IP-УАТС: стоит ли игра свеч?

Вопросы передачи голоса с использованием технологий, изначально разработанных для транспортировки данных, уже несколько лет волнуют телекоммуникационную общественность.

На конференцию, которая проходила 1 июня в лектории Политехнического музея, собралось около 70 специалистов из разных регионов России. Перед ними выступили представители столь известных зарубежных компаний, как Alcatel, Cisco Systems и Nortel Networks, а также отечественных «Открытые технологии» и «Гудвин- Европа». К сожалению, не воспользовались предложением рассказать о своем видении проблемы и собственной политике внедрения новых подходов другие не менее известные фирмы — 3Com, Siemens, Ericsson и Lucent Technologies. Возможно, их не интересует данная область российского рынка или они не могут предложить на нем конкурентоспособную продукцию.

Почему мы обсуждали IP-УАТС?

До середины 90-х связисты «болели» другой проблемой — как наилучшим образом передавать данные по телефонным сетям. И вдруг оказалось, что ее острота несколько притупилась. Низкоскоростные пакетные сети из Золушки превратились в принцессу, обретя невиданную ранее пропускную способность и доступность во многих точках Земли. Внедрение беспроводных технологий и кабельных модемов позволило обходиться без телефонных сетей даже на абонентском участке. Примерно в это же время электронная промышленность выпустила новое поколение микросхем, которые дали возможность реализовать оборудование, использующее весьма ресурсоемкие алгоритмы речевого кодирования, за вполне приемлемую стоимость.

Еще одним побудительным мотивом для внедрения пакетной передачи голоса стало взрывное развитие Internet. Пользователи очень быстро вкусили все прелести WWW, и, что вполне естественно, им захотелось большего — аудио- и визуального общения. Как по заказу, стали появляться решения для передачи голоса поверх пакетных сетей, построенных с применением различных технологий.

Однако не будем тратить время на подробный исторический экскурс (пытливый читатель может полистать подшивки журнала «Сети» и проследить путь развития отрасли) и вернемся к теме нашей конференции. IP-УАТС реально присутствуют на рынке менее года. Речь идет не о серверах компьютерной телефонии, позволяющих создавать псевдоУАТС, и не о программных эмуляторах, которые недалеко ушли от игрушек. Под настоящей IP-УАТС следует понимать такую телефонную систему, которая способна не только поддерживать значительное число абонентов, но и обеспечивать привычные для них функциональные возможности и качество. Сошлюсь на слова Александра Козочкина, технического директора представительства компании Nortel в России: он утверждает, что, согласно экспертным данным, к IP-УАТС пользователи предъявляют точно такие же требования, как к обычным учрежденческим станциям.

Способны ли IP-УАТС заменить традиционные станции? Какие задачи предпочтительнее решать с помощью IP-УАТС? Окупятся ли расходы по внедрению? Новые технологии — это инвестиции в будущее или вечная головная боль? Стоит ли класть все яйца в одну IP-корзину? На эти вопросы и постарались найти ответы участники прошедшей конференции.

Бойтесь данайцев, дары приносящих

Сразу оговорюсь: что-то мне не хочется разделять общей восторженности относительно повсеместного применения IP в телефонии. Слишком часто мы выдаем желаемое за действительное. Конечно же, надо принимать во внимание даже самые невероятные, на первый взгляд, предложения, но при этом следует отличать обсуждение технических решений от пропаганды идей. Вспомним, например, о чрезвычайно активной рекламной кампании «Проблемы 2000», в ходе которой техническая целесообразность была явно принесена в жертву маркетинговой политике.

Внедряя новые технологии в сфере телефонной связи, мы вполне можем столкнуться с вольным или невольным искажением реальности теми, кто желает всего лишь пополнить свои кошельки. Навязывание решений, порой совершенно не нужных пользователю, стало уже привычным явлением, а экономическая подоплека стремительной атаки производителей оборудования и поставщиков услуг передачи данных на рынок телефонной связи более чем прозрачна. Поэтому при обсуждении перспектив VoIP не стоит забывать о финансовой стороне вопроса.

Телефония — огромнейший рынок, по абсолютным размерам многократно превосходящий рынок Internet. В мире, по различным оценкам, насчитывается 1—1,5 млрд абонентов телефонных сетей, а на начало 2000 г. число подключений к Всемирной паутине только-только перевалило за 200 млн. Можно долго рассуждать о перспективах роста рынка Internet, но при этом нужно учитывать следующее. Стоимость компьютера и прочей техники, необходимой для подключения к Сети, довольно существенна. Приличный ПК, пусть даже собранный своими руками, обойдется не менее чем в 600 долл. Много ли семей из развивающихся стран, даже имеющих телефон, в ближайшие годы позволят себе такую покупку? В основном тот, кто очень этого хотел, уже имеет доступ в Internet. Да, количественный рост рынка будет продолжаться, но вряд ли он достигнет масштабов, свойственных телефонной сети.

