8.3. Персональная спутниковая радиосвязь
СРЕДСТВА КОММУНИКАЦИИ И СВЯЗИ
1 IP-телефония
А ктивное внедрение во все сферы человеческой деятельности компьютеров, разнообразных баз данных, компьютерных сетей и т.п. привело к значительному увеличению объемов информации, передаваемых на подвижные и стационарные объекты. Это потребовало интенсивного развития средств связи и коммуникаций. В настоящее время эффективно используются и продолжают развиваться системы подвижной связи: сотовые, транкинговые, персонального радиовызова, спутниковые и другие. Все более широкое распространение получают навигационные спутниковые системы, а также системы передачи данных по сетям Интернета с коммутацией пакетов, в том числе и голосовых сигналов (IР-телефония).
1.1 Принципы построения и функционирования сетей IP-телефонии
В телефонных сетях общего пользования (ТфОП) для каждого телефонного разговора осуществляется физическое соединение телефонных каналов (рис. 1). При этом речевой сигнал передается на ближайшую автоматическую телефонную станцию (АТС), где он вместе с сигналами от других абонентов передается по сети межстанционных каналов. При поступлении на АТС назначения передаваемый сигнал выделяется из группового сигнала и поступает к адресату.
Телефонные сети (см. рис. 1), предназначенные для передачи голосовых сигналов, являются сетями с коммутацией каналов. Практически независимо от них существовали сети с коммутацией пакетов (IP-сети), по которым данные передавались в виде пакетов. Реализация идеи передачи голосовых сигналов по сетям с коммутацией пакетов в режиме реального времени привела к появлению IP-телефонии Сегодня IP-телефония - важнейшая телекоммуникационная технология, позволяющая использовать Интернет или любую другую IP-сеть для организации международных и междугородных телефонных разговоров. В России IР-телефония была фактически легализована 1 июня 1999 года как услуга пакетных голосовых сообщений в рамках телематической службы (Телемати́ческие службы (ТМ службы) — службы электросвязи, за исключением телефонной, телеграфной служб и службы передачи данных, предназначенные для передачи информации через сети электросвязи. Примерами ТМ служб являются: факсимильные службы, службы электронных сообщений, службы голосовых сообщений, службы аудио/видеоконференции, а также службы доступа к информации, хранящейся в электронном виде).
Сети с пакетной коммутацией могут быть локальными, корпоративными, региональными и глобальными сетями. Любая передача информации по сетям регламентируется протоколом - набором правил, который определяет последовательность действий пользователей при обмене информацией. Именно от названия протоколов (протоколы TCP/IP), регламентирующих взаимодействие между компьютерами в сети, произошел термин IР-телефония.
Протокол IP (Internet Protocol) отвечает за формирование возможных маршрутов через множество промежуточных сетей и передачу данных по этим маршрутам. В свою очередь, протокол TCP (Transmission Control Protocol) организует безошибочный прием передаваемых данных.
При передаче голоса он проходит несколько этапов обработки. Вначале осуществляется преобразование аналогового голосового сигнала в цифровой сигнал с последующим подавлением ненужных пауз и фонового шума. Затем производится сжатие цифрового сигнала и разбивка его на пакеты, к которым добавляется протокольная информация - адрес получателя, порядковый номер пакета и данные для коррекции ошибок. Пакеты транспортируются в сети независимо друг от друга и в общем случае по разным маршрутам.
При поступлении пакетов на терминал получателя происходит их накопление, проверка и восстановление порядковой последовательности. Некоторые пакеты могут быть вообще потеряны при доставке либо время их доставки превышает допустимые пределы. Так как передача голоса критична ко времени доставки, то приемный терминал не запрашивает повторную передачу ошибочных или потерянных данных, а пытается сам восполнить утерянную информацию. Для этого может быть применен алгоритм аппроксимации, позволяющий на основе полученных пакетов приблизительно восстановить потерянные пакеты либо заменить их данными случайным образом. Затем информация декомпрессируется и преобразуется в аудиосигнал, несущий голосовую информацию получателю. Качество связи по IP-телефонии оценивается уровнем искажения голоса; частотой «пропадания» голосовых пакетов; временем задержки (между произнесением фразы первого абонента и моментом, когда она будет услышана вторым абонентом).
Передающие и приемные пункты должны быть оснащены соответствующим набором программно-аппаратных средств. Ключевым элементом структурной схемы IP-телефонии является связка «шлюз - IP-сеть - шлюз» (рис. 2).
Шлюз (Gateway) - это основная и неотъемлемая часть архитектуры IP-телефонии, соединяющая телефонную сеть с IP-сетью. Он осуществляет конвертацию (преобразование) аналоговых и цифровых сигналов традиционной телефонии в протокол передачи речевого сигнала в коммуникационных сетях, например в Интернете, а также их обратное преобразование при приеме из сети.
Шлюзы разных производителей отличаются способом подключения к телефонной сети, емкостью, аппаратной платформой, реализованными кодеками, интерфейсом и другими характеристиками.
По сравнению с первыми версиями решений IP-телефонии, которые допускали искажение и прерывание речи, качество связи в настоящее время значительно улучшилось. Усовершенствование системы кодирования голоса и новые алгоритмы восстановления потерянных пакетов позволили достичь такого качества речи, при котором собеседники часто не догадываются, что соединение происходит по технологии IP-телефонии. Понятно, что задержки влияют на темп беседы. Известно, что для человека задержка до 250 миллисекунд практически незаметна. Существующие на сегодняшний день решения IP-телефонии не превышают этого предела и продолжают развиваться по следующим направлениям:
совершенствуются телефонные серверы;
развиваются частные (корпоративные) сети (их владельцы могут контролировать ширину полосы пропускания и, следовательно, величины задержки);
развивается сеть Интернет, предлагаются новые технологии, например Reservation Protocol (RSVP), позволяющие резервировать полосу пропускания.
1.2 - Конфигурации сетей IP-телефонии
На основе базовых операций, выполняемых шлюзами, можно построить ряд конфигураций сетей IP-телефонии. Соединение «от телефона к телефону» (рис. 3) осуществляется с обычного телефонного аппарата через АТС. Затем сигнал через шлюз IP-телефонии передается в IP-сеть, доходит до другого шлюза, который осуществляет обратные преобразования. Вместо телефонных аппаратов могут быть включены факсимильные аппараты. Для выполнения звонка по этому соединению надо позвонить оператору IP, обслуживающему шлюз, ввести с телефонного аппарата 300 код и номер вызываемого абонента и разговаривать так же, как при обычной телефонной связи.
Если компьютер подключен к локальной вычислительной сети, то для организации соединения «от компьютера к телефону» требуется маршрутизатор (рис. 4).