Проектирование мультимедиа сети IP-телефонии

РЕФЕРАТ

 

Дипломний проект містить  – ______  стор., _____мал., ____таблиць,____    джерел.

Об'єкт розробки –  мультимедійна мережа.

У дипломній роботі проведено аналіз існуючих мультимедійних мереж, розглянуті особливості передачі голосу в IP – мережах, проведено розрахунок інтенсивності навантаження у різних напрямках, розраховано пропускну здатність для передачі голосового трафіку, розраховано параметри, характеризуючі якість передачі голосу, побудовано відповідні графіки залежностей, розглянута проблема підключення університету до проекту sip.edu, розглянута комплектція обладнання.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ABSTRACT

 

Degree work:  __ p., ___ fig., __ appendix, __ sources.

A research object is multimedia network.

The purpose of the work is the designing of a multimedia network  based on the project проектуand the analysis of its functioning.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

User Agent, Gateway, Real Time Control Protocol, Jitter, Quality of Service, rerouting, Mean Opinion Score, R-factor, Call Detail Record, Delay, Packet loss concealment, router, Air-conditioning, annual charges

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Список условных сокращений………………………………...………………….....
1 Постановка  задачи реализации мультимедийной сети……
1.1 Обзор архитектуры VoIP на базе стандарта SIP……………………………….
1.2 Типовые решения ………………………………………………………………..
2. РАСЧЕТ  ХАРАКТЕРИСТИК КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМЫ  СВЯЗИ………..
2.1 Расчет интенсивности возникающей нагрузки………………………………...
2.2 Расчет требуемой пропускной способности для передачи речевого трафика
3 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ IP-телефонии……………………….
3.1 Анализ вариантов  подключения к провайдеру………………………………...
3.2 Подключение с использованием  УАТС………………………………………...
3.3 Маршрутизаторы с  интеграцией сервисов …………………………………….
3.4 Обзор IP-телефонов D-Link……………………………………………………..
3.5 Предложения по формированию  комплекта оборудования для подключения  к провайдеру …………………………………………………………
Заключение…...………………………………...……………………...……………..
Список используемой литературы………………………………………………….

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Перечень условных обозначений

 

ACR – Absolute Category Rating

ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Line

ADU – Application Data Unit

CDR – Call Detail Record

DB – Data Base

DCR – Degradation Category Rating

DNS – Domane Name Service

DSP - Digital Signal Processor

ENUM – Electronic Numeration

ESS - Enterprise Survivable Server

ETSI – European Telecommunications Standards Institute

FEC – Forward Error Correction

FW – Fire Wall

IP – Internet Protocol

ISDN - Integrated Service Digital Network

ISR – Integration Service Router

LDAP – Light Directory Access Protocol

LSD – Least Significant Difference

LSP - Layered Service Provider

MOS – Mean Opinion Score

NAT – Network Address Translator

NGN – Next Generation Network

PLC– Packet Loss

PLC – Packet Loss Concealment

RSVP – Resource ReSerVation Protocol

RTCP – Real-Time Control Protocol

RTP – Real-Time Protocol

SASL/TLS – Simple Authentication and Security Layer/ Transport Layer                 Security

SER – SIP Express Router

SIP – Session Initiation Protocol

SNMP - Simple Network Management Protocol

TDM - Time Division Multiplexing

TCP – Transport Control Protocol

TIA – Telecommunication Industry Association

UAC – User Agent Client

UAS – User Agent Server

UDP – User Datagram Protocol

URI – Uniform Resource Identifier

USB - Universal Serial Bus

VAD - Voice Activity Detector

VoIP – Voice over IP

VPN  – Virtual Personal Network

WLAN –Wireless Local Area Network

АТС – автоматизированная телефонная станция

ДВО – дополнительные виды обслуживания

ИТ – информационные технологии

МСЭ - Международный Союз Электросвязи

ОТ – охрана труда

ПО – программное  обеспечение

РАТС – Районная АТС

СПРИ – системы передачи речевой информации

ТФоП – Телефонная сеть общего пользования

УАТС – Учрежденческая АТС

ЦОВ - Центр обработки вызовов

ЭВМ – электронно-вычислительная машина

 

Введение

 

В данной работе предлагается построение учрежденческой сети передачи речи по протоколам IP телефонии и подключение ее с одной стороны к телефонной сети общего пользования (ТФоП), а с другой – к глобальной информационной сети Internet. Проект предполагает: консультирование о подключении систем IP телефонии на базе протокола сигнализации Session Initiation Protocol (SIP), его изучение и проведение экспериментов с протоколом SIP. Кроме того, это позволит связаться с любым абонентом, подключенным к ТофП или Интернет.

