Протокол обмена сообщениями мобильной связи

Обновлено: 30.06.2024

Короткая, но богатая событиями история развития IP-телефонии привела к тому, что сегодня в реальных сетях VoIP сосуществуют и конкурируют между собой три основных семейства протоколов - H.323, SIP и MGCP. Протоколы всех трех перечисленных семейств регламентируют управление мультимедиа-вызовами и передачу медиа-трафика в IP-сетях, но при этом реализуют три различных подхода к построению систем телефонной сигнализации. Попробуем разобраться, почему сложилась такая ситуация, что представляют собой эти протоколы и каковы перспективы развития каждого из них.

Набор рекомендаций Н.323

Исторически первый и самый распространенный в настоящее время - это введенный Международным союзом электросвязи (МСЭ) набор рекомендаций Н.323 (для простоты будем называть его протоколом). Н.323 стал плодом деятельности разработчиков протоколов мультимедийной связи в сетях ISDN (H.320). Соответствующие работы велись еще c начала 90-х годов, когда никакой IP-телефонии и в помине не было. Первая версия этого протокола была принята МСЭ в 1996 г. и по сути была попыткой перенести телефонную сигнализацию ISDN Q.931 на IP-соединения, т. е. как бы "наложить" традиционную телефонию на сети передачи данных. Рекомендации H.323 достаточно подробно описывают способы организации мультимедийных конференций, охватывая сервисы передачи голоса, видео и компьютерных данных в пакетных сетях с негарантированной доставкой. К настоящему времени принята уже четвертая версия этого набора рекомендаций. К основным компонентам набора относятся описанные ниже протоколы.

RAS (Registration, Admission, Status) - отвечает за регистрацию устройств в сети, контроль доступа к ресурсам, контроль полосы пропускания, необходимой для сеанса связи, и контроль состояния устройств в сети. Работает по протоколу UDP.

H.245 - отвечает за обмен информацией, необходимой для согласования параметров логических каналов для передачи медиа-потоков, т. е. собственно голоса или видео. Сюда входит, к примеру, согласование кодеков, номеров UDP-портов и т. д. Обмен происходит по протоколу TCP.

H.450.x (появившийся в четвертой версии H.323) - отвечает за обеспечение таких дополнительных или интеллектуальных функций, как Hold, Transfer и т. д.

Архитектура H.323 (рис. 1) весьма проста и состоит всего из четырех функциональных компонентов, ни один из которых не является обязательным.

Рис. 1. Архитектура Н.323.

Терминал (H.323 Terminal) - абонентское устройство, способное обеспечивать связь (голосовую, видео- и т. д.) с другими терминалами, шлюзами или устройствами многопользовательских конференций.

Шлюз (H.323 Gateway) - центральное понятие сегодняшней IP-телефонии. Данное устройство обеспечивает взаимное сопряжение телефонной сети с IP-сетью. При этом предоставляется поддержка разных протоколов и интерфейсов сетей обоих типов. Если выход в телефонную сеть не требуется, то данный компонент не нужен, а терминалы могут связываться друг с другом напрямую.

Привратник (H.323 Gatekeeper, GK) - управляющий элемент, "интеллект" H.323 сети, обеспечивающий ее масштабируемость, централизацию управления и настроек, а также трансляцию телефонных префиксов и идентификаторов (H.323 ID) в IP-адреса шлюзов или H.323 терминалов. Кроме того, привратник отвечает за управление доступом (Admission Сontrol) при регистрации шлюзов и терминалов, авторизацию звонков (Call Admission Control), управление полосой пропускания и маршрутизацию вызовов. Привратник управляет подчиненной ему частью сети (зоной) через RAS - протокол общения шлюзов с ним. Предусмотрено объединение привратников в группы, управлять которыми можно с помощью выделенного привратника - Directory Gatekeeper.

Устройство многопользовательских конференций (H.323 Multipoint Conference Unit, MCU) - управляет проведением многопользовательских конференций, согласует параметры соединения всех участников в режиме централизованной, децентрализованной или комбинированной конференции. Возможно переключение или смешивание медиа-потоков.

В наиболее общей форме сценарий соединения по протоколу H.323 выглядит как ряд последовательных шагов (рис. 2). Вначале для установления соединения терминал обнаруживает привратника и регистрируется у него по протоколу RAS. Затем происходит установление сигнального канала по протоколам RAS и H.225. На следующем этапе выполняется согласование параметров оборудования, обмен информацией о его функциональных возможностях и открытие логических каналов по протоколу H.245. Только после этого происходит передача медиа-трафика по протоколам RTP/RTCP, а по ее окончании - завершение соединения.

Рис. 2. Сценарий соединения по протоколу H.323.

Протокол SIP

Следующий по распространенности протокол IP-телефонии называется SIP (Session Initiation Protocol); он описан в рекомендациях RFC 2543. SIP регламентирует установление и завершение мультимедийных сессий - сеансов связи, в ходе которых пользователи могут говорить друг с другом, обмениваться видеоматериалами и текстом, совместно работать над приложениями и т. д. SIP и сопутствующие ему протоколы родились и развиваются в рамках IETF - главного органа стандартизации Интернета. Первая версия протокола SIP была принята в марте 1999 г., на три года позже, чем H.323, но благодаря интенсивному развитию этого направления сегодня набор рекомендаций RFC (базовых официальных документов IETF), имеющих отношение к SIP-архитектуре, насчитывает десятки, если не сотни документов.