Конечно, можно распропагандировать необходимость замены уже установленного телефонного оборудования на новые устройства. Но насколько, с технической точки зрения, оправданно тотальное внедрение технологий IP в системы передачи изохронных сигналов (речи и видео)? Это вопрос очень большой и многогранный, однако сейчас нас интересует только одна грань — учрежденческие АТС.

Анатомия телефонной системы

Любую телефонную систему, в том числе построенную на базе УАТС, можно свести к обобщенной схеме, которая содержит всего четыре компонента.

Оконечные устройства различных типов и назначений. В их число входят всевозможные телефонные аппараты, факсимильные устройства, модемы и т.п. С точки зрения функционирования телефонной системы, к таким устройствам относятся и специализированные серверы (VoiceMail, FaxMail, конференц-связи), и центры обработки и распределения вызовов. Короче — все оборудование, решающее прикладные задачи телефонии.

Сеть абонентских линий. Практически не требующая забот в небольшом офисе, она зачастую поглощает львиную долю усилий обслуживающего персонала в крупных компаниях.

Коммутатор. Он обеспечивает маршрутизацию вызовов и поддержание установленных соединений. По большому счету, именно это устройство отличает собственно телефонию от тривиальной трансляции речевых сигналов.

Соединительные линии. По ним осуществляется передача речи от одного коммутатора к другому. Именно для них характерна упомянутая тривиальная трансляция, но без этого компонента нельзя создать полноценной телефонной системы.

Рассмотрим применение стека протоколов IP в каждой из составляющих телефонной системы.

Соединительные линии и IP

Как раз на этом участке началось вторжение IP-технологий в мир телефонии. Если обобщить доводы, приводимые в многочисленных публикациях и выступлениях, можно выделить следующие заявляемые плюсы перевода соединительных линий в IP-среду и прокомментировать их.

1. Интеграция различных видов трафика в едином канале связи. Это действительно плюс, но данное свойство присуще не только технологиям IP. Оно, в первую очередь, базируется на преобразовании разного трафика в единое цифровое представление. Чередующиеся логические нули и единицы индифферентны к тому, какая именно информация передается. К сожалению, апологеты применения IP для дальней связи забывают, что цифровые методы передачи по соединительным линиям имеют более чем сорокалетнюю историю.

2. Эффективное использование полосы пропускания канала связи. Действительно, благодаря сжатию речевого сигнала, а самое главное, чередованию пакетов данных и речевых можно достичь заметной экономии канальных ресурсов. Но стоит ли игра свеч? Каждые полгода пропускная способность сетей удваивается. Во всех странах, не исключая Россию, в последнее время происходит стремительный рост протяженности оптических линий. Осенью прошлого года было объявлено о достижении 1,6 Тбит/с, а на выставке «Связь-Экспокомм?2000» анонсировалось, что на волокне получена скорость 3,2 Тбит/с. Правда, это пока произошло лишь в лабораторных условиях, но сейчас сроки практического внедрения технологий очень сократились.

Таким образом, можно утверждать, что удельная стоимость стандартного речевого канала в 64 кбит/с будет быстро снижаться. Поэтому довод об экономии полосы не стоит воспринимать слишком серьезно.

3. Наиболее перспективно использовать протокол IP для организации распределенной коммутации в глобальной сети. Здесь тоже есть свои подводные камни, рассмотрение которых мы опустим, ибо оно не укладывается в тематику конференции.

Возможно, многие не согласятся с предлагаемой трактовкой, но IP на соединительных линиях стоит считать реализацией нового варианта уплотнения. Есть частотное, временное, кодовое уплотнение каналов связи, а сейчас появилась возможность использовать IP-, или стохастическое, уплотнение.

У этого типа уплотнения есть свои особенности, которые надо знать и учитывать. Во-первых, заголовок пакета, равный 40 байтам и являющийся неизбежным злом. Его образуют собственно заголовок пакета IP, заголовок сегмента UDP и служебная информация протокола RTP. Во-вторых, задержки, связанные с формированием информационного пакета. Согласно рекомендации G.114, в высококачественных телефонных системах суммарная задержка из конца в конец не должна превышать 150 мс, а на «сборку» пакета с речевым сигналом можно затратить не более 30 мс. В-третьих, при IP-уплотнении снижается качество речи в результате применения алгоритмов сжатия. Эта характеристика очень субъективна, но учрежденческие станции стоят весьма недешево, что позволяет абонентам требовать наивысшего качества.

Любопытное наблюдение: оказывается, применение IP-уплотнения на соединительных линиях практически не приводит к какой-либо экономии удельной пропускной способности на один речевой канал. Известно, что при разговоре двух собеседников паузы составляют половину времени. А при использовании IP вспомогательная информация занимает от 45 до 60% передаваемого пакета!

Итак, можно сделать вывод об отсутствии в настоящее время весомых причин для внедрения протоколов IP на участке соединительных линий.

Коммутация и IP

Как уже упоминалось, коммутация является важнейшим отличительным признаком телефонии. В общем случае на телефонных станциях, включая УАТС, она происходит следующим образом. Абонент, набирая номер, «делает заявку» управляющему устройству коммутатора на установление соединения. Это устройство проверяет наличие и доступность абонента и, при положительном ответе, посылает в коммутационное поле команду на формирование пути передачи речевого сигнала. Хотя на практике алгоритмы работы различных станций гораздо изощреннее, их всегда можно свести к рассмотренной схеме.

В IP-УАТС, несмотря на явные конструктивные и алгоритмические отличия, используется схожий механизм коммутации. В системе всегда присутствует сервер, исполняющий роль управляющего устройства. Абонент инициирует вызов, а в ответ, после ряда проверок, получает адрес вызываемого абонента (в самом простом случае — IP-адрес). Далее участники сеанса связи начинают обмениваться управляющими и информационными сигналами.

Таким образом, коммутаторы обычных и IP-УАТС на этапе установления соединения имеют много общего, но между ними есть одно очень существенное различие, связанное с поддержанием уже установленного соединения.

В традиционных телефонных станциях применяются механизмы пространственно-временной коммутации. Они не требуют значительных ресурсов, в крайнем случае управление может быть реализовано в виде очень простых схем жесткой логики. Поддержка установленного пути совершенно не связана с тем, какая информация по нему передается. В УАТС используются независимые каналы для транспортировки управляющих и речевых сигналов, что является одним из факторов столь надежной работы этих станций.

Скажем, на базе данного подхода реализована коммутация в IP-УАТС производства Alcatel и Nortel Networks. Как сообщил на конференции представитель Alcatel Игорь Фиошкин, предлагаемая компанией станция Omni PCX 4400 входит в линейку IP-оборудования и в то же время может рассматриваться как дальнейшее развитие модели 4400. В нее только добавлены стек протоколов IP и специализированные платы. Такой же подход использует Nortel в своем изделии Enterprise Edge. Здесь в одном конструктиве объединены положительные стороны УАТС Norstar и коммутатора BayStack.

В IP-УАТС вся информация транслируется по единой среде и каждый передаваемый пакет как бы заново прокладывает путь. При этом требуется довольно интеллектуальный и очень быстрый анализ передаваемых данных. В некоторых случаях такой механизм дает новые возможности, например поддержку коммутации приложений, но для задач телефонной коммутации он является избыточным. В целях устранения малопродуктивной работы и обеспечения необходимого качества придуманы протоколы, создающие виртуальные каналы внутри IP-облака.

Недаром Екатерина Феоктистова, системный инженер из Cisco Systems, в своем докладе несколько раз заостряла внимание слушателей на необходимости иметь правильно спроектированную сетевую инфраструктуру, поддерживающую QoS. Только в этом случае можно обеспечить качественную работу IP-УАТС, использующих только технологии сетей передачи данных.

Но вот парадокс — устраняя коммутацию каналов, мы вновь вынуждены к ней обращаться на качественно новом уровне. Это было бы неплохо в том случае, если бы приходилось решать задачи иного класса, однако мы с помощью новых дорогих методов решаем старые проблемы.

IP на абонентских линиях

Наиболее плодотворной частью идеи использования протокола IP в телефонии является возможность организации интегрированной распределительной сети для данных и голоса. Уже много лет специалисты, эксплуатирующие сети передачи данных и абонентские телефонные сети, мечтают упростить обслуживание кабельной инфраструктуры. Работы, связанные с обнаружением повреждений, подключением новых абонентов или перемещением номеров при переезде существующих пользователей не вызывают у обслуживающего персонала восторга. Первым шагом к решению этой проблемы можно считать появление структурированных кабельных систем. И создание единой сети на базе пакетных методов передачи органично вписывается в данное направление.

