5.3  Hlasové služby v prostředí sítí IP a ATM

Obecný význam

Současný vysoce dynamický rozvoj síťových technologií je značnou měrou ovlivněn snahou začlenit do prostředí datových sítí služby hlasové komunikace. Zjevné důvody, jež vedou k potřebě převést přenos hlasových služeb do infrastruktury privátních datových sítích, jsou především tyto:

Význam v rámci sítě TEN-155 CZ

Výše uvedený obecný význam má zřejmý a konkrétní dopad v rámci sítě TEN-155 CZ. Při formulování tohoto dílčího úkolu jsme vycházeli z následujících úvah:

Technologie a výsledky testů

Technologické řešení integrace hlasových komunikací v prostředí datových sítí vychází z konkrétní architektury sítě. V optických metropolitních sítích MAN, kde je přenosová šířka pásma relativně levná a dostupná, se k propojení pobočkových ústředen používají emulované okruhy s konstantní bitovou rychlostí 2 Mb/s.

Poněkud odlišná je však situace v rozlehlých sítích WAN. Zde finanční náklady spojené s pronájmem datových okruhů mezi lokalitami privátní sítě silně vzrůstají s požadovanou přenosovou kapacitou. Datové okruhy, které se v tomto případě velice často používají, jsou typu N×64 kb/s.

Ekonomickým cílem je dosažení co nejefektivnějšího přenosu informace bez přídavné redundance, což lze při přenosu hlasových služeb docílit aplikací vhodných metod komprimace základního PCM toku o rychlosti 64 kb/s. Jeden z možných algoritmů komprimace CS-ACELP (Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediciton) umožňuje například snížit přenosovou rychlost na jeden hovorový kanál až na hodnotu 8 kb/s. Touto metodou lze datovým kanálem s kapacitou 64 kb/s (bez komprimace přenese jediný telefonní kanál) přenášet až 8 hovorových kanálů se stejnou kvalitou.

Zajištění technologie

V průběhu prvního pololetí roku 1999 probíhalo intenzivní jednaní se zástupci firem Cisco Systems, Nortel Networks, Ericsson, Siemens, katedrou telekomunikací ČVUT FEL a katedrou elektroniky a telekomunikační techniky VŠB Ostrava. Na základě těchto jednání bylo možné uskutečnit dále popsané experimenty. Podařilo se mám zapůjčit následující výrobky:

Voice over ATM

Voice over ATM zajišťuje přenos hlasových kanálů o kapacitě 32×64 kb/s v případě nestrukturovaného rozhraní E1, nebo N×64 kb/s u varianty strukturované. U těchto druhů přenosu nedochází ke komprimaci, čímž je zajištěna plná kvalita přenášeného hovorového signálu. Záporem těchto variant je použití větší šířky pásma v porovnání s variantou VoIP.

Nestrukturovaná E1

Tato varianta se ve většině případů používá na propojení pobočkových ústředen jedné organizace prostřednictvím metropolitní sítě. Jako výhoda se zde ukazuje použití plné E1 linky (všech 32 kanálů), ve které lze přenést proprietární signalizaci jednotlivých PBX za předpokladu, že je použito výrobků téže firmy. Tato varianta je vhodná pro propojení maximálně kolem tří PBX. Při nárůstu počtu propojení by bylo neekonomické osazování více rozhraní E1 do centrální ústředny. Nevýhodou je trvalé použití celého 2 Mb/s spoje - i v případě, že není přenášen žádný hovor.

Test technologie: Tato varianta nebyla v rámci projektu testována, neboť není reálný předpoklad jejího použití

Strukturovaná E1

Strukturovaná E1 je obdobou předchozí varianty. Výhodou strukturované varianty je možnost rozdělení kanálů do několika koncových bodů. Zápory způsobené trvalým obsazením pásma jsou shodné s nestrukturovanou variantou.

Test technologie: Pro ověření vlastností proběhly testy v rámci metropolitní ATM sítě v Brně. Brněnská metropolitní síť byla vybrána proto, že jsou zde osazeny prvky výrobců Cisco a Bay Networks. Zařízení firmy Bay Networks C100 a BH5000 jsou orientována čistě na přenos dat a proto bylo nutné ověřit jejich použitelnost pro přenos hovorových služeb.

Bylo provedeno měření vlastností emulovaného E1 okruhu podle doporučení ITU-T G.821 a G.826, obojí pouze krátkodobě. Dále jsme provedli měření "jitteru" a jeho přenosové funkce dle doporučení ITU-T G.823. Všechny naměřené hodnoty odpovídaly příslušným doporučením ITU-T a lze tedy konstatovat, že prostřednictvím této technologie lze zajistit dostatečnou kvalitu přenosu digitálního toku E1.