Архитектура SIP (рис. 3) также очень проста и состоит из нескольких необязательных компонентов.

Рис. 3. Архитектура SIP.

Клиент SIP (SIP user agent) - может быть представлен как устройством (IP-телефон, шлюз или другой пользовательский терминал), так и программным приложением для ПК, PDA и т. д. Обычно SIP-клиент содержит и клиентскую, и серверную часть (User Agent Client, или UAC, и User Agent Server, или UAS). Основные функции данного компонента - инициирование и завершение вызовов.

Прокси-сервер SIP - управляет маршрутизацией вызовов и работой приложения. Прокси-сервер не может инициировать или терминировать вызовы.

Redirect-сервер SIP - перенаправляет звонки согласно заданным условиям.

Сервер регистрации SIP (registrar/location) - осуществляет регистрацию пользователей и ведет базу соответствия имен пользователей их адресам, телефонным номерам и т. д.

Еще один важный компонент реальных SIP-сетей, хотя и не входящий формально в архитектуру SIP, - Back-to-Back User Agent (B2BUA). Это своеобразный сервер, представляющий собой два соединенных друг с другом SIP-клиента и поэтому способный инициировать и завершать вызовы.

Из этих компонентов, как из функциональных "кирпичиков", можно строить сети VoIP любой топологии, сложности и масштаба, вплоть до сетей, полностью замещающих функции современных АТС. Можно также создавать совершенно новые сервисы - интеграцию Интернет- и бизнес-приложений, программируемые службы, многоадресный поиск абонента, мультимедийные сервисы, уведомления о событиях и т. д.

Рис. 4. Сценарий соединения по протоколу SIP.

Этот сценарий очень прост, в нем не участвуют никакие другие серверы (Redirection, Registrar, Location), но он дает представление о схеме взаимодействия функциональных элементов SIP-сети.

Протокол MGCP

Последний из рассматриваемых протоколов IP-телефонии - MGCP (Media Gateway Control Protocol). Точнее, речь здесь идет не об одном протоколе, а о целой группе - SGCP, IPDC, MGCP, MEGACO, H.248. Эти спецификации не только очень схожи концептуально, но и являются "близкими родственниками".

История формирования MGCP началась с создания двух протоколов - SGCP (Simple Gateway Control Protocol, разработка Bellcore и Cisco Systems) и IPDC (Internet Protocol for Device Control, разрабатывался компанией Level 3 при участии многих производителей). Затем SGCP и IPDC были объединены в один протокол, получивший название MGCP. В дальнейшем эволюция MGCP привела к появлению протоколов MEGACO (в рамках IETF) и H.248 (в рамках МСЭ).

Первая версия протокола MGCP (RFC 2705) датирована октябрем 1999 г. Интересно отметить, что MGCP - единственный из трех описываемых здесь протоколов, в работе над которым IETF и МСЭ сотрудничают; именно в результате этого взаимодействия и были созданы протоколы MEGACO и H.248. В то же время существуют и другие реализации MGCP-подобных протоколов, например, фирменный протокол Cisco Systems SSCP (Skinny Station Control Protocol), с помощью которого УАТС Cisco Call Manager управляет IP-телефонами.

Основная идея MGCP очень проста. Она состоит в том, что управление сигнализацией (Call Control) сосредоточено на центральном управляющем устройстве, называемом контроллером сигнализаций (Call Agent, CA), и полностью отделено от медиа-потоков (bearer). Эти потоки обрабатываются "тупыми" шлюзами или абонентскими терминалами, которые способны исполнять лишь ограниченный набор команд, исходящих от управляющего устройства. Архитектура протокола MGCP-сети также очень проста (рис. 5), в ней выделяются всего два функциональных компонента. Первый может быть представлен шлюзом (Media Gateway, MG) или IP-телефоном, а второй - устройством управления вызовами, которое может называться контроллером сигнализаций (CA), контроллером шлюза (Media Gateway Controller, MGC) или программным контроллером (Softswitch, SS). Иногда контроллер сигнализаций представляют в виде двух компонентов - собственно контроллера (Call Agent), выполняющего функции управления шлюзами, и шлюза сигнализации (Signaling Gateway), обеспечивающего обмен сигнальной информацией и согласование между традиционной телефонной сетью и сетью IP.

Рис. 5. Архитектура MGCP.

Контроллеры обмениваются со шлюзами (или IP-телефонами) данными в простом текстовом формате (в случае H.248 возможен и бинарный обмен), а функциональное назначение каждого шлюза определяется набором команд, которые он "понимает". Манипулируя наборами команд, можно получать специализированные шлюзы: транковые (Trunking gateways, TGW), абонентские (Residential gateways, RGW), шлюзы доступа (Access gateways, AGW) и т. д.

Рис. 6. Сценарий соединения по протоколу МGCP.

Резюме

Сравнивая "биографические данные" и функциональные особенности трех видов протоколов (см. таблицу), мы видим, что их различия обусловлены историческими причинами, в частности, изменениями представлений о пути развития телекоммуникаций в разное время. При этом H.323 - это технологически устоявшийся, широко распространенный протокол IP-телефонии для операторских сетей и межоператорского обмена, можно сказать, "транзитный" протокол. В свою очередь, SIP - протокол предоставления расширенных голосовых услуг в IP-сетях, который продолжает быстро развиваться, иначе говоря, "абонентский" протокол. Что касается MGCP, то он ориентирован прежде всего на организацию больших операторских узлов сопряжения IP-сетей с ТфОП и сетями SS7.

Сравнение протоколов VoIP-сети

Эволюция H.323 позволяет предположить, что будущее развитие IP-телефонии связано не столько с замещением традиционной телефонии, сколько с появлением новых сервисов, которые невозможны в рамках обычной телефонной сети. Однако создавать такие сервисы, используя лишь семейство протоколов H.323, достаточно сложно по сравнению, например, с Интернет-сервисами. Сам процесс разработки на базе H.323, доступный только "телефонным гуру", подчиняется традиционным канонам мира обычной телефонии.

Поэтому весьма вероятно, что протокол SIP, гораздо более понятный и удобный для инженеров-сетевиков и программистов, через некоторое время превратится в протокол некоей новой службы, функции которой далеко выходят за пределы передачи голоса по пакетным сетям. Термин "IP-коммуникации" сейчас можно услышать все чаще. Отличие IP-коммуникаций от телефонии (в том числе от сегодняшней IP-телефонии) как раз и будет состоять в обилии сервисов, о возможности которых мы пока просто не догадываемся.

Как сложится судьба представителей семейства MGCP, пока сказать трудно. Эти протоколы, очевидно, будут востребованы на протяжении переходного периода - от сетей с коммутацией каналов и TDM-сетей к сетям пакетной коммутации (точнее, к IP-сетям). В первую очередь такая востребованность обусловлена возможностью прозрачной интеграции телефонных сетей (особенно SS7) с сетями IP-телефонии. Но дальнейшая перспектива развития протоколов семейства MGCP будет зависеть от того, по какому пути пойдет процесс конвергенции телекоммуникаций - по "интернетному", подразумевающему равноправие сетевых узлов, наличие "умных клиентов" и инновационных сервисов, или по "телефонному", с жесткой иерархией, при которой новые сервисы вводятся только централизованно, и неписаным правилом: чем "тупее" клиент, тем проще жить оператору.

Но в любом случае нас ожидает довольно долгий переходный период, в течение которого и Н.323, и SIP, и MGCP, и какие-то новые, еще не родившиеся протоколы будут сосуществовать в реальных операторских и корпоративных сетях. Практика их использования может меняться со временем, и мы обязательно увидим много интересного и неожиданного на телекоммуникационной сцене в ближайшие годы.

Другие статьи из раздела

Chloride
Демонстрация Chloride Trinergy
Впервые в России компания Chloride Rus провела демонстрацию системы бесперебойного электропитания Chloride Trinergy®, а также ИБП Chloride 80-NET™, NXC и NX для своих партнеров и заказчиков.

Adaptec by PMC
RAID-контроллеры Adaptec Series 5Z с безбатарейной защитой кэша
Опытные сетевые администраторы знают, что задействование в работе кэш-памяти RAID-контроллера дает серьезные преимущества в производительности …

Chloride
Трехфазный ИБП Chloride от 200 до 1200 кВт: Trinergy
Trinergy — новое решение на рынке ИБП, впервые с динамическим режимом работы, масштабируемостью до 9.6 МВт и КПД до 99%. Уникальное сочетание …

Описание презентации Системы сигнализаций в сетях связи Mobile Application по слайдам

Системы сигнализаций в сетях связи

Mobile Application Part (MAP) протокол уровня приложения архитектуры SS 7 систем, который предоставляет доступ к среде различным приложениям в системах UMTS и GSM. Этот протокол используется между сетевыми компонентами сетей подвижной связи (СПС), такими как: ‒ MSC (Mobile services Switching Center – центр коммутации подвижной связи ); ‒ BTS (Base Transceiver Station – базовая приемопередающая станция) ; ‒ BSC ( Base Station Controller – контроллер базовых станций) ; ‒ HLR ( Home Location Register – регистр домашних абонентов) ; ‒ VLR (Visitor Location Register – гостевой регистр местонахождения) ; ‒ EIR (Equipment Identity Register — регистр идентификации оборудования) ; Подсистема мобильной связи MAP

Место подсистемы MAP в стеке протоколов ОКС 7 MTP-3 SCCPTCAP MUP. . . OMAPINAPMAP

Подсистема MAP в различных сетевых элементах MAP TCAP SCCP MTPBSSAP MAP TCAP SCCP MTP TUP NUP ISUP SCCP MTP BSSAP SCCP MTPMSC HLRPSTN exchange BSC TUP NUP ISUP

Маршрутизация обращения HLR осуществляется с помощью глобального заголовка подвижной связи (MGT). Глобальный заголовок подвижной связи дает возможность опознать страну и сеть, к которой приписана подвижная станция, а также позволяет опознавать HLR рассматриваемой подвижной станции. Глобальный заголовок подвижной связи Структура глобального заголовка подвижной связи MGT, длина которого не должна превышать 15 цифр: где: CC – код страны NC – код сети MSIN – опознавательный номер подвижной станции СС NC MSIN

Основные процедуры MAP Существуют несколько основных процедур протокола MAP : ‒ Location Update ‒ передача SMS ‒ запрос баланса USS ‒ вызов в СПС из Тф. ОП ‒ Handover

Обновление данных о местонахождении ( Location Update ) может происходить, когда: ‒ MS (мобильная станция) только что включилась; ‒ MS переместилась в пределах зоны одного и того же VLR , но в новую зону местонахождения LA; ‒ MS переместилась в новую зону VLR ; ‒ сработал таймер обновления местонахождения. Процедура Location Update (LU)

MSBSSMSC/VLR Запрос канала Запрос обновления. Завершение информации Немедленное назначение местоположения. L 3 (запрос обновления местоположения)Передача информацииаутентификации HLR/Au. CMSC/VLR Передача информации аутентификации RR Запрос аутентификации Ответ аутентификации Обновление местоположения. Отмена местоположения RRВвод данных об абоненте RR Обновление местоположения RRПрием обновления местоположения Команда сброса Сброс выполнен Освобождение канала. Процедура Location Update (LU)

Важной функцией MAP и ТСАР также является процедура хэндовера , обеспечивающая переключение вызова на более качественный радиоканал. Процедура Handover

Чаще пользователей интересуют сотовые сети. Второе поколение 2G существенно ускорило пакетную передачу данных. Ключом явилось использование технологии GPRS. Последующие стандарты, включая поколения 5G, считают исключительно надстройками. Сети предпочитают работать со структурированной информацией, добиваясь весомых преимуществ: повышение скорости, возможность коррекции ошибок, оптимизация логистики, постдоставка. Современный интернет – услуга сугубо пакетированная.

Пакет

Пакет – определённым образом сформированный объем данных, передаваемых сетью.

Почему использование упорядоченной структуры позволяет ускорить отправку? Информация будет передаваться небольшими порциями. Вместо частотной, временной коммутации каналов начинают применять пакетную. Аппаратура располагает большими возможностями автоматизации, оптимизации распределения ресурсов меж абонентами. Становится доступным назначить каждому устройству скорость, реализуя заявленные операторами тарифные планы.

Простейшее определение даёт журнал Наука и жизнь (№11, 2000):

Сервер нарезает сформированную информацию порциями оговорённой длины. Снабжает посылки заголовком. Порция называется пакетом.

Направление в сети интернете выбирает IP-маршрутизатор. Мобильной связью заведуют базовые вышки. Сменяющиеся поколения пакетной передачи заставляют провайдеров модернизировать оборудование. Относиться легкомысленно нельзя – клиенты заклюют. Так Билайн, имевший подавляющее преимущество, отдал ветку первенства МТС. Мегафон идёт вдогонку. Сегодня выигрывает правильно избравший дорогу.

Структура

Преамбулу, формат определяет протокол. Последовательный порт RS-232 предусматривает наличие стартовых битов. Заголовок иногда содержит адрес абонента, обязательно присутствует полезная информация, опционально – контрольная. Длина пакета (MTU), измеряемая байтами, строго фиксирована. Меж посылками соблюдают интервал молчания. Антонимом называют непрерывную передачу информации последовательностью битов.

Структура слоёв OSI:

Второй (канальный, связи данных) – кадр.
Третий (данных) – пакет.
Четвёртый (транспортный) – датаграмма.

Заголовок – эквивалент конверта.
Полезная информация – листок бумаги внутри.

Заголовок IP-пакета содержит следующие набор сведений:

Версия (IPv4, IPv6) – 4 бита.
Длина заголовка – 4 бита.
Приоритет (QoS) – 8 бит.
Длина пакета – 16 бит.
Слот идентификации группы – 16 бит.
3 бита фрагментации:
Всегда нуль.
Допустимость разбиения на части.
Наличие иных частей текущего пакета, идущих следом.

Адрес

Сетевые пакеты снабжены двумя адресами:

Выявление/коррекция ошибок

Поддерживается различными слоями протокола. Распространённые методики контроля:

Контрольная сумма.
Бит чётности.
Циклический код избыточности.

Иногда возможна модификация битых пакетов промежуточными звеньями передачи.

Счётчик прыжков

Встретив ошибку сети, пакет должен перестать бесцельно грузить сеть. Посланию назначают время жизни. Величина снижается каждой промежуточной точкой. Увидев нулевое время жизни, устройства уничтожают информацию. Сети Ethernet, лишённые возможности контролировать процесс аннулирования, подвергаются широковещательным штормам. Часть вызвана намеренной атакой хакеров.

Длина

Иногда размер указывают прямо, отдельные сети эксплуатируют принцип временного деления канала.

Приоритет

Полезная нагрузка

Примеры

Структурированные данные помогли увеличить производительность отдельных областей науки/техники.

Пакетный поток MPEG

Спецификация пакетированной передачи (PES) определена стандартом MPEG-2. Любопытный нюанс: использующие технологию программы ПК выполняют аналогичную работу, минуя сеть.

