VoIP-шлюзы корпоративного класса: обзор технологий и оборудования

Д.А. Дмитриев, технический консультант

А.А. Касаткин, руководитель направления «Пакетные технологии» компании «ИМАГ»

Понятие «IP-телефония» давно стало привычным для нас, без IP-телефонии уже сложно представить нашу жизнь. О поддержке технологии и о своих VoIP-решениях заявили практически все производители телекоммуникационного оборудования.

Технология VoIP позволяет компаниям создавать мультисервисные сети, объединяя передачу данных, голоса и видео в одной сети, что ведет к существенному снижению расходов на построение и эксплуатацию телекоммуникационной инфраструктуры.

Ключевым элементом любого VoIP-решения является шлюз, необходимый для сопряжения телефонных (голосовых) сетей и сетей передачи данных с протоколом IP.

Данная статья публикуется в продолжение темы, начатой ранее на страницах журнала (Дементьев И.Н., Масленников  И. О. Шлюзы IP-телефонии. Обзор решений операторского класса // Технологии и средства связи. 2004.№2. - Прим. ред.). Если в прошлой публикации был дан подробный обзор операторских VoIP-шлюзов, то в настоящей статье будут представлены решения корпоративного класса.

Из существующего многообразия решений для построения корпоративных VoIP-сетей - IP-АТС, интегрированные модули с поддержкой VoIP для УПАТС и VoIP-шлюзы - мы остановимся на рассмотрении последних, которые имеют широкое назначение и позволяют взаимодействовать с оборудованием различных производителей.

Для чего это нужно?

Технология VoIP относится к сфере организации пути доставки речевой информации от одной точки до другой, от одного абонента к другому с использованием в качестве среды передачи IP-сеть. Передача трафика по сетям с коммутацией каналов является платной услугой (за организацию выделенного канала между абонентами), где сумма оплаты зависит от протяженности канала связи.

Принцип организации IP-сети (Интернет) подразумевает, что доставка информации не зависит от расстояния между абонентами глобальной сети. Следовательно, при использовании VoIP единственные возникающие затраты - плата за подключение к Интернету и объем передаваемой информации.

Таким образом, шлюзы IP-телефонии позволяют предоставлять пользователям возможности для создания оптимальных и эффективных решений насущных проблем при построении корпоративных сетей связи.

Создание единой корпоративной сети

Для решения задач построения единых корпоративных сетей связи обычно используются возможности УАТС, а также телефонные линии традиционной связи. Организация каналов VoIP на базе шлюзов позволяет компаниям при сохранении первоначальных инвестиций в инфраструктуру сетей связи и технологии работы сотрудников добиться существенного снижения затрат на услуги связи с переходом на единую стоимость минуты разговора корпоративных абонентов, увеличения доступности абонентов за счет множественности альтернативных маршрутов (рис. 1).

Вынос абонентской линии УАТС через IP-сеть

Перед многими компаниями стоит задача организации работы рабочих мест вне офиса и, как вариант, командированных сотрудников (рис. 2). Абонент, находящийся за пределами офиса, должен не просто иметь возможность дозвониться в офис или принять оттуда вызов, но и получить доступ ко всем услугам офисной УАТС, в частности к переадресации вызовов, групповому вызову, конференц-связи и т.п.

Организация транспорта дальнего трафика

Как правило, тарифы оператора на терминацию трафика междугородной и международной связи, доставленного через IP-сеть, ниже, чем при передаче его через телефонную сеть. Важно и то, что компания не задействует свои городские телефонные линии, они остаются свободными для входящей связи. Использование шлюзов IP-телефонии позволяет подключаться к различным биржам IР-телсфонии, сразу к нескольким операторам для создания собственных маршрутов с оптимальными тарифами, резервировать маршруты на случай перегрузок или отказов в сети оператора.

Решение проблемы занятости телефонных линий входящей связи

Применение VoIP позволяет осуществлять через IP-сеть не только междугородные вызовы, но и местные. Нет необходимости прокладывать дополнительные линии и приобретать номерную емкость, что требует значительных инвестиций. Наличие VoIP-оборудования у партнеров и клиентов позволит им делать звонки в ваш офис через Интернет напрямую по IP-адресу вашего шлюза.

Получение номерной емкости

Несмотря на появление все большего количества операторов, предлагающих услуги телефонной связи, для компаний по-прежнему является проблемой получение номеров. Сегодня даже при наличии свободных номеров и коммутационных ресурсов операторы во многих случаях просто не имеют возможности установить абоненту новую или дополнительную телефонную линию.

Однако в то же время существующие технологии позволяют без лишних усилий и затрат организовать высокоскоростной канал доступа в Интернет и предоставить услуги телефонии по этому каналу. Дальнейшее развитие данного сервиса позволяет получить в одной точке доступа номера, относящиеся к различным регионам и даже странам. Например, в последнее время активно развивается услуга предоставления спутниковых каналов передачи данных, которая позволяет при достаточно невысоких затратах организовать в любом месте доступ в Интернет, телефонию с любым количеством номеров и цифровым качеством связи, передачу видеоинформации. Дополнительным преимуществом данного решения является мобильность этой услуги.

Мобильность телефонных номеров

Компания, решившая сменить офис, при переезде сталкивается со следующей проблемой: как перевести свои номера, привычные для партнеров и заказчиков, на новый адрес. Можно, конечно, воспользоваться услугой оператора фиксированной связи по переводу вызовов на ваши новые телефонные номера, но для этого их все равно надо получить, что стоит недешево, да и сама услуга небесплатна. В случае, когда номера были получены с использованием VoIP, данная проблема решается чрезвычайно просто - достаточно лишь сообщить оператору свой новый IP-адрес.

Организация ведомственной сети связи

Некоторые компании в силу специфики своей производственной деятельности уже имеют или строят разветвленную и протяженную сеть технологических каналов передачи данных для сбора различного рода телеметрической информации. Для нормальной работы обслуживающего персонала необходимо обеспечить возможность связи с диспетчерами. Применение VoIP в технологической IP-сети позволяет минимизировать затраты на организацию служебной связи, не требует согласования с регулирующими органами и позволяет использовать телефонные аппараты как с номеронабирателем, так и без него.

Отличительные особенности корпоративных шлюзов

Основные отличия корпоративных решений от операторских состоят в ожиданиях и решаемых задачах корпоративных пользователей:

• обеспечение высокого качества передачи речи по сетям передачи данных не только с высокой, но и с низкой пропускной способностью;
• обеспечение эффективного использования полосы пропускания на существующих каналах передачи данных;
• легкая интеграция с существующими сетями связи и наличие различных телефонных и сетевых интерфейсов для подключения различного телекоммуникационного оборудования;
• возможность адаптации VoIP-оборудования под различные задачи, наличие встроенных средств гибкой маршрутизации вызовов и создания единых номерных планов;
• работа в условиях различных сетевых сред;
• поддержка механизмов качества обслуживания (QoS);
• возможность подключения к операторским сетям по различным стандартным протоколам;
• удобство администрирования и высокая надежность при эксплуатации.

Рис.1 Пример построения единой корпоративной сети связи и передачи данных

Характеристики корпоративных шлюзов

Поддерживаемые протоколы VoIP

Для управления вызовами, как правило, используются три основных протокола: Н.323, SIP, MGCP.

Наиболее распространен и России протокол Н.323. Рекомендация близка к традиционным системам сигнализации с протоколом Q.931, нацелена на решение задач администрирования конечных пользователей, адресации, контроля за использованием полосы пропускания сети и сетевых объектов.

В последнее время, становится популярным протокол SIP, в основе которого лежит архитектура «клиент - сервер», он прост для реализации, добавления новых функций и интеграции с различными Интернет-сервисами.

Таким образом, Н.323 больше подходит для построения корпоративных сетей связи, аналогичных традиционным сетям, наложенным на сеть передачи данных, SIP - для реализации распределенных приложений под управлением прокси-сервера SIP.

В целом Н.323 и SIP не являются конкурентами друг для друга и ориентированы на решение разных задач. Они могут работать параллельно и дополнять друг друга. Поэтому особенно актуальна поддержка шлюзами совместной работы VoIP-протоколов без замены внутреннего ПО.

Голосовые интерфейсы

Для сопряжения с телефонным оборудованием необходимо обеснечить, возможность поддержки различных голосовых интерфейсов. Назовем основные из них.

Аналоговые интерфейсы (VoIP шлюзы FXS / FXO):

• FXS - для подключения телефонных/факсовых аппаратов или портов соединительных линий (СО или trunk);
• FXO - для подключения к абонентским линиям УПАТС или городской АТС;
• Е&М - для подключения к соответствующим портам телекоммуникационного оборудования;

Цифровые интерфейсы (цифровые VoIP шлюзы):

• ISDN BRI - для подключения к абонентским цифровым портам АТС;
• Е1 - для подключения к портам соединительных линий АТС.

Рис.2 Организация выноса абонентских линий УАТС

Сетевые интерфейсы

Корпоративные VoIP-шлюзы также должны обеспечивать различные варианты подключения к сетям передачи данных. Для подключения к WAN-сетям требуется наличие таких сетевых интерфейсов, как Ethernet, V.35, xDSL, HPNA.

Чрезвычайно удобным является наличие сетевого интерфейса Ethernet для подключения к LAN-сетям.

Масштабируемость

В отличие от операторских решений корпоративные шлюзы обладают невысокой плотностью портов - до 60 аналоговых портов и до 8 потоков Е1 на шасси; могут иметь фиксированный набор голосовых интерфейсов или набор различных голосовых модулей для установки в шасси.

Аппаратная реализация

Корпоративные шлюзы, как правило, выполнены в виде отдельных устройств и могут иметь как компактное (настольное) исполнение, так и конструктив для монтажа в стойку 19". Также существуют решения в виде аппаратно-программных комплексов па базе персональных компьютеров и плат CTI.

Резервирование соединений

Вопросы резервирования в корпоративных шлюзах решаются за счет оперативного перенаправления или организации нового вызова через телефонную сеть. Для этого шлюзы оснащаются дополнительными портами с целью подключения к резервным телефонным линиям, на которые вызов автоматически переключается в случае пропадания питания или ухудшения параметров IP-сети.

Для особо критичных приложений существует оборудование с дублированием блока питания, центрального процессора, а также резервированием сетевых интерфейсов.

Расширенные возможности

Некоторые корпоративные шлюзы могут иметь расширенные возможности в виде встроенного маршрутизатора для подключения LAN к сетям передачи данных, гейткипера и/или таблиц маршрутизации. Наличие таких функций обеспечивает решение целого ряда задач корпоративных сетей без необходимости приобретения дополнительного оборудования.

Основные требования, предъявляемые к корпоративным шлюзам

В первую очередь необходимо учитывать наиболее критичные для корпоративного применения шлюзов моменты.

Качество голоса, передаваемого по IP-сетям

Качество голоса - субъективная оценка, которая складывается из таких параметров, как разборчивость, чистота и тональность речи, уровень громкости, наличие или отсутствие эха. Влияют на данные показатели как сама IP-сеть, так и возможности шлюза:

• эффективность использования полосы пропускания:
  • определяется используемыми кодеками сжатия голоса - G.729, G.723, G.711, которые позволяют сжать голосовой трафик в несколько раз;
  • функция подавление пауз в разговоре (VAD) позволяет сократить трафик за счет того, что, когда абонент молчит, передача пакетов не осуществляется;
  • генерация комфортного шума (CNG) обеспечивает моделирование фоновых шумов вместо вырезанных пауз на стороне слушателя;
• задержка - время, вносимое шлюзом при кодировании и декодировании речевого сигнала;
• буфер джиттера - обеспечивает интеллектуальную обработку задержек доставки пакетов, связанных с природой IP-сетей, для восстановления требуемой последовательности воспроизведения голоса;
• компенсация потерянных пакетов - позволяет сглаживать искажения в воспроизведении устойчивой речи, вызванной потерей при доставке пакетов (до 5-7%);
• эхоподавление - механизмы для компенсации эха, возникающего при передаче по сети;
• управление уровнем сигнала - обеспечивает возможность регулировать уровень громкости входящих и исходящих аудиосигналов.

Качество передачи сигнализации

Установление и завершение вызова, передача сигналов DTMF, управление соединением определяются четкой реализацией общепринятых рекомендаций, следование которым гарантирует надежность и полную совместимость работы оборудования различных производителей.

Механизмы качества обслуживания

Для обеспечения качества IP-телефонии (QoS - Quality of Service) разработаны специальные протоколы: RSVP, RTCP, DiffServ, ToS. Некоторые механизмы труднореализуемы в условиях глобальных сетей, но подходят для корпоративных сетей, где есть возможность настроить поддержку единых параметров в маршрутизаторах.

Поддержка протокола Т.38

Несмотря на то что многими производителями функция передачи факса в режиме реального времени заявлена, она может иметь нестандартную реализацию и, как правило, позволяет передавать факсы только между однородным оборудованием либо эта функция вообще может быть не реализована.

Наличие различных голосовых интерфейсов

Использование тех или иных голосовых интерфейсов определяется типом оборудования, к которому подключается шлюз, и количеством необходимых голосовых каналов. При использовании подключения шлюзов к абонентским линиям становится актуальной проблема распознавания шлюзом сигналов «отбой», «занято» для освобождения линии.

Оборудование должно либо автоматически настраиваться на пользовательскую сигнализацию, либо позволять гибко подстраиваться под необходимые параметры телефонных линий.

Средства маршрутизации вызовов

Для организации единой корпоративной сети при подключении удаленных абонентов выбираемое оборудование должно обеспечивать возможность гибкой, интеллектуальной маршрутизации вызовов в IP-сети в зависимости от номера вызываемого абонента или префикса направления, поддержку нескольких маршрутов по одному направлению в зависимости от качества и загрузки IP-канала, выполнение преобразования номеров в соответствии с заданными правилами.

Функции ограничения доступа и обеспечения безопасности

Для обеспечения безопасности в администрировании и эксплуатации VoIP-шлюзов требуется наличие функций межсетевого экрана, позволяющих организовывать управление доступом через сетевой интерфейс и ограничить доступ на голосовые порты шлюза.
Безопасность VoIP-соединения обеспечивается за счет шифрования или туннелирования.

Функции администрирования

При администрировании требуется следующий функционал: поддержка нескольких сервисов для управления и мониторинга, таких, как Telnet, Rlodgin, SNMP, SSH, Web, возможность как автоматического, так и ручного сохранения и оперативного восстановления программного обеспечения и конфигурации голосовых шлюзов.

Для упрощения процедуры одновременного администрирования большой группы VoIP-шлюзов многие производители предлагают дополнительное ПО.

Сетевые возможности

Реализация различных сетевых протоколов позволяет значительно расширить область решаемых задач. Данные возможности не являются необходимыми, но использование одного устройства для единой мультисервисной сети более оптимально и обоснованно.

Обзор решений

Для данного обзора были выбраны решения ряда производителей, как хорошо известных, так и тех, с которыми еще только предстоит познакомиться российским пользователям этой продукции. Представленные решения обеспечивают подключение к телефонным сетям как по аналоговым, так и по цифровым линиям, характеризуются масштабируемостью и универсальностью.

AddPac Technology Co., Ltd

Для AddPac характерна широкая линейка различных голосовых шлюзов VoiceFinder и мультисервисные маршрутизаторы с поддержкой передачи голоса, данных, видео и широковещательного аудио.

Это оборудование совсем недавно появилось на российском рынке (2003 г.), но пользователи уже успели оценить его преимущества.

Шлюзы VoiceFinder имеют различный набор и плотность голосовых интерфейсов FXS/FXO/E&M/E1.

Модели от компании AddPac являются многофункциональными устройствами, совмещая в себе функции классического шлюза, gatekeeper для управления вызовами и возможности роутера с поддержкой основных протоколов маршрутизации данных, сетевых средств безопасности и авторизации. Уникальные разработки компании позволяют обеспечить совместную передачу голоса, высококачественного видео и широкополосного аудиосигнала с качеством МРЗ в одном устройстве.

Программное обеспечение (ПО) AddPac APOSTM поддерживает одновременную работу протоколов Н.323, SIP, MGCP, реализует максимально полное соответствие принятым рекомендациям, обеспечивает высокое качество передачи голоса и сигнализации.

