Позвони нам, позвони...

Можно до хрипоты спорить о достоинствах и недостатках той или иной технологии передачи голоса. Можно тратить деньги и силы для осуществления крупных телекоммуникационных проектов. Но прежде всего нужно понять, чего же мы хотим добиться.

В этой статье я хотел бы обсудить только один аспект телекоммуникационных технологий - компьютерную телефонию, какой я ее вижу в российских условиях.

Оцифровываем голос

Для любой системы компьютерной телефонии необходим оцифрованный голос (чаще всего в формате 32 Кбит/с ADPCM). Наиболее часто упоминаемое решение - ПК с дуплексной звуковой карточкой. Даже если вам оно по карману, вы все равно столкнетесь с рядом неудобств. Если к телефонной гарнитуре еще можно привыкнуть, то к компьютеру отношение народных масс (и особенно женских) далеко не однозначное.

Другой вариант - подключение обычного телефона к телефонной плате Dialogic. Это увеличивает стоимость системы но зато позволяет обойтись без компьютерных кнопок. С помощью обычного номеронабирателя вы можете войти в компьютерную телефонную сеть, затем в Интернет и выйти обратно на телефонную сеть далеко за пределами страны пребывания. Впрочем, альтернативой дорогим специализированным телефонным платам может быть голосовой модем с перешитым российскими умельцами ПЗУ.

Если постараться (благодарю Георгия Башилова за наводку - http://www.selsius.com), то можно найти и более удачные решения, одно из которых Selsius-Phone - телефон с Ethernet-интерфейсом и поддержкой стандарта H.323. Такой телефон может работать совместно с программой NetMeeting. Правда, текущая цена такой игрушки (700 долларов) невольно заставляет искать на корпусе инкрустацию золотом.

Но, как это часто бывает, самое оригинальное решение лежит несколько в иной плоскости. Если внимательно изучить внутренности цифровых радиотелефонов, то можно обнаружить, что некоторые из них производят оцифровку голоса непосредственно в трубке и при этом используют упомянутый формат ADPCM.

Наиболее прогрессивными в этом плане оказались радиотелефоны микросотового стандарта DECT (Digital European Cordless Telecommunications). При относительно низкой цене (100 долларов) они обеспечивают хорошее качество звука и целый ряд дополнительных сервисов, например возможность одновременной работы 6-12 трубок с одной базовой станцией.

В России уже есть примеры реализации таких систем. Так, в поселке Вад Нижегородской области (население 6 тыс. человек) на базе системы DRA 1900 производства Ericsson начала работать беспроводная телефонная сеть стандарта DECT. В ближайшее время, по имеющейся информации, подобная система будет установлена в деревне Медян, где проживает 1 тыс. человек.

Заметим, что радиосвязь осуществляется пакетами фиксированной длины, что облегчает передачу голоса в системах компьютерной телефонии.

Заводим цифру в ПК

Есть несколько разновидностей DECT'овских базовых станций (БС), поддерживающих компьютерные интерфейсы. Самая первая система, разработанная компанией Olivetti, представляла собой обычную ISA-плату, которая вставлялась в слот расширения ПК. Другие варианты БС используют стандартные синхронные ISDN-, B-ISDN- и T1/E1-интерфейсы, но назвать их компьютерными можно с большой натяжкой. Однако если Интернет-провайдер предоставил вам подключение по каналу ISDN, то использование двухпортового ISDN-адаптера будет вполне органичным и лишь незначительно увеличит стоимость системы.

Новое поколение БС, помимо аналоговых и синхронных телефонных каналов, будет поддерживать и 10Base-T Ethernet. Это, пожалуй, наиболее удобный способ сопряжения телефонных и компьютерных сетей. Для подключения к одному ПК можно обойтись даже без хаба, если изготовить соответствующий кабель.

Поддержка одной базовой станции никаких особенных требований к компьютеру не предъявляет. Подойдет любой Pentium с PCI Ethernet-картой. Увеличение нагрузки станет заметным, только если включить опцию сжатия звука. Microsoft NetMeeting, например, позволяет сжимать оцифрованный голосовой поток, благодаря чему скорость передачи данных можно снизить с 32 до 5 Кбит/с по алгоритмам G.723.1 и CELP, на 20% увеличивая нагрузку на процессор. Обслуживание большего числа БС потребует и большей производительности компьютера. С точки зрения параметра цена/производительность самым оптимальным для построения мощного телефонного сервера будет, вероятно, Digital-Alpha (64 разряда, тактовая частота 533 Мгц) от Samsung.