Заголовок

Старт-код:
- Префикс длиной 3 байта – шестнадцатеричная единица.
- Идентификатор потока длиной 1 байт – аудио, видео…
Длина пакета – 2 байта. Может быть нулевой, неопределённой для потоков видео.
Опциональный заголовок PES переменной длины.
Длина битов начинки.
Передаваемые данные.

Опциональный заголовок

Маркерные биты – 0х02.
Контроль шифрования. 0 – отсутствие скремблирования.
Приоритет – 1 бит.
Индикатор выравнивания – 1 бит. 1 – после заголовка непосредственно идёт информация.
Авторское право – 1 бит. 1 – защищённое произведение.
Оригинальность копии – 1 бит. 1 – содержит оригинал.
Индикатор PTS DTS – 2 бита. 11 – оба, 10 – PTS.
Флаг ESCR – 1 бит.
Флаг скорости ES – 1 бит.
Флаг режима DSM – 1 бит.
Флаг дополнительной копии информации – 1 бит.
Флаг CRC – 1 бит.
Флаг расширения – 1 бит.
Длина заголовка PES – 8 бит. Протяжённость оставшегося сегмента, имеющего переменную длину.
Опциональные поля.
Биты начинки – 0хff.

Технология призвана ускорить сети второго поколения сотовой связи. Пакетную передачу считают европейским ответом развитию концепции цифровой передачи CDPD (начало 90-х) и режиму i-mode. Основу GPRS составил разработанный ранее (1991-1993) стандарт CELLPAC. Пакетную передачу внедрили в 2000 году, окончив эпоху второго поколения сотовых сетей, создав пристройки:

Стандарт предполагает передачу IP-пакетов, реализуя туннельный протокол.

Функции

СМС.
ММС.
Мессенджеры.
P2P.
P2M.
Интернет.

Туннельный протокол

GTP-C (control). Функционирует сугубо внутри ядра сети. Управляет активацией, деактивацией, обновлением сессии, предоставляет QoS-приоритет. Создаёт, удаляет контекст PDP, определяет достижимость адресата.
GTP-U (user). Заведует переносом пакетов IPv4, IPv6, PPP меж ядрами сетей и средствами беспроводной связи.
GTP` (первичный). Управляет связью разрозненных частей сети.

Заголовок идентичен TCP/UDP. Пример версии 1:

Туннель позволяет менять абоненту местоположение, заведуя непрерывной передачей информации.

Туннель наводится меж узлами – точками, поддерживающими GPRS. Каждая снабжена входным Gn-интерфейсом. Имеются 2 глобальные разновидности:

Врата (шлюзовый узел). Главный компонент, разделяющий среду GPRS и внешнюю часть (интернет, Х.25…). Извне врата выглядят подсетью, укрывая подробности реализации протокола. Происходит двунаправленная конвертация пакетов PDP-IP. Здесь находится пул.
Служба (обслуживающий узел). Составная часть базовых станций, мобильного оборудования. Поддерживает GPRS, UMTS. Занимается выслеживанием других служб-оппонентов, поддерживает функции контроля доступа. Подключается к базовым станциям GERAN посредством интерфейсов Gb, Iu; UTRAN – Iu. Переносит пакеты беспроводными путями.

Точка доступа

Имеет несколько определений:

IP-сеть подключения.
Набор настроек, описывающих соединение.
Соответствующая опция телефонного аппарата.

После формирования телефоном PDP-пакета выбирается APN (имя точки доступа). Настройки вводят вручную, либо заказывают автоматические. Точка доступа заведует отправкой адресов ДНС-серверу, получением адреса IP ресурса. Затем начинается передача контента:

PDP-контекст

Контекст пакетированного протокола данных (IP, X.25, FrameRelay) – структура, передаваемая участникам связи. Содержит информацию о сессии абонента. Мобильный телефон, запрашивающий информацию, формирует структуру, направляя ближайшему звену цепи:

IP-адрес абонента.
IMSI.
Туннельная точка врат.
Туннельная точка службы.

Опорные точки и интерфейсы

Некоторые экземпляры рассматриваемых структур упоминались выше. Интерфейсы:

Ga – помогает передать запись деталей вызова.
Gb – интерфейс подключения службы к базовой станции.
Iu – врата меж контроллером беспроводной сети и службами.
Gc – интерфейс получения вратами детальной информации, описывающей базовую станцию.
Gd – соединяет SMS врата со службами.
Ge – интерфейс служба-точка контроля сервиса.
Gf – интерфейс служба-реестр идентификаторов оборудования.
Gi – интерфейс врата-публичная сеть (иногда интернет).
Gmb – интерфейс врата-центр службы вещания.
Gn – интерфейс общения служб.
Gp – интерфейс служба-внешние врата.
Gr – интерфейс служба-базовая сеть.
Gs – интерфейс служба-реестр базовой сети.
Gx – интерфейс онлайн политики врата-функция правил оплаты.
Gy – интерфейс врата-система онлайн оплаты.
Gz – интерфейс оффлайн оплаты врата-система GTP`.
Lg – интерфейс служба-центра базирования мобильных врат.
S6d – интерфейс служба-сервер домашних абонентов.
S3 – интерфейс служба-объект управления мобильностью.

