Stovime prie revoliucijos slenksčio, kuri sukrės visą telekomunikacijų pramonę. Tos revoliucijos kaltininkas - internetinė telefonija. Jonas Kentonas ir Philippe Chevallier iš Motorola Computer Group pasakoja apie jos prielaidas.

   Ši "paketų revoliucija" yra vadinama daugeliu vardų: Voice over Packet, Voice on the Net, internetinė telefonija ar Voice over IP, trumpiau pasakius VoIP.

   Visą laiką nuo tada, kai pokalbius reikėdavo komutuoti rankiniu būdu, iki šiuolaikinės technikos lygio su jos sparčiomis ir didelių investicijų pareikalavusiomis skaitmeninėmis stotimis visa telekomunikacijų infrastruktūra buvo kuriama turint galvoje vieną tikslą - komutuojamųjų grandinių balso telefoniją. Iki pat aštuntojo dešimtmečio ši telefonija buvo vienintelė ryšio rūšis, o jos veikimui iš esmės reikėjo kokiu nors būdu, panaudojant krūvą relių ir komutatorių, sudaryti fizinę jungtį (arba grandinę) tarp dviejų telefono ragelių.

Nerangus duomenų perdavimas

   Septintajame dešimtmetyje, pradėjus pardavinėti kompiuterius, tas pats telefono tinklas buvo pradėtas naudoti ir duomenų ryšiui palaikyti, tačiau tai dar buvo daroma labai nerangiai. Vienintelė išeitis tuomet buvo modemų aptarnaujamasis tinklas. Daug metų analoginiai modemai vis sparčiau perduodavo telefono tinklais duomenis, bet juos visą laiką ribojo nepakankamas dažnių juostos plotis. Tradiciškai telefono tinklai buvo orientuoti tik nuo 300 Hz iki 3600 Hz į garso dažnių diapazoną, be to, juose buvo didelis triukšmo lygis. Jeigu abonentai dar sugebėdavo užmegzti daugmaž normalius pokalbius, tai modemams tekdavo kur kas sudėtingesnė užduotis.

   Nuo devintojo dešimtmečio pradžios telefono tinklas palaipsniui virto skaitmeniniu. Analoginis signalas būdavo užkoduojamas skaitmenine seka, perduodama nuo vienos telefono stoties iki kitos. Nuo telefono stoties iki vietinės kilpos ir abonentų perdavimas ir toliau buvo atliekamas dvilaide analogine jungtimi. Visa tai veikė gana gerai, kol komutatoriai buvo apkrauti ne per daug duomenų srautais, t. y. tol, kol neatsirado sparčiai besiplečiantis Internetas.

   VoIP revoliucija vis stipriau reiškiasi dėl primenančio sprogimą Internetinio ryšio plėtimosi. Dėl to dabar vis didesnė į infrastruktūrą įdedamų pinigų dalis atitenka sparčioms paketinio duomenų perdavimo technologijoms. Tie laikai, kai buvo stengtasi į balso ryšio tinklą sutalpinti kuo daugiau duomenų, jau praėjo. Atėjo metas prie internetinio ryšio pritaikyti patį balso ryšį.

Internetas sparčiai juda į priekį

   Interneto augimas ir jo populiarumas nustebino visus, ypač tuos regionų tinklų ryšio operatorių darbuotojus, kurie planavo didinti tinklų pralaidą. Niekas nesitikėjo tokios sparčiai augančios paklausos, poreikio vis didesniam dažnių juostos pločiui ir to, kad bendras spaudimas komutuojamųjų grandinių infrastruktūrai pradės labai sparčiai stiprėti. Nors Interneto pagrindą sudaro komutuojamųjų paketų ryšys, firmos ir atskiri vartotojai buvo beveik be išimčių priversti prie jo jungtis per modemus ir komutuojamųjų grandinių tipo vietinio ryšio kilpas.

   Telekomų pralaidos planuotojai rėmėsi trunkančioms apie keletą minučių tipiškomis įprastinių telefono pokalbių trukmėmis. Kadangi Amerikoje vietiniai pokalbiai buvo nemokami ir atsirado nemažai internetinių paslaugų tiekėjų, kurie siūlė tiek internetinių paslaugų, "kiek sugebėsite suvalgyti", naršymo sesija galėdavo užtrukti valandų valandas. Pasitaikydavo vartotojų, kurie užimdavo liniją po 24 valandas per parą. Tai, švelniai tariant, darė gana neigiamą poveikį įprastinių pokalbių tinklo pralaidai.

Naujas tinklo problemos sprendimas

   Vis daugiau ir daugiau žmonių jungiantis prie tinklo ši problema nuolat aštrėjo. Ji aštrėja ir toliau. Nustatyta, kad Jungtinėse Valstijose bendras internetinių duomenų srautas viršys balso ryšio srautus jau šiemet (žr. 1 pav.). Šią problemą išspręsti padėtų naujas skaitmeninis komutuojamųjų paketų tinklas, kuris duomenis perduoda atskirai ir nepriklausomai nuo balso ryšio komutuojamųjų grandinių tinklo.

   Vietiniuose tinkluose ši problema sprendžiama keliais būdais: pasitelkiant kabelinius modemus, palydovinio ryšio jungtis ar DSL. Visų jų privalumas yra didesnės ryšio spartos, dažnai siekiančios 1-5 Mb/s, be to, išvengiama bet kokio kontakto su tradiciniu telefono tinklu.

Internetiniai pokalbiai

   Taigi balso ir duomenų perdavimui iki šiol turime du atskirus tinklus. Komutuojamųjų grandinių ir komutuojamųjų paketų ryšys labai skiriasi, taigi, ir šių dviejų tinklų tipai turi panašų principinį skirtumą - apskaitos sistemą. Mes esame pripratę mokėti daugiau, kai atstumas tarp pašnekovų yra didesnis, ypač jeigu yra kalbama apie tarptautinius pokalbius. Interneto tokio atstumo komponento nėra. Mokant už savo prisijungimą prie Interneto, gretimame pastate esančios svetainės aplankymas kainuos lygiai tiek pat, kaip ir esančios kitoje planetos pusėje svetainės.

   Nemažai žmonių mąstė, jei tiek metų balso ryšio tinklais perdavinėjami duomenys, tai kodėl duomenų perdavimo tinklais negalime užmegzti balso ryšio seansų? Skatinamos naujų verslo galimybių susikūrė naujos firmos, pasivadinusios "voice providers" (balso ryšio tiekėjais), nors jos turėjo paketų perdavimui tik tinkančią infrastruktūrą, o sujungimus atlikdavo per tradicinius telefono tinklus. Iki šiol pajamos už VoIP paslaugas, palyginus su kitomis paslaugomis, buvo nedidelės, tačiau yra prognozuojama, kad 2003 metais jos bus didesnės kaip 5 mlrd. JAV dolerių.

   Interneto telefonijai yra sukurta ir nuolat tobulinama visiškai naujai sukurta architektūra. Kaip to buvo galima tikėtis, architektūrą sudaro daug aparatūrinės ir programinės įrangos komponentų. Šių komponentų augančios pardavimo apimtys rodo, kaip greitai ši infrastruktūra įleido savo šaknis ir pradeda atimti iš esamų tinklų pajamas. 2 pav. parodo VoIP sąsajų (gateway), atsakingų už senųjų ir naujųjų tinklų sujungimą, pardavimo dinamika. Pasak MMTA, kasmetinis VoIP sąsajų pardavimo prieaugis yra beveik 40 %.

VoIP sudedamosios dalys

   Sąvoka Voice over IP (balsas per Interneto protokolą) nurodo perdavimo mechanizmą, įgalinantį kiekvieną remiantis IP tinklu perduoti balso ryšį ir priklausomai nuo to, kokia yra tinklo konstrukcija, užtikrinti geresnę ar blogesnę ryšio kokybę. Vietiniuose LAN tinkluose ši kokybė gali būti netgi geresnė nei viešuosiuose PSTN tinkluose. Tinklą perkraunant, paslaugų kokybės QoS (Quality of Service) užtikrinimui lemiamą reikšmę įgyja suspaudimo mechanizmas. Ryšio IP tinklais užtikrinimui taip pat buvo sukurtas signalizavimo protokolas, primenantis tokiuos kaip SS7 viešuosius tinklų protokolus. VoIP nurodyti keturi skirtingi prisijungimo ir ryšio IP tinklais komponentai:

· Terminalai.