Přenos strukturované E1 s použitím "soft PVC"

U této varianty je využíváno řídící signalizace (např. Q-SIG) od PBX pro sestavování potřebných hovorových kanálů prostřednictvím infrastruktury ATM. Ve většině případů se používá sestavení "soft PVC" s definovanými parametry spoje. Z hlediska využití pásma se jedná o nejefektivnější variantu, jelikož vlastní hovorové kanály jsou sestavovány až v případě potřeby.

Test technologie: Ve spolupráci s firmou Nortel Networks jsme provedli testy produktů Passport 6400. Testování probíhalo na katedře telekomunikační techniky ČVUT FEL, která zapůjčila k testům vlastní výukové telefonní ústředny. Cílem bylo ověření schopnosti spolupráce mezi těmito ústřednami: Ericsson MD110, Siemens Hicom 300 a Tesla TTC2000. Původní záměr počítal s propojením PBX Ericsson na ČVUT a Siemens na VŠB. Bohužel nakonec nebyl realizován, neboť firma Nortel Networks nepovolila převoz ATM směrovače Passport 6400 do Ostravy. Testování posléze proběhlo pouze v rámci laboratoře katedry telekomunikační techniky ČVUT FEL v Praze.

[obrázek]

Obrázek 5.8: Test technologie VoATM

Z časových důvodů daných dobou zápůjčky jsme konfigurovali a testovali pouze propojení přes telefonní rozhraní E1 s protokolem ISDN Q.SIG. Jako jediné se podařilo realizovat propojení mezi ATM směrovačem Passport 6400 a ústřednou TTC2000.

Jedním ze záměrů bylo vzájemné propojení PBX Hicom 300 se signalizací EM+DTMF a PBX MD110 s Q-signalizací prostřednictvím Passportu 6400 na rozhraní E1, který by pro signalizace obou PBX vytvořil protokolovou bránu. Pro ústřednu Hicom 300 však nebyl k dispozici modul DTMF volby. Ústřednu Ericsson MD110 se nepodařilo propojit se směrovačem Passport 6400 na úrovni meziústřednové signalizace Q.SIG. Řešení by dle expertů měla přinést inovace procesorové karty ústředny, kterou se nám v limitovaném čase nepodařilo zajistit.

Dalším testem bylo propojení dvou virtuálních ústředen v rámci jedné pobočkové ústředny TTC2000. Ta byla logicky rozdělena na dvě části (chová se pak jako dvě izolované PBX), které byly propojeny prostřednictvím ATM směrovačů Passport 6400. V tomto případě bylo testováno dynamické sestavení spojení telefonního kruhu přes sít ATM (realizována propojení přepínačů "back to back" optickým spojem ) řízené signalizací Q.SIG užité vždy mezi jednou logickou ústřednou TTC2000 a jejím připojeným směrovačem Passport 6400 přes digitální rozhraní E1. Komunikace včetně signalizace probíhala bezchybně a kvalita spojení byla shodná s kvalitou dosahovanou přímým propojením přes E1 rozhraní.

Podle dokumentace vyrábí firma Cisco Systems zařízení VSC2700, které spolupracuje s ATM přepínači LS1010 a Catalyst 8500. Sestavení telefonního spojení je přitom vytvářeno dynamicky prostřednictvím signalizace mezi PBX a jejím připojeným ATM přepínačem. ATM zařízení spolu komunikují protokolem SGCP. Bohužel toto zařízení, které pracuje pod systémem Sun Netra, se nám nepodařilo zapůjčit.

Voice over IP

Pro přenos hlasové služby datovou sítí na bázi IP se používá protokol RTP (Real Time Transport Protocol). Hovor je digitalizován a komprimován v kodeku dle doporučení G.729 (jedna z možností) s výslednou přenosovou rychlostí 8 kb/s. Výsledná průměrná přenosová rychlost se však vlivem přidaného záhlaví pohybuje okolo 15 kb/s.

Paket RTP se skládá z hlavičky (40 oktetů) a z digitalizovaného hlasu (20 až 160 oktetů). Při používání sítě je důležité fragmentovat veškeré dlouhé pakety, aby maximální zpoždění bylo konstantní a co nejmenší (maximálně 150 ms). Komprimace hlavičky RTP paketu značně zredukuje její velikost (2 až 4 B), což významně ušetří přenosové pásmo.

Testy hlasových analogových rozhraní

V prví fázi experimentů jsme měli k dispozici dvě zařízení Cisco2610 s rozhraním FXO a E&M a dvě Cisco 3620 s hlasovým rozhraním FXS a FXO.