GPRS расширял функционал GSM, HSPA выполняет аналогичную роль касательно UMTS. Различаются два подвида:

Нисходящая ветвь (загрузка информации станцией) – 14 Мбит/с.
Восходящая ветвь (приём информации станцией) – 5,76 Мбит/с.

Потоки разнесены ввиду разных техник, скоростей. Протоколы пакетной передачи удваивают скорости оригинального стандарта.

HSDPA

Усовершенствованный вариант протокола третьего поколения. Чаще называют 3G+, 3.5 G, Turbo G. Представлен пятым релизом 3GPP. Седьмой выпуск ввёл понятие HSPA+, предоставляющий преимущества благодаря:

Модуляции 64QAM.
Множественное кодирование MIMO.
Двуячеячные операции HSDPA (два канала шириной 5 МГц).

Наконец, релиз 11 достиг планки 337,5 Мбит/с.

HSUPA

Добавляет новый транспортный канал. Последовали улучшения, дублирующие HSDPA:

Мультикодированная передача.
Сокращение время отклика (TTI).
Новое управление избыточностью, ускоряющее коррекцию ошибок.

Пакетная передача дополнена принципом гарантированного запроса. Оболочка выбирает количество абонентов, устанавливает время связи. Разрешается передача данных без авторизации, используется VoIP. Скорость устанавливается по факту соединения. Контролируемый оболочкой звонок получается заданные характеристики.

IP-телефония (VoIP-телефония)

OSI (Open Systems Interconnection basic reference model)

Сетевая модель OSI (Open Systems Interconnection basic reference model) или базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС) – это модель, описывающая взаимодействие сетевых устройств, таких как сетевые карты компьютеров, маршрутизаторы, IP-телефоны и т.д., на 7 протокольных уровнях: физический, канальный, сетевой, транспортный, сеансовый, представления, приложений.

Используемые и интегрируемые сети

IP-телефония работает в различных IP-сетях, но может быть интегрирована и с другими сетями. Остановимся на каждой из них более подробно.

Сеть IP - это сеть, построенная на базе протоколов TCP/IP, с помощью которых можно создать как локальные, так и глобальные сети. К таким сетям относятся Интернет, любая локальная компьютерная сеть, локальная сеть с выделенной телефонной сетью. Именно по таким сетям происходит передача данных в IP-телефонии.

СПД ОП (сети передачи данных общего пользования) или PDN - это любая общедоступная сеть, создаваемая, эксплуатируемая и контролируемая крупными компаниями или администрациями сети в целях обеспечения своих служб инструментом передачи данных, в том числе и IP-телефонией.

ТфОП, ТСОП (телефонная сеть общего пользования) (PSTN) - это общедоступная телефонная сеть, для доступа к которой используются обычные телефонные аппараты. Может взаимодействовать с IP-сетями посредством VoIP-шлюзов.

ЦСИО (цифровая сеть интегрального обслуживания) (ISDN) – это сеть, обеспечивающая передачу данных на разных скоростях в едином физическом канале, то есть по абонентской проводной телефонной линии. В таких сетях может передаваться голосовая и текстовая информация, изображения и другие данные по одному и тому же соединению.

AVVID (Architecture for Voice, Video and Integrated Data. Cisco AVVID) – это архитектурная модель построения сети, которая соединяет различные приложения данных, голоса и видео в единую интеллектуальную сетевую инфраструктуру и состоит из 4 уровней: инфраструктурного, обработки вызовов, уровня приложений, клиентского.

FMC (Fixed Mobile Convergence) – это технология, позволяющая создать единую сеть мобильных и офисных телефонов с использованием коротких внутренних номеров.

CTI (Computer Telephony Integration) – другими словами, компьютерная телефония – технология, с помощью которой возможно взаимодействие компьютеров и обычной телефонной сети.

Протоколы и их элементы

Прием и передача данных в IP-телефонии происходит по следующим протоколам и их компонентам.

IP (Internet Protocol) – маршрутизируемый межсетевой протокол, обеспечивающий соединение с помощью коммутации каналов. Именно он объединяет все компьютеры в единую всемирную сеть Интернет. Находится на сетевом уровне модели OSI. Этот протокол осуществляет обмен пакетами данных между различными узлами сети, независимо от количества промежуточных узлов.

RTP (Real-time Transport Protocol) – еще один из протоколов транспортного уровня, работающий поверх UDP-протокола. Осуществляет передачу данных в режиме реального времени. С его помощью можно присваивать временные метки каждому исходящему пакету данных, благодаря чему можно контролировать их передачу, принимать их в правильном порядке, а также синхронизировать аудио и видео данные.

SIP - протокол, обеспечивающий установку связи между абонентами IP-сети для обмена мультимедийными данными. Может работать поверх других транспортных протоколов. Отвечает за процедуру регистрации, установление и завершение пользовательского сеанса связи с соответствующей сигнализацией. SIP-номер – это предоставляемый провайдером IP-телефонии номер в IP-сети, с помощью которого можно совершать звонки. SIP-адрес – адрес в формате SIP_ID@domain, благодаря которому можно звонить через внешние IP-сети. SIP-порт – порт, осуществляющий прием и передачу информации, которая описывает сеанс связи. Значение по умолчанию – 5060. SIP-сигнализация – осуществляет обмен данными, охватывающими настройки SIP-протокола, которые отвечают за способ передачи информации. Сигнализация передается по SIP-порту. SIP-сервер служит для корректного взаимодействия всего SIP-оборудования. Может принимать и передавать различные запросы пользователей. В зависимости от подключенного оборудования, его наименование в настройках отображается как SIP-сервер или Proxy.