Подключаем ПК к Интернету

Существует много способов подключения к Интернету, но не все они хороши для компьютерной телефонии. Обычный модем на 33,6 Кбит/с даст плавающую задержку длительностью 100-500 мс. Не спасет и подключение к выделенному 64-килобитному синхронному порту маршрутизатора Интернет-провайдера. Это связано с неизбежным преобразованием структуры пакетов и многократной буферизацией информационных потоков на пути ПК - RS-232 - модем - модем - маршрутизатор - Ethernet - Интернет. Уменьшить задержки можно, отказавшись от конвертации протоколов. Наиболее приемлемым является подключение ПК непосредственно к локальной сети провайдера по Ethernet 10Base-T (если расстояние не превышает 500 м), 10Base-F (многомодовое волокно, до 2 км), RadioEthernet (до 50 км) или ATM. Самое интересное, что подключение по радиоканалу в Москве обходится дешевле аренды выделенной линии и составляет около 600 долларов в месяц (http://www.orc.ru/prices/arlan.html, http://web.rosmail.com:8080/windows/news/ hotwire.html). Рекомендую также почитать "Компьютерру" #34 от 25 августа 1997 года).

Минимизируем затраты населения

Самой дорогой частью системы компьютерной телефонии является телефонный сервер с постоянным подключением к Интернету. Вряд ли кто сможет позволить себе пользоваться такой игрушкой единолично, логичнее разделить его стоимость между всеми жильцами дома, заинтересованными в Интернет-телефонии. Однако этому обычно препятствует отсутствие разводки в здании сетевого кабеля. А так ли она нужна? Ведь в домах, как правило, уже проложены телефонные линии, причем спектр сигналов в них лежит ниже 4 кГц. Поэтому, используя фильтры-пробки для разделения частот, можно по тем же линиям передавать и сигналы Ethernet.

Подобная технология, известная под названием OverVoice, сейчас испытывается в Америке. Правда, у них разводка делается витой парой, у нас же чаще всего - "лапшой". Кстати, на заре компьютеризации с похожей проблемой (использованием существующей проводки) столкнулись сотрудники ВЦ РАН. Найденное решение поразило даже видавших виды системных интеграторов. Вместо витой пары была использована обычная телефонная "лапша", обильно опутавшая здание. Единственное, что потребовалось, - согласовать волновое сопротивление линий. (У "лапши" оно составляет 600 Ом, у коаксиала - 50 Ом, у витой пары - 120 Ом.) Построенная сеть функционирует и до сих пор. В ней, естественно, тоже иногда теряются пакеты, но тем не менее она вполне работоспособна. Конечно, такое решение нельзя рекомендовать как панацею - "лапша" может создавать радиопомехи на гармониках 5 МГц, да и сама подвержена влиянию внешних помех.

При необходимости можно пойти дальше и понизить частоту кварцевого резонатора Ethernet-адаптера на передающем и приемном концах, заменив при необходимости развязывающий трансформатор. Скорость передачи, конечно, снизится, зато вы получите ощутимый выигрыш в дальнобойности.

Итак, если есть желание сэкономить на прокладке витой пары, то можно использовать имеющуюся телефонную лапшу. Для исключения взаимовлияния низкочастотного телефонного сигнала и высокочастотных импульсов Ethernet на общем домовом кроссе нужно поставить высокочастотные фильтры-пробки. Они позволят сохранить полную функциональность телефонной связи и ограничат область распространения Ethernet-пакетов локальной сетью здания (эдакий OverVoice по-русски).

Рядом с кроссовым шкафом нужно установить телефонный сервер и завести на него необходимое количество каналов. На первом этапе можно (и желательно) обойтись без хаба. Три четырехпортовых PCI Ethernet-платы в сумме дадут 12 входных каналов для базовых станций. В свою очередь, каждая базовая станция одновременно поддерживает до 12 трубок. Итого - 144 входных телефонных канала, каждый из которых состоит из двух потоков по 32 Кбит/с. Если ограничиться пиковой нагрузкой величиной 0,1-0,2 эрланга, то данная система способна обслужить 500-1000 пока ограниченно мобильных абонентов с уникальными затратами - 150-200 долларов на каждого. Ну как? Есть альтернативы?

Учимся говорить заново

И все-таки я хотел бы вернуться к наиболее волнующему меня вопросу - форме человеческого общения при наличии столь совершенных средств. Конечно, можно как и прежде просто звонить знакомым, только задешево. Но стоило ли ради этого огород городить?

Стоило! Я имею наглость утверждать, что такая или аналогичная телефонно-компьютерная система при преодолении некоторого порога обретет новые потребительские качества, как в свое время Интернет вышел из кокона опутавших его проводов. Люди стремятся к общению. Именно это обстоятельство является движущей силой Интернета. Mail, News, Talk, IRC - лишь проявление этой тяги. Следующим шагом должна стать конференц-связь в масштабах дома, микрорайона, города, Интернета.

Позволю себе немного пофантазировать. Итак, я беру радиотелефончик, забираюсь в ванную и выбираю из спичмарков название своей любимой конференции! Как приятно быть захлестнутым волнами человеческих эмоций. Да, анонимность - великая сила. Если чье-то высказывание мне не нравится - я нажимаю кнопку "No". Если оно не по душе не только мне, то у автора фразы есть очень большие шансы больше никогда не высказаться. Если мне кто-то нравится - жму "Yes". Если таких Yes" у моего протеже много - его шансы прервать любого на полуслове заметно повышаются. Вот такая модерируемая народная демократия. Кроме того, можно прослушать реплики, отсортированные по принадлежности или по степени популярности. Эта опция очень полезна, особенно когда входишь в новую конференцию и хочешь мгновенно оказаться в курсе дела.

А еще я мечтаю устроить семинар для своих клиентов, и курсы, и лекции, и запротоколировать некоторые наезды, и… Эх, мечты…

У моей жены и даже у сына есть такие радиотелефончики. И они тоже любят потрепаться о своих проблемах и найти поддержку у совершенно незнакомых людей. Но при этом мы друг другу не мешаем и даже не занимаем домашнего телефона. Если кто-то звонит моей любимой жене, я могу перевести звонок на ее трубку, а могу и не перевести…

Куда бегут пакеты?

Пакеты с мобильных трубок, получаемые базовой станцией, в обычном режиме превращаются в аналоговый сигнал и посылаются в телефонную линию. В режиме конференции работа идет совершенно по-другому. Поступающим с мобильных трубок пакетам протокол Real Time (RTP) присваивает временные метки. На более низком уровне используется User Datagram Protocol (UDP). Он менее надежен, чем ТСР, однако вносит меньшие задержки, что делает его более подходящим для передачи аудио- и видеопотоков. Далее пакет погружается в Ethernet-контейнер, кодируется по манчестерскому коду и смешивается с аналоговым сигналом МГТС на телефонной "лапше" (или подается на отдельный порт).

Фактически БС является урезанным интранет-клиентом телефонного сервера (ТС). Основное отличие БС от удаленных компьютеризированных клиентов заключается в процедуре установления соединения (сигнализации). На приемном конце конференц-сервер (он же Ethernet-switch) осуществляет обратное преобразование и микширует поступающие с БС и от удаленных Интернет-пользователей аудиопотоки в соответствии с рекомендациями международного стандарта H.323. Выходной поток в широковещательном режиме возвращается назад к клиентам. Но если для локальных клиентов качество такого сервиса ничем не будет отличаться от разговора в пределах одной комнаты, то для удаленных Интернет-пользователей QoS (Quality of Service) будет определяться неизбежно возникающими задержками и пропускной способностью канала. Скорее всего, они смогут слушать всех, но ответы будут приходить с запаздыванием на 0,1-1 с.

Другим средством для участия в удаленной конференции может быть обычный телефон. Если позвонить на любую подключенную к конференц-серверу базовую станцию, то ее владелец может подключить вас к требующейся дискуссии.

Локальное участие в конференции не обязательно ограничивается отдельным домом или общим кроссом. Если несколько домов находятся в прямой видимости на расстоянии 100-500 м, то их локальные сети могут быть объединены двумя или несколькими базовыми станциями, поставленными на подоконник. При этом скорость обмена вполне достигать 1-10 Мбит/с.

Что в трубке спрятано моей

На первый взгляд, ничего особенного: телефон, микрофон, 19 кнопок и матричный ЖК-дисплей. И цена вполне обычная для домашнего радиотелефона: от 80 долларов в розницу. Но его внутреннее наполнение приведет в восторг любого ценителя цифровых технологий. Во-первых, скорость передачи данных в радиоканале составляет 1152 Кбит/с, что гораздо выше, нежели могут обеспечить системы GSM и CDMA. Во-вторых, голос оцифровывается и кодируется без дополнительного сжатия по методу ADPCM с образованием потока 32 Кбит/с (8 кГц х 8 бит/2, G.723.1) уже в самой трубке. Встроенный процессор формирует из синхроного аудиопотока пакеты и передает их в одном из двенадцати возможных тайм-слотов. Для передачи в эфир используется гауссовская манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK BT=0,5). Работает трубка на одной из десяти выделенных для этих целей частот диапазона 1880-1900 МГц. Ширина занимаемой полосы - 1728 кГц. Средняя мощность излучения трубки - всего 10 мВт, но несмотря на это она способна работать на расстояниях до 500 м от базовой станции.

Метод доступа к каналу - TDMA. Вся канальная полоса нарезана на 10-миллисекундные TDMA-фреймы, каждый из которых состоит из двадцати четырех 417-микросекундных тайм-слотов. Из них первые 12 отводятся под передачу базовой станции, а оставшиеся 12 - под передачу с мобильных трубок. Каждый тайм-слот представляет собой цифровой радиопакет следующей структуры. Первые 28 мкс передаются 32 бита синхронизирующей последовательности, за ними идет 388 бит (340 мкс) данных, и завершает пакет защитный интервал (49 мкс) с 56 пустыми битами. Поле данных состоит из 64-битового адресного заголовка и контрольной суммы, за ними следует 320 бит оцифрованного в ADPCM речевого сигнала, и в конце пакета - 4 служебных бита и 4 бита завершения.

Я неспроста привел точную структуру передаваемых трубкой пакетов. Если выкинуть 4 бита завершения, то оставшиеся 384 бита, деленные на восемь, дадут знаменитые 48 байт (поле данных ATM-пакетов). Таким образом, сеть ATM является идеальной средой для транспортировки издаваемых мной воплей про АТМ-телефон в каждый дом. А до нее в Москве уже рукой подать.

БС и архитектура DECT

Аппаратная архитектура БС практически ничем не отличается от мобильной трубки. Контроллер большинства современных БС базируется на маломощной интеловской однокристалке 8051. По большому счету, задача этого контроллера - поддержать бесконфликтный радиообмен с мобильными трубками и вывести аудиопоток на внешний аналоговый и/или цифровой проводной интерфейс.

БС для домашнего пользования подключаются по одной или двум двухпроводным аналоговым телефонным линиям и поддерживают тональный и импульсный набор. Широкий выбор производителей и довольно низкие цены (от 90 долларов) делают их вполне конкурентоспособными даже на рынке ширпотребовских аналоговых радиотелефонов.

Офисные системы обычно используют интерфейс B-ISDN или собственные интерфейсы производителя. Зона обслуживания таких систем состоит из микросот и создается сетью базовых приемо-передающих радиостанций, каждая из которых поддерживает одновременно до 12 телефонных разговоров. В зависимости от особенностей окружающей среды радиус действия каждой базовой радиостанции составляет 25-250 м. БС связаны с центральным устройством одной или двумя витыми парами протяженностью до 3,5 км.

Телефонный сервер обеспечивает стыковку с АТС, обработку речи и отслеживание перемещений в зоне обслуживания абонентов системы. Система функционирует таким образом, что пользователь может переходить от одной микросоты к другой без нарушения связи и не замечая перерывов в разговоре.

Речевой сигнал передается в цифровой форме, что при высокой плотности абонентов и конфиденциальности передаваемых телефонных разговоров обеспечивает качество значительно лучшее, чем в любой современной системе сотовой связи. Несомненным достоинством является и безопасный для здоровья уровень радиоизлучения - в процессе разговора мощность передатчика не превышает 10 мВт.

При необходимости обслуживания нескольких тысяч пользователей модули радиообмена могут образовывать сеть. Так, например, все территории концерна Volvo покрывает сеть DECT на базе оборудования Ericsson Freeset DCT-1800, обслуживающая более 10 тыс. абонентов.

Наиболее подходящей транспортной артерией для распределенного по Москве DECT-трафика сегодня является SDH-сеть компании "МТУ-Информ" (http://www.mtu.ru). Она топологически состоит из трех колец STM-4 (622 Мбит/c) и одного кольца STM-16 (2,5 Гбит/с), связанных друг с другом потоками STM-1 (155 Мбит/c), и примыкающих к ним двадцати пяти периферийных колец STM-1 (155 Мбит/c). Эта транспортная сеть позволяет передавать телефонный трафик как от собственных АТС "МТУ-Информ", так и транзитный - от сетей МГТС и других телефонных операторов. Сеть позволяет обслуживать примерно 100 тыс. номеров.

Подключение телефонных серверов к этой сети может осуществляться по каналам Frame Relay и ATM. Максимальное расстояние от потенциальных пользователей до узлов сети составляет 1-3 км. Месячная абонентская плата за 2-мегабитный канал не превышает 1500 долларов, что в пересчете на DECT'овского абонента (64 кбит/с, 0,2 эрл) составит 15 долларов в месяц! А при использовании хорошего сжатия еще в пять раз меньше! DECT'овские операторы, ау…

Коротко про стандарт H.323

Стандарт H.323, разработанный отделением телекоммуникационных стандартов International Telecommunications Union (ITU), органично дополнил и расширил стандарт H.320. Необходимость принятия нового стандарта связана с ограничениями, которые H.320 накладывал на каналы передачи. Большинство систем, совместимых с H.320, работают только на линиях ISDN Basic Rate Interface (64-128 кбит/с). Но далеко не всегда существует возможность развернуть инфраструктуру ISDN ради одного нового вида сервиса.

В стандарте Н.323 в качестве транспортной среды аудио- и видеоданных используется протокол UDP, а в качестве информационной - протокол TCP. Это обстоятельство позволяет интегрировать мультимедийную конференц-связь с существующими корпоративными сетями, в том числе локальными, интрасетями и даже с Internet. Протокол RTP, функционирующий поверх UDP, выполняет синхронизацию и обработку аудио- и видеоданных.

Стандарт Н.323 описывает функции голосовых и видеотерминалов в пакетных сетях с негарантированными задержками. Он охватывает такие области, как передача аудио, информационные телеконференции, мультиплексирование и реверсивное мультиплексирование, управление.

Большинство коммерческих программных средств для проведения телеконференций, которые скоро появятся на рынке (Intel ProShare, Microsoft NetMeeting и др.), будут поддерживать H.323 и базироваться на протоколе IP, хотя последний и не является обязательным транспортом телеконференционных систем H.323.

Основной акцент при разработке H.323 был сделан на синхронизацию и управление мультимедийных потоков, которые являются определяющими при осуществлении конференций. Даже потери пакетов не приводят к столь разрушительным последствиям, как потеря синхронизации обмена между участниками.

Перспективы развития

Телеконференции - это всего лишь один из многих сервисов данной сети. При наличии достаточного числа базовых станций, связанных между собой цифровыми (проводными или беспроводными) каналами, возможно построение дешевой микросотовой цифровой радиотелефонной сети масштаба города c плотностью трафика 5000-50000 эрланг на квадратный километр. Фактически, это означает, что мобильные DECT-трубки горожан будут связаны в единую микросотовую сеть за символическую абонентскую плату.

Вторым движущим фактором развития может стать предоставление доступа в Интернет по каналам кабельного телевидения без использования телефонного канала абонента и без переделки инфраструктуры кабельного ТВ. Обратный поток запросов от пользователей радиотелефона будет суммироваться на телефонном сервере и передаваться оптом в студию кабельного ТВ.

Институт прикладных информационных технологий, являющийся некоммерческой организацией, а также Центр научных телекоммуникаций и информационных технологий РАН и Сервис-центр ДЕКси предлагают заинтересованным организациям и частным лицам совместно участвовать в развитии телефонных сетей на базе технологий DECT и пакетной передачи данных (Ethernet).

С автором можно связаться по телефону +7 (095) 938-2967 или по e-mail: aiti@decsy.ru, http://www.decsy.ru/cti/.