46
В качестве настольных клиентских SIP-терминалов были выбраны Yealink SIP-
T19P E2, телефонный адаптер Cisco SPA112 XU, в качестве сервера IP-
телефонии был выбран Asterisk. В представленном техническом задании учтены
общие требования для реализации проекта, технические характеристики
оборудования, пожелания к проведению монтажных работ и технического
обслуживания. Так же был предложен диал-план организации.
47
ГЛАВА 3. РЕАЛИЗАЦИЯ СЕТИ IP-ТЕЛЕФОНИИ
3.1. Реализация механизмов управления и повышения качества
передачи голосовых сообщений по сети IP-телефонии
Основными показателями качества обслуживания являются пропускная
способность сети и задержка передачи. Задержка при этом определяется как
промежуток времени, прошедший с момента отправки пакета, до момента его
приема.
Также существуют такие характеристики, как готовность сети и ее
надежность (оцениваются по результатам контроля уровня обслуживания в
течение длительного времени, либо по коэффициенту использования).
Голосовой трафик чрезвычайно чувствителен к задержкам передачи.
Максимальное время задержки не должно превышать 400 мс (сюда включается и
продолжительность обработки информации на конечных станциях).
Еще одно явление, характерное для IP-телефонии — джиттер, или, иначе,
случайная задержка распространения пакета.
Обуславливается джиттер тремя факторами:
- Ограниченная полоса пропускания или некорректная работа активных
сетевых устройств;
- Высокая задержка распространения сигнала;
- Тепловой шум.
Наиболее часто применяющийся метод борьбы с джиттером — джиттер-
буфер, хранящий определенное количество пакетов.
Общее качество передачи речи определяется факторами, зависящими как
от сети, так и от оконечного оборудования.
Качество услуги связи (QoS, Quality of Service) отражает результат
взаимодействия используемого абонентом (пользователем) пользовательского
(оконечного) оборудования с сетью связи в процессе оказания услуги связи.
В данном проекте используются sip-телефоны Yealink SIP-T19P E2,
которые поддерживают QoS: 802.1p /Q tagging (VLAN), Layer 3 ToS DSCP.
48
Гарантии качества важны для приложений, которые требуют
фиксированной скорости передачи данных и задержка может повлиять на
качество, когда емкость сети недостаточна.
QoS данного оконечного оборудования обеспечивает лучшее сетевое
обслуживание благодаря следующим функциям:
- Поддержка выделенной полосы пропускания
- Улучшение характеристик потерь
- Предотвращение перегрузки сети и управление ею
- Формирование сетевого трафика
- Определение приоритетов трафика в сети
VoIP может гарантировать высококачественное QoS, только если голос и
SIP-пакеты имеют приоритет над другими видами сетевого трафика. IP-
телефоны поддерживают модель QoS DiffServ. [16]
Голосовое QoS
Чтобы сделать VoIP-передачи понятными для приемников, голосовые
пакеты не должны задерживаться. Модель DiffServ может гарантировать
высококачественную передачу речи, когда голосовые пакеты настроены на более
высокое значение DSCP (Точка кода дифференцированных услуг - элемент
архитектуры компьютерных сетей, описывающий простой масштабируемый
механизм классификации, управления трафиком и обеспечения качества
обслуживания. DSCP может применяться, например, для снижения задержки
чувствительного сетевого трафика вроде голосовой связи и потокового
мультимедиа, тогда как остальной трафик будет идти без приоритезации.).
SIP QoS
Для обеспечения хорошего качества передачи голоса пакеты SIP,
исходящие с IP-телефонов, должны быть с высоким приоритетом передачи.
DSCP для голосовых и SIP-пакетов могут быть указаны соответственно. [28]
QoS настраиваются с помощью файлов конфигурации или локально.
49
Рис. 12 Информация о параметрах конфигурации
Чтобы настроить DSCP для голосовых пакетов и SIP-пакетов через веб-
интерфейс пользователя:
1. Выберите Network-> Advanced.
2. Введите нужное значение в поле QoS Voice (0 ~ 63).
3. Введите нужное значение в поле SIP QoS (0 ~ 63).
4. Нажмите «Подтвердить», чтобы принять изменение.
Появится диалоговое окно, предлагающее ввести настройки в действие
после перезагрузки.
5. Нажмите OK, чтобы перезагрузить телефон. (рисунок 13)
50
Рис. 13 Настройка DSCP
Влияние сетевого оборудования.
