Новейшая технология интегрированной передачи голоса и данных по линии DSL — Channelized Voice over DSL — позволяет обеспечить реальное качество услуг для голоса и устраняет потребность в дополнительных голосовых шлюзах для подключения оборудования к телефонной станции.

Развитие и распространение сетей передачи данных стали мощным стимулом для разработки технологий передачи голоса по сетям передачи данных как на магистральном уровне, так и на «последней миле». В своей стратегии многие известные компании исходили из того, что уже в ближайшем будущем все виды коммуникаций будут основаны на передаче данных. Одной из первых появилась технология передачи голоса поверх IP (VoIP), сторонники которой не раз предрекали скорое исчезновение факсимильной связи и традиционной телефонии. Однако ничего подобного до сих пор не произошло — операторы связи по-прежнему предлагают традиционные услуги телефонии и ISDN, поскольку они обеспечивают значительно лучшее качество передачи голоса, что особенно важно для наиболее прибыльного и перспективного сектора бизнес-абонