Текст книги "Asterisk™: будущее телефонии Второе издание"

Автор книги: Джим Меггелен

Соавторы: Джаред Смит,Лейф Мадсен
сообщить о нарушении

Текущая страница: 17 (всего у книги 41 страниц)

В других регионах их могут называть иначе (например, А и В).

Рис. 7.1. Вход и Земля

лефона не снята, напряжение на этом проводе относительно Tip – 48 В. При поднятии трубки это напряжение падает примерно до 7 В постоянного тока.

Цифровая телефония

Аналоговая телефония уже практически мертва.

В PSTN единственный участок телефонной сети, до сих пор использующий технологию, которая появилась более ста лет назад, – это так называемая последняя миля¹ (The Last Mile).

Одна из основных сложностей при передаче аналоговых сигналов состоит в том, что помехой им может стать что угодно, приводя к снижению громкости, статическим помехам и всевозможным нежелательным эффектам. Вместо того чтобы оберегать аналоговый сигнал на больших расстояниях, которые могут иметь протяженность в тысячи километров, почему бы просто не измерить характеристики исходного звука и не послать на дальний конец эту информацию? Исходный сигнал, конечно, не дошел бы туда, но была бы передана вся информация, необходимая для его восстановления.

Таков принцип цифровой аудиосвязи (включая телефонию): измерение характеристик исходной звуковой волны, сохранение снятых показателей и передача этих данных на дальний конец. Затем на дальнем конце с помощью переданной информации формируется абсолютно новый аудиосигнал, обладающий теми же характеристиками, что и оригинальная звуковая волна. Воспроизведенная копия настолько хороша, что человеческое ухо не замечает разницы.

Принципиальное преимущество цифровой аудиосвязи заключается в возможности проверки оцифрованных данных математическими средствами на наличие ошибок на протяжении всего пути к месту назначения, что гарантирует поступление на дальний конец точной копии оригинала. Расстояние больше не влияет на качество, и помехи могут быть выявлены и устранены.

Импульсно-кодовая модуляция

Существует несколько способов цифровой обработки аудиосигнала, но самым распространенным методом является импульсно-кодовая модуляция, или ИКМ (Pulse-Code Modulation, PCM). Чтобы проиллюстрировать принцип ее работы, рассмотрим несколько примеров.

Цифровое кодирование аналогового сигнала

Принцип ИКМ заключается в измерении амплитуды¹ аналоговой волны через равные промежутки времени таким образом, чтобы позже ее можно было воссоздать. Количество замеров зависит как от разрядности квантования каждого замера, так и от частоты замеров. Чем больше разрядность и частота дискретизации, тем выше точность, но и тем большая полоса пропускания потребуется для передачи такой подробной информации.

Чтобы лучше понять принцип работы ИКМ, рассмотрим волну, представленную на рис. 7.2.

Амплитуда – это, по сути, мощность, или сила сигнала. Наверное, все когда-нибудь размахивали скакалкой или садовым шлангом, как кнутом, и видели получающуюся волну. Чем выше волна, тем больше ее амплитуда.

Чтобы выполнить оцифровку волны, необходимо разбить ее на равные временные отрезки и замерить ее амплитуду в каждый момент време-

Рис. 7.2. Простая синусоидальная (гармоническая) волна

ни. Процесс разбиения волны на отрезки времени и измерение энергии в каждый момент называется квантованием, или дискретизацией.

Замеры должны производиться довольно часто, и необходимо собрать достаточно информации, чтобы обеспечить возможность восстановления волны на дальнем конце с приемлемой степенью точности. Для получения более точного замера потребуется большее количество битов. Чтобы объяснить этот принцип, начнем с очень маленького разрешения, при котором для представления амплитуды используется четыре бита. Это упростит задачу по визуализации и самого процесса квантования, и влияния, которое разрядность квантования имеет на качество. На рис. 7.3 показано, какие данные будут зафиксированы, если выполнить дискретизацию гармонической волны с разрядностью четыре бита.

