22
Control Protocol) и конгениальные спецификации - SGCP, PDC,
MEGACO, H.248 базируются на строгой иерархии, предполагающей
всего две функциональных составляющих и абсолютное купелирование
управления сигнализацией от медиа-потоков. Координации сигнализацией
реализуется центральным регулирующим устройством - контроллером
сигнализаций, а медиа-потоки обрабатываются шлюзами или
абонентскими терминалами – IP-телефонами. Функциональное назначение
конечных исполнительных устройств – шлюзов (или абонентских
терминалов) фиксируется собранием отчетливых для них команд,
определявшихся в обысном текстовом формате от контроллера
сигнализаций. Он же задает и направленность соединений между
конечными устройствами на передачу голоса, факсимильных сообщений
или цифровых данных.
1.2.6. Архитектура MGCP
При разработке протокола управления шлюзами рабочая группа
опиралась на принцип декомпозиции, согласно которому шлюз
разбивается на отдельные функциональные блоки:
Сеть основанная на протоколе MGCP состоит из двух базовых
компонентов: транспортного шлюза (Media Gateway, MG) или IP-
телефона и устройства управления вызовами (контроллер сигнализаций
или контроллер шлюза или программный контроллер). Контроллер
сигнализаций состоит из агента вызова (Call Agent), управляющего
шлюзами, и шлюза сигнализации (Signaling Gateway, SG), отвечающего
за сигнальный трафик и сопряжение с телефонной сетью и сетью на
основе IP [20].
Шлюз сигнализации (Signaling Gateway (SG) - обеспечивает
доставку сигнальной информации, поступающей со стороны ТФОП, к
контроллеру шлюзов и перенос сигнальной информации в обратном
23
направлении.
На практике обычно сигнальный шлюз (SG) и медиа-шлюз (MG)
подключены в один физический коммутатор, но это совсем не
обязательно. Call Агент не использует MGCP для контроля сигнального
шлюза (SG), для этих целей — обратной связи между сигнальным
шлюзом (SG) и Агентом используются протоколы SIGTRAN.
Медиа-шлюз Media Gateway (MG) выполняет функции
преобразования речевой информации, поступающей со стороны ТФОП в
голосовых каналах с постоянной скоростью передачи, в вид, пригодный
для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP (кодирование и
упаковку речевой информации в пакеты RTP, и далее в UDP и IP) а
также обратное преобразование).
Медиа-шлюз использует протокол MGCP для сигнализации
событий, таких как информация что трубка положена/снята или
набираемые цифры вызываемого номера (донабор).
Call Агент (Call Agent) - контроллер шлюзов, выполняет функции
управления шлюзами, который использует протокол MGCP чтобы
сообщать медиа-шлюзу:
какие события направлять Call Агенту
каким образом оконечные устройства должны соединяться
друг с другом
какие тональные сигналы вызова должны воспроизводится на
оконечных устройствах
MGCP позволяет также следить Call Агенту за состоянием
оконечных устройств на медиа-шлюзе (MG). Как правило, медиа-шлюз
конфигурирован со списком Call Агентов, от которых может принимать
инструкции-запросы.
24
1.2.7. Обзор протокола MGCP
Пакеты MGCP отличаются от многих других протоколов. Он
резервирует обычно порт UDP 2427, датаграммы MGCP могут
содержать и пустые значения, совсем не так как обычно строятся
пакеты в протоколах TCP. Пакет MGCP является командой (запросом)
или ответом. Команды (запросы) начинаются с четырехбуквенного кода,
ответы начинаются с трехзначного цифрового кода.
В MGCP каждая команда несёт в себе идентификатор транзакции
и получает ответ на каждую.
Список запросов содержит всего восемь команд: AUEP, AUCX,
CRCX, DLCX, MDCX, NTFY, RQNT, RSIP.
Две команды используются Агентом, чтобы сделать запрос на
медиа шлюз:
AUEP — аудит конечного устройства;
AUCX — аудит соединения.
Три команды используются Call Агентом, чтобы управлять RTP
соединением на медиа шлюзе (шлюз может также послать команду
DLCX, когда нужно удалить соединение для самоуправления) [29]:
CRCX — создать соединение;
DLCX — удалить соединение;
MDCX — изменить соединение.
Команда RQNT используется медиа шлюзом для запроса об
уведомлениях используется Агентом, чтобы запросить уведомление о
событиях на медиа шлюзе.
Команда NTFY используется медиа шлюзом, чтобы сообщить
Агенту, что обнаружено событие, о котором Агент предварительно
запросил уведомление (командой RQNT).
Команда RSIP — рестарт в процессе, используется медиа шлюзом,
чтобы указать Агенту, идёт процесс перезапуска.
25
Отметим, что протокол MGCP является внутренним протоколом,
поддерживающим обмен информацией между функциональными блоками
распределенного шлюза. Протокол MGCP использует принцип
master/slave (ведущий/ведомый), причем устройство управления шлюзами
является ведущим, а транспортный шлюз - ведомым устройством,
выполняющим команды, поступающие от устройства управления.
Протокол MGCP не предназначен для управления соединениями с
участием терминального оборудования пользователей (IP-телефонами).
Это означает, что в сети, построенной на базе протокола MGCP, для
управления терминалами должен присутствовать привратник или SIP
сервер.
1.2.8. Архитектура MEGACO
Megaco определяет взаимодействие, шлюза (Media Gateway, MG),
который преобразует голосовой сигнал сети с коммутацией каналов в
пакетный трафик, и контроллера шлюзов между средами передачи
данных (Media Gateway Controller, MGC), иногда называемого агентом
вызовов или программным коммутатором, который определяет логику
обработки этого трафика. Иначе, Megaco разработан для
внутридоменного удаленного управления устройствами, отвечающими за
установление соединения или проведение сеанса связи, такими, как
шлюзы VoIP, серверы удаленного доступа, мультиплексоры цифровых
абонентских линий (Digital Subscriber Line Access Multiplexer, DSLAM),
маршрутизаторы с поддержкой многопротокольной коммутации с
использованием меток (Multiprotocol Label Switching, MPLS) и др.
Megaco оперирует двумя базовыми конструкциями: окончаниями и
контекстами. Окончания соответствуют потокам, вxoдящим в или
выходящим из шлюза (например, аналоговые телефонные линии, потоки
RTP или потоки MP3). Окончания имеют свойства, к примеру
26
максимальный размер буфера компенсации задержек, которые
контроллер может проверять и контролировать. Шлюз присваивает
окончаниям имена, или идентификаторы (TerminationID). Некоторые
окончания, обычно представляющие собой порты шлюза, такие, как
аналоговые линии или цифровые каналы DS0, инициализируются
шлюзом при его загрузке и остаются активными все время. Другие -
формируются по мере необходимости и освобождаются после
использования. Такие окончания называются «эфемерными» и
используются для представления потоков в пакетной сети, например
потоков RTP [23].
Окончания могут включаться в контексты, которые определяются,
когда два или более оконечных потока смешиваются и соединяются
вместе. Нормальный, «активный», контекст может состоять, например,
из одного физического окончания (скажем, один канал DS0 в канале
DS3) и одного эфемерного окончания (поток RTP, связывающий шлюз с
сетью). Контексты создаются и освобождаются шлюзом по команде,
поступающей от контроллера. Сразу после создания контексту
присваивается имя (идентификатор контекста, ContextID), причем
окончания могут как добавляться, так и удаляться из него. Контекст
создается добавлением первого окончания, а освобождается в результате
удаления (изъятия) последнего.
Кроме функции осуществления простых соединений, сводящейся к
размещению окончаний в контекстах, шлюзы могут также генерировать
тональные сигналы, объявления, звонки и другие сигналы, доходящие до
слуха пользователя. В Megaco включены средства подачи сигналов на
окончания и управления ими. С помощью этих средств Megaco может
управлять шлюзами, которые поддерживают функции интерактивного
голосового отклика (Interactive Voice Response, VR), а также
обеспечивать генерацию сигналов, сопутствующих обычному
телефонному вызову [13].