AudioCodes Ltd

Основным направлением деятельности компании являются разработка и производство технологических решений в области IP-телефонии. Оборудование компании хорошо известно и поставляется на российский рынок с 2003 г.

Компания, начинавшая свою деятельность как разработчик и производитель только компонентов для OEM, в настоящее время является крупным поставщиком законченных высокопроизводительных аппаратно-программных решений.

Для корпоративных пользователей предлагается линейка продуктов с поддержкой аналоговых голосовых интерфейсов MediaPack и Mediant 2000 для подключения к цифровым потокам Е1. Шлюзы серии MediaPack поддерживают до 24 интерфейсов FXS и до 8 FXO, а шлюзы серии Mediant 2000 поддерживают до 16 потоков Е1.

Семейство оборудования представляет собой классические шлюзы, предназначенные для решения задач сопряжения телефонных сетей с сетями передачи данных.

Оборудование обеспечивает высокое качество передачи голоса, поддерживает работу протоколов Н.323, SIP.

BOScom

Израильская компания BOScom предлагает на рынке шлюзы под торговой маркой BOSaNOVA семейства Vintage и Claro. В России оборудование компании появилось в конце 2004 г.

Шлюзы BOSaNOVA управляются ОС Linux, они поддерживают протоколы Н.323, SIP и гарантируют высокое качество передачи голоса.

Главной особенностью данных шлюзов является то, что они позволяют строить корпоративную сеть связи с гибким планом маршрутизации. При этом нет необходимости использовать gatekeeper, так как каждый шлюз является контроллером соединений.

Линейки Vintage и Claro отличаются по методу включения в сеть связи предприятия и по функциональным возможностям. Шлюзы выпускаются с фиксированным набором аналоговых (FXO/FXS) или цифровых (El/Tl PRI) голосовых интерфейсов.

Отдельно стоит сказать об универсальном шлюзе ROBO. Данный шлюз представляет собой полнофункциональное решение для малого офиса или дома. Шлюз BOSaNOVA ROBO имеет 2 порта FXS и два порта FXO, а также встроенный полноценный Switch на 4 порта LAN. Шлюз позволяет организовать защищенный доступ в Интернет и имеет встроенный NAT.

Cisco Systems

Широкий спектр голосовых шлюзов (от узкоспециализированных до многофункциональных маршрутизаторов), оснащенных голосовыми интерфейсами, выпускает компания Cisco Systems.

Оборудование этого производителя хорошо известно и широко представлено на рынках многих стран, в том числе и в России.

Линейка голосовых шлюзов поддерживает широкий набор голосовых интерфейсов (FXS/FXO/E&M/E1/ BRI) и обеспечивает различную плотность подключаемых устройств на шасси.

Для работы в сетях IP-телефонии поддерживаются различные протоколы в зависимости от типа модели и версии ПО.

Голосовые шлюзы обеспечивают гибкую маршрутизацию вызовов, высокое качество передачи голоса, целый ряд шлюзов поддерживает функцию отказоустойчивой телефонии для удаленных офисов SRST в случае потери связи с центральным офисом/сервером.

Основной идеей Cisco при разработке оборудования IP-телефонии было создание специализированных модулей и развитие операционной системы уже существующих моделей.

MultiTech

Компания MultiTech предлагает модельный ряд VoIP-шлюзов Multi-VOIP, которые представляют собой линейку продуктов, охватывающую шлюзы с аналоговыми и цифровыми голосовыми интерфейсами.

Представленные сегодня на рынке модели имеют фиксированное количество голосовых портов. Голосовые шлюзы линейки MultiVOIP поддерживают от 1 до 8 аналоговых (FXS, FXO и Е&М) голосовых интерфейсов. Линейка цифровых шлюзов с интерфейсом ISDN BRI позволяет подключать от 4 до 8 абонентов, а с интерфейсом ISDN PRI - до 2 потоков Е1/Т1.

Все модели линейки поддерживают протоколы Н.323 v.4 и SIP, высокое качество голоса. Для построения корпоративных сетей связи существует возможность настройки единого плана набора для управления вызовами в IP-сети.

Для удобства администрирования и настройки голосовых шлюзов MultiVOIP компания разработала ПО Mul-tiVOIPManager, которое позволяет значительно упростить администрирование и мониторинг уже установленного оборудования.

Patton Electronics

В предлагаемый модельный ряд VoIP-продуктов SmartNode компании Patton Electronics входят VoIP-шлюзы и мультисервисные маршрутизаторы, различающиеся количеством обслуживаемых линий и интерфейсами. На российском рынке оборудование появилось в конце 2004 года.

Предлагаемые модели могут иметь как фиксированный набор голосовых интерфейсов, так и набор голосовых модулей, за счет чего обеспечивается расширение системы до 16 аналоговых портов и до 4 потоков Е1 на шасси.

Оборудование поддерживает аналоговые голосовые интерфейсы (FXO/FXS) и цифровые (ISDN BRI, ISDN PRI El/Tl).

ПО SmartWare данного оборудования поддерживает протоколы Н.323, SIP, MGCP, обеспечивает высокое качество голоса и поддержку настройки планов маршрутизации.

Дополнительно компания предлагает продукт SmartView - это ПО, обеспечивающее удобную и простую настройку оборудования SmartNode для интеграции в существующие системы сетевого управления.

Samsung Electronics

Компания Samsung представляет на российском рынке голосовые шлюзы SMG-400 и SMG-3200.

SMG-400 является компактным решением для небольших офисов. Устройство поддерживает 4 канала VoIP и имеет 4 порта FXS/FXO для подключения офисных АТС и аналоговых устройств.

SMG-3200 представляет собой устройство с 4 слотами для установки голосовых модулей FXS/FXO/ Е&М/Е1 (от 8 до 32 одновременных голосовых каналов). Для всех соединений шлюз SMG-3200 выполняет сжатие данных, эхоподавление и передачу многочастотных сигналов (DTMF).

Оборудование поддерживает протокол Н.323, обеспечивает создание гибкого плана маршрутизации, поддержку механизмов QoS средствами маршрутизаторов Cisco.

Quintum Technologies

Канадская компания Quintum Technologies является одним из ведущих производителей оборудования для IP-телефонии, специализирующейся на производстве шлюзов, gatekeeper, трансляторов соединений, серверов управления сетью, многомаршрутных коммутаторов (multIPathswitch).

Линейка оборудования Tenor включает в себя серию Tenor AS для малых офисов с поддержкой до 4 порто! FXS, серию Tenor AX - до 24 аналоговых портов FXS/FXO, серию Tenor DX - до 4 потоков Е1.

Оборудование Tenor - это классические шлюзы, необходимые для решения задач качественной передачи голоса по сетям. При этом компания предлагает использовать фирменные технологии MultiPath, SelectNet для обеспечения интеллектуальной маршрутизации вызовов и качества соединений, PacketSaver - для оптимизации полосы пропускания посредством объединения голосовых пакетов нескольких вызовов в один пакет. Шлюзы Tenor поддерживают протоколы Н.323 и SIP.

Для удобства администрирования устройств существует ПО (GUI) Quintum Tenor Configuration Manager и Quintum VoIP Network Manager.

Заключение

Имеющееся на рынке предложение VoIP-оборудования позволяет в полной мере решить любые задачи построения корпоративных сетей связи и отвечает самым взыскательным требованиям потребителей.

VoIP-шлюзы обеспечивают высокое качество передачи голоса по сетям передачи данных даже с низкой пропускной способностью, что позволяет существенно расширить область их применения.

Дальнейшее развитие шлюзов и появление у них различных дополнительных возможностей позволяет использовать их не только как элемент существующей инфраструктуры, но и как готовые, законченные решения.

При внешней схожести параметров оборудования различных производителей тем не менее остаются часто значительные расхождения в реальной работе.

Жесткие требования, предъявляемые к системам корпоративной связи, заставляют потребителей при выборе оборудования ориентироваться в наибольшей степени на показатели качества, функциональности и надежности, а не на объем первоначальных затрат. Ни для кого не секрет, что очень часто низкая стоимость приобретенного оборудования оборачивается потом высокими затратами на его содержание и обслуживание.

VoIP перестала быть просто «забавой» и средством для общения друг с другом через Интернет, когда можно не обращать внимания на некоторые проблемы передачи голоса и данных только потому, что это недорогое решение.

Технологии и средства связи, №6 2004