О преимуществах объединения локальной сети передачи данных и телефонной абонентской сети говорится очень много. Но хочется отметить самое главное: интеграция трафика различного вида позволит применять принципиально новые оконечные устройства.

IP в абонентских терминалах

О конвергенции слышали все. Обычно под этим понятием подразумевают объединение передачи различных типов трафика в рамках IP-среды. Но, на мой взгляд, более правильно говорить о конвергенции пользовательских приложений, когда один вид информации дополняет и обогащает другой. Абоненту, по большому счету, без разницы, как именно доставляют нужную информацию — ему важны потребительские характеристики системы, а не ее техническое воплощение. Как заметил Александр Козочкин (Nortel Networks), потребитель всегда желает иметь большую функциональность за приемлемую цену.

Клиентские приложения — вот ради чего затевалась игра под названием «IP-телефония». Остальные задачи создания телефонных систем нового поколения, по словам г-на Козочкина, утилитарны, а решения для них хорошо известны и давно работают. Использование VoIP в таких составляющих этих систем, как шлюзы, коммутаторы, единая инфраструктура, порой дает выгоду, но не очень значительную. Серьезные игроки на данном рынке прекрасно понимают, что основной источник прибыли заключается в развитии приложений, особенно если возможна их гибкая модификация под нужды клиентов.

Роль приложений оказалась тем вопросом, по которому полностью совпали мнения сторонников разных подходов к построению IP-УАТС. Компания Cisco отдает приложениям полный приоритет в рамках концепции телефонии «Нового мира».

Другой «точкой согласия» на конференции стало мнение о необходимости обеспечения многофункциональности, универсальности абонентского оборудования. Это вполне понятно, так как доступ к разнообразным приложениям требует соответствующего инструментария. Докладчики отмечали два направления развития таких устройств. Во-первых, дальнейшее наращивание возможностей традиционных телефонных аппаратов, использующих интерфейс локальной сети для подключения. Довольно легко ввести в них функции доступа к электронной почте или Internet, например с помощью протокола WAP. Последнее не кажется столь уж фантастичным, ведь нередко телефоны оснащены дисплеями, имеют мощные микропроцессоры, а передавать сообщения формата WAP можно не только по беспроводным сетям. Во-вторых, разработка программных эмуляторов телефонных аппаратов со множеством функций.

Квинтэссенцию этой дискуссии «озвучил» Игорь Фиошкин (Alcatel): «Для абонента любая телефонная станция начинается с аппарата. Если он ему нравится, то нравится и сама станция».

Варианты внедрения

Никто из докладчиков не ставил под сомнение, что VoIP будет развиваться и, вероятно, займет лидирующее положение. Но с каких позиций и какими путями мигрировать к созданию телефонных систем нового поколения? Ответы на эти вопросы были у каждого свои. Не оспаривался и тот факт, что сближение идет двумя основными путями — на основе наделения обычных УАТС функциональностью IP и применения специализированных серверов для локальных сетей, наиболее известных под названием CallManager.

Особенно подробно на анализе этих способов остановился Вадим Саякин из компании «Открытые технологии». По его словам, в ближайшие два-три года не стоит ожидать массового внедрения IP-УАТС «в чистом виде». Скорее всего, будут преобладать частные решения, использующие оба подхода. Схожую позицию продемонстрировали Игорь Фиошкин (Alcatel), заявивший, что станцию Omni PCX 4400 следует рассматривать как своеобразный шлюз для передачи речи по сетям ISDN, ATM, FR и IP, и Александр Козочкин (Nortel Networks), доказывавший, что необходимую надежность телефонии нового поколения можно обеспечить за счет применения ряда решений, свойственных традиционным системам. Вместе с тем стоит отметить, что Alcatel, как и многие другие производители, уходит от понятия «автоматическая телефонная станция», предпочитая называть свое детище PCX (Private Communication eXchange).

В докладе Екатерины Феоктистовой (Cisco Systems) прозвучало мнение, что современные корпоративные системы связи лучше создавать на основе новых сетевых решений, предлагаемых ее компанией. Грамотно спроектированная сеть, заявила она, позволит гарантировать пользователям высокую надежность передачи. Этому могут способствовать механизмы обеспечения QoS, которые дадут возможность транспортировать голосовой, видео- и другой трафик вне зависимости от наличия перегрузки в сети.

О важности обеспечения QoS для нормального функционирования IP-УАТС говорили и другие докладчики. Игорь Фиошкин (Alcatel) отметил, что не имея гарантий качества передачи речи по IP-сети нельзя обойтись без альтернативных путей, использующих традиционные телефонные сети.

Основываясь на пока небольшом опыте своей компании по разработке проектов телефонных систем на базе IP, Вадим Саякин («Открытые технологии») дал некоторые рекомендации для проектировщиков. На первое место он также поставил требование обеспечения QoS. Нужно не только предоставить необходимую полосу пропускания и исключить потери пакетов, но и внедрить механизм минимизации задержки. Причем самой серьезной проблемой может стать не абсолютная величина задержки, которую следует ограничить 150 мс, а ее вариации. Если они будут превышать 30 мс, то резко упадут потребительские характеристики связи. Не меньшее значение имеют число узлов пакетной коммутации и проработка маршрутов распределения вызовов. Надо предусмотреть переадресацию вызовов в обычную телефонную сеть. Кроме того, для безотказной работы IP-УАТС требуется серьезный сетевой менеджмент.

На конференции затрагивалась еще одна проблема, оказывающая существенное влияние на внедрение телефонии нового поколения. Речь идет о недостатках имеющихся стандартов. По словам Александра Козочкина (Nortel Networks), широко распространенное семейство рекомендаций ITU-T H.323, первоначально разработанное для поддержки видеоконференц-связи по сетям IP, невольно сдерживает развитие IP-телефонии. Сейчас актуальна вторая редакция и завершается работа над третьей, однако до сих пор взаимодействие оборудования различных производителей, построенное на этом стандарте, оставляет желать лучшего. Данное семейство очень избыточно, и, как следствие, устройства получаются довольно дорогими. Наиболее перспективными новыми протоколами для VoIP являются SIP и Megaco.

Как показала конференция, на пути к повсеместному использованию IP-УАТС существует множество объективных и субъективных преград. Сможет ли эта технология преодолеть их? От этого зависит , насколько оправдаются ожидания пользователей.

Потребительские ожидания

Как заметил в своем докладе Игорь Фиошкин (Alcatel), потребитель связывает с появлением IP-УАТС определенные надежды. Во-первых, это сокращение эксплуатационных расходов вследствие объединения сетей. Во-вторых, более эффективное использование рабочих мест и внедрение новых форм организации бизнес-процессов. Наконец, в-третьих, защита уже сделанных инвестиций в корпоративные средства телекоммуникаций.

По вопросу защиты инвестиций Вадим Саякин («Открытые технологии») привел данные Cisco Systems, согласно которым при построении на базе решений этой компании телефонной системы на 100 абонентов в течение трех лет отдача составит 169%. Возможно, такие цифры идеальны, но важно другое — внедрение решений, обуславливающих защиту инвестиций потенциальных потребителей, окажется важнейшим фактором успешных продаж.

Самым больным вопросом для производителей остается очень высокая удельная стоимость IP-УАТС. В результате их применение ограничивается лишь теми исключительными случаями, когда решения традиционной телефонии невозможно использовать.

Сеть IP-УАТС может «понравиться» потребителю благодаря упрощению механизмов управления абонентами и сервисом, что обеспечивается распределенной структурой коммутации, свойственной IP-сетям. Вообще, все без исключения выступавшие ставили на первое место именно удовлетворение клиентских запросов. По данному вопросу позиция Cisco нисколько не отличалась от воззрений ее конкурентов на рынке IP-УАТС, компаний Alcatel и Nortel Networks. Это говорит о том, что при любом результате схватки за огромный рынок корпоративных телефонных систем пользователь не проиграет.

* * *

Как показало обсуждение проблемы внедрения IP-УАТС, в настоящее время технологии IP предпочтительнее использовать в оконечных устройствах и при организации новых видов сервиса. Также заслуживает внимания создание интегрированных офисных сетей передачи голоса и данных. Что же касается задач установления и поддержания соединений, новые решения пока существенно отстают от традиционных. А на рынке дальней связи IP еще только предстоит доказать свои преимущества, связанные с возможностями маршрутизации агрегированных потоков.

Что будет с телефонией через пять-десять лет, можно лишь догадываться. Но надо понимать: хотя IP предоставляет в данной области невиданные доселе возможности, современные реализации имеют существенные ограничения. Их следует учитывать при проектировании и развертывании корпоративных телефонных систем нового поколения.

Nortel выбирает эволюционный путь развития

Евгений ЕВДОКИМЕНКО

IP-УАТС в представлении Alcatel

Cisco и телефония