27
Протоколы Megacо и MGCP очень похожи друг на друга, и для
многих приложений не имеет значения, какой из них будет
использоваться. Однако, Megaco лучше интегрирован с приложениями с
поддержкой нескольких сред передачи, чем MGCP, потому что в
базовый протокол включены семантические элементы для конференций.
Благодаря этому MGCP может быть лучшей основой для приложений,
не привязанных к какой-либо среде, например для управления сеансами
на базе MPLS
1.2.9. Возможности и перспективы протокола MGCP
Для построения хорошо функционирующих и совместимых с
ТФОП сетей P-телефонии сегодня подходят протоколы Н.323 и MGCP.
Подход с использованием MGCP обладает весьма важным
преимуществом перед подходом, предложенным в стандарте Н.323: Call
Agent поддерживает сигнализацию ОКС7 и другие виды телефонной
сигнализации; поддерживается также прозрачная трансляция сигнальной
информации по сети P-телефонии. В сети, построенной на базе
рекомендации Н.323, сигнализация ОКС7, как и любая другая
сигнализация, должна конвертироваться шлюзом в сигнальные
сообщения Н.225.0 (Q.931).
Нам кажется, что так похожие друг на друга протоколы MGCP и
MEGACO, лучше других подходят для развертывания глобальных сетей
P-телефонии, приходящих на смену традиционным телефонным сетям.
Но в существующих сегодня приложениях P-телефонии, таких как
предоставление услуг международной и междугородной связи,
использовать протокол MGCP (так же, как и протокол SIP)
нецелесообразно в связи с тем, что подавляющее большинство сетей P-
телефонии сегодня построено на базе протокола Н.323. Оператору
придется строить на базе протокола MGCP (или SIP) отдельную сеть P-
28
телефонии, что потребует значительных капиталовложений, в то время
как оператор связи, имеющий оборудование стандарта Н.323, может
легко присоединить свою сеть к существующим сетям.
1.3. Качество IP-телефонии
Для дальнейшего решения поставленных задач исследования стоит
рассмотреть факторы, влияющие на качество передачи голоса в пакетных
сетях. IP-телефония является одной из областей передачи данных, где все
процессы передачи информации должны происходить в режиме реального
времени и где особенно важна динамика передачи сигнала, которая
обеспечивается современными методами кодирования и передачи
информации, следовательно, IP-телефонии увеличивается пропускная
способность каналов по сравнению с традиционными телефонными сетями.
1.3.1. Шлюзы IP-телефонии и их функции и характеристики
В общем случае IP-телефония опирается на две основных
операции: преобразование двунаправленной аналоговой речи в цифровую
форму внутри кодирующего/декодирующего устройства (кодека) и
упаковку в пакеты для передачи по IP. Функции эти, как правило,
выполняют шлюзы, которые имеют несколько разновидностей. Это
могут быть выделенные устройства или совмещенные
маршрутизаторы/коммутаторы со встроенным аппаратным и
программным обеспечением шлюза. Поэтому, будет уместно рассмотреть
вопрос о том, что какое место шлюз занимает с сети IP-телефонии, его
функции и характеристики.
Опишем, как можно связать ПК с аналоговым телефоном, схема
изображена на рисунке 5 [7].
29
Рисунок 5 - Положение шлюза в сети IP-телефонии
Аналоговая речь преобразуется в цифровые сигналы с помощью
кодеков, формирующих обычные цифровые потоки импульсно-кодовой
модуляции (ИКМ). Кодек может находиться в цифровом телефоне, на
УАТС. На практике многие шлюзы содержат кодеки. IP-шлюз
преобразует цифровые потоки в IP-пакеты, которые маршрутизируются с
помощью методов IP-сети. Если оба конечных устройства — телефоны,
то голосовой сигнал, нарезанный на пакеты, поступает сначала через
телефонную сеть на ближайший P-шлюз, а затем передаётся через
nternet на второй шлюз вблизи от другого абонента. Этот шлюз
принимает вызов и посылает его по телефонной сети соответствующему
абоненту. Шлюзы могут быть подключены напрямую к ПК или к
телефону по обычной ТФОП.