Základní analogová rozhraní pro VoIP jsou zde:

Pro počáteční testy byly použity dvě pobočkové ústředny Ericsson MD110 na ČVUT, ke kterým byla připojena dostupná zařízení.

Testování hlasového modulu FXO a FXS

Pro testování jsme použili Cisco 2610 a Cisco 3620. Při připojení modulu FXS k JTS nevnikaly problémy. Ukončení hovoru probíhalo spolehlivě, ozvěna nevznikala. Při připojení přes modul FXO k ústředně Ericsson MD110 docházelo k nezavěšení přenašeče na straně ústředny. Problém se dá vyřešit chvilkovým odpojením napájení přenašeče na straně PBX. Problém ozvěny se podařilo zeslabit nastavením vhodného útlumu a impedance.

Testování hlasového modulu E&M

Při testování jsme použili Cisco 2610 s EM modulem (2 porty) a PBX HICOM 300 na VŠB-TU s modulem TMEMW (4 porty). Modul TMEMW lze použít do jakékoliv PBX řady HICOM 300/300E, při software verze 3.4 a vyšší lze provozovat i modul TMEW2, který má osm portů.

Během testování jsme řešili problém s ozvěnou během hovoru, měnili nastavení impedančního přizpůsobení, útlumu signálů a vnitřní funkci automatického potlačení ozvěny. Výměna signalizačních značek při sestavení a ukončení spojení probíhala naprosto spolehlivě. Pro provoz EM modulu se doporučuje signalizace US WINK, která pracuje i se značkou přihlášení a zpětné vybavení.

Doporučené nastavení:

[obrázek]

Obrázek 5.9: Test analogových hlasových rozhraní

Selsius phone

V rámci ověřování analogových rozhraní jsme se také věnovali VoIP telefonním přístrojům Selsius. Zařízení se skládá z vlastních telefonních přístrojů, které se připojují k rozhraní LAN sítě typu Ethernet 10BaseT a "Selsius call manager serveru" (server pro správu hovorů). Tento řídící program pracuje pod operačním systémem Windows NT a Internet Information Serverem. Konfigurace se provádí pomocí jednoduchého WWW rozhraní. Program je velice závislý na verzích a souborech oprav. Ve verzi, kterou jsme měli k dispozici pracoval pouze s Windows NT serverem 4.0 se Service Pack 4 a IIS 5. V případě použití Service Pack 5 se stane server nefunkčním. Po nainstalování se celý systém jevil jako stabilní a fungoval spolehlivě.

Hlasová digitální rozhraní

Pro testování digitálních rozhraní E1 byla k dispozici ústředna Ericsson MD110 s modulem TLU76, ústředna Siemens Hicom 300 s moduly DIUC (pro MFC-R2) a DIUS2 (pro Q-SIG).

[obrázek]

Obrázek 5.10: Test digitálních hlasových rozhraní

Testování hlasového modulu pro E1/CAS

Při testování jsme použili CISCO AS5300 s E1 modulem (4 porty), PBX HICOM 392 s modulem DIUC (1 port), na straně ústředny se může použít i DIUC64 (2 porty), dále pro R2 kód je nutné mít na straně ústředny přijímače/vysílače MFC kódu integrované na kartě SIU/X2 nebo SIUX. Provoz na E1 byl rozdělen na dvě skupiny: 15 příchozích a 15 odchozích kanálů. Kvalita spojení byla výborná, registrová signalizace R2 umožňovala identifikaci volajícího.

Doporučené nastavení:

Testování hlasového modulu pro E1/PRI

Při testování bylo použito CISCO AS5300 s E1 modulem (4 porty), PBX HICOM 392 s ISDN modulem DIUS2 (2 porty), u HICOM 300E je možné použít modul SLMN (4 porty). Kvalita spojení byla výborná, vyzkoušeli jsme i tarifování tranzitních spojení přes PBX. Modul byl provozován obousměrně. Signalizaci jsme nastavili podle ITU doporučení Q.931, vyzkoušeli jsme i Q-signalizaci "Basic Call" dle ECMA.

Další verze signalizací jsme zatím netestovali. Pokud by bylo možné provozovat Q-signalizaci dle ECMA/verze 2, otevřela by se možnost využívat řadu služeb typických pro privátní ISDN sítě: konference, zpětné volání, předání hovoru, atd. Tento typ propojení PBX s TEN-155 CZ je nevhodnější - dává k dispozici dostatečnou kapacitu kanálů, možnost identifikace volajícího, tarifikaci tranzitů a výbornou kvalitu spojení.

Doporučené nastavení:

V rámci testů se nám podařilo připojit na Cisco AS5300 ve švýcarském Cernu. Spojení probíhalo velice spolehlivě a kvalitně. Na lince Praha-Cern nebyly nastavovány žádné preference a spojení se podařilo i v pracovních hodinách.

Doporučení pro další aktivity

Z provedených testů vyplývá, že i přes značnou popularitu IP telefonie a intenzivní propagaci finálních řešení různých firem (včetně těch renomovaných) nejsou ještě technologická řešení ve stavu, kdy bychom o nich mohli prohlásit, že pracují bezproblémově a že jejich konfigurace a připojení do sítě nevyžaduje expertní znalosti a nabyté zkušenosti. Pro celoplošné zavedení přenosu hlasových služeb v rámci sítě TEN-155 CZ považujeme za potřebné řešit v následujících etapách výzkumného záměru tyto otázky:

Otázka ekonomická

Vytvořit studii rentability zavedení hlasových služeb v celoplošném měřítku. Vzhledem k liberalizaci telekomunikačního trhu ve světě a zvláště pak v České republice (od roku 2001) lze předpokládat, že dojde k růstu konkurenčního tlaku mezi jednotlivými poskytovateli. Existence konkurenčního prostředí je jasnou příčinou snižování cen za poskytování telekomunikačních služeb.

Ve vztahu k našemu projektu bude nutné posoudit, zda vznik zdravého konkurenčního prostředí v naší zemi nepovede k takovému snížení cen tarifů za meziměstské telefonní hovory, že by již nebylo účelné vynakládat prostředky na koupi zařízení pro připojení telefonní ústředny daného subjektu k "telefonnímu rozhraní" sítě TEN-155 CZ. Klíčovou otázkou je nalezení a zakoupení takových technologií, jejichž finanční návratnost se bude pohybovat v intervalu několika málo let.

V počátku projektu byla otázka použití výše testovaných síťových prvků pro celoplošné zavedení v rámci TEN-155 CZ poněkud diskutabilní, neboť investice a návratnost pro menší organizace by byla několik desítek let. V současné době se díky značné dynamice rozvoje technologie otevírají zcela nové možnosti řešení téhož s použitím několikanásobně levnějších zařízení. Studie by měla vzít také v úvahu provozní matici požadavků na poskytování hlasových služeb mezi jednotlivými potencionálními uchazeči projektu.

Otázka technická

V úzké návaznosti na dosavadní činnost je třeba sledovat stav technologie, diskutovat s výrobci, atd. Z dosavadního vývoje vyplynula zkušenost, že jen vlastní technologie jako taková někdy nestačí k jejímu kvalitnímu odzkoušení, ale že v mnohých případech jsou pro firmy rozhodující zřejmě jiné faktory než spokojenost zákazníka se snahou vyjít mu maximálně vstříc, poskytnout potřebné informace o zařízení atd.

Dalším velice důležitým faktorem je vlastní rozvoj technologie. Cílem by měl být opět výběr vhodných komponent jak z hlediska jejich poskytovaných funkcí, tak i ceny. V tomto ohledu doporučujeme v technickém řešení tohoto projektu na další období přistoupit k propojení ústředen velkých subjektů TEN-155 CZ (např. ČVUT, UK, VUT BRNO, VŠB-TU Ostrava). V rámci této integrace se také zaměřit na problematiku vzájemného účtování (accounting) telefonních poplatků v případě, že cílové místo telefonního spojení nebude v rámci ústředny konkrétního subjektu, ale bude od něj dostupné třeba jen přes JTS.

Dalším cílem je integrace do evropských projektů Voice over IP, viz např. spojení CERN, apod. Rozšíření této služby za hranice našeho státu by v krátkém časovém horizontu přineslo jistě značný finanční efekt (snížení poplatků za mezinárodní hovory, které jsou stále u velké většiny akademických a nekomerčních subjektů připojených k TEN-155 CZ realizovány přes JTS a jsou tedy dosti nákladné).

Neméně důležitým výzkumným bodem je pak integrace počítačové a klasické telefonie, jehož úspěšné experimentální zvládnutí by umožnilo integrovat do systému menší subjekty bez nutnosti investic do vlastních telefonních ústředen.

[obrázek]

Obrázek 5.11: Navrhovaná topologie pro první etapu

Konkrétní postup

Pro rok 2000 jsme si stanovili následující konkrétní cíle:

předchozí
obsah		 následující
další weby:fond rozvojemetacentrumCzechLightpřenosyvideoservereduroameduID.cz