Проектирование мультимедиа сети IP-телефонии

tIP-ТФоП=1,22∙0,5(7+55+1)=38.43 с.

Произведем расчет времени занятия  приборов при соединении IP абонентов:

                                          tIP-EDU=a_i∙P_p(t_пв+T_i+t_от)                                     (2.4)

tIP-EDU=1,22∙0,5(7+55+1)=38.43 с.

Произведем соединение обычных абонентов c абонентами SIP (tТФоП-SIP).

t_ТФоП-SIP =a_i∙P_p(t_со+n_nipt_t+ t_соip+t_t∙n_login+t_t ∙n_ip +t_уip+ t_пв+T_i+t_от)           (2.5)          

где: n_login – количество цифр номера, необходимых для ввода идентификатора и пароля;

t_ТФоП-SIP=1,22∙0,5(3+7∙0,5+3+0.5∙9+3∙0,5+2+7+55+1)=49.1 сек

При этом интенсивность  возникающей нагрузки от источников i-ых категорий, выраженная в Эрлангах, рассчитывается по формуле:

 

, где                                 (2.6)

 

N_i – число телефонных аппаратов абонентов i-ой категории (соответственно народнохозяйственного, квартирного секторов и таксофонов);

C_i- среднее число вызовов в ЧНН от одного источника i-ой категории;

t_i- средняя длительность одного занятия приборов АТС.

С учетом коэффициентов  тяготения произведем расчет значения нагрузки в направлении IP-абонентов от обычных абонентов:

 

Определим суммарное  значение нагрузки между VoIP шлюзом и ТФоП:

 

;

;

.

Определим суммарное  значение нагрузки в направлении ПРОЕКТУпри условии, что нагрузка симметрична.

Произведем расчет емкости  пучков тракта PRI для направлений VoIP-РАТС702  и ПРОЕКТУпо таблице Эрланга, принимая вероятность блокировки p=0,025:

, или 2 потока Е1.

, или 1 поток Е1

 

2.1 Расчет требуемой пропускной способности для передачи речевого трафика

Очень важным моментом является процесс расчета требуемой полосы для передачи пакетизированного  голоса. Для того чтобы оптимизировать полосу пропускания, помимо применения кодеков следует рассматривать использование таких механизмов как RTP Header Compression (cRTP), VAD (Voice Activity Detection) и MLPPP (Multilink Point-to-Point Protocol). Компрессия заголовков позволяет существенно снизить их размер. Так, например, суммарная величина заголовка составляет 20 байт (заголовки IP, UDP, RTP), в то время как величина полезной нагрузки в пакете также равна 20 байт (при использовании кодека G.729). Используя алгоритмы сжатия cRTP, можно снизить величину заголовка до 2-4 байт. VAD особенно помогает на линиях с большим числом голосовых каналов. Оценочная величина на 24 линиях может составлять порядка 35% экономии полосы пропускания. Но эффективность данного алгоритма зависит также от использования такой особенности как music on hold. И, наконец, MLPPP помогает построить эффективные схемы передачи коротких голосовых пакетов при наличии в потоке больших пакетов с данными. Это происходит путем разбиения больших пакетов и чередования их с короткими. Величина заголовка MLPPP добавляет 6 байт.

Произведем выбор типа кодека. В таблице 2.2 представлены основные характеристики наиболее распространенных кодеков.

Таблица 2.2- Основные характеристики  распространенных кодеков

Алгоритмы сжатия голоса.
Алго ритм	Стан дарт	Требуемая пропускная способность (Кбит/с)	Нагрузка на DSP, MIPS	Суммарная задержка кодека (мс)	Качество передачи голоса		Сфера применения
					Данные МСЭ	Данные Р. Кокса
PCM (ИКМ)	G.711	64 (сжатие отсутствует)	нет	0,25	4,11	4,2	ТфОП
ADPCM	G.726	32 (возможны также 40, 24 и 16)	10	0,25	3,85	4,1	ТфОП, радиотелефоны
CS-ACELP	G.729	8	30	25	3,92	4,1	VoATM, VoFR, VoIP
CS-ACELP Annex A	G.729A	8	20	25	Не хуже G.726	Не хуже G.726	VoATM, VoFR, VoIP
LD-CELP	G.728	16	40	1,25	3,61	4,1	ТфОП
MP-MLQ	G.723.1	5,3/6,4	30	67,5	Н/д	4,05/3,55	Мультимедиа-связь, VoIP

Одним наиболее эффективным  по соотношению скорость потока/качество является кодек G.723.1 (5,3 кбит/с) с поддержкой VAD.  В качестве протоколов уровня 2 выберем PPP, сжатие заголовков применяться не будет (в связи с отсутствием программных средств у провайдера).В таблице 2.3 указаны параметры создаваемой сетевой нагрузки для каждого типа кодеков.

Для рассматриваемого проекта  можно рассчитаем требуемую полосу пропускания для кодека G.723.1 следующим образом:

1.Размер голосового  пакета = IP заголовок + UDP заголовок + RTP + полезная нагрузка = 20 + 8+ 12 + 20= 60 байт.

Таблица 2.3 – Параметры создаваемой сетевой нагрузки для каждого типа кодека

Тип кодека	Размер передаваемого блока		Размер пакета	Требуемая пропускная способность  на  уровне2 (при использовании Ethernet)	Требуемая пропускная способность  на  уровне2 (при использовании PPP)	Требуемая пропускная способность  на  уровне2 (для Frame Relay)
	мсек	Байт	Байт	Кбит/c	Кбит/c	Кбит/c
G.711 (64 Кбит/c)	10	80	120	116.8	97.6	103.2
	20	160	200	90.4	80.8	83.6
	30	240	280	81.6	75.2	77.1
G.729 (8 Кбит/c)	10	10	50	60.8	41.6	47.2
	20	20	60	34.4	24.8	27.6
	30	30	70	25.6	19.2	21.1
G.723.16. (3 Кбит/c)	30	24	64	24.0	17.6	19.5
G.723.1 (5.3 Кбит/c)	30	20	60	22.9	16.5	18.4

2.Размер пакета в  битах = 60 байт ∙ 8 бит = 480 бит .

3.Интервал формирования  блоков данных кодеком = 30 мс.

4.Коэффициент k_VAD , учитывающий действие VAD равен 0,7.

V_1VOICE=480∙0,7/30∙10^-3=11,2 кбит/с.

Таким образом, получаем, что реальная полоса для передачи 1 голосового канала при использовании кодека G.723.1(3.3) составляет 11,2 Кбит/c. С учетом полосы, требуемой для передачи сообщений протокола RTCP (Доля трафика сессии, выделенная на RTCP должна быть не более 5%), получаем: V_1voice=11,76 кбит/с.

Рассчитаем пропускную способность для всех направлений. Определим пропускную способность канала между VoIP шлюзом и ТФоП:

 

 

Определим пропускную способность канала в направлении SIP.EDU.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ IP-телефонии

 

3.1 Анализ вариантов подключения к провайдеру

Как было отмечено выше, особенностью является отсутствие УАТС, что кардинально меняет сценарий подключения к проекту.

Возможно рассмотреть два варианта:

- использование конвергированной IP-УАТС c поддержкой как протоколов сигнализации IP сети (SIP), так и подключения по PRI;

- использование псевдо-УАТС  на базе шлюза к ТФоП и  сигнальной инфраструктуры  SIP протокола.

Первый вариант предполагает выбор IP-УАТС и в принципе позволяет создать на уровне аналог УАТС. При реализации второго варианта, создается структура VoIP с использованием аппаратных и программных терминалов протокола SIP. Подключение абонентов с обычными терминалами ТФоП производится исключительно через шлюз.

 

3.2 Подключение с использованием УАТС

Для построения корпоративной  голосовой сети D-Link предлагает 6 типов шлюзов: DVG-2032S, DVG-3032S, DVG-2032S/16CORU, DVG-4032S, DVG-2016S, DVG-3016S, DVG-4088S.

Для определения типа шлюза, наиболее оптимально подходящего для того или иного филиала, используются следующие основные критерии:

1. Количество абонентов,  и их потенциальный рост

2. Процентное соотношение по типу абонентов: аналоговые, цифровые или IP

3. Тип используемых городских соединительных линий

4. Требуемая степень  защищенности шлюза от обрыва канала связи с центром или остановки центрального процессора

5. Необходимость поддержки функций Центра обработки вызовов.

 

В данном случае наиболее предпочтительным является шлюз DVG-4032S совмещающий в себе возможности подключения как к интерфейсу FXS так и к интерфейсу FXO. Помимо этого данный шлюз предоставляет следующие функции:

• Удержание вызова, ожидание, переадресация, пересылка вызова;
• Удобный контроль с системой регистрации телефонных вызовов;
• Отображение идентификатора вызывающего абонента (Caller ID).

Подключение на основе псевдо-УАТС с поддержкой SIP предполагает создание следующих компонентов:

- инфраструктуры поддержки SIP протокола (SIP Proxy, Registrar, Location Server)

- средства тарификации (billing) и аутентификации;

- средства преодоления NAT;

- поддержки БД пользователей и взаимодействия по LDAP протоколу.

 

3.3 Маршрутизаторы с интеграцией сервисов

Маршрутизаторы новых  серий имеют:

- встроенные средства аппаратного ускорения шифрования трафика;

- возможность дальнейшего увеличения производительности шифрования путем установки опционального модуля VPN;

- функциональность системы предотвращения вторжений (Intrusion Prevention System, IPS) и межсетевого экрана;

- широкий спектр интерфейсных модулей;

- запас производительности для дальнейшего расширения сети и внедрения будущих приложений.

D-Link предлагает два остовных голосовых маршрутизатора: DVX-7090  и DSA-3110 PBX edition.

Голосовой маршрутизатор D-Link DVX-7090 является совместным проектом компаний D-Link и MERA Systems и может применяться в качестве альтернативы аналоговой офисной АТС в торговых центрах, многоэтажных домах, средних и крупных офисах, позволяя использовать существующую сетевую инфраструктуру, как для передачи данных, так и для организации телефонной сети. Его можно также использовать для организации небольшого операторского узла связи (поддерживается Radius-сервер) или телефонного выноса.

Устройство рассчитано на 400 абонентов и поддерживает до 90 одновременных звонков в режиме проксирования медиа-трафика. DVX-7090 обладает богатым функционалом сервисов class-5 (ДВО/VAS) и обеспечивает гибкую настройку, как для всей сети в целом, так и для каждого пользователя в отдельности.

Благодаря поддержке  протоколов установления вызовов SIP и H.323, устройство обеспечивает взаимодействие между клиентами, использующими  любой из этих протоколов. Также DVX-7090 поддерживает автоматическую конвертацию  голосовых кодеков, позволяя избежать проблем несовместимости абонентских устройств.

DVX-7090 обеспечивает регистрацию  SIP/H.323-клиентов, идентификацию и  маршрутизацию вызовов для всего  оконечного оборудования, поддерживающего  протокол SIP/H.323, включая VoIP-шлюзы, IP-телефоны, софтфоны. Система позволяет разделить обслуживание внутренних пользователей локальной сети и внешних, находящихся в зоне Интернет, что обеспечивает их мобильность и доступность.