H.323 – протокол, определяющий набор стандартов, необходимых для передачи мультимедийных данных в сетях с пакетной передачей. Находится на уровне данных модели OSI.

MGCP-протокол осуществляет управление медиашлюзами, соединяющими между собой традиционную телефонию и VoIP-системы.

Megaco/H.248 используется для взаимодействия между шлюзом и контроллером шлюза в телекоммуникационных сетях с коммутацией каналов. Представляет собой усовершенствованный MGCP-протокол.

SIGTRAN – группа протоколов, осуществляющих туннелирование PSTN-сигнализации на программный коммутатор. Служит для взаимодействия традиционных телефонных сетей и VoIP.

SCTP – протокол транспортного уровня, позволяющий организовать гарантированную доставку пакетов в IP-сетях.

SCCP – закрытый протокол, осуществляющий управление медиашлюзами и IP-телефонами, используемый в устройствах компании CISCO.

IAX2 – протокол, позволяющий осуществлять обмен VoIP-данными между IP-PBX Asterisk. Медиапоток и сигнализация передаются через один и тот же порт.

ZRTP – протокол, используемый для согласования ключей шифрования в VoIP-системах.

TCP – транспортный протокол управления передачи данных, который способствует установлению связи между двумя компьютерами в локальной сети и организации обмена данными между ними в дуплексном режиме.

ATM – сетевой протокол, использующий асинхронный способ передачи данных. Такая технология является одной из разновидностей быстрой коммутации пакетов.

NАТ (транслятор адреса сети) позволяет пересылать внутренние IP-адреса во внешние. Используется как гарантия безопасности внутренней сети с выходом в Интернет. Решает проблему нехватки реальных IP-адресов.

Кодеки (Codec) (кодеки используемые в VoIP: G.711, G.723.1 (6.3), G.723.1 (5.3), G.726-32, G.726-24, G.726-16, G.729 (8), G.729 (6.4)) – программное обеспечение, применяемое для сжатия видео или звуковых данных для удобства дальнейшего их транспортирования по сети.

VAD (Voice Activity Detector) – детектор голосовой активности, применяющийся в кодеках для сжатия звукового сигнала. Используется для определения промежутков времени, в которые абонент говорит.

Системы и оборудование

Для взаимодействия сетей, посредством которых организовывается IP-телефония, используется определенное оборудование и различные системы. Рассмотрим более подробно некоторые виды оборудования и узнаем, как именно они используются в применении к IP-телефонии.

Виртуальная АТС – комплекс программ, с помощью которого можно реализовать функции АТС и организовать удобную корпоративную офисную связь. Такое программное обеспечение устанавливается на любой компьютер, ноутбук или удаленный сервер, а связь осуществляется через интернет.

IP-PBX (Private Branch eXchange) – офисная IP-АТС, ориентированная на использование внутри компании и работает на основе IP-протокола. Такие АТС бывают трех типов: аппаратные, программные и виртуальные. IP-PBX может объединять в единую интеллектуальную сеть офисные телефоны, либо сочетать локальную сеть и телефонную сеть общего пользования.

Прокси-сервер – сервер, который выступает посредником между основным сервером и пользователями. Он позволяет им выполнять непрямые запросы к другим сетевым службам и получать ответы. Такие сервера применяются для обеспечения доступа локальных компьютеров к сети интернет, для кэширования и сжатия данных, для защиты локальной сети, а также для ограничения ее доступа во внешнюю сеть.

IP-телефон, VoIP-телефон, SIP-телефон – это телефонный аппарат, с помощью которого можно организовать голосовое общение пользователей по IP-сетям.

VoIP-шлюз – устройство, благодаря которому к сетям IP-телефонии можно подключить офисные мини-АТС и обычные телефонные аппараты.

Маршрутизатор (Router) – специализированное устройство, которое пересылает пакеты данных между различными сетевыми точками. Как правило, на всем пути передачи пакетов встречается несколько таких точек, где также установлены роутеры.

Коммутатор (свитч) – устройство, соединяющее несколько сетевых узлов в одном или нескольких сетевых сегментах.

Gatekeeper диспетчер (гейткипер) – дополнительное устройство, подключаемое исключительно к IP-сети и позволяющее выполнять различные базовые функции сети IP-телефонии: аутентификацию и авторизацию пользователей, распределение вызовов между шлюзами, регистрацию оборудования, взаимодействие с другими гейткиперами и другое.

Порты: FXO, FXS, E&M, BRI, PRI. Порт FXO используется для подключения аналоговых телефонов к IP-АТС. Шлюз FXO эмулирует работу телефонного аппарата. Порт FXS – это голосовой интерфейс, который эмулирует работу АТС, позволяющий подключить обычный телефонный аппарат или шлюз FXO. E&M представляет собой двухпроводной или четырехпроводной интерфейс, аналогичный по функционалу порту FXS. BRI – базовый интерфейс доступа к сети, состоящий из 3 каналов, чаще всего используется для домашнего пользования или небольших компаний. PRI – первичный или основной интерфейс доступа к сети. Состоит из 31 канала и используется в основном для подключения к телефонии крупных предприятий.

Программы и приложения

В работе IP-телефонии используется различный софт. Остановимся подробно на наиболее распространенном.

CRM (система управления взаимоотношениями с клиентами) – прикладное программное обеспечение, предназначенное для повышения результативности взаимодействия с клиентами и улучшения их обслуживания. Интеграция СRM-систем и IP-телефонии на сегодняшний день – один из основных инструментов для бизнеса.

Биллинговая система (Billing System) – программное обеспечение, предназначенное для учета, аналитики, тарификации расходов за телефонные переговоры и выставление счетов. Чаще всего идет в связке с IP-телефонией.

Софтфон – программный продукт, предназначенный для совершения видео- и голосовых звонков посредством Интернета. Для полноценной работы программного телефона необходима гарнитура, веб-камера, если планируется видеосвязь, колонки и микрофон.

Softswitch – программный коммутатор, использующийся для обеспечения полноценной работы услуг аналоговой и IP-телефонии. Поддерживает работу всех протоколов, необходимых в работе IP-телефонии.

TAPI (Telephony Applications Programming Interface) – стандартный интерфейс для разработки программных приложений для телефонии. Разработан на базе Microsoft Windows. Позволяет подключать персональные компьютеры к аналоговым телефонным аппаратам и офисным АТС.

API – интерфейс прикладного программирования, представляющий собой описание различных способов, с помощью которых возможно взаимодействие двух компьютерных программ. Используется разработчиками софта для написания приложений.

Least Cost Routing System (LCR) – функция, отслеживающая в режиме реального времени изменения тарифов, что позволяет проложить маршрут между двумя абонентами по пути наименьшей стоимости телефонного соединения.

Сервисы

При подключении IP-телефонии пользователям становятся доступны различные сервисы. Вот некоторые из них.

Direct Dial-In (DDI) – технология, позволяющая совершать вызовы из телефонной сети общего пользования сразу на внутренний номер абонента, минуя соединение с оператором или голосовое меню.

Call Detail Record – CDR данные о звонке. Чаще всего используются в биллинговой программе для формирования телефонных счетов и оценки использования трафика.

Callback – услуга, которая позволяет совершать международные звонки по тарифам IP-телефонии. Использование данной функции дает возможность клиенту соединиться с нужным абонентом так, что звонок для обоих будет квалифицироваться как входящий.

Call-tracking – технология отслеживания звонков, с помощью которой можно выявить наиболее эффективный канал рекламы.

Номера Toll Free – телефонные номера с кодом 8800, звонки на которые будет оплачивать принимающий абонент. Такие номера часто используются при звонках в техподдержку компании.

Номера DEF – телефонные номера с кодами не географической нумерации, например мобильные номера: 8926…, 8958. и т.п.

WebRTC – благодаря такой технологии можно совершать видеозвонки через браузер. Для того, чтобы присоединиться к звонку, пользователю следует лишь перейти по ссылке на нужную страницу.

DNIS (Dialed Number Identification System) – система определения номера при входящем звонке.

Монитор (Administration manager) – один из дополнительных модулей IP-телефонии, использующийся для удаленного администрирования различных сетевых устройств: шлюзов, диспетчеров.

Процессы и явления

В основе работы IP-телефонии лежат определенные процессы и возникают некоторые явления.

Импульсно-кодовая модуляция преобразует аналоговый сигнал в цифровой, для чего используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) – устройство, благодаря которому можно цифровой двоичный сигнал преобразовать в аналоговый.

Коммутация пакетов (Packet Switching) – позволяет организовать соединение при помощи дробления информации на пакеты, последующей их передачи и восстановления информации на приеме. Недостатком такой услуги является невозможность гарантирования качества обслуживания. К преимуществам можно отнести большую эффективность каналов с фиксированной полосой.

Передача данных – это физический перенос цифровых данных от одной точки к другой или между несколькими точками в виде сигнала по каналам передачи данных для последующей обработки их средствами вычислительной техники.

Джиттер – изменение (скачки) времени задержки при передаче пакетных данных. Это может произойти вследствие загруженности сети, нестабильной работы оборудования или ограниченной полосы пропускания.

Джиттер буфер – временное хранилище пакетов данных, созданное на приемной стороне. Используется для борьбы с джиттером.

Параметры и показатели

В работе IP-телефонии используются различные параметры и показатели. Например:

ASR/ABR – статические параметры, определяющие отношение количества принятых звонков к общему числу попыток совершения звонка. Данная величина выражается в процентах и характеризует уровень дозвона.
ACD – статическая величина, показывающая среднюю продолжительность вызова в различных направлениях.

В данной статье были рассмотрены основные термины и обозначения, использующиеся в IP-телефонии. Чтобы ознакомиться с терминологией и определенными моментам в работе IP-телефонии более детально, можно обратить внимание на другие узкоспециализированные статьи нашего блога.

Читайте также: