткипера Н.323 и включённого в телефонную сеть по цифровому тракту Е1 PRI. Пропускная
способность канала WAN полностью доступна для телефонного трафика и не имеет резерва.
Уровень срабатывания детектора голосовой активности – 30% от максимальной амплитуды
сигнала. В сети используется процедура RAS, определяющая взаимодействие шлюзов и гейткипера.
На рисунке 17 приведены результаты скорости передачи данных в канале WAN в зависимости
от различного числа одновременных разговоров с использованием кодеков: G.723.1 Low,
G.723.1 High, G.729а, NetCoder. Результаты расчётов произведены для случая статического
нарастания числа входящих/исходящих вызовов. Следует помнить, что при передаче реального
трафика в многоканальном IP-шлюзе число одновременных разговоров постоянно изменяется,
что приводит к колебаниям скорости информационного потока.
Анализируя графики, приведённые на рисунке 17, интересно отметить, что:
Требования к пропускной способности межшлюзового канала сети Н.323, в зависимости от типа используемого кодека и заданного порога детектора голосовой активности, приведены на рисунке 18.
Предполагаемая скорость передачи данных в IP-канале в зависимости от заданного порога детектора голосовой активности, при использовании кодека G.711, приведена на рисунке 19
Впервые ITU-T опубликовал протокол взаимодействия аналоговых факсимильных аппаратов в 1980 г. Факсимильные аппараты, поддерживающие его, получили название факсимильных аппаратов Группы 3. Протокол состоит из нескольких частей, которые отражают различные стадии процедуры передачи факсов. Сообщения, согласно протоколу Группы 3, передаются при помощи сформированной аналоговыми модемами модулированной несущей через обычную телефонную сеть. При этом скорость передачи образа документа может составлять 64 Кбит/с.
Процедура управления сессией описана ITU-T в спецификации Т.30, а процедура передачи образа документа в спецификации Т.4. Спецификация Т.30 разделяет процесс передачи факсимильного сообщения на пять фаз:
Фаза А – Набор номера, установление соединения
Фаза В – Взаимная идентификация факсимильных аппаратов и выбор скорости
Фаза С – Передача образа документа
Фаза D – Сверка числа страниц, завершение передачи
Фаза Е – Разрыв соединения
Согласно спецификации Т.4, передача образа документа в самой простой своей реализации, представляет собой процедуру синхронной блочной передачи файла формата TIFF-F в виде потока бит с использованием преобразования Гауфмана при помощи модемов. В конце каждого блока следует специальный символ - EOL (end of line). В конце последнего блока на странице символ EOL повторяется шесть раз.
Опыт современных компаний-операторов телефонной связи показывает, что передача факсимильных сообщений через каналы междугородней и международной связи - достаточно востребованная пользователями услуга и выгодный бизнес. Несмотря на это, трансляция факсов через сеть IP изначально не была отражена ITU-T в стандарте Н.323. Объясняется это, скорее, не забывчивостью ITU, а изначальной ориентацией стандарта на мультимедийные приложения. Лишь в 1998 г., во второй версии Н.323, спецификация Т.38 вводит понятие технологии Fax Relay, предназначенной для передачи факсимильных сообщений в режиме реального времени. В основе Fax Relay лежит имитация со стороны IP-шлюза относительно факсимильного аппарата полностью прозрачной среды передачи, с сохранением всех фаз вызова отражённых в спецификациях Группы 3.
Практическая реализация услуги FoIP присутствует во всех современных IP-шлюзах операторского уровня. Однако совместимость шлюзов различных производителей при передаче факсимильного трафика часто оказывается под вопросом. Конкретная реализация механизма Т.38 в оборудовании того или иного производителя является закрытой информацией! В отличии от VoIP, информацию о FoIP приходится собирать по крохам :(.
Особый интерес представляет информация компании CISCO Systems о реализации Т.38 Fax Relay в производимых ею шлюзах IP-телефонии. Согласно CISCO Systems, после установления соединения с IP-шлюзом и передачи информации о номере вызываемого абонента (Фаза А) происходит попытка вызывающего факсимильного аппарата соединится с вызываемым факсимильным аппаратом и установить параметры скорости соединения (Фаза В), при этом голосовые шлюзы на приёмном и передающем концах детектируют, перехватывают и транслируют в сторону соединённых с ними через телефонную сеть факсимильных аппаратов стандартные сообщения спецификации Т.30, в которых задают скорость соединения от 2,4 до 14,4 Кбит/с. Таким образом, при использовании Fax Relay отпадает необходимость кодировать и передавать через канал IP аналоговую несущую (фазы В и D), так как между шлюзами сообщения Т.30, распознанные детекторами, передаются под управлением протокола Н.245, а при передаче образа документа (Фаза С) применяется кодирование со скоростями 2,4 – 14,4 Кбит/с. Следует заметить, что процесс передачи образа документа предъявляет определённые требования к фазовым искажениям сигнала и задержкам в тракте передачи, а также задержкам при кодировании / декодировании. По этой причине, преобразование факсимильного сигнала с использованием гибридных речевых кодеков использующих технологии CELP, MP-MLQ и т.п. неэффективно. Для кодирования факсимильного сигнала наиболее подходящими будут кодеки ИКМ. Потому, среди кодеков, реализованных в современных шлюзах IP-телефонии всегда присутствуют ИКМ кодеки. Процесс передачи образа документа через пакетную сеть, как непрерывного синхронного потока данных, осуществляется с использованием протокола UDP и дополнительных технологических приёмов, среди которых:
На рисунке 20 приведены результаты расчёта скорости передачи данных в IP-канале для различного числа одновременных вызовов при использовании технологии Т.38 Fax Relay.
Весьма интересной выглядит сходная с Т.38 Fax Relay технология передачи данных через IP-шлюз с использованием обычных аналоговых модемов, получившая название PCM Switchover. При детектировании шлюзом сигнала несущей аналогового модема, в момент фазы передачи данных, для него со стороны шлюза создаётся полностью прозрачное IP-соединение с использованием ИКМ кодека G.711 64 Кбит/с. Пользователь, имея модем V.90 и качественное подключение к местному оператору IP-телефонии, установившему шлюз с поддержкой PCM Switchover, может получить соединение, аналогичное по скорости выделенному каналу 64 Кбит/с.