Рис. 7.3. Дискретизация гармонической волны с использованием четырех битов

В каждом временном интервале измеряется амплитуда волны и записывается соответствующая интенсивность, иначе говоря, мы делаем замер. Как видите, разрядность в четыре бита ограничивает точность. Первый замер приходится округлять до 0011, следующий интервал дает значение 0101. Затем идут 0100, 1001, 1011 и т.д. В общем, получается 14 измерений (в реальности должно быть сделано несколько тысяч измерений в секунду).

Если из всех значений составить строку, их можно передавать на другой конец:

0011 0101 0100 1001 1011 1011 1010 0001 0101 0101 0000 1100 1100 1010 При передаче по проводам этот код выглядит примерно так, как показано на рис. 7.4.

Рис. 7.4. ИКМ-кодированная волна

Когда цифроаналоговый (digital-to-analog, D/A) преобразователь на дальнем конце получает этот сигнал, он может использовать данную информацию для построения волны, как показано на рис. 7.5.

На основании этих данных волна может быть восстановлена (рис. 7.6).

Рис. 7.5. Графическое представление ИКМ-сигнала

Рис. 7.6. Сигнал без сглаживания

Как видите, если сравнить рис. 7.2 и 7.6, такая реконструкция волны не очень точная. Это было сделано намеренно, чтобы продемонстрировать важный момент: качество оцифрованной волны зависит от разрядности и частоты, с которой выполняются замеры. При слишком низкой частоте дискретизации качество получаемого аудиосигнала будет неприемлемым.

Повышение разрешения и частоты дискретизации

Вернемся к исходной волне и на этот раз используем пять битов для определения интервалов квантования (рис. 7.7).

Рис. 7.7. Та же волна при более высокой разрядности квантования

На самом деле пятибитовой ИКМ не существует. В телефонной сети замеры ИКМ кодируются с помощью 8 бит¹.

Также удвоим частоту дискретизации. Точки, откладываемые на этот раз, представлены на рис. 7.8.

Теперь количество замеров и разрядность увеличены вдвое. Вот полученные данные:

00111 01000 01001 01001 01000 00101 10110 11000 11001 11001 11000 10111 10100 10001 00010 00111 01001 01010 01001 00111 00000 11000 11010 11010 11001 11000 10110 10001

При получении на другом конце эти данные могут быть представлены так, как показано на рис. 7.9.

На основании этой информации может быть построена волна, представленная на рис. 7.10.

Другие методы цифровой аудиозаписи могут использовать 16 бит или более.

Рис. 7.8. Та же волна при вдвое большей разрядности

Рис. 7.9. ИКМ-сигнал с разрядностью 5 бит

Как видите, полученная в данном случае волна намного более точно представляет оригинал. Однако также можно заметить, что все равно имеется возможность для улучшения.

Обратите внимание, что при кодировании волны с разрядностью квантования 4 бита использовалось 40 бит, тогда как для отправки той же волны с разрядностью квантования 5 бит (и также вдвое большей частотой дискретизации) пришлось использовать 156 бит. Суть в том, что существует соотношение: чем лучшее качество необходимо обеспечить при кодировании аудиосигнала, тем больше битов для этого используется, и тем больше битов придется передавать (естественно, в реальном масштабе времени), и тем большая полоса пропускания потребуется.

Рис. 7.10. Волна, полученная из ИКМ-сигнала с разрядностью 5 бит

Теорема Найквиста

Итак, какая частота дискретизации будет достаточной? Такой же вопрос задал себе в 20-х годах прошлого века инженер-электрик (и сотрудник AT&T/Bell) Гарри Найквист (Harry Nyquist). Теорема Найквиста гласит: «Чтобы можно было абсолютно точно восстановить исходный сигнал по его дискретной версии, частота дискретизации должна быть вдвое больше полосы частот входного сигнала»[79]79
  Найквист опубликовал две статьи, «Certain Factors Affecting Telegraph Speed» (1924) и «Certain Topics in Telegraph Transmission Theory» (1928), в которых постулировал свою теорему, ставшую известной как теорема Найквиста. Подтвержденная в 1949 году Клодом Шенноном (Claude Shannon) («Communication in the Presence of Noise»), она получила название «теорема о дискретном представлении Найквиста-Шеннона».


[Закрыть].

По существу, это означает следующее: чтобы точно кодировать аналоговый сигнал, частота замеров должна вдвое превышать максимальную частоту в частотном диапазоне, который требуется воспроизвести. Поскольку телефонная сеть не будет передавать частоты ниже 300 и выше 4000 Гц, частоты дискретизации 8000 замеров в секунду будет достаточно для воспроизведения любой частоты в частотном диапазоне аналогового телефона. Запомните величину 8000 замеров в секунду; мы поговорим об этом немного позже.

Компандирование по логарифмическому закону

Итак, мы рассмотрели основы квантования и обсудили тот факт, что большее количество интервалов квантования (то есть более высокая частота дискретизации) обеспечивают лучшее качество, но при этом требуется большая полоса пропускания. Наконец, мы обсудили, какой должна быть минимальная частота дискретизации для точного измерения диапазона частот, который мы хотим передавать (в случае с телефоном это 8000 Гц). Все это сводится к тому, что по проводам передается довольно большое количество данных, поэтому пришла пора поговорить о компандировании.

Компандирование – это метод улучшения динамического диапазона метода дискретизации без потери необходимого качества. Он заключается в квантовании более высоких амплитуд с намного меньшей частотой, чем меньших амплитуд. Иначе говоря, если кричать в телефон, ваш голос будет дискретизирован не так хорошо, как если бы вы говорили нормально. Крик также вреден для кровяного давления, поэтому лучше избегать его.

Обычно используется два метода компандирования: plaw[80]80
  plaw часто называют ulaw, потому что – посмотрим правде в глаза – у кого из нас есть клавиша p на клавиатуре? p – это фактически греческая буква мю; поэтому также можно встретить выражение (более точное) «Mu-law».


[Закрыть] в Северной Америке и alaw в остальном мире. В них используется один принцип, но во всем остальном они несовместимы.

При компандировании волна делится на хорды, каждая из которых включает несколько шагов. Квантование заключается в сопоставлении измеренной амплитуды с соответствующим шагом хорды. Значение полосы и номера хорд (а также знак – плюс или минус) становятся сигналом. Приведенные далее диаграммы дают визуальное представление того, что происходит при компандировании. Они не основываются на каком-либо стандарте, а просто созданы как иллюстрация (опять же, в телефонной сети компандирование будет выполняться с разрядностью 8, а не 5 бит).

Рис. 7.11 иллюстрирует компандирование с разрядностью 5 бит. Как видите, дискретизация амплитуд, близких к нулевому уровню, намного выше, чем больших амплитуд (как в положительной, так и в отрицательной области). Однако, поскольку человеческое ухо, передатчик и приемник также будут искажать громкие сигналы, это не представляет проблемы.

Квантованный образец может выглядеть так, как представлено на рис. 7.12. Он обеспечивает получение следующего потока битов:

00000 10011 10100 10101 01101 00001 00011 11010 00010 00001 01000 10011 10100

10100 00101 00100 00101 10101 10011 10001 00011 00001 00000 10100 10010 10101

01101 10100 00101 11010 00100 00000 01000

Рис. 7.11. Компандирование с разрядностью 5 бит

Наложение частот

Если когда-нибудь при просмотре одного из старых вестернов вам казалось, что колеса повозки вращаются в обратном направлении, вы наблюдали эффект наложения частот. Частота смены кадров фильма не соответствует частоте вращения колес, и поэтому возникает впечатление вращения в обратную сторону.

В цифровой аудиосистеме (каковой является современная PSTN) наложение частот возникает, если в аналогово-цифровой преобразователь поступают сигналы частотой, превышающей половину частоты дискретизации. В PSTN это аудиосигналы частотой выше 4000 Гц (половина частоты дискретизации, которая составляет 8000 Гц). Эту проблему легко исправить, пропустив аудиосигнал через низкочастотный фильтр¹ перед его передачей в аналогово-цифровой преобразователь².

Рис. 7.12. Квантование и компандирование с разрядностью 5 бит

2

Низкочастотный фильтр, как следует из его названия, пропускает только частоты, которые меньше его частоты среза. Существуют еще высокочастотные фильтры (которые убирают низкие частоты) и полосные фильтры (которые отфильтровывают и высокие, и низкие частоты). Те, кому когда-либо приходилось делать аудиозаписи для системы, вероятно, пользовались полосным фильтром, который встроен в большинство телефонных аппаратов. Запись с использованием даже высококлассного звукозаписывающего оборудования может выявить разнообразнейший фоновый шум. Вы могли даже не слышать его, пока не выполнили понижающей дискретизации, при которой фоновый шум создает эффект наложения частот (что может порождать разнообразные странные звуки). С другой стороны, телефонные записи уже выполнены в соответствующем формате, поэтому шум никогда не попадает в аудиопоток. Из всего вышесказанного следует, что, независимо от того, какое оборудование используется для записи, следует избегать сред с большим количеством фоновых шумов. Обычные офисы могут быть намного более шумными, чем кажется, поскольку оборудование отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха может создавать шум, о котором мы даже не подозреваем.

Цифровая коммутируемая телефонная сеть

Более ста лет телефонные сети были исключительно коммутируемыми. Это означало, что для каждого телефонного звонка между двумя конечными точками устанавливалось выделенное соединение с фиксированной полосой частот, распределенной для этого канала. Создание такой сети было дорогим удовольствием, а использование ее на больших расстояниях обходилось вдвое дороже. Хотя все предсказывают окончание эпохи коммутируемой сети, многие люди по-прежнему пользуются ею каждый день и она, действительно, достаточно неплохо справляется со своими функциями.

Типы линий связи

В PSTN существует много разных линий, обеспечивающих различные нужды сети. Между центральной АТС и абонентом обычно достаточно одной или более аналоговых линий или нескольких десятков каналов, предоставляемых посредством цифровой линии. Между станциями PSTN (и большим количеством абонентов), как правило, используются оптоволоконные линии связи.

Простая DS-0 – основа всего

Поскольку стандартный метод оцифровки телефонного звонка – запись 8-битового замера 8000 раз в секунду, можно заметить, что телефонной линии с ИКМ понадобится полоса пропускания 8000 бит/с х 8, то есть 64 000 бит/с. Такой канал с полосой пропускания 64 Кбит/с называют DS-0. DS-0 – это основной строительный блок всех цифровых телекоммуникационных линий.

Даже вездесущая аналоговая линия переходит на DS-0 ускоренными темпами. Иногда это происходит в месте, где линия входит в центральную АТС, иногда намного раньше[81]81
  Цифровые телефоны (включая IP-телефоны) выполняют аналого-цифровое преобразование непосредственно в точке подключения телефонной трубки
  к телефону; таким образом, DS-0 берет начало прямо в телефонном аппарате.


[Закрыть].

Линии с T-несущей

Т1 – один из самых известных терминов цифровой телефонии. Т1 – это цифровая линия, состоящая из 24 мультиплексирующихся каналов DS-0, обеспечивающих передачу данных со скоростью 1,544 Мбит/с[82]82
  24 канала DS-0 используют 1,536 Мбит/с, оставшиеся 0,008 Мбит/с используются битами синхронизации.используют 1,536 Мбит/с, оставшиеся 0,008 Мбит/с используются битами синхронизации.


[Закрыть]. Этот битовый поток определен как DS-1. Голос кодируется в T1 с использованием алгоритма компандирования plaw.

Европейская версия T1 была разработана Европейской конференцией почтовых и телекоммуникационных ведомств (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations, CEPT) и сначала называлась CEPT-1. Теперь ее называют E1. E1 образована 32 каналами DS-0, но метод ИКМ-кодирования другой: Е1 использует закон компандирования аlaw. Это означает, что для соединения между сетями Е1 и Т1 всегда будет необходим этап перекодировки. Заметьте, что E1, хотя и имеет 32 канала, также считается линией DS-1. Е1 намного больше распространена, поскольку используется во всем мире, кроме Северной Америки и Японии.

Все остальные линии с Т-несущей (T2, T3 и T4) являются кратными T1 и базируются на простой DS-0. В табл. 7.2 представлены сравнительные характеристики разных линий с Т-несущей.

Таблица 7.2. Линии с T-несущей

Несущая	Эквивалент по скорости передачи данных	Количество каналов DS-0	Скорость передачи данных, Мбит/с
T1	24 канала DS-0	24	1,544
T2	4 канала T1	96	6,312
T3	7 каналов T2	672	44,736
T4	6 каналов T3	4032	274,176

При плотностях более Т3 линии с Т-несущей используются очень редко. Для таких скоростей передачи данных могут применяться оптоволоконные линии связи (Optical Carrier, OC).

Синхронная оптическая сеть и оптоволоконные линии связи

Синхронная оптическая сеть (Synchronous Optical Network, SONET) была разработана по причине необходимости перевода системы с Т-не– сущей на следующий технологический уровень – волоконную оптику. SONET базируется на полосе пропускания Т3 (44,736 Мбит/с) с небольшими потерями, что в сумме составляет 51,84 Мбит/с. Такая линия называется OC-1 или STS-1. Как показано в табл. 7.3, скорость передачи данных во всех высокоскоростных оптоволоконных линиях кратна этой базовой величине.

Создание SONET было попыткой стандартизации оптических линий. Однако ее высокая стоимость, а также преимущества, предлагаемые более новыми схемами, такими как мультиплексирование по длине волны высокой плотности (Dense Wave Division Multiplexing, DWDM), делают ее будущее туманным.

Таблица 7.3. Оптоволоконные линии связи

Несущая	Эквивалент	Количество каналов DS-0	Скорость передачи данных, Мбит/с
	по скорости передачи
	данных
	1 канал DS-3
OC-1	(плюс полоса на	672	51,840
	непроизводительные
	затраты)
OC-3	3 канала DS-3	2016	155,520
OC-12	12 каналов DS-3	8064	622,080
OC-48	48 каналов DS-3	32256	2488,320
OC-192	192 канала DS-3	129024	9953,280

Протоколы обмена сигналами по цифровым каналам

Как для всех остальных линии, для линий, используемых в PSTN, недостаточно просто передавать данные (голос) между конечными точками. Должны существовать механизмы для обмена информацией о статусе канала. (Контроль за разъединением и ответом – вот два основных примера использования обмена сигналами; Caller ID (ID звонящего) – пример более сложной формы обмена сигналами.)

Передача служебных сигналов по выделенному каналу

Метод передачи служебных сигналов по выделенному каналу (Channel Associated Signaling, CAS), называемый также обменом сигналов с резервированием битов, используется для передачи голоса по линии Т1, если недоступна ISDN. CAS не использует мощь цифровой линии, а имитирует аналоговые каналы. CAS обеспечивается за счет заимствования битов из аудиопотока для служебных целей. Хотя это не оказывает заметного влияния на качество передаваемого аудиосигнала, отсутствие мощного канала для передачи служебных сигналов негативно влияет на гибкость.

При конфигурации линии T1 с CAS опции обмена сигналами на каждом конце должны совпадать. Как правило, предпочтительной является технология обмена сигналами E&M (Ear & Mouth или recEive & transMit), поскольку она предлагает наилучший контроль. Исходя из сказанного наиболее вероятное применение CAS в среде Asterisk – банк каналов. Это означает, что, скорее всего, вам придется использовать протокол обмена сигналами FXS.

Теперь CAS очень редко используется в линиях PSTN из-за преимуществ, предлагаемых ISDN-PRI. Одно из ограничений CAS – он не допускает динамического назначения функций каналам. Также информацию Caller ID (такая функция может даже не поддерживаться) приходится передавать как часть аудиопотока. CAS обычно используется в линии T1 в банках каналов.

ISDN

Цифровая сеть с интеграцией служб (Integrated Services Digital Network, ISDN) появилась более 20 лет назад. Поскольку она разделяет каналы, по которым передается основной трафик (несущие или B-каналы), и канал, переносящий сигнальную информацию (D-канал), ISDN обеспечивает возможность предоставления намного более богатой функциональности, чем CAS. Вначале ожидалось, что ISDN будет обеспечивать возможности, сходные с теми, которые нам дает Интернет, включая улучшенные средства передачи голоса, видео и данных. К сожалению, вместо того чтобы ратифицировать стандарт и придерживаться его, каждый уважающий себя производитель средств связи решил внести в протокол что-то свое, твердо веря, что его версия является самой лучшей и в конце концов займет лидирующее положение на рынке. В результате соединение двух ISDN-совместимых систем часто становилось болезненной и дорогостоящей процедурой. Поставщики услуг связи, которые должны были реализовать и поддерживать эту дорогостоящую технологию, в свою очередь, установили непомерно высокие цены на нее, что затормозило ее распространение. В настоящее время ISDN используется практически исключительно для базового объединения каналов. Кстати, аббревиатуру ISDN в отрасли в шутку расшифровывают как «It Still Does Nothing» (Она до сих пор ничего не делает).

Таким образом, основным применением ISDN стало объединение каналов, и сейчас она (в основном) соответствует стандартам. Если имеется офисная АТС с более чем десятком линий, подключенных к PSTN, скорее всего, будет использоваться линия ISDN-PRI (Primary Rate Interface). Также там, где нет возможности доступа к Интернету по цифровой абонентской линии (Digital Subscriber Line, DSL) или кабельной линии (или он очень дорогой), канал ISDN-BRI (Basic Rate Interface) мог бы обеспечить доступное по цене соединение со скоростью передачи данных 128 Кбит/с. В большей части Северной Америки отказались от использования BRI для соединения с Интернетом в пользу DSL и кабельных модемов (и ее никогда не применяли для передачи голоса), но во многих европейских странах она практически полностью заменила аналоговые линии.

ISDN-BRI/BRA. Интерфейс, обеспечивающий базовую скорость передачи данных (Basic Rate Interface) или базовый доступ (Basic Rate Access) – разновидность ISDN, разработанная для обслуживания конечных точек с малой нагрузкой на канал, таких как рабочие станции.

Разновидность BRI спецификации ISDN часто называют просто ISDN, но это может стать причиной путаницы, поскольку ISDN – это протокол, а не тип линии (не говоря уже о том, что линии PRI также правильно было бы называть ISDN!).

Линия Basic Rate ISDN состоит из двух B-каналов со скоростью передачи данных 64 Кбит/с, управляемых D-каналом со скоростью передачи данных 16 Кбит/с, что в сумме составляет 144 Кбит/с. Линия Basic Rate ISDN является источником неразберихи на протяжении всего времени своего существования из-за проблем совместимости со стандартами, сложности с технической точки зрения и недостатка документации по ней. Тем не менее многие европейские телефонные компании широко применяют ISDN-BRI, таким образом, она более популярна в Европе, чем в Северной Америке.

ISDN-PRI/PRA. Интерфейс, обеспечивающий основную скорость передачи данных (Primary Rate Interface) или основной доступ (Primary Rate Access) – разновидность ISDN, используемая для предоставления сервиса ISDN через более масштабные сетевые соединения. Линия Primary Rate ISDN использует для передачи служебных сигналов один канал DS-0 (D-канал); оставшиеся каналы выполняют роль B-каналов. В Северной Америке линии Primary Rate ISDN обычно строятся на одном или более Т1-каналах. Поскольку Т1 включает 24 канала, североамериканская PRI-линия обычно состоит из 23 B-каналов и одного D-канала. Поэтому PRI-линии часто обозначают как 23B+D[83]83
  PRI на самом деле обладают намного большей гибкостью, поскольку одна PRI-линия может объединять несколько каналов Т1. Таким образом можно получить линию 47B+D (где один D-канал обслуживает два канала Т1) или 46B+2D (где основной и резервный D-каналы обслуживают два канала Т1). Иногда можно увидеть PRI-линию, описанную как nB+nD, потому что количество B– и D-каналов на самом деле может быть разным. Поэтому никогда не следует называть канал Т1, использующий PRI, просто PRI. К вашему сведению, линия PRI, объединяющая несколько каналов Т1, – обычное явление в больших офисных АТС.


[Закрыть].

В Европе используется 32-канальная линия Е1, поэтому линия Primary Rate ISDN обозначается как 30B+D (последний канал используется для синхронизации).

Линии Primary Rate ISDN очень популярны благодаря техническим преимуществам и, как правило, конкурентоспособной цене при более высоких плотностях. Если планируется использовать примерно десяток PSTN-линий или более, следует обратить внимание на цену Primary Rate ISDN.

С технической точки зрения ISDN-PRI всегда предпочтительнее CAS. Signaling System 7

Signaling System 7 (SS7) – это система обмена сигналами, используемая поставщиками услуг связи. Концептуально она аналогична ISDN и обеспечивает поставщикам эффективный механизм передачи дополнительной информации, которую обычно должны передавать конечные точки ISDN. Однако технология SS7 отличается от ISDN. Главное различие в том, что SS7 выполняется в совершенно отдельной сети, независимо от магистральных линий связи, по которым осуществляются звонки.

Реализация поддержки SS7 в Asterisk не за горами, поскольку очень велик интерес сделать Asterisk совместимой с сетями поставщиков услуг телефонной связи. Версия SS7 с открытым исходным кодом (http://www. openss7.org) существует, но еще требует доработки для полной совместимости с SS7. На момент написания данной книги неизвестно, будет ли эта версия интегрирована с Asterisk. Другой многообещающий источник поддержки SS7 обеспечивает компания Sangoma Technologies, которая предлагает функциональность SS7 во многих своих продуктах. Следует отметить, что введение поддержки SS7 в Asterisk не заключается просто в написании соответствующего драйвера. Подключение оборудования к SS7^™ будет невозможным без прохождения этим оборудованием исключительно жесткой сертификации. И даже после этого вряд ли кто-нибудь из поставщиков традиционных услуг связи поспешит обеспечить условия для того, чтобы это произошло, главным образом, из стратегических и политических соображений.

Сети с коммутацией пакетов

В середине 1990-х годов производительность сетей достигла той точки, когда стало возможно передавать через сетевые соединения поток медиа-информации в режиме реального времени. Поскольку медиа-поток разделяется на сегменты, заключенные в конверт с адресом, такие соединения называют пакетными. Основная сложность заключается, конечно, в том, чтобы переслать множество таких пакетов между двумя конечными точками, обеспечив их поступление в том же порядке, в каком они были отправлены, менее чем за 150 мс и без потерь. В этом суть технологии передачи голоса по IP-протоколу.

Заключение

В данной главе были рассмотрены технологии, используемые в настоящее время в PSTN. В следующей главе мы обсудим протоколы для VoIP: передачу телефонных соединений по сетям, использующим протоколы IP. Данные протоколы определяют разные механизмы для осуществления телефонных разговоров, но их значимость этим не ограничивается. Вход телефонной сети в сеть передачи данных окончательно устранит барьер между телефонами и компьютерами, что обещает привести к революционным изменениям в способах общения.8

Протоколы для VoIP

Интернет – это зазнавшаяся система телефонной связи.

– Клиффорд Столл

Телекоммуникационная промышленность существует более 100 лет, и Asterisk объединяет в себе большинство, если не все основные технологии, применявшиеся в это последнее столетие. Чтобы максимально эффективно работать с Asterisk, не надо быть профессионалом во всех областях, но понимание разницы между разнообразными кодеками и протоколами обеспечит лучшее восприятие и осмысление системы в целом. В данной главе рассматривается технология передачи голоса по IP-про– токолу (Voice over IP, VoIP) и то, что отличает сети VoIP от традиционных коммутируемых телефонных сетей, которые были темой предыдущей главы. Мы исследуем, зачем нужны протоколы VoIP, кратко коснувшись истории и возможного будущего для каждого из них. Также мы обратим внимание на вопросы безопасности и способность этих протоколов работать в сетях, использующих технологию трансляции сетевых адресов (Network Address Translation, NAT). Остановимся на следующих протоколах VoIP (некоторые из них будут рассмотрены менее подробно, чем другие):

• IAX

• SIP

• H.323

• MGCP

• Skinny/SCCP

• UNISTIM

Кодеки – это средства, с помощью которых аналоговый голосовой сигнал может быть преобразован в цифровой сигнал и передан по Интернету. Пропускная способность любого устройства ограничена, и количество одновременных разговоров, которое может обеспечивать любое отдельно взятое соединение, напрямую зависит от типа используемого кодека. В данной главе мы также рассмотрим, чем отличаются следующие кодеки с точки зрения требований к полосе пропускания (уровень сжатия) и качества:

• G.711

• G.726

• G.729A

• GSM

• iLBC

• Speex

• MP3

Глава завершится обсуждением возможностей надежной передачи голосового трафика, причин возникновения эха и средств борьбы с ним, а также того, как Asterisk управляет аутентификацией входящих и исходящих звонков.

Зачем нужны протоколы VoIP

Основная предпосылка использования VoIP – пакетирование[84]84
  Это слово не вполне литературное, но данный термин приобретает все большее и большее распространение. Он означает процесс разделения непрерывного потока информации на фрагменты (или пакеты), которые могут доставляться независимо друг от друга.


[Закрыть] аудиопотоков для транспортировки по сетям, использующим протокол IP (Internet Protocol). Главные сложности при этом заключаются в манере общения людей. Сигнал должен не только поступить практически в той же форме, в какой был передан, но его транспортировка должна занять не более 150 мс. Если пакеты будут утеряны или задержатся, качество связи ухудшится, то есть два человека будут испытывать трудности в ведении беседы.

Транспортные протоколы, которые объединены под общим названием «сетевые», изначально разрабатывались без реализации возможности потоковой передачи несущей в режиме реального времени. Предполагалось, что конечные точки в случае потери пакетов будут увеличивать время их ожидания, посылая запросы на повторную передачу или в некоторых случаях просто продолжать работать без потерянной информации. Для обычного голосового общения такие механизмы неприемлемы. Наши разговоры не допускают утраты букв или слов и тем более какой-либо ощутимой задержки между передачей и приемом.

Традиционная PSTN была разработана специально для передачи голоса и прекрасно подходит для выполнения этой задачи с технической точки зрения. Однако с точки зрения гибкости ее недостатки очевидны даже тем, кто слабо разбирается в этой технологии. VoIP обещает включить телефонную связь во все другие протоколы, используемые в наших сетях, но из-за особых требований к передаче разговоров для разработки, создания и обслуживания таких сетей необходимо обладать специальными навыками.

Проблема с пакетной передачей голоса заключается в том, что то, как мы говорим, абсолютно не совпадает с тем, как IP передает данные. Процесс разговора и слушания состоит из ретрансляции потока аудиосигналов, тогда как сетевые протоколы разработаны так, что они все разбивают на части, заключают единицы информации в тысячи пакетов и затем доставляют каждый пакет на дальний конец линии связи любым возможным путем. Очевидно, с этим надо что-то делать.

Протоколы VoIP

Механизм соединения по протоколу VoIP обычно состоит в сериях транзакций по передаче сигналов между конечными точками (и шлюзами, располагающимися между ними), которые оформляются в два устойчивых медиа-потока (по одному в каждом направлении), фактически передающих беседу. Есть несколько протоколов для осуществления этого. В данном разделе мы обсудим те из них, которые имеют значение для VoIP в общем и Asterisk в частности.

IAX (протокол Inter-Asterisk eXchange)

Чтобы проверить человека, который заявляет, что является знатоком Asterisk, попросите его прочитать название этого протокола. Казалось бы, оно должно звучать, как «ай-эй-экс», но так можно и язык сломать[85]85
  Звучит как название голландской футбольной команды.


[Закрыть]. К счастью, правильно он произносится «иикс»[86]86
  Ну, давайте, произнесите вслух. Теперь звучит намного лучше, не так ли?


[Закрыть]. IAX – это открытый протокол, то есть кто угодно может загружать его и вести его разработку, но он пока что не является стандартом[87]87
  Официально текущей версией этого протокола является IAX2, но, поскольку от всякой поддержки IAX1 отказались, под IAX и IAX2 подразумевается одна и та же версия.подразумевается одна и та же версия.


[Закрыть]. Ожидается, что IAX2 вскоре станет IETF-протоколом. В настоящее время IAX2 находится в IETF в статусе проекта и ожидается, что он станет официальным протоколом в течение нескольких лет. В Asterisk поддержку IAX обеспечивает модуль chan_iax2.so.