В проектной сети используются коммутаторы второго уровня, а именно D-
link DES-3200-28p. Коммутаторы DES-3200 входят в линейку управляемых
коммутаторов D-Link 2 уровня, предназначенную для сетей Metro Ethernet
(ETTX и FTTX) и корпоративных сетей. Коммутаторы этой серии оснащены
8/16/24/48 портами 10/100 Мбит/с Fast Ethernet, а также 1/2/4 комбо-портами
Gigabit Ethernet/SFP. Коммутаторы серии DES-3200 поддерживают протоколы
802.1D-2004 edition, 802.1w и 802.1s Multiple Spanning Tree (MSTP). Протоколы
STP позволяют организовать резервный маршрут передачи данных,
используемый в случае возникновения неисправности любого коммутатора на
основном маршруте следования сетевого трафика. Коммутаторы также
поддерживают агрегирование каналов на основе стандартов 802.3ad (LACP) и
802.1AX, что позволяет объединять в группы несколько портов, увеличивая при
этом полосу пропускания и повышая отказоустойчивость соединений между
сетевыми устройствами. Коммутаторы поддерживают стандарт 802.1p для
управления качеством обслуживания (QoS):
• Управление полосой пропускания
51
- На основе порта (входящее/исходящее, с шагом до 8 Кбит/с)
- На основе потока (входящее/исходящее, с шагом до 8 Кбит/с)
- Для выходной очереди (с шагом до 8 Кбит/с)
• 8 очередей на порт
• DSCP
• 802.1p
• Обработка очередей
- Strict Priority
- Weighted Round Robin (WRR)
- Strict + WRR
• Три цвета маркировки
- trTCM
- srTCM
В дополнение к этому трафик может быть приоритизирован на основании
меток TOS, DSCP, MAC-адреса или IP-адреса клиента, номера влана, номера
порта TCP/UDP, типа протокола или на основании содержимого пакета,
задаваемого пользователем. Данный функционал особенно актуален при
предоставлении услуг IPTV. Также серия DES-3200 поддерживает функционал
Voice VLAN, представляющий из себя отдельный влан, в который
автоматически помещается голосовой трафик, с целью его последующей
обработки с более высоким уровнем приоритета, чем у остального трафика.
3.2. Управление шириной пропускания, безопасность и
обеспечение масштабируемости сети IP-телефонии, расчет основных
параметров и характеристик сети
SIP-сайт – это рассчитываемая в данном проекте телефонная сеть ООО
«ЯМАЛ МОТОРС».
IPTEL – сеть оператора IP-телефонии, предоставляющего альтернативную
услугу для доступа к международным и междугородним абонентам ССОП.
Общее количество абонентов по сайтам внесем в таблицу 5.
52
Таблица № 5
Источники нагрузки (количество и типы)
Номер сайта
1
2
Тип сайта
SIP
IPTEL
Общее количество абонентов в сайте (NK)
21
-
Протокол
SIP
SIP
Тип интерфейса
FE/GE
FE/GE
В РД 45.120-2000 представлены рекомендации по расчету нагрузки,
которая основывается на ЧНН и тарифах, установленными операторами. Но так
как в данном проекте речь идет о корпоративной сети, то нагрузка здесь будет
возникать не на основании ЧНН, а по мере возникновения рабочих моментов
внутри организации, которые не подлежат учету. [1]
Чтобы по IP-сети передавалась пользовательская информация,
необходимо передавать сообщения сигнальных протоколов, для передачи
трафика для которых также должен быть предусмотрен транспортный ресурс
сети. Если в оборудовании коммутатора доступа реализована возможность
подключения абонентов, использующих терминалы SIP, то необходимо учесть
соответствующий транспортный ресурс. Доля увеличения транспортного
ресурса за счет предоставления базовой услуги телефонии таким пользователям
может быть определена в зависимости от используемых кодеков и числа
пользователей. [5]
Так как в дипломном проекте учитывается первоначально подключить 21
абонент, то и расчет будем вести, отталкиваясь от этого количества абонентов.
Оценим объем сигнальной нагрузки, создаваемой при обслуживании M-
вызовов от 21 абонента:
При заданной удельной речевой нагрузке от одного абонента величиной
yH.323, от него поступает в среднем
M
вызовов
= (yH.323 *3600с/T) *NH.323 (1)
Время разговора для местных вызовов примем равным Т=120с (2 минуты)
При этих данных от N=21 абонентов в ЧНН поступит:
53
М
вызовов
= (yH.323 *3600с / T) NH.323
= (0.12*3600/120)*90 = 76 вызовов
Для обслуживания каждого вызова будем считать, что требуется передать
18 сообщений, каждое длительностью 4096 бит (512 байт), следовательно, для
обслуживания М=76 вызовов, необходимо передать K бит в течение этого ЧНН
(часа):
K = 4096бит*76вызовов*18сообщений =5603328 бит/ЧНН
Следовательно, для пропуска этой сигнальной нагрузки в Ethernet-
интерфейсе необходимо выделить пропускную способность
(2)
С = К /3600с = (5603328 бит/ЧНН) / 3600 = 1556,48 бит/с
Однако, данная пропускная способность рассчитана при допущении
равномерного и детерминированного поступления вызовов в течение часа. В
этих условиях, рассчитанную пропускную способность можно считать средней
пропускной способностью. [11]
Реальная сигнальная нагрузка представляет собой случайный процесс.
При отсутствии достаточной статистики по протоколу H.323, будем считать, что
от смены аналогового терминала на IP-терминал поведение речевых абонентов
не изменится, следовательно, характеристики распределения вызовов от
аналоговых абонентов и от IP-терминалов идентичны. Идентичны также
характеристики сигнального трафика, создаваемого протоколом H.323. По
характеристикам сигнальной нагрузки от протокола ISUP известно, что
пачечность (неравномерность) скорости поступления сообщений ISUP лежит в
пределах Кпач=2…3. Примем, что Кпач=2,5, следовательно, пиковая скорость,
при передаче ISUP или H.323 сообщений равна:
(3)
(бит/с)
Оценка необходимой пропускной способности в направлении публичных
сетей.
В дипломном проекте будут учитываться аудиокодек – G.711, имеющий
следующие характеристики [37].
54
Таблица № 6
Характеристики аудиокодека
Тип
аудиокодека
Скорость,
V кбит/с
Размер
речевого кадра,
L (байт)
Длительность
речевого кадра,
T (мс)
Количество
речевых
кадров в
одном IP-
пакете, nреч
G.711 (ITU-
T,1996г.)
64
80
10
10
Для кодека G.711:
L
речевого
кадра
= n
реч
*L = 10*80 = 800 байт – длина отрезка речи из n речевых
кадров, вкладываемых в одну IP-дейтаграмму.
L
общая
= L
речевого кадра
+ L
заголовков
= 800(реч.кадры) + 12(RTP) + 8(UDP) +
20(IP) + 14(Ethernet) = 854 байт – общая длина IP-дейтаграммы.
К
эфф
= L
речевого
кадра
/ L
общая
= 800/854 = 0,937 – доля полезной (речевой)
информации в IP-дейтаграмме.
К
изб
= 1 - К
эфф
= 1 - 0,937 = 0,063 – доля служебной (протокольной)
информации в IP-дейтаграмме.
Для участков с пакетной телефонией – пропускная способность вначале
также определяется числом соединительных линий соответствующего
интерфейса в точке концентрации – Nсл.
Однако, под соединительной линией здесь понимается виртуальный
цифровой канал, пропускная способность (Ссл , кбит/с) которого зависит от:
- от типа используемого аудиокодека:
- от используемого алгоритма обнаружения речевых пауз (VAD);
- от коэффициента избыточности/эффективности стека протоколов
G.xxx/RTP/UDP/IP/Ethernet, который, в свою очередь зависит от числа речевых
кадров, помещаемых в IP.
55
GW
GW
Ак/эл
FE
Eth
Eth
IP IP
FE
Router
Ак/эл
АТС М-200
AddPac 1800
CCR1036-12G-4S
AddPac 100b
E1
FE
FE
Z
SN
E1 FE
IP
UDP
RTP
Eth
0
G.711
0
0
0
G.711
FE
IP
UDP
RTP
Eth
0
G.711
0
0
0
0
Z
Рис. 14 Профили протоколов в плоскости U при обслуживании вызовов от
абонента ТфОП к абоненту IP-сети
Таким образом, требуемая пропускная способность сетевого интерфейса
для одной СЛ (одного виртуального цифрового канала), определяется:
С
сл
(кбит/с) = V
аудиокодека
(кбит/с) /К
эфф
, (4)
С учетом рассчитанного
, определим требуемую пропускную
способность, выделяемую в сетевом интерфейсе для одной соединительной
линии (одного виртуального цифрового канала), при использовании аудиокодека
G.711:
С
сл
(кбит/с) = VG.711/ К
эфф
= 64/0,937 = 68,3 Кбит/с
Для определения требуемой пропускной способности сетевого интерфейса
для Nсл, рассчитанное число соединительных линий (Nсл) пересчитывается в
пропускную способность соответствующего интерфейса (Мбит/с), с учетом
класса обслуживания. [13]
Для предоставления речевых услуг будем использовать класс
обслуживания с учетом неравномерности (пачечности) речевого трафика,
возникающей за счет использования детектора обслуживания речи (VAD).
Такими детекторами оснащаются все современные аудиокодеки, в которых
используется сжатие речевой информации с использованием алгоритмов
кодирования формы сигнала (аудиокодеки с предсказанием речи – G.723, G.729,
GSM и т.п.).