· Sąsajos (gateways).

· Sargai (gatekeepers).

· Daugiataškiai valdymo blokai (MCU - multipoint Control Units).

   Visiems keturiems komponentams tinkle tenka skirtingi vaidmenys, nors kai kurių jų, pavyzdžiui, sargų galima ir atsisakyti; visi gali būti įrengti vienoje ir toje pačioje sistemoje arba išsklaidyti keliose sistemose, esančiose skirtingose fizinėse ir geografinėse vietose (žr. 3 pav.).

Terminalai

   VoIP terminalu arba klientu yra vadinamas komponentas, padedantis užmegzti pokalbį. Šiandien atrasime nemažai įvairių terminalų; visi jie turi tikti bent balso ryšiui, o kai kurie ir vaizdo ir papildomai duomenų ryšiui. Dažniausiai naudojami terminalai yra tam tikri programiniai paketai, pavyzdžiui, Microsoft "NetMeeting", kurį galima naudoti savo asmeniniame kompiuteryje. Į "NetMeeting" įeina sąsaja, leidžianti kalbėtis per Internetą. Iš esmės programinė įranga yra atsakinga už pokalbio duomenų pasiuntimą į tinklą ir jų priėmimą, be to, ji leidžia užkoduoti ir iškoduoti balso ryšį, todėl vietoje įprastinio telefono ragelio galima naudoti kompiuterio mikrofoną ir garsiakalbius. Pokalbiui Internetu naudojant PSTN ir įprastinį telefoną galima naudoti virtualųjį terminalą. Tai yra instaliuojama paslaugos tiekėjo VoIP sąsajos dalyje programa, kuri atlieka sąsajos ir protokolo keitimo funkcijas. Kitos VoIP sąsajos funkcijos vėliau pakeičia ryšio seansą normaliu telefoniniu pokalbiu.

   Taigi, terminalas yra arčiausiai vartotojo esantis galinis įrenginys, kuris kartu su kitais VoIP terminalais atsako už dvipusį balso, vaizdo arba duomenų ryšį realiu laiku. Su įvairiomis VoIP sąsajomis jis susijungia per savo vidinį sargą (gatekeeper) naudodamasis H.245 pokalbio valdymui, Q931 pokalbio sujungimui ir RAS užsiregistravimui. Jis gali turėti įvairių komponentų, pavyzdžiui, įprastinį telefono aparatą, mikrofoną, garsiakalbį vaizdo perdavimo kamerą bei monitorių.

VoIP sąsajos

   VoIP idėja būtų nieko verta, jeigu IP telefonijos vartotojai negalėtų susijungti su įprastiniais telefonais. VoIP sąsaja atsako už tradicinės telefonijos ir skaitmeninio IP telefonijos pasaulio sujungimą. Būtent dėl to žmonės, naudojantys abi technologijas, gali palaikyti tarpusavio ryšius. Pirmoji sąsajos užduotis yra būti vertėju jau minėtam virtualiajam terminalui, be to, ji atlieka įvairias formato keitimo, ryšio procedūrų nustatymo ir garso kodeko funkcijas.

   Gateway yra dvipusė sąsaja, įjungta tarp telefono tinklo ir IP naudojančio tinklo. Todėl jos prijungimo vietą galima laisvai pasirinkti ir, kaip ir LAN firmų atveju, nėra būtina jungtis prie įprastinio komutuojamųjų grandinių telefono tinklo. Sąsaja užtikrina pokalbio kanalų sudarymą ir nutraukimą ir sujungia H.323 su PSTN tinklais (T1/E1, B-ISDN, SS7 ir t.t.).

