ТЕХНОЛОГИИ

Мультисервисные сети, в которых кроме данных передается речь и видео, позволяют значительно сократить расходы компаний на организацию корпоративных сетей связи, на междугородние и международные переговоры, осуществляемые через сети общего пользования (ТфОП), а также повысить эффективность каналов связи за счет передачи по ним разнотипной информации.

Речь в сетях передачи данных

Технология передачи речи через сети передачи данных (СПД) была разработана сравнительно недавно, фактически точкой отсчета является принятый Международным союзом электросвязи и телекоммуникаций (МСЭ-Т) стандарт H.323. Этот стандарт позволил передавать речевой сигнал через пакетные сети, построенные на семействе протоколов TCP/IP. При его разработке особое внимание уделялось именно технологии передачи речи, а также интеграции с телефонными сетями. Важно отметить, что в стандарте кроме алгоритмов аналого-цифрового преобразования (АЦП) речевого сигнала, применяемых в телефонных сетях, реализованы новые алгоритмы кодирования речи, позволяющие значительно сократить требуемую величину полосы пропускания для передачи сигнала через пакетную сеть. Это стало возможным благодаря применению гибридных алгоритмов кодирования ITU-T G.728, ITU-T G.729 и G.723.1, основанных на методах линейного предсказания LD-CELP, CS-ACELP и MP-MLQ, которые позволяют выполнить АЦП речевого сигнала с высоким сжатием информации.

Факторы, влияющие на качество передачи речи

Мультисервисные корпоративные сети решают задачу передачи различного типа трафика (речь, видео, данные), кроме того, они должны взаимодействовать с сетями общего пользования и при этом обеспечивать высокий уровень качества передачи речи в пакетных сетях. Сложность состоит в том, что изначально разрабатываемые протоколы семейства TCP/IP и механизмы передачи данных через мультисервисные сети не были ориентированы на передачу речевого трафика. Поэтому если в корпоративной сети отсутствует политика обеспечения необходимого уровня обслуживания передачи речи и данных, то на качество голоса оказывают влияние такие факторы, как потери речевых пакетов, задержки при их передаче и вариации этих задержек. В результате разборчивость речи заметно снижается, возможны проявления пауз в разговоре, пропадание отдельных фраз или длительный эффект “эха”.

Как оценить качество?

Необходимый уровень качества принимаемого речевого сигнала оценивается по пятибалльной шкале в соответствии с рекомендацией P.800 Международного союза электросвязи и телекоммуникаций. МСЭ-Т изучил различные типы кодеров, которые выполняют аналого-цифровое преобразование речевого сигнала. Например, кодер G.711 PCM, использующийся для кодирования речевого сигнала в телефонных сетях общего пользования, получил среднюю оценку 4,1, а кодер G.729, наиболее часто встречающийся в мультисервисных сетях, из-за невысоких требований к полосе пропускания - 3,92. Что позволяет говорить о снижении качества передачи речи кодерами, обеспечивающими высокую степень сжатия речевого сигнала. Соответственно в этих случаях дальнейшее снижение качества речевого сигнала недопустимо. Более того, необходимо обеспечить обслуживание речевого трафика на всем пути его передачи через пакетную сеть - от источника до получателя (см. рис.1). Это становится возможным, если гарантирована полоса пропускания для передачи речи, минимизирована величина задержки передачи голосовых пакетов и вариации задержки, а также обеспечен минимальный уровень потерь пакетов.

Рис. 1. Факторы задержки речевого трафика

Технологии и решения, гарантирующие качество передаваемой речи

Существует ряд механизмов и протоколов, способных обеспечить приоритетное обслуживание речевых пакетов и предоставить нужную полосу пропускания для их передачи по каналам связи. Более того, большинство производителей телекоммуникационного оборудования ведут собственные разработки технологий и методов обработки речевого трафика в пакетных сетях связи. К примеру, производители предлагают ряд механизмов по приоритетной обработке речевого трафика, а именно механизмы организации и обработки очередей LLQ (Low Latency Queuing) и PQ-WFQ (Priority Queuing - Weighting Fair Queuing).

Для описания существующих технологий МСЭ-Т ввел понятие качества обслуживания (Quality of Service), в рамках которого определены три уровня: негарантированный (best-effort service), дифференцированный (differentiated service) и гарантированный (guaranteed service). Негарантированный и дифференцированный уровни используются, когда к качеству передачи речи не предъявляется жестких требований. Гарантированный же предполагает высокое качество обслуживания трафика и поддержку режима передачи пакетов в реальном масштабе времени.

Рис. 2. Механизмы организации и обработки очередей на маршрутизаторах в мультисервисных сетях

Для обеспечения гарантированного уровня качества обслуживания используется комплекс механизмов и протоколов, реализованных на устройствах маршрутизации мультисервисной сети (рис. 2). В этом случае выполняется процедура резервирования ресурсов для передачи речи и осуществляется приоритетная обработка речевых пакетов в очереди, что позволяет гарантированно и своевременно доставлять речевые пакеты от одного абонента сети другому.

MPLS или RSVP

Инженерная рабочая группа Интернет (IETF) рекомендует использовать технологию коммутации меток (MPLS), которая является основой для построения территориально распределенных сетей операторов связи, предлагающих услуги по передаче данных, речи и потокового видео. Принцип обработки разнотипного трафика в технологии MPLS заключается в маркировке пакетов согласно необходимому уровню обслуживания, в соответствии с которым устройства маршрутизации выполняют их обработку и передачу.

Другим механизмом, обеспечивающим гарантированный уровень, является совместное использование протокола резервирования ресурсов (RSVP), также предложенного группой IETF, с механизмами приоритетной обработки речевого трафика, применяемыми на маршрутизаторах в мультисервисной сети. Протокол RSVP позволяет выполнять динамическое резервирование полосы пропускания для передачи различного типа трафика. В результате выделяется определенная полоса пропускания в канале связи для передачи каждого речевого потока.

Технология MPLS требует высокопроизводительного и функционально сложного оборудования и соответственно несколько больших финансовых затрат на его приобретение и построение мультисервисной сети, а также на поддержку работоспособности такого оборудования. Все это пока препятствует полномасштабному развертыванию корпоративных мультисервисных сетей на базе технологии MPLS.

Протокол резервирования ресурсов имеет ряд серьезных недостатков - низкую масштабируемость, неэффективное использование полосы пропускания для выполнения процедуры резервирования, а также высокие временные характеристики функционирования. Это ограничивает его применение в территориально распределенных сетях операторов связи или в корпоративных мультисервисных сетях с достаточно большим числом узлов маршрутизации. Поэтому применение протокола резервирования ресурсов оправданно в пакетных сетях с малым числом узлов маршрутизации, соединенных высокоскоростными каналами связи, когда одновременно между абонентами сети передается небольшое количество речевых потоков.

Опыт интегратора

Все больше заказчиков КРОКа ориентируется на построение мультисервисных корпоративных сетей на базе IP/MPLS. Именно эта технология обеспечивает сегодня необходимый уровень качества предоставления сервиса. Протокол TCP/IP, на основе которого построены мультисервисные корпоративные сети, как универсальный транспортный протокол позволяет работать в корпоративной сети с большинством разрабатываемых приложений, а также передавать речь и видео. Это дает возможность наращивать предоставляемые сетью сервисы без дополнительных вложений в развитие инфраструктуры и окупить капитальные затраты на строительство корпоративной мультисервисной сети.

Следующий шаг в развитии сетей - это переход к сетям NGN, предоставляющим дополнительные сервисы, такие, как аудио- и видеоконференции между абонентами различных сетей, передача телевизионных и спутниковых каналов по запросу, организация сервиса голосовой почты для пользователей традиционной телефонии.

С Алексеем Виноградовым, к. т. н., сотрудником департамента телекоммуникаций компании КРОК, можно связаться по адресу: avinogradov@ croc.ru.