Архитектура VoIP сетей на базе H.323

Архитектура VoIP сетей на базе H.323

 

Исторически первой рекомендацией для создания сетей IP-телефонии стала рекомендация H.323 МСЭ (ITU-T). Набор рекомендаций H.32х указывает состав сети, основные компоненты, протоколы требуемые для построения пакетной сети для обмена мультимедийной информацией.
МСЭ (ITU-T) большей мерой работал в области телефонных сетей, по этим причинам рекомендация большей мерой описывала процедуры приема и передачи телефонного речевого трафика по пакетным сетям. Сети построенные на основе рекомендации H.323 ориентированы на работу с телефонными сетями общего пользования (ТфОП), и похожи на сети ISDN (Integrated Services Digital Network) объединенные с сетями передачи данных.
Стоит отметить, что полоса пропускания в сетях H.323 используется намного более эффективно, нежели в пакетных сетях, благодаря использованию разнообразных алгоритмов сжатия речевых данных.
Стандарт H.323 никоим образом не связан с протоколом сетевого уровня модели OSI - IP (Internet Protocol), однако, на сегодняшний день большинство реализаций основано именно на стеке протоколов TCP/IP .
Стандарт H.323 в сетях IP-телефонии определяет четыре основных устройства, которые вместе с общей сетевой структурой позволяют реализовать двусторонние (точка-точка) и многосторонние (точка -много точек) мультимедийные сеансы связи. К ним относятся:
- терминал;
- шлюз;
- привратник;
- устройство управления конференциями.
В отличие от устройств телефонных сетей общего пользования (ТфОП), устройства Н.323 не имеют четко определенного и закрепленного места в сети. Устройства подключаются к любой точке IP-сети, но при этом сеть Н.323 разбивается на зоны, а каждая зона контролируется своим привратником (Gatekeeper).
Общая архитектура сети IP-телефонии на базе стандарта H.323 представлена на рисунке ниже.

Рис.1. Архитектура сети IP-телефонии на базе стандарта H.323
Рассмотрим поочередно все четыре основных компонента сети.

Терминал H.323.

Терминал H.323 является оконечным устройством сети IP-телефонии, которое в ходе эксплуатирования обеспечивает двухстороннюю мультимедийную (аудио и/или видео) связь с другим удаленным терминалом, шлюзом или устройством управления конференциями. Основной функцией терминала является передача мультимедийной информации. Терминал играет важную роль, поскольку его возможности определяют набор услуг IP-телефонии которыми может пользоваться абонент. Также терминал достаточно весомо влияет на общее качество связи. Структурная схема терминала H.323 представлена на рисунке ниже. Терминалом для сети Н.323 может выступать как обычный телефонный аппарат, с которого А-абонент совершает соединение с шлюзом с помощью карточек предоплаты так и персональный компьютер с установленным мультимедийными утилитами (например, eyeBeam). В современном мире телекоммуникаций появилось понятие упрощенных терминалов H.323, которые поддерживают аудио или факсимильную связь согласно H.323, но не поддерживают весь функционал стандартного H.323 терминала.