   VoIP sąsaja gali užimti vieną dėžę, bet yra modelių, kur sąsaja yra padalinta į tris atskirus komponentus, dirbančius naudojant tris skirtingas platformas (žr. 4 pav.).

   Terpių sąsaja (Media Gateway). Ji verčia IP remiantis 6,3 kb/s sparta jungties G.723.1 balso ryšį į 64 kb/s spartos srautą G.711. Vienoje pusėje ji yra jungiama prie LAN, pavyzdžiui, prie Ethernet 10/100BT, o kitoje pusėje užmezga kontaktą su telefoniniu tinklu, kuriuo gali būti T1 magistralė arba ISDN linija, skirtos palaikyti ryšiui su H.320 standarto vaizdo įranga. Platforma privalo visuomet būti aktyvi, nes kitu atveju paslauga, rišant abu galinius taškus, gali nutrūkti. Tam yra reikalinga su minimalių pertrūkių trukių HA platforma. Šis mazgas kontroliuoja tirtį (jitter), signalo delsą, aidų slopinimą ir kitas QoS darančias įtaką charakteristikas.

   Terpių sąsajos kontroleris (Media Gateway Controller) yra atsakingas už bendrą sąsajos valdymą. Atsižvelgdamas į duomenų bazėje turimą informaciją apie IP adresatų ir telefono tinklo abonentų pozicijas, jis užmezga ryšį su sargu (gatekeeper).

   Signalizavimo sąsaja (Signaling gateway) užtikrina pagal SS7 sudaryto signalizavimo tinklo ir VoIP sistemos signalizavimo (H.323) suderinamumą.

Sargas (gatekeeper)

   Kiekvieno balso ryšį užtikrinančio tinklo pagrindinė užduotis yra paties pokalbio valdymas. IP tinkle už tai atsako sargai (gatekeepers). Daugelį jų funkcijų garantuoja sudėtinga DMBS sistema, kuri atlieka tarifikavimą, adresų vertimą, maršrutizavimą ir dažnių juostos pločio paskirstymą.

   Šios platformos svarbiausias komponentas yra duomenų bazės programinė įranga. Priklausomai nuo to, kokia informacija yra sukaupta reikalingos ir klaidoms atsparios platformos arba HA platformos su patikima duomenų bazes aplinka. Keli sargai gali būti sujungti į ribinį elementą (border element) arba "supergatekeeper" pasitelkiant į protokolą įtrauktą definiciją H.225 Annex G.

   5 pav. yra parodytos privalomos Sargo funkcijos:

   Adresų vertimas yra funkcija, atitinkanti kiekviename galiniame taške pagal transportinį adresą nustatyta žodinį (alias) adresą, arba atvirkščiai. IP tinkle ši funkcija išvaduoja galinius H.323 taškus nuo būtinybės vietoje versti žodinius adresus į IP adresus. Be to, ši funkcija leidžia išvengti neteisingų sujungimų arba nežinomų IP adresatų.

   Leidimų kontrolė. Sargas gauna leidimą prisijungti priklausomai nuo laisvos dažnių juostos dydžio, tinkamai atliktos autorizavimo procedūros ir patenkinamų kitų specifinių kriterijų.

   Dažnių juostos pločio kontrolė. Sargai paskirstydami tinkle esančius dažnių juostos resursus optimizuoja ryšio tarp galinių taškų kokybę.

   Zonos valdymas. Šia funkcija nusakoma, kuriuos taškus iš H.323 galinių taškų kontroliuoja konkretus sargas. Kiekvienas galinis taškas pats atsako už prisiregistravimą konkrečiame modulyje, todėl gali pasinaudoti visomis sargo teikiamomis funkcijomis.

   Jei pažiūrėsime į viską bendrai, tai sargas yra galingas kompiuteris su HA savybėmis.

Daugiataškis valdymo blokas

   Vienas iš svarbiausių Interneto privalumų yra sugebėjimas sukurti puikią terpę bendram darbui; šia savybe uoliai naudojasi daugelis firmų. MCU yra tas VoIP komponentas, kuris padaro įmanomą abonentų bendradarbiavimą telefoninių arba vaizdo ryšio konferencijų forma.

   MCU veikia kaip tinklo galinis taškas, leidžiantis trims arba daugiau H.323 terminalų vienu metu dalyvauti tokioje konferencijoje. Jį sudaro dvi dalys: daugiataškis kontroleris ir daugiataškis procesorius. Sargai (gatekeepers) gali aktyvuoti MCU tuomet, kai tame pačiame pokalbyje pradeda dalyvauti du arba daugiau galinių taškų.

   Daugiataškiai procesoriai sumaišo ir maršrutizuoja visus balso, vaizdo ir duomenų srautus, siunčiamus visų H.323 terminalų, remiantis H.245. standartu Jie turi tokias pat garso/vaizdo vokoderio funkcijas, kokias galima aptikti visuose kituose H.323 terminaluose arba sąsajose, todėl gali atlikti visas automatines "call attendant" - pokalbių aptarnautojo funkcijas. Pavyzdžiui, galima visiems prisijungusiesiems pasiųsti teksto arba balso žinutes arba pasiūlyti kitas specifines MCU teikiamas funkcijas. Kadangi nėra jokių konkrečių reikalavimų, kur turi stovėti MCU, ir kadangi jis naudoja tokius pat elementus kaip kiti H.323 tinklo komponentai, MCU blokai dažniausiai yra ten pat, kur yra vietinės VoIP sąsajos arba sargai.

Reikalavimai dėl platformos stabilumo

Tenka kalbėti ne tik apie protokolo bei programinės įrangos užtikrinamą paslaugos kokybę (QoS), bet ir apie tai, kad pati aparatūrinės įrangos platforma turi būti patikima ir nesunkiai prieinama.

   Dabar daug gamintojų stengiasi sukurti technologiją, pagal kurią galima pagaminti stabilią platformą, tinkančią norintiems teikti VoIP paslaugas telekomo operatoriams. Paaiškėjo, kad daugelis jų renkasi šios srities atvirąjį standartą "CompactPCI".

   "CompactPCI" apjungė PCI elektrines specifikacijas ir IEEE 1101 mechaninius standartus, todėl garantuoja patvarumą, kurio reikalauja telekomų infrastruktūros. Vienas rimčiausių CompactPCI privalumų yra tas, kad ši aparatūrinė įranga gerai atitinka HA taikymams keliamus reikalavimus. Didele dalimi visa tai sąlygojo galimybė rinktis iš trijų modelių: "Basic", "Full" ir "High Availability". Paskutinysis, apimantis ir du likusiuosius, yra toks universalus, kad jį pritaikius galima visiškai stebėti ir daryti įtaką sistemai. Tokiu būdu yra sukuriama terpė, kurioje programinei įrangai priklauso visiška aparatūros kontrolė, todėl ji tiesiogine šio žodžio prasme gali akimirksniu išjungti tą bloką, kuriame sugedo koks nors komponentas. Toks izoliavimo tipas yra labai svarbus pritaikant HA, kai jie privalo atitikti 5NINES reikalavimus, tai yra turi garantuoti ne ilgesnius kaip 5 min trukmės planuotus ar neplanuotus veikos pertrūkius per metus.

   Šiuo metu bene vienintelė visus šiuos reikalavimus atitinka Motorola Computer Group gaminama CompactPCI tipo platforma CPX8000. CPX8000 prietaisų šeima su tinkama programine įranga leidžia gauti kritiškiems telekomo pritaikymams reikalingą platformą, galinčią garantuoti 5NINES (99,999 procento). Šioje serijoje yra numatytas visų aktyvių sistemos elementų, įskaitant ir CPU kortas, dubliavimas, todėl aktyviuosius modulius galima keisti arba remontuoti sistemos neišjungiant.

   VoIP pritaikymų rinka laikosi ant didėjančios Interneto bangos. VoIP revoliucija tęsiasi ir mes iš jos daug tikimės ateityje.