Особенностью SIP протокола является то, что номера абонентов представлены в виде адреса электронной почты, что позволяет использовать существующие e-mail адреса для установления связи с абонентами и упрощает настройку системы на уже существующей IP сети передачи данных.

Анализ показал, что использование данной технологии выгоднее чем ее аналоги, т.к. по одной физической среде предаются как речь, так и данные. Нет необходимости строить сеть с нуля, а только добавить недостающие элементы.

 

1 Постановка задачи реализации мультимедийной сети

 

1. Обзор архитектуры VoIP на базе стандарта SIP

 

Краткий обзор архитектуры VoIP показан на рисунке 1.1. Существующие в сети передачи данных  компоненты показаны серым цветом, а новые компоненты и модификации к существующим конфигурациям показаны белым цветом.

Рисунок 1.1 Архитектура концепции SIP

 

Два главных компонента функционирования VoIP: SIP - прокси сервер и шлюз SIP-PRI. Они должны взаимодействовать друг с другом. Что еще более важно, SIP - прокси сервер должен взаимодействовать с каталогом пользователей учебного заведения (campus' Person directory), а шлюз SIP-PRI -  с АТС, к которой подключаются пользователи. Кроме того, должно быть создано несколько новых записей в доменной системе имен (DNS).

В общем случае, компоненты реализации проекта VoIP включают:

- прокси сервер SIP, который взаимодействует с каталогом пользователей, содержащим внутренние alias-имена номеров в PBX (псевдонимы). Прокси сервер SIP преобразует адрес электронной почты в каждом прибывающем запросе SIP в форму, содержащую номер и передает запрос к шлюзу. Множество разных функций можно реализовать в зависимости от выбора прокси сервера.

- шлюз SIP-PRI соединяет  сеть передачи данных учреждения с УАТС (PBX). Шлюз переводит SIP адресацию в номерную и осуществляет преобразование аудиоинформации. Для соединения УАТС со шлюзом необходимы дополнительные каналы. Рекомендуют использовать ISDN PRI, хотя это не обязательное требование. Это может пригодится в будущем, например, для идентификации звонящего.

- SIP DNS – сервер служит  для регистрации обращений к  прокси серверу SIP (или множеству  серверов, если желательна отказоустойчивость). Записи системы доменных имен  для SIP должны быть добавлены к существующей системе DNS учреждения. DNS записи обеспечивают услугу определения местоположения и дают возможность клиентам SIP определять IP адрес прокси сервера SIP учреждения.

 

1.2 Типовые решения

С помощью представленной системы решаются следующие задачи:

1. У провайдера уже есть небольшое количество неиспользованных УАТС – номеров. С увеличением количества SIP – клиентов становится более важным, чтобы пользователи могли использовать уже назначенные УАТС – номера в своих SIP – агентах SIP User Agent (UA). Преимущество в том, что пользователи могут быть доступны как со стационарных, так и с обычных телефонов.

2. Они позволяют сотрудникам абонентам, используя прокси – сервер, звонить и принимать звонки независимо от того, где они находятся. Это очень важно для тех пользователей, которые путешествуют. В то же время, они не позволяют неавторизированным пользователям обманывать принимать звонки, им не предназначенные.

 

Рис.1.2  Схема подключения к VoIP существующей сети провайдера

 

3. Они  принимают звонки от любых пользователей из Интернет, которые знают их контактную информацию. Это аналогично тому, что на УАТС – телефоны может звонить любой, кто знает номера.

4. Выполнение предотвращения мошеннических звонков через свою УАТС. Он не хочет обеспечивать дешевую связь на дальние расстояния всем подряд пользователям из Интернета.

Возможные сценарии звонков:

Сценарий №1 – Эллис  звонит Джейн (SIP-клиент из Интернета к/от SIP-клиента hawaii.edu):

- URI Джейн: jane@hawaii.edu или 2345@hawaii.edu.

- Агент пользователя Эллис обращается к DNS-серверу, находит адрес внешнего прокси-сервера провайдера (proxy server2) и посылает ему запрос INVITE.

- proxy server2 обращается к базе данных пользователя (Subscriber database) и отправляет INVITE внутреннему прокси-серверу провайдера (proxy server1).

- proxy server1 обращается к базе данных регистрации (Registry database) и отправляет запрос к IP –телефону Джейн (Jane's hard phone), который уже успел зарегистрироваться на прокси.

Сценарий №2 – Эллис  звонит Джону (SIP-клиент из Интернета к SIP-клиенту hawaii.edu и пользователю стационарного телефона):

- Такая же последовательность, как при соединении Эллис с Джейн, только прокси-сервер отсылает запрос не на IP-телефон, а агенту пользователя на компьютере (soft phone).

- Одновременно, если у Джона есть стационарный телефон, прокси-сервер обращается по протоколу LDAP к LDAP – серверу, на котором находится e-mail – адреса и номерные псевдонимы, и отправляет INVITE на шлюз SIP/PBX.

- Если у Джона нет SIP – клиента, proxy server2 (не proxy server1) к базе данных маршрутов (Routes database) и отправляет INVITE к шлюзу SIP/PBX.

Сценарий №3 – Джейн звонит Джону  на стационарный телефон (SIP клиент hawaii.edu  к пользователю стационарного телефона hawaii.edu):

- Джейн звонит john@hawaii.edu

- Proxy server1 смотрит в свою базу данных регистрации и отправляет INVITE к шлюзу SIP/PBX.

- Если у Джона есть SIP – клиент, то сервер 1 использует записи в базе данных регистрации и отправляет INVITE еще и на него.

Сценарий №4 – Джейн звонит Джону  на SIP soft phone (SIP-клиент hawaii.edu  к/от  SIP-клиента hawaii.edu):

- Джейн звонит  john@hawaii.edu

- Proxy server1 смотрит в свою базу данных регистрации и отправляет INVITE Джону на SIP soft phone

 

 

Рисунок 1.3 Схема подключения c использованием SIP-proxy

 

Окружение IP телефонии состоит из следующих элементов:

Прокси сервер SIP (SIP Proxy)

В качестве SIP прокси сервера используется SIP Экспресс Маршрутизатор (SIP Express Router, SER) от iptel.org.

SER был расширен специальными модулями, написанными на С для интеграции с уже существующими услугами провайдта. Основные правила использования специальных С - модулей:

- значительно быстрее чем основной  скрипт;

- нет новых процессов порожденных втечении операции;

- возможность возвращения сообщений  об ошибке путем вызова sl_reply_error напрямую;

- LDAP и связь с БД может быть постоянной, т.е. связи открыты, когда модуль SER загружен и повторно используются во время каждого последующего вызова функций экспортируемых модулей.

Пояснение назначения компонентов:

1) SIP Registrar (сервер регистрации)

По умолчанию на сервере регистрации (SER registrar) хранятся все активные клиенты SIP, которые зарегестрированы.

2) PeerPoint (Jasomi Networks)

 Контроллер шлюза, необходимый для поддержки агентов пользователя, использующих NAT/Firewalled и сокрытия внутренней топологии SIP окружения (прокси, шлюзов, серверов).

3) LDAP nethz

LDAP nethz хранит имена пользователей, пароли, e-mail-адреса (основной и псевдоним (aliases)) и внутренний телефонный номер.

4) PermissionDB (БД прав доступа)

Хранит телефонные номера, установочные параметры и права доступа  для пользователей. В ближайшем  будующем, права доступа БД будут  интегрированы в инфраструктуру LDAP.

5) Web-Интерфейс

Вместо web-сервера, мы используем специальный web-сайт с интерфейсом для SER. В ближайшее время, web интерфейс будет интегрирован в web-интерфейс сложившейся службы LDAP(n.ethz.ch). Web-интерфейс также дает необходимую информацию об этом проекте и следит за состоянием компонентов окружения.

 6) RADIUS

Санкционированные действия над существующей инфраструктурой сервера RADIUS: