новости
статьи
.технологии

Передача речи по сетям передачи данных с пакетной коммутацией

Способы организации речевой связи по сетям передачи данных с пакетной коммутацией

Перед изложением материала есть смысл определиться с некоторыми основополагающими понятиями, с тем чтобы в дальнейшем не возникло разночтений и дополнительных вопросов.

В теории связи существует фундаментальное понятие - сообщение, т.е. форма представления информации, имеющая признаки начала и конца и предназначенная для передачи через сеть связи. В частности, сообщением является и телефонный разговор. Как любое другое сообщение, телефонный разговор характеризуется шириной занимаемого канала, временем передачи, категорийностью, адресами источника и приемника, формой представления информации - аналоговой или дискретной.

Под сетью передачи данных с пакетной коммутацией (в дальнейшем пакетной сетью) будем понимать совокупность средств для передачи данных между ЭВМ, где информационная связь между абонентами устанавливается коммутацией пакетов. Коммутация пакетов производится путем разбивки сообщения на пакеты - элементы сообщения, снабженные заголовком, имеющие фиксированную максимальную длину, и последующей передачи пакетов по маршруту, определяемому узлами сети.

Вызов - требование источника на установление соединения, поступившее в сеть связи.

Основными моментами при передачи речи по пакетной сети являются: преобразование аналогового речевого сигнала в цифровой вид, формирование пакетов, передача пакетов по пакетной сети, восстановлении речевого сигнала на приемном конце. Таким образом, для организации телефонной связи на передающем и приемном концах необходимо иметь набор аппаратно-программных средств, осуществляющих оцифровку/восстановление речи, формирование пакетов и ввод этих пакетов вместе с пакетами данных в пакетную сеть.

При организации телефонной (речевой) связи по пакетной сети важную роль играют некоторые характеристики телефонного разговора, которые могут накладывают существенные ограничения на выбор той или иной модели передачи.

В самом общем виде схема организации телефонной связи по сети передачи данных с пакетной коммутацией представлена на Рис.1.1. Для наглядности этой схемы, вводится понятие УСПРД (устройство совместной передачи речи и данных), включающее весь набор аппаратно-программных средств, реализующих возможность совместной передачи речи и данных по пакетной сети.

Рис.1.1. Схема организации телефонной связи по пакетной сети.

Могут быть предложены и другие сетевые решения, однако они будут представлять собой частные случаи приведенной схемы.

Структура ПО для реализации возможности передачи речи по сетям передачи данных с пакетной коммутацией

Для организации телефонной связи по пакетной сети необходим набор аппаратно-программных средств, функциями которого является:

1. Преобразование речевого аналогового сигнала и сигналов телефонной сигнализации в информационные единицы протоколов (пакеты или кадры).
2. Объединение речевого трафика и трафика данных.

Для частичной реализации первой функции используется ЦПОС (цифровой процессор обработки сигналов), который необходим для преобразования речевого сигнала в цифровой вид и формирования речевых кадров. Остальные преобразования реализуются программными средствами с использованием обычных универсальных процессоров.

На Рис. 1.2. изображена структура программного обеспечения (ПО) для реализации возможности передачи речи по пакетной сети.

Рис.1.2. Структура ПО организации телефонной связи по СПД с пакетной коммутацией.

Данное ПО организует интерфейсы для речевых сигналов и сигналов сигнализации, исходящих из телефона или УПАТС и преобразует их в единый информационный поток для передачи по сети. ПО разделено на четыре части, с тем чтобы обеспечить четкий интерфейс между программным обеспечением ЦПОС и остальным ПО для возможности использования различных протоколов пакетной передачи речи. ПО для реализации возможности передачи речи по сети с пакетной коммутацией состоит из следующих частей:

1. ПО пакетирования речи. Это ПО запускается на ЦПОС и используется для подготовки речевых элементов для последующей передачи их по СПД. В состав ПО входят: вокодер, алгоритм эхоподавления, алгоритм обнаружения активности речи и алгоритм удаления джиттера.

2. ПО шлюза телефонной сигнализации. Данное ПО взаимодействует с телефонным оборудованием, преобразуя сигналы телефонной сигнализации в так называемые изменяемые состояния (установление соединения, отбой и т.п.), которые используются в модуле сетевых протоколов для установления соединений.

3. ПО сетевых протоколов. Это ПО обрабатывает информацию о сигнализации и преобразует ее из формата телефонных протоколов сигнализации в конкретный протокол передачи сигнальной информации по сетям с коммутацией пакетов. Кроме того, это ПО выполняет упаковку речевых кадров и сигнальной информации в информационные единицы сетевых протоколов, используемых в пакетной сети.

4. ПО управления сетью. Это ПО предоставляет интерфейс управления передачей речи для конфигурации и обслуживания модулей системы пакетной передачи речи. Вся управляющая информация определяется в соответствии с ASN.1 и имеет синтаксис SNMP.

ПО пакетирования речи

Программное обеспечение пакетирования речи выполняет подготовку речевого сигнала для дальнейшей передачи по пакетной сети. В связи с этим, в его основные функции входит: преобразование речевого сигнала методом ИКМ, кодирование речевого сигнала, эхоподавление, обнаружение активности речи и адаптация воспроизведения. Кроме того, для нужд системы сигнализации вырабатываются специальные тоны сигнализации.

Определение активности речи заключается в том, что полученный сигнал проверяется на наличие в нем речевой информации. Если в течение определенного времени активность не обнаружена, то ПО информирует об этом протокол пакетной передачи речи. Данная функция позволяет избежать передачу речевых пауз, что может существенно влиять на эффективность использования полосы пропускания. Экономия может достигать 60%.

Адаптация воспроизведения заключается в буферизации речевых кадров для их равномерного воспроизведения. Реализация этой функции имеет следующие особенности: организуется буфер FIFO, предназначенный для хранения речевых элементов перед воспроизведением и компенсации задержек при передачи речевых пакетов; выбирается время измерения джиттера, которое позволяет осуществлять адаптивный контроль задержки FIFO.

Структура модуля пакетирования речи представлена на Рис. 1.3.

Рис.1.3. Модуль пакетирования речи

ПО шлюза телефонной сигнализации

Данное ПО осуществляет телефонную сигнализацию для обнаружения нового вызова и собирает адресную информацию (номер вызываемого абонента), которая используется системой для передачи вызова в порт получателя. ПО взаимодействует с ЦПОС для детектирования и генерации тонов сигнализации, а также для управления режимами работы, основанное на наблюдении состояния телефонной линии. Кроме того, ПО взаимодействует с телефонным интерфейсом для обеспечения функций сигнализации.

Структура программного обеспечения шлюза телефонной сигнализации представлена на Рис.1.4.

Рис.1.4. Структура ПО шлюза телефонной сигнализации

Функционирование ПО телефонной сигнализации происходит следующим образом: модуль телефонного интерфейса (цифровой вход) осуществляет периодический контроль интерфейсов сигнализации и в случае обнаружения вызова подключает модуль обработки вызовов, который поддерживает различные стандарты телефонной сигнализации. В модуле трансляции адресов телефонные номера преобразуются в сетевые адреса для передачи вызова по пакетной сети. На приемном конце модуль преобразования протоколов сигнализации переведет сообщения телефонной сигнализации, принятые в конкретной пакетной сети, в формат, совместимый с протоколом сигнализации инициатора сеанса связи.

Драйвер интерфейса ЦПОС занимается распределением управляющей информации между основным микропроцессором и одним или несколькими ЦПОС.

Основные характеристики наиболее известных типов вокодеров

Одним из основных узлов ПО пакетирования речи является вокодер.
Вокодер (от англ. voice - голос и coder - кодировщик) представляет собой устройство (или алгоритм), осуществляющее параметрическое компандирование речевого сигнала.
Компандирование - способ преобразования речевого сигнала, при котором на передающем конце тракта происходит сжатие по одному или нескольким измерениям (частотный диапазон, динамический диапазон, временной интервал), а на приёмном - восстановление первоначального объёма сигнала путём соответствующего расширения. Компандирование включает преобразования: компрессию (сжатие) и декомпрессию (восстановление) речевого сигнала.

Преобразование аналогового речевого сигнала в цифровой вид обычно осуществляется методом импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). После такой обработки речевой сигнал уже пригоден для передачи по цифровым каналам. Однако для передачи такого цифрового потока необходимо выделение полосы пропускания 64 кбит/с (рекомендация ITU G.711), что является явно избыточным.

Существует еще одно преобразование речевого сигнала - адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция (АДИКМ). Этот алгоритм дает практически такое же качество воспроизведения речи, как и ИКМ, однако для передачи информации при его использовании требуется полоса всего в 16—32 кбит/с (стандарт ITU G.726). Метод основан на том, что в аналоговом сигнале, передающем речь, невозможны резкие скачки интенсивности. Поэтому если кодировать не саму амплитуду сигнала, а ее изменение по сравнению с предыдущим значением, то можно обойтись меньшим числом разрядов.

АДИКМ является основой стандарта ITU G.727, который определяет преобразование речи методом EADPCM - Embedded Adaptive Differential Pulse Code Modulation (вложенная адаптивная дифференциальная импульсно-кодовая модуляция). Согласно данному стандарту, речевой сигнал преобразуется в цифровой вид методом АДИКМ. Затем формируется речевой кадр, состоящий из блоков бит, причем первый блок содержит старшие биты всех закодированных отсчетов, второй блок - следующие по убыванию старшинства биты и т.д. В пределах блока, биты упорядочиваются согласно номеру отсчета, который они определяют. Особенность этого метода заключается в том, что некритичная к удалению информация расположена в позициях, где она может быть легко отвергнута (в конце кадра).

Например, в случае преобразования EADPCM (4,2) в речевом кадре будет содержаться четыре блока, и наименее значимые блоки - два последних (блоки расширения), могут отвергаться в случае перегрузки. Эта особенность используется в рекомендации FRF.11, регламентирующей передачу речи по сети Frame Relay. Согласно Приложению G этой рекомендации сформированный методом EADPCM речевой кадр передается в двух кадрах Frame Relay: основная информация - в кадрах с битом DE=0 (Discard Eligibility - Разрешение Сброса), и информация расширения - в кадрах с установленным битом (DE=1). Это означает что в случае перегрузки, кадры с установленным битом DE могут быть уничтожены.

Все методы кодирования, основанные на определенных предположениях о форме сигнала, не подходят при передаче сигнала с резкими скачками амплитуды. Именно такой вид имеет сигнал, генерируемый модемами или факсимильными аппаратами, поэтому аппаратура, поддерживающая сжатие, должна автоматически распознавать такие сигналы и обрабатывать их иначе, чем речевой трафик.
Преобразование речевого сигнала методом АДИКМ дает хорошее качество воспроизведения речи на скоростях до 32 кбит/c. Уменьшение скорости ведет к существенному ухудшению качества речи.

Наиболее эффективными являются вокодеры на основе метода линейного предсказания речи. Вокодеры данного типа работают уже с целыми блоками подготовленных отсчетов. Для каждого такого блока значений вычисляются его характерные параметры: частота, амплитуда и ряд других. Затем из значений этих параметров формируется речевой кадр, готовый для передачи. При таком подходе к кодированию речи, во-первых, возрастают требования к вычислительным мощностям ЦПОС, а во-вторых, увеличивается задержка при передаче, поскольку кодирование применяется не к отдельным значениям, а к некоторому их набору, который перед началом преобразования следует накопить в определенном буфере (см. Рис. 1.5).

Рис.1.5. Схема функционирования вокодера на основе метода линейного предсказания речи.

Более сложные методы сжатия речи основаны на применении метода линейного предсказания речи в сочетании с элементами кодирования формы сигнала. В этих алгоритмах используется кодирование с обратной связью, когда при передаче сигнала осуществляется оптимизация кода. Закодировав сигнал, процессор пытается восстановить его форму и сравнивает результат с исходным сигналом, после чего начинает варьировать параметры кодирования, добиваясь наилучшего совпадения. Достигнув такого совпадения, аппаратура передает полученный код по линиям связи. На противоположном конце происходит восстановление речевого сигнала. Ясно, что для использования такого метода требуются еще более серьезные вычислительные мощности.

Одной из самых распространенных разновидностей описанного метода кодирования является метод LD-CELP - Low-Delay Code-Excited Linear Prediction (метод линейного предсказания с кодовым возбуждением и низкой задержкой). Он позволяет достичь удовлетворительного качества воспроизведения при пропускной способности 16 кбит/с. Этот метод был стандартизован ITU в 1992 г. как алгоритм кодирования речи G.728. Алгоритм применяется к цифровой последовательности, получаемой в результате аналого-цифрового преобразования речевого сигнала с 16-разрядным разрешением.

В марте 1995 г. ITU принял новый стандарт - G.723. Основой G.723 являются методы сжатия речи MP-MLQ (Multipulse Maximum Likelihood Quantization) и ACELP. Они позволяет добиться весьма существенного сжатия речи при сохранении достаточно высокого качества воспроизведения.

Характеристики некоторых основных алгоритмов кодирования речи приведены в Табл.1.1.


Табл.1.1.Основные характеристики наиболее известных типов вокодеров

Название алгоритма Рекомендация

Скорость алгоритма (кбит/с)

Размер речевого кадра

(октетов)

Задержка накопления (мс)

CS-ACELP ITU G.729

8

10

10

PCM ITU G.711

64

40

5

56

35

5

48

30

5

ADPCM ITU G.726

40

25

5

32

20

5

24

15

5

16

10

5

LD-CELP ITU G.728

16

10

5

MP-MLQ ITU G.723.1

6.3

24

30

ACELP ITU G.723.1

5.3

20

30

Важной характеристикой любого вокодера является качество воспроизводимой речи. Для того, чтобы оценить это качество, было введено понятие средней субъективной оценки (MOS - mean opinion score) или психологической реакции человека на воспроизводимую речь.

Оценка по шкале MOS определяется путем обработки оценок, даваемых группами слушателей. В Табл. 1.2 приведены оценки MOS для различных методов кодирования.

Табл.1.2. Показатели MOS основных алгоритмов кодирования речи

Название алгоритма

MOS

G.711 (PCM; 64 кбит/c)

4,1

G.726 (ADPCM; 32 кбит/c)

3,8

G.728 (LD-CELP; 16 кбит/c)

3,6

G.723.1 (ACELP; 5,3 кбит/c)

3,7

G.723.1 (MP-MLQ; 6,3 кбит/c)

3,9

Наиболее предпочтительным среди приведенных методов кодирования с точки зрения соотношения качество речи / скорость потока является алгоритм G.723.1.

Факторы, влияющие на качество речи, передаваемой по сетям передачи данных с пакетной коммутацией

Передача телефонного трафика по сетям с пакетной коммутацией сопряжена с определенными трудностями, которые вытекают из естественных особенностей телефонного разговора.

Основное нежелательное явление - задержка передачи речевого сигнала от одного абонента другому. Задержка вызывает два нежелательных явления - эхо и наложение речи.

Под эхом понимается физический процесс отражения звуковых сигналов, поступающих на дифсистему, осуществляющую согласование 4-проводного и 2-проводного каналов. Отраженные таким образом сигналы поступают обратно к говорящему абоненту и ухудшают разборчивость принимаемой речи.

Эхо становится существенной проблемой, если задержка распространения звукового сигнала от источника к приемнику и обратно становится большей 50 мс. В сетях с пакетной коммутацией такая задержка почти всегда выше 50 мс, и в связи с этим должен быть предусмотрен механизм устранения эха.

Наложение речи - процесс, при котором речь одного говорящего прослушивается в телефоне другого в тот момент, когда он ведет активный разговор, в отличие от эха, когда абонент прослушивает собственный голос. Согласно рекомендации ITU-T G.114 данная проблема становится существенной, если односторонняя задержка становится большей 150 миллисекунд.

Общая задержка в сети является величиной, состоящей из следующих компонентов:

а) Задержка накопления. Эта задержка вызвана необходимостью подготовки кадра из последовательности речевых отсчетов, который будет обрабатываться вокодером. Величина данной задержки будет равна размеру (длительности) кадра выбранного типа вокодера. Время подготовки одного речевого отсчета равно 125 мкс.

В Табл.1.3. приведены параметры задержки некоторых наиболее часто встречающихся типов вокодеров.

Табл.1.3. Задержка некоторых вокодеров

Стандарт Тип кодирования Требуемая полоса пропускания Задержка накопления
G.726 ADPCM 16; 24; 32; 40 кбит/с 125 мкс
G.728 LD-CELP 16 кбит/с 2.5 мс
G.729 CS-ACELP 8 кбит/с 10 мс
G.723.1 Multi Rate Coder 5.3; 6.3 кбит/с 30 мс

б) Задержка кодирования. Для того, чтобы не вносить дополнительную задержку в результате собственно процесса кодирования, необходимо подобрать ЦПОС такой производительности, чтобы задержка кодирования была меньше или по крайней мере равна задержки накопления. Выбор ЦПОС можно сделать на основании данных о сложности применяемого алгоритма кодирования. Эти данные приведены в Табл.1.4. Производительность ЦПОС должна быть выше или равна указанных величин.

Табл.1.4. Показатели сложности алгоритмов

Стандарт Тип кодирования Сложность алгоритма (MIPS)
G.726 ADPCM

8

G.728 LD-CELP

40

G.729 CS-ACELP

30

G.723.1 Multi Rate Coder

20

в) Задержка формирования пакетов. Эта задержка вызвана процессом подготовки речевых пакетов (как информационных единиц протоколов). Например, в одном пакете могут быть собраны три речевых кадра полученных в результате преобразования G.729 (30 мс речи). Это приводит к тому, что задержка пакета составит 30 мс, а не 10 мс, как если бы в нем передавался 1 кадр.

г) Сетевая задержка. Эта задержка возникает при передаче пакетов по сети и зависит от используемых в сети каналов и протоколов передачи, а также приемных буферов для удаления джиттера. Данная задержка может занимать существенную часть общей задержки, и в некоторых сетях IP и Frame Relay составляет 70 - 100 мс и больше.

Рассмотрим проблему удаления джиттера в приемном буфере, так как эта операция может существенно влиять на задержку сети. По определению, джиттер - это величина, равная разнице во времени между поступлениями пакетов в приемный буфер, которая возникает вследствие передачи пакетов по сети. Чтобы воспроизведение речи было непрерывным, необходимо предусмотреть меры по удалению джиттера. Эта процедура заключается в объединении пакетов и удержании их некоторое время в буфере, чтобы позволить самым ”медленным” пакетам успеть прибыть и занять соответствующее место в последовательности. Естественно, это приводит к дополнительной задержке. Таким образом, две противоречивые цели уменьшения задержки и удаления джиттера привели к созданию различных схем оптимизации размера приемного буфера. Эта оптимизация имеет цель уменьшения размера приемного буфера и вносимой задержки, а также предотвращает приемный буфер от переполнения. Возможны два подхода к оптимизации размера приемного буфера.

Первый подход состоит в наблюдении изменения уровня (порядкового номера) пакета в приемном буфере за некоторый период времени и постепенно приводить размер буфера в соответствие с рассчетным джиттером. Этот подход более всего пригоден для сетей, которые обеспечивают последовательное изменение джиттера во времени.

Второй подход состоит в том, чтобы подсчитать число пакетов прибывших с опозданием и определить отношение таких пакетов к числу успешно обработанных пакетов. Этот коэффициент затем используется, чтобы отрегулировать приемный буфер. Это подход лучше всего использовать в сетях для которых характерны большие изменения интервалов между прибываемыми пакетами, например, в сетях IP.

Для того, чтобы обеспечить гарантированное качество речевой связи, сеть должна быть конфигурируема и управляема таким образом, чтобы обеспечивать минимальную задержку и джиттер.

При передачи сообщений по сетям передачи данных с пакетной коммутацией нередко случаются потери отдельных пакетов. Это явление возникает вследствие искажения пакетов в канале связи, а также при применении схем удаления джиттера приемного буфера. При передаче данных эта проблема легко решается соответствующими протоколами, но в случае передачи речи эти протоколы могут быть неприменимы из-за вносимых ими задержек.

Получили распространение следующие подходы решения данной проблемы:

а) Замена потерянного пакета предыдущим успешно принятым пакетом. Этот подход применим, когда количество потерянных пакетов невелико (до 5%).

б) Передача избыточной информации за счет дополнительного использования полосы пропускания. В этом случае вместе с n+1 пакетом посылается и n пакет. Однако, в случае использования этого подхода нерационально используется полоса пропускания и создается большая задержка.

Меры по обеспечению гарантированного качества передачи речи

Для того чтобы привести все нежелательные факторы, возникающие при передачи речи по сетям с пакетной коммутацией, в соответствие с допустимыми нормами необходимо придерживаться ряда мер по обеспечению гарантированного качества услуг (Quality of Service, QoS).

Обеспечить гарантированное качество услуг - значит распределить внутренние сетевые ресурсы коммутаторов и маршрутизаторов таким образом, чтобы данные могли передаваться точно по назначению, быстро, стабильно и надежно. Существует не слишком много способов обеспечения QoS. Самый простой из них - увеличение полосы пропускания сети. Можно использовать и такие приемы, как задание приоритетов данных, организация очередей, предотвращение перегрузок и формирование трафика. Управление сетью по заданным правилам в перспективе должно объединить все эти способы в единую автоматизированную систему, которая будет гарантировать качество услуг абсолютно на всех участках сети.

Назначение приоритетов

Способы приоритезации данных можно условно подразделить на явные и неявные. При неявном назначении приоритетов маршрутизатор или коммутатор автоматически присваивает услугам соответствующие уровни, исходя из заданных администратором сети критериев (например, типа приложения для применяемого протокола передачи или адреса источника). Каждый входящий пакет анализируется (фильтруется) на соответствие этим критериям. Механизм неявной приоритезации поддерживают практически все маршрутизаторы.

При явной приоритезации данных пользователь или приложение запрашивает определенный уровень службы, а коммутатор или маршрутизатор пытается удовлетворить запрос. Вероятно, самым популярным механизмом явной приоритезации станет протокол IP Precedence (протокол старшинства), получивший второе название IP TOS (IP Type Of Service). IP TOS резервирует ранее не используемое поле TOS в стандартном заголовке пакета IP, где могут быть указаны признаки QoS, определяющие время задержки, скорость передачи и уровень надежности передачи пакета.

Протокол резервирования ресурсов RSVP, предусматривает более сложный, чем в IP TOS, механизм передачи от приложения к машрутизатору запроса на гарантированное качество услуг. Как и IP TOS, протокол RSVP пока не получил широкой поддержки разработчиков - он реализован лишь в отдельных типах маршрутизаторов. Распространение RSVP сдерживается из-за того, что не решены некоторые вопросы, связанные с совместимостью различных сетей. К тому же применение RSVP значительно увеличивает нагрузку на маршрутизаторы и может привести к снижению быстродействия этих устройств.

Видимо, в обозримом будущем неявная приоритезация, не требующая серьезных вычислительных мощностей маршрутизатора, останется более популярной, чем явная. Кроме того, при явном задании приоритетов значительно усложняется управление сетью. Конечные пользователи, скорее всего, будут настраивать свое программное обеспечение на запрос наивысшего из возможных уровней услуг. Соответственно, администратору сети придется разрабатывать правила управления пользователями и, возможно, даже настраивать службы с гарантированным качеством для каждого пользователя в отдельности.

Организация и обслуживание очередей

После того как передаваемым по сети данным назначены соответствующие приоритеты (при помощи явных или неявных методов), требуется определить порядок передачи этих данных, задав алгоритм обслуживания очередей с необходимым качеством (уровнем QoS). По сути, очереди представляют собой области памяти коммутатора или маршрутизатора, в которых группируются пакеты с одинаковыми приоритетами передачи. Алгоритм обслуживания очереди определяет порядок, в котором происходит передача хранящихся в ней пакетов. Смысл применения всех алгоритмов сводится к тому, чтобы обеспечить наилучшее обслуживание трафика с более высоким приоритетом при условии, что и пакету с низким приоритетом гарантируется соответствующее внимание.

При использовании способов задания явных и неявных приоритетов алгоритм обработки очередей определяет порядок их обслуживания. Пакеты с одинаковыми приоритетами передаются по принципу FIFO ("первым пришел — первым вышел").

Если в сети возникает перегрузка, служба очередей не гарантирует своевременного достижения пункта назначения наиболее важными данными. Гарантируется лишь то, что эти пакеты будут переданы раньше, чем имеющие более низкий приоритет.

Современные службы QoS решают такую задачу за счет резервирования полосы пропускания. Каждой из очередей (или их групп) выделяется заранее заданная величина полосы пропускания, что гарантирует определенную полосу пропускания для очереди с более высоким приоритетом. Для критических ситуаций, когда объем данных в очереди превышает размеры полосы пропускания, в алгоритмах обслуживания обычно предусматривается передача трафика с высоким приоритетом на полосу пропускания, "принадлежащую" очередям с низким приоритетом, и наоборот.

Самые простые алгоритмы обслуживают каждую очередь по принципу FIFO. При этом передача кадров большого размера, имеющих высокий приоритет, может приводить к задержкам трафика другого приложения со столь же высоким приоритетом, но меньшим объемом.

В более сложных алгоритмах предпринимается попытка "справедливой" обработки очередей. Например, алгоритм равномерного пропорционального (или взвешенного) обслуживания (WFQ - Weighted Fair Queuing), разработанный компанией Cisco, подразделяет приложения на требующие большой и малой ширины полосы пропускания, а сама полоса пропускания распределяется между всеми приложениями поровну. Следует отметить, что основные производители маршрутизаторов сами разрабатывают алгоритмы обслуживания очередей и используют для их описания собственную терминологию.

Существенным недостатком современных маршрутизаторов и коммутаторов является то, что они поддерживают малое число очередей. Чаще всего производители организуют службы QoS, использующие четыре очереди, хотя чем больше очередей, тем больше различных приоритетов можно присвоить передаваемым пакетам и тем "справедливее" распределить полосу пропускания между приложениями. Например, администратор в состоянии задать приоритеты таким образом, чтобы предпочтение при передаче отдавалось пакетам, адресованным на более удаленные узлы.

Управление нагрузкой

Служба QoS дает возможность использовать для управления сетью два важных механизма - управления в условиях перегрузки и предотвращения перегрузок. Первый из них позволяет конечной станции сразу снижать скорость передачи данных, когда в сети начинается потеря пакетов. В протоколах TCP/IP и SNA этот механизм поддерживается уже в течение нескольких лет. И хотя сам по себе он не гарантирует качества передачи, при его использовании совместно с механизмом предотвращения перегрузок результаты оказываются намного лучшими. В сетях TCP/IP механизм предотвращения перегрузок применяется достаточно давно, но лишь в последние годы он становится стандартом "де-факто" для маршрутизаторов телекоммуникационных сетей и Internet.

Стандартным способом предотвращения перегрузок в сети стало применение механизма случайного выделения пакетов (Random Early Detection, RED). При заполнении очередей выше определенной критической отметки этот механизм заставляет маршрутизатор выбирать из очереди по случайному закону некоторые пакеты и "терять" их. Скорость передачи данных станциями-отправителями снижается, что и позволяет избежать переполнения очереди.

Механизм пропорционального случайного выделения пакетов - WRED (Weighted RED) - можно считать следующей, более совершенной "версией" RED. Он предусматривает, что выбор пакетов, которые должны "потеряться", будет происходить с учетом их приоритезации согласно IP TOS.

Среди устройств, поддерживающих механизмы RED и WRED, можно назвать маршрутизаторы серий 7000 и 12000 фирмы Cisco.

Формирование трафика

Формирование трафика - это общий термин, которым принято обозначать различные способы манипулирования данными для повышения качества их передачи. Один их таких способов - сегментация пакетов. В сетях АТМ гарантированно высокий уровень QoS достигается в том числе и за счет малого размера передаваемых пакетов (ячеек - в терминологии ATM). Максимальное время задержки при передаче любого пакета сети ATM - это время передачи одной ячейки.

Заимствуя полезные механизмы технологии АТМ, производители маршрутизаторов и коммутаторов начинают обеспечивать в своих продуктах возможность сегментации пакетов. Например, маршрутизаторы Cisco серии 12000 имеют встроенный механизм сегментации пакетов на ячейки размером 64 байта, что позволяет гарантировать качество передачи данных маршрутизатором. Некоторые устройства, предназначенные для сетей Frame Relay, сегментируют пакеты, передаваемые по каналам глобальных сетей, чтобы гарантировать конкретное время передачи и минимизировать задержки.

Объединение всех средств реализации QoS

Независимо от того, с помощью каких средств реализуется QoS в маршрутизаторе или коммутаторе, это устройство выполняет свою часть работы по передаче данных отдельно от других элементов сети. Пакет, успешно миновавший несколько узлов, может "застрять" в устройстве, не поддерживающем необходимые механизмы гарантии качества услуг. Устройства, через которые пакет уже прошел, не могут повлиять на его маршрут, чтобы предотвратить попадание пакета в несовершенный элемент сети.

Однако в настоящее время уже разрабатываются так называемые policy-based management systems, т. е. системы управления сетью по заданным правилам. В их функции входит объединение всех средств и формирование алгоритмов управления, обеспечивающих QoS на всех участках сети.

Специальное ПО, которое использует данные мониторинга и параметры администрирования, будет следить за работой сети, определять оптимальные способы реализации заданного уровня QoS и динамически настраивать маршрутизаторы и коммутаторы. Серверы правил будут "опираться" и на данные сетевых каталогов, устанавливая с их помощью, какие уровни служб соответствуют уровню запроса пользователя или приложения. Для связи серверов и каталогов чаще всего будет служить протокол LDAP (Lightweight Directory Access Protocol - облегченный протокол доступа к каталогам).

Метод передачи речи по сетям передачи данных Frame Relay

Метод передачи речи по сетям передачи данных - Voice over Frame Relay (VoFR), принятый Форумом Frame Relay в качестве стандарта FRF.11, расширяет область применения сетей передачи данных Frame Relay, и предусматривает набор мер (протоколов), позволяющих передавать по ним речевой трафик и некоторые другие виды информации.

Данный стандарт предусматривает:

  • поддержку множества алгоритмов кодирования речи;
  • эффективное использование низкоскоростных соединений Frame Relay;
  • мультиплексирование до 255 подканалов в одном логическом соединении;
  • поддержку различных речевых информационных элементов различных подканалов в пределах одного кадра;
  • мультиплексирование подканалов данных и речевых подканалов в единственном DLC (Data Link Connection).

Транспортировка речи обеспечивается универсальным форматом кадра, который поддерживает мультиплексирование речевых подканалов и подканалов данных в единственном DLC.

Доступ к сети осуществляется посредством специального устройства - VFRAD (Voice Frame Relay Access Device), которое использует метод Frame Relay в интерфейсе ”пользователь - сеть” (UNI) как средство передачи речи, телефонной сигнализации и данных. VFRAD подключаются к UNI через физические интерфейсы, как определено в стандарте [19].

В качестве оконечных устройств могут использоваться: ПК с соответствующим программным обеспечением, факсимильный аппарат, телефонный аппарат, УПАТС, и т.п.

FRF.11 поддерживает такие возможности как инициализацию и завершение вызовов для оконечных устройств, обеспечение межсетевого обмена между индивидуальными подканалами в интерфейсе VoFR и подканалами в другом типе речевого интерфейса, коммутацию вызовов.

Для того, чтобы в полной мере реализовать описанные возможности, стек протоколов должен обеспечить полнодуплексный обмен информацией. Обмен информацией осуществляется посредством передачи двух типов информационных элементов: основных информационных элементов (ИЭ) и сигнальных ИЭ.

К основным ИЭ относятся:

  1. Закодированная речь.
  2. Закодированная факсимильная информация.
  3. Кадры с данными.

К сигнальным ИЭ относятся:

  1. Цифры телефонного номера: DTMF или импульсы.
  2. Биты сигнализации (Внутриканальная сигнализация).
  3. Индикатор аварии.
  4. Сообщения о сигнализации (в случае использования сигнализации по общему каналу).
  5. Закодированная факсимильная информация.
  6. Дескриптор информации о паузе.

Дескриптор информации о паузе (SID) информируют о паузе в разговоре и обеспечивает передачу параметров генерации комфортного шума. SID поддерживают алгоритмы обнаружения активности речи (VAD) и схемы подавления пауз.

В случае использования VAD, подкадры SID могут быть дополнительно переданы за последним закодированным речевым подкадром. Прием подкадра SID происходит после того, как речевой подкадр был интерпретирован как явное указание конца речевого потока. Кроме того, подкадры SID могут передаваться в любое время в течение интервала тишины для коррекции генерации комфортного шума.

UNI Frame Relay может поддерживать множество PVC, обеспечивающих услуги VoFR, а VoFR, в свою очередь, предусматривает организацию множества речевых подканалов и подканалов данных в единственном DLC. На Рис.1.6 представлен пример мультиплексирования речи и данных.

Рис.1.6. Возможность мультиплексирования множества речевых подканалов.

На Рис. 1.7 представлен формат речевого ИЭ, где поле ”Тип кодирования” определяет тип применяемого алгоритма кодирования речи.

Рис.1.7. Формат речевого информационного элемента.

Каждый ИЭ упакован как подкадр в пределах информационного поля кадра. Подкадры (см. Рис. 1.8) могут объединяться в пределах единственного кадра Frame Relay, с тем чтобы повысить эффективность обработки и транспортировки. Каждый подкадр содержит заголовок и информационный элемент. Заголовок подкадра идентифицирует речевой подканал и, когда требуется, тип информационного элемента (основной или сигнальный) и его длину.

Минимальный заголовок подкадра - 1 октет, содержащий младшие биты идентификатора речевого подканала, а также указания расширения и длины. Октет расширения, содержащий старшие биты идентификатора речевого подканала тип ИЭ используется в случае, когда установлен бит ”Указание Расширения” (Extension Indication). Октет с длиной ИЭ используется в случае, когда установлен бит ”Указание Длины” (Length Indication).

Рис.1.8. Формат подкадра VoFR.

Метод передачи речи по сетям передачи данных IP

В настоящее время разработкой и исследованием стандартов связанных с передачей речи по сетям IP (и в частности по сети Internet), занимается Форум Voice over IP (VoIP Forum). Это рабочая группа Международного Консорциума Мультимедийных Телеконференций (International Multimedia Teleconferencing Consortium), организованная с целью обеспечения взаимодействия персональных компьютеров и телефонов в сети Internet. Членами Форума являются многие ведущие компании - разработчики сетевого оборудования: Cisco Systems Inc., 3Com, Action Consulting, Creative Labs, Dialogic, MICOM Communications, Microsoft, NetSpeak, Nortel, Nuera Communications, Octel, U.S. Robotics, Vienna Systems, Vocaltec и Voxware. Деятельность Форума имеет несколько направлений: выработка набора открытых, последовательных руководящих принципов для реализации устройств, обеспечивающих передачу речи по сетям передачи данных IP; гарантирование полной совместимости оборудования и программных средств, а также высокого качества услуг. Форум VoIP подготовил так называемое Соглашение о внедрении (Implementation Agreement - IA 1.0), регламентирующее основные принципы и эталонную модель передачи речи по сетям передачи данных IP.

Соглашение о внедрении Форума VoIP основывается на рекомендации ITU Н.323 [11]. Кроме того, VoIP IA 1.0 определяет комплексный каталог и службу управления вызовами (Management Agent System), которая объединяет имеющуюся в сети службу каталогов с динамической адресацией IP и обеспечивает инфраструктуру для усовершенствованной службы управления вызовами. В качестве средства обеспечения гарантированного качества услуг рекомендовано использование протокола RSVP.

Основные положения стандарта H.323

Вообще говоря, H.323 это не один стандарт, а целая серия стандартов для поддержки передачи речи и видео по сетям без обеспечения качества услуг. Он содержит спецификации алгоритмов кодирования речи и видео, протоколы установления и управления соединениями, меры для обеспечения передачи в реальном времени, интерфейсы с другими сетями и т. д. H.323 не привязан к какому-либо конкретному типу сети, однако H.323 нашел применение преимущественно именно в сетях на базе IP.

Стек протоколов H.323, приведен на Рис. 1.9.

Рис.1.9. Cтек протоколов H.323

H.323 включает также такие стандарты кодирования речи, как G.711, G.722, G.723.1, G.728 и G.729, из которых G.711 является основным. Несмотря на обязательность применения G.711 и достаточную пропускную способность локальных сетей для поддержки предусматриваемых им скоростей передачи, эксперты предсказывают широкую популярность другому стандарту кодирования речи, а именно G.723.1, так как ему требуется очень небольшая скорость передачи, а это обстоятельство становится очень важным при передаче по территориально распределенным сетям.

Особое положение занимает подгруппа стандартов для контроля вызовов, в том числе для установления соединения, управления потоками, контроля доступа, передачи служебных сообщений и т. п. Ключевым компонентом этой подгруппы является протокол управляющего канала H.245 для передачи разного рода служебной информации во время сеансов H.323. Он применяется для согласования конечными точками взаимоприемлемых параметров, открытия и закрытия логических каналов, передачи сообщений для управления потоками и других необходимых команд и запросов.

Соединение же между двумя устройствами H.323 устанавливается и закрывается с помощью другого протокола данной подгруппы - протокола сигнализации вызова Q.931, а регистрация и контроль доступа, контроль за доступной пропускной способностью и статусом устройств H.323 осуществляются посредством третьего протокола этой подгруппы - RAS (в его названии перечислены основные выполняемые им функции - регистрация (Registration), контроль доступа (Admission) и мониторинг статуса (Status)).

H.323 использует транспортировку информации как с гарантией доставки, так и без нее. Первая применяется для передачи служебных сообщений и данных, так как в этом случае потери информации недопустимы, а вторая - для речи и видео, поскольку запоздавший пакет вряд ли будет полезен соответствующему приложению. Доставка с гарантией обеспечивается протоколом TCP, а доставка без гарантии осуществляется посредством UDP.

Доставка речи и видео в реальном масштабе времени обеспечивается протоколами RTP (Real-Time Transfer Protocol) и RTCP (Real-Time Transfer Control Protocol).

Каждый пакет RTP имеет основной заголовок, а также дополнительные поля, в случае, когда число участников сеанса больше двух. На Рис. 1.10 представлена структура пакета RTP в случае организации речевой связи между двумя абонентами.

Рис.1.10. Формат пакета RTP.

Заголовок RTP состоит из следующих полей:

  • поле версии (2 бита): текущая версия вторая;
  • P - поле заполнения (1 бит): это поле сигнализирует о наличии заполняющих октетов в конце полезной нагрузки. (Заполнение применяется, когда приложение требует, чтобы размер полезной нагрузки был кратен, например, 32 битам.) В этом случае последний октет указывает число заполняющих октетов;
  • X - поле расширения заголовка (1 бит): когда это поле задано, то за основным заголовком следует еще один дополнительный, используемый в экспериментальных расширениях RTP;
  • CC - поле числа отправителей (4 бита): это поле содержит число идентификаторов отправителей, чьи данные находятся в пакете, причем сами идентификаторы следуют за основным заголовком; поле маркера (1 бит): смысл бита маркера зависит от типа полезной нагрузки. Бит маркера используется обычно для указания границ потока данных. В случае передачи видео он задает конец кадра. В случае передачи речи он задает начало разговора после периода молчания;
  • поле типа полезной нагрузки (7 бит): это поле идентифицирует тип полезной нагрузки и формат данных, включая сжатие и шифрование. В стационарном состоянии отправитель использует только один тип полезной нагрузки в течение сеанса, но он может его изменить в ответ на изменение условий, если об этом сигнализирует протокол управления передачей в реальном времени (Real-Time Transport Control Protocol);
  • поле порядкового номера (16 бит): каждый источник начинает нумеровать пакеты с произвольного номера, увеличиваемого затем на единицу с каждым посланным пакетом данных RTP. Это позволяет обнаружить потерю пакетов и определить порядок пакетов с одинаковой отметкой о времени. Несколько последовательных пакетов могут иметь одну и ту же отметку о времени, если логически они порождены в один и тот же момент (например, пакеты, принадлежащие к одному и тому же видеокадру);
  • поле отметки о времени (32 бита): здесь записывается момент времени, в который был создан первый октет данных полезной нагрузки. Единицы, в которых время указывается в этом поле, зависят от типа полезной нагрузки. Значение определяется по локальным часам отправителя;
  • поле идентификатора источника синхронизации: генерируемое случайным образом число, уникальным образом идентифицирующее источник в течение сеанса;
  • поле полезной нагрузки: в случае передачи речи, полезной нагрузкой являются речевые кадры, сформированные вокодером. Размеры речевых кадров различных типов вокодеров были приведены в разделе 1.3.

Протокол RTP используется только для передачи пользовательских данных. Отдельный протокол управления передачей в реальном времени (RTCP) работает с несколькими адресатами для обеспечения обратной связи с отправителями данных RTP и другими участниками сеанса. RTCP использует тот же самый базовый транспортный протокол, что и RTP (обычно UDP), но другой номер порта. Сообщения отправителя позволяют получателям оценить скорость данных и качество передачи. Сообщения получателей содержат информацию о проблемах, с которыми они сталкиваются, включая утерю пакетов и избыточную неравномерность передачи.

Операционная среда VoIP

Операционная среда VoIP описывает физические элементы, которые обеспечивают передачу речи по сети IP в соответствии со стандартом VoIP IA 1.0 и могут взаимодействовать друг с другом. Эти элементы представлены на Рис. 1.11.

 Терминалы H.323 - это конечные точки сети, с помощью которых пользователи могут взаимодействовать друг с другом в реальном времени. Типичными примерами терминалов могут служить клиентские ПК с программным обеспечением аудио- или видеоконференций типа NetMeeting компании Microsoft; в последнее время их число пополнили так называемые Internet-телефоны. В обязательном порядке все терминалы должны поддерживать сжатие голоса по алгоритму G.711, H.245 - для согласования параметров соединения, Q.931 - для установления и контроля соединения, канал RAS - для взаимодействия с привратником (gatekeeper), а также RTP/RTCP - для оптимизации доставки речи и/или видео.

Другим архитектурным компонентом H.323 является шлюз. Его основная функция состоит в преобразовании форматов и протоколов передачи. Шлюз позволяет связать терминалы H.323 с другими, не поддерживающими данный стандарт конечными устройствами, в частности с обычными телефонами, а также с терминальными устройствами ISDN. Терминалы передают шлюзам необходимую информацию с помощью протоколов H.245 и Q.931.

Шлюз является необязательным компонентом и применяется только в случае необходимости организации взаимодействия с другими сетями. Многие функции шлюзов оставлены на усмотрение разработчика. Например, стандарт не оговаривает, сколько терминалов, соединений, конференций должен поддерживать шлюз и какие преобразования форматов и протоколов он обязан выполнять.

Третий, и наиболее важный, компонент любой сети H.323 - это привратник. Он выступает в качестве центра обработки вызовов внутри своей зоны и выполняет важнейшие функции управления вызовами. (Зона определяется как совокупность всех терминалов и шлюзов под юрисдикцией данного привратника.) Кроме того, привратник выполняет контроль доступа, т. е. идентификацию вызовов с помощью RAS.

Сервер DNS (Domain Name System) используется в системе адресации и хранит соответствия между всеми именами хостов и адресами IP для данного домена (домен охватывает все нижележащие ветви для данного узла дерева DNS).

Сравнение методов передачи речи VoFR и VoIP

Требования к речевым трактам

Стоимость внедрения возможности передачи речи и факсимильной информации по сетям передачи данных, зависит в основном от стоимости УСПРД (оборудование интеграции речи и данных), стоимость которого пропорциональна числу речевых трактов, организуемых этим оборудованием. Поэтому есть смысл стремиться минимизировать число необходимых речевых трактов.

Опыт показывает, что два речевых тракта функционируют в среднем около 3 часов в течение 8-часового рабочего дня, при условии, что 95% абонентов получат доступ с первой попытки; четыре тракта функционируют около 12 часов, и так далее. В Табл.1.1 представлена информация о загрузки речевых трактов.

Условие 95% доступности - достаточно высокий показатель для абонентов сети совместной передачи речи и данных, хотя можно использовать и более высокий процент доступности, однако возрастающее при этом число трактов отрицательно сказывается на стоимости оборудования.

Табл.1.1. Краткий обзор нагрузки речевых трактов.

 

Время телефонных разговоров

(в часах)

Период

Количество речевых трактов

 

2

4

8

12

24

1 час

0.4

1.45

4.32

7.6

19.0

2 часа

0.7

2.9

8.64

15.2

38.0

4 часа

1.5

5.8

17.28

30.4

76.0

6 часов

2.2

8.7

25.92

45.60

114.0

8 часов

2.9

11.6

34.56

60.8

152.0

9 часов

3.3

13.05

38.88

68.4

171.0

В главном узле число трактов часто рассчитывается как процент от общего числа трактов в подчиненных узлах. Например, для 20 подчиненных узлов с двумя речевыми трактами в каждом (всего 40 трактов), в большинстве случаев требуется только 15-20 речевых трактов в главном узле. Подчиненные тракты должны оспорить набор трактов главного узла, с коэффициентом конкуренции 8/3 (40/15), или 2/1 (40/20). В Табл.1.3 приведены некоторые общие коэффициенты конкуренции.

Табл.1.3. Коэффициенты конкуренции.

Общее количество удаленных трактов

Число удаленных узлов с двумя трактами в каждом

Типичное количество трактов главного узла

Типичные коэффициенты конкуренции

2

1

2

1:1

4

2

3-4

1.3:1 - 1:1

6

3

4

1.5:1

8

4

5-6

1.6:1 - 1.8:1

10

5

5-6

1.7:1 - 2:1

16

8

8-9

1.8:1 - 2:1

24

12

10-13

1.8:1 - 2.4:1

32

16

13-16

2:1 - 2.5:1

64

32

24-29

2.2:1 - 2.7:1

Сравнение размеров служебной информации кадра Frame Relay и пакета IP

Основное различие VoIP и VoFR состоит в том, что размер служебной информации пакета IP существенно больше кадра Frame Relay. Сравним оба метода на предмет использования полосы пропускания, и в качестве примера рассмотрим вокодер G.723.1 (5,3 кбит/c). Усредненное потребление полосы пропускания при использовании методов VoFR и VoIP приведено соответственно в Табл.1.5 и Табл.1.6.

Табл.1.5. Заголовок кадра FR и усредненное потребление полосы пропускания.

Полоса пропускания используемая кодером

5,3 кбит/c

Для передачи служебной информации кадра Frame Relay с речью

2,1 кбит/c

Суммарное использование полосы пропускания в сети Frame Relay.

7,4 кбит/c

Удаление пауз речи (60%)

- 4,4 кбит/c

Окончательное использование полосы пропускания, усредненное за период 20-30 секунд разговора.

3 кбит/c

Необходимо заметить, что при сравнении не учитывается размер служебной информации, добавляемой к пакету IP, при его передаче на канальном уровне.

Табл.1.6. Заголовок пакета IP и усредненное потребление полосы пропускания.

Полоса пропускания используемая кодером

5,3 кбит/c

Для передачи служебной информации речевого пакета IP

12,7 кбит/c

Суммарное использование полосы пропускания в сети IP

18 кбит/c

Удаление пауз речи (60%)

- 7,2 кбит/c

Окончательное использование полосы пропускания, усредненное за период 20-30 секунд разговора.

10,8 кбит/c

Сравнение VoFR и VoIP с точки зрения использования полосы пропускания

Предыдущие цифры показывают, что трафик IP использует почти в 3 раза большую полосу пропускания чем трафик Frame Relay. Например, в канале 64 Кбит/с сети Frame Relay может быть организовано 64/7,4 = 8 речевых трактов, в отличие от 64/18 = 3 при использовании сети IP.

Один из подходов решения данной проблемы требует рассмотрения так называемого ”рабочего цикла” речевого тракта. Рабочим циклом называется время использования речевого тракта в течении рабочего дня. В случае, когда тракт не используется, потребление полосы пропускания составляет 0 кбит/с. Рабочий цикл варьируется в зависимости от числа речевых трактов в канале, которое обычно не превышает загрузочный фактор - 95% доступных телефонных номеров.

В Табл.1.7 показана зависимость среднего рабочего цикла от различного числа речевых трактов за 8-часовой рабочий день. Например, время использования отдельного речевого тракта составляет 36% от длительности рабочего дня (рассматривается один из четырех трактов). Величина 36% обычно наблюдается (достигается) за 20-30 минутный период, и означает, что общий расход полосы пропускания речевым трактом за этот период составляет 36% от 6 Кбит/с (для IP) или от 4 Кбит/с (для FR), то есть 2.2 Кбит/с для IP или 1.4 Кбит/с для FR.

Табл.1.7. Усредненный рабочий цикл различного числа трактов

Количество трактов

2

4

8

12

24

Рабочий цикл

18%

36%

54%

63%

79%

Например, пусть имеется 2 речевых тракта с 18% рабочим циклом. Оба тракта могут функционировать 2,9 часа в течение рабочего дня. Каждый тракт использует 3 кбит/c от полосы пропускания канала (VoFR), и с учетом рабочего цикла эта величина составит в среднем 0.54 кбит/c (4 кбит/c * 18%) за 20-30 минутный период. Итак, в случае использования канала 64 Кбит/c, остаток составит 63.46 кбит/c.

Сравнение сегментации кадров VoFR и пакетов VoIP

Принцип последовательной передачи пакетов по каналу связи приводит к тому, что передача длинного пакета с данными может существенно увеличить время ожидания передачи речевого пакета. Например, передача 1500 байтового пакета Ethernet по каналу доступа 56 кбит/с составит более 200 мс.

Следовательно для УСПРД важно, чтобы имелась возможность просегментировать любые длинные пакеты данных, особенно для низкоскоростных каналов доступа. Ограничения на размеры пакетов с данными приведены в Табл.1.8.

Табл.1.8. Максимальные размеры пакетов с данными.

Размер полосы пропускания канала доступа (кбит/c)

Максимальный размер пакета (байт)

56/64

256

128

512

192

768

256

1024

384

1536

512

2048

1544

6144

Последствием сегментации пакетов данных является уменьшение эффективности предачи данных. Поскольку есть фиксированный заголовок для каждого пакета, то создание небольших пакетов увеличивает процент служебной информации. Последствия сегментации в сетях Frame Relay менее чувствительны, чем в сетях IP поскольку размер заголовка Frame Relay существенно меньше.

В сетях IP эффективность функционирования сети может уменьшиться на 10-15%; в сетях Frame Relay - на 2-4%.

При использовании метода VoFR, сегментация пакетов происходит автоматически в VFRAD всякий раз, когда есть речевой вызов. В случае завершения разговора сегментация прекращается.

При использовании VoIP сегментация пакетов происходит в маршрутизаторе доступа по команде администратора сети или под управлением протокола “шлюз-маршрутизатор”, как например, RSVP. При использовании RSVP, устанавливается сеанс RSVP с маршрутизатором, в течении которого маршрутизатор сегментирует пакеты с данными.

Поскольку большинство маршрутизаторов и шлюзов VoIP не поддерживают RSVP или аналогичный управляющий протокол, принудительная сегментация, при использовании VoIP, в среднем на 10%-15% снижает эффективность функционирования сети на низкоскоростных каналах, независимо от того, присутствуют или нет телефонные вызовы.

Т.о., основными преимуществами VoFR над VoIP являются:

  • более эффективное использование полосы пропускания каналов;
  • меньшие показатели задержек передачи речи;
  • автоматическая сегментация данных.

По матерниалам дипломной работы студента ИКСИ Академии ФСБ
обсуждение статьи

© сетевые решения
.
.