Основные функции, выполняемые шлюзом:
интерфейса с УАТС, ТФОП и другими телефонными сетями;i
базовые функции обслуживания вызова (соединение абонентов,
/разъединение связи);
компрессию/декомпрессию речи в реальном времени;
IP
-
пакеты
Аналоговая
речь
Оцифрованная
речь
Кодек
УАТС
Аналоговый
телефон
IP
-
сеть
Gatekeeper
IP
-
ПК
Цифровой телефон
Цифровая УАТС
30
упаковку и распаковку сжатой речи в пакеты;
интерфейса с IP-сетью.
Если же шлюз объединяется в одном устройстве с гейткипером,
ему приписывают ещё одну функцию — преобразование телефонных
номеров в IP-адреса и наоборот. Кроме основных функций, шлюз может
выполнять ряд дополнительных, однако, наличие таких функций
необязательно. Например, функции интерактивного голосового ответа
или учёта вызовов.
Независимо от способа аппаратной реализации шлюзы IP-
телефонии имеет общие характеристики [6]:
совместимость со стандартом H.323. В результате данная
система будет обеспечивать интеграцию речи, видео и данных в
реальном времени для приложений по организации совместной работы в
рабочих группах, например Microsoft NetMeeting;
наличие механизмов резервирования ресурсов. Необходимо,
чтобы шлюз поддерживал систему приоритезации (RSVP - протокол
резервирования) для осуществления выбора приоритета между
передаваемой речью или данными. При этом протокол RSVP позволяет
маршрутизаторам придерживать часть полосы пропускания для
организации голосового трафика. У шлюзов PT (Ericsson nc.), Netblazer
8500 (Digi nternational), Packetstar P Gateway 1000 (Lucent Technologies
nc.), Vocaltec Telephony Gateway (Vocaltec Communications Ltd.),
Webphone Gateway Exchange (Netspeak Corp.) эта возможность
отсутствует;
поддержка основных телефонных интерфейсов и типов
сигнализаций. Ещё одним критерием оценки характеристик шлюзов
является большое разнообразие телефонных интерфейсов,
поддерживаемых IP-шлюзом (E1, PRI, BRI), и поддержка основных
типов телефонной сигнализации: CAS, DTMF, PRI и ОКС №7;
транспортные архитектуры. Диапазон транспортных архитектур, с
31
которыми работают современные шлюзы, достаточно широк:
выделенные линии, SDN, Frame Relay, ATM, Ethernet.
Шлюзы, поддерживающие передачу речи через Frame Relay,
производят компании 3COM (Pathbuilder S200 Voice Access Switch),
Cisco (серия 2600, 3600), Motorola (Vanguard 6560/6520), Newbridge
Networks Corp. (MainStreetXpress 36100 VoIP Gateway) и другие. Режим
ATM поддерживают шлюзы, выпускаемые фирмами Lucent Technologies
(Packetstar P Gateway 1000), Cisco (серия 2600, 3600), Ascend
Communications (MultiVoice Gateway), Motorola Vanguard 6560/6520
Multiservice Access Device и другие;
масштабируемость. Масштабируемость - немаловажная
характеристика шлюза, обеспечиваемая модульным построением
оборудования. На первом этапе организации сети IP-телефонии
возможно использование неполного ресурса имеющихся портов, а позже
увеличивать число задействованных голосовых портов. При этом число
портов соответствует количеству одновременных вызовов, которые
может сделать шлюз, поскольку каждый ее порт оснащен собственным
цифровым сигнальным процессором (DSP — Digital Signal Processor) для
оцифровки голосовых сигналов;
обеспечение факс-связью. Подавляющее большинство
производимых шлюзов имеют возможность обеспечивать факсимильную,
связь на базе протокола IP;
управление шлюзом. Шлюзы могут отличаться
предусмотренными средствами управления. Эти средства управления
выполняют маршрутизацию вызовов между шлюзами и перекодируют
телефонные номера в IP-адреса[23];
возможность установки различных алгоритмов кодирования речи.
На показатели качества передаваемого голоса по IP-сети существенно
влияет схема кодирования, используемая в шлюзе VoIP при сжатии
голосовой информации. Наиболее распространена схема, обеспечивающая