Рис.2.Терминал в сети стандарта H.323
Рассмотрим основные элементы терминала H.323.
Пользовательский интерфейс управления системой предоставляет абоненту возможность совершать и принимать вызовы, конфигурировать параметры работы устройства в целом.
Модуль управления поддерживает три типа сигнализации по протоколам: H.225, Н.245, RAS. Модуль отвечает за регистрацию терминала на привратнике (Gatekeeper), установление и завершение соединений, обмен данными, необходимыми для установления мультимедийных каналов, предоставление дополнительных услуг и техническое обслуживание.
Телематические приложения отвечает за передачу абонентских данных, статических изображений, прочих файлов, а также доступ к БД (базам данных). В качестве примера таким протоколом является T.120 , часто используемый в VoIP сетях.
Модуль H.225.0 отвечает за преобразование мультимедийной пользовательской информации и сигнальной информации в вид, необходимый для передачи по IP сетям, и наоборот. Также, функциями данного модуля являются работа с передаваемыми кадрами: разбиение информации на логические кадры, нумерация последовательно передаваемых кадров, поиск и исправление ошибок.
Сетевой интерфейс отвечает за гарантированную передачу служебных сообщений протокола Н.245, сигнальных сообщений Н.225.0 (Q.931) и пользовательских данных по транспортному протоколу TCP с гарантированной доставкой и негарантированную доставку речевой и видеоинформации, а также сообщений RAS по транспортному протоколу UDP.
Блок синхронизации вносит задержку на приемной стороне для установления синхронизации источника информации с получателем, согласование аудио- и видео-каналов и сглаживание джиттера.
Видеокодеки кодируют видеоинформацию, поступающую видеокамеры или иного источника видеосигнала, для ее передачи по IP сети с и декодируют сигналы, поступающие со стороны IP сети, для последующего воспроизведения видеоинформации на оконечном устройстве.
Аудиокодеки кодируют аудиоинформацию, поступающую от микрофона или других источников аудио-сигнала для ее передачи по IP сети и декодируют сигналы, поступающие со стороны IP сети, для последующего воспроизведения видеоинформации на оконечном устройстве.
Шлюз Н.323
Шлюз является устройством обособляющим в себе связь между телефонных сетей общего пользования и IP сетей. Шлюз выполняет функцию преобразования мультимедийной информации, поступающей со стороны телефонной сети общего пользования с коммутацией каналов в аналоговом виде с постоянной скоростью, в вид, необходимый для передачи по IP сетям. Это преобразование включает в себя процесс кодирования информации, процесс уменьшения пауз в разговоре, инкапсуляция информации в сегменты/пакеты RTP/UDP/IP. Также шлюз обеспечивает обратное преобразование мультимедийных данных поступивших с IP сетей в вид необходимый для передачи по телефонным сетям общего пользования.
Шлюз обязательно должен поддерживать сигналинг с коммутационным и терминальным оборудование телефонных сетей общего пользования, привратником и оконечным оборудованием сети IP-телефонии.
С точки зрения поддержки сигналинга, шлюз должен преобразовывать аналоговую абонентскую сигнализацию, сигнализацию по 2ВСК и сигнализацию DSS1 и OKC7 в сигнализацию Н.323.
Шлюз должен обладать функцией преобразования телефонного номера формата телефонной сети общего пользования в транспортный адрес IP сети.
Со стороны сетей с маршрутизацией пакетов IP так же, как и со стороны ТфОП, шлюз может участвовать в соединениях в качестве терминала или устройства управления конференциями.
Привратник
Привратник представляет собой весь интеллект сетей IP телефонии построенных на базе стандарта H.323. Зоновая структура сети Н.323 изображена на рисунке ниже. Привратник выполняет функции управления выделенной зоной IP сети которая включает в себя терминалы, шлюзы, блоки управлениями конференциями. Все перечисленные устройства проходят процесс регистрации на привратнике. Разные участки зоны сети H.323 могут быть территориально разнесены на большие расстояния, и соединение происходит путем настройки работы маршрутизаторов.

Рис.3. Зона сети Н.323
Перечислим основные функции выполняемые привратником:
преобразования alias-адреса в транспортный адрес IP сети (IP-адрес и номер порта TCP);
управление доступа абонентов к услугам IP-телефонии при использовании сигнализации RAS;
управление пропускной способностью сети;
обмен сигнальной информацией между абонентскими терминалами в одной зоне(могут организовываться отдельные сигнальные каналы между терминалами или же ретранслировать сигнальные сообщения );

Привратник также отвечает и за функцию мобильности абонента в сети. Т.е. обеспечивает предоставления доступу абоненту к услугам и сервисам с терминалов любой точке, и также возможность сети идентифицировать этого абонента при его перемещении по сети.

Устройство управления конференциями
Одной из услуг IP телефонии предоставляемой абонентам является конференцсвязь. В рекомендации H.323 определено три вида организации конференций.
Первым видом является централизованная конференция. При организации такого вида конференции оконечное оборудование соединяется как точка-точка с устройством управления конференциями (MCU), отвечающим за процесс создания и окончания конференции, и обрабатывающих пользовательские данные.
Вторым видом является децентрализованная конференция. При организации такого вида конференции каждый ее участник устанавливает соединение с другими абонентами как точка - много точек, и оконечное оборудование направляет потоки данных, принимаемы от участников конференции.
Третьим видом является смешанная конференция. Представляет собой смесь первого и второго типа.

Рис.4. Разные виды конференции в сети Н.323
Каждый вид конференции имеет свои достоинства и недостатки. Так преимуществом централизованной конференции будет достаточно невысокие требования к оконечному терминальному оборудованию, недостатком будет высокая цена устройства управления конференциями.

Недостатком децентрализованной конференции выступает более сложное
терминальное оборудование и необходимость поддержки IP сети работы в режиме мультикастной рассылки(IP multicasting). В случае если сеть на поддерживает мультикастный режим работы, то терминал может устанавливать с каждым участником конференции соединение типа точка-точка , однако такой подход является крайне не эффективным.
Устройство управления конференциями MCU обязательно должно содержать в себе элемент, которым является контроллер многоточечных соединений (Multipoint controller, MC). MCU может быть одно- или несколько - процессорным что необходимо для обработки пользовательских данных при многоточечных соединениях (Multipoint processor, MP).