Файл: IP Телефония_Гольдштейн_1-4 части.pdf

Кроме того, будет предусматриваться фиксация маршрутов от каждого шлюза к каждому из остальных шлюзов, чтобы все пакеты от шлюза N к шлюзу M направлялись по тому же самому маршруту.

Стала очевидной также избыточность традиционной передачи ре чевой информации со скоростью 64 Кбит/с. Современные алгоритмы сжатия позволяют использовать для передачи речи полосу пропуска ния 5,3 Кбит/с. По мере уменьшения требований к ширине полосы возрастает производительность, за тот же период времени по тем же каналам и через те же коммутаторы передается больше данных, и цены на телефонные разговоры снижаются. Соответствующие стандарты сжатия речи были разработаны уже в середине 90 х гг.

Это – рекомендация G.729, которая предусматривает 8 кратное сжатие речевого сигнала, что дает возможность передавать его в по лосе 8 Кбит/с с тем качеством, которое поддерживают обычные те лефонные сети. В основу стандарта положен алгоритм сжатия CS ACELP. Последняя его версия, G.729A, использует тот же алгоритм, но упрощенный кодек, что значительно снижает нагрузку на процес сор при обработке речевого потока.

Другая рекомендация – G.723.1 – позволяет сжимать речевой сиг нал в 12 раз и транспортировать его со скоростью 5,3 или 6,3 Кбит/с. При этом качество передачи речи немного снижается, но остается вполне достаточным для делового общения. Для сжатия полосы до 5,3 Кбит/с применяется алгоритм ACELP, а до 6,3 Кбит/с – алгоритм MP MLQ.

Общее правило гласит, что более «плотное» сжатие приводит к снижению качества речи, однако разработка все более сложных ал горитмов компрессии делает это правило спорным. Выбор алгорит ма обуславливается тремя основными факторами – распространен ностью, поддержкой в имеющемся оборудовании и ожиданиями пользователей. На нынешнем этапе оба алгоритма хорошо себя по казали и приняты производителями средств пакетной телефонии.

Отметим, что устройства, поддерживающие G.723.1, не могут «разговаривать» напрямую с устройствами на основе G.729; для их взаимодействия необходим специальный конвертер. Сигнальный процессор DSP, реализующий эти функции, может вносить задерж ки и искажения, снижающие качество речи до неприемлемого уров ня. Кроме того, современные технологии не способны производить такое преобразование в реальном времени. Более подробно эти во просы рассматриваются в следующей главе.

Глава 3 Передача речи по IP сетям

3.1Особенности передачи речевой информации по IP – сетям

Если проблемы ограничения задержки и подавления эха в тради ционной телефонии существовали всегда, а при переходе к IP сетям лишь усугубились, то потери информации (пакетов) и стохастический характер задержки породили совершенно новые проблемы, реше ние которых сопряжено с большими трудностями. Этим объясняет ся тот факт, что понадобился длительный период развития сетевых технологий, прежде чем появились коммерческие приложения IP те лефонии, хотя, справедливости ради, нужно отметить, что трудно назвать другую телекоммуникационную технологию, которая смогла «повзрослеть» столь же быстро.

3.1.1 Задержки

При передаче речи по IP сети возникают намного большие, чем в ТфОП, задержки, которые, к тому же, изменяются случайным обра зом. Этот факт представляет собой проблему и сам по себе, но кро ме того, усложняет обсуждаемую далее в этой главе проблему эха. Задержка (или время запаздывания) определяется как промежуток времени, затрачиваемый на то, чтобы речевой сигнал прошел рас стояние от говорящего до слушающего. Покажем, что и как оказыва ет влияние на количественные характеристики этого промежутка времени.

Влияние сети

Во первых, неустойчиво и плохо предсказуемо время прохожде ния пакета через сеть. Если нагрузка сети относительно мала, мар шрутизаторы и коммутаторы, безусловно, могут обрабатывать па кеты практически мгновенно, а линии связи бывают доступны почти всегда. Если загрузка сети относительно велика, пакеты могут до вольно долго ожидать обслуживания в очередях. Чем больше мар шрутизаторов, коммутаторов и линий в маршруте, по которому про ходит пакет, тем больше время его запаздывания, и тем больше ва риация этого времени, т.е. джиттер. В главе 10, посвященной каче ству обслуживания (QoS), будет показано, каким образом и с исполь зованием каких протоколов и алгоритмов следует строить сети, что бы минимизировать задержки и их джиттер.

Влияние операционной системы

Большинство приложений IP телефонии (особенно клиентских) представляет собой обычные программы, выполняемые в среде ка кой либо операционной системы, такой как Windows или Linux. Эти программы обращаются к периферийным устройствам (платам об работки речевых сигналов, специализированным платам систем сиг нализации) через интерфейс прикладных программ для взаимодей ствия с драйверами этих устройств, а доступ к IP сети осуществля ют через Socket интерфейс.

Большинство операционных систем не может контролировать распределение времени центрального процессора между разными процессами с точностью, превышающей несколько десятков милли секунд, и не может обрабатывать за такое же время более одного прерывания от внешних устройств. Это приводит к тому, что задерж ка в продвижении данных между сетевым интерфейсом и внешним устройством речевого вывода составляет, независимо от используе мого алгоритма кодирования речи, величину такого же порядка, или даже больше.

Из сказанного следует, что выбор операционной системы являет ся важным фактором, влияющим на общую величину задержки. Что бы минимизировать влияние операционной системы, некоторые про изводители шлюзов и IP телефонов используют так называемые ОС реального времени (VxWorks, pSOS, QNX Neutrino и т.д.), которые используют более сложные механизмы разделения времени процес сора, действующие таким образом, чтобы обеспечивать значитель но более быструю реакцию на прерывания и более эффективный обмен потоками данных между процессами.

Другой, более плодотворный подход – переложить все функции, которые необходимо выполнять в жестких временных рамках (обмен данными между речевыми кодеками и сетевым интерфейсом, под

держку RTP и т.д.), на отдельный быстродействующий специализи рованный процессор. При этом пересылка речевых данных осуще ствляется через выделенный сетевой интерфейс периферийного устройства, а операционная система рабочей станции поддержива ет только алгоритмы управления соединениями и протоколы сигна лизации, т.е. задачи, для выполнения которых жестких временных рамок не требуется. Этот подход реализован в платах для приложе ний IP телефонии, производимых фирмами Dialogic, Audiocodes, Natural Microsystems. По такой же технологии выполнен и шлюз IP те лефонии в платформе Протей IP что позволило обеспечить высокое качество передачи речи.

Влияние джиттер буфера

Проблема джиттера весьма существенна в пакетно ориентиро ванных сетях. Отправитель речевых пакетов передает их через фик сированные промежутки времени (например, через каждые 20 мс), но при прохождении через сеть задержки пакетов оказываются не одинаковыми, так что они прибывают в пункт назначения через раз ные промежутки времени. Это иллюстрирует рис. 3.1.

Рис. 3.1 Различие интервалов между моментами прибытия пакетов (джиттер)

Задержка прохождения пакетов по сети Т может быть представ

лена как сумма постоянной составляющей T (время распростране

ния плюс средняя длительность задержки в очередях) и переменной величины j, являющейся результатом джиттера: Т = T ± j .

Для того, чтобы компенсировать влияние джиттера, в терминалах используется т.н. джиттер буфер. Этот буфер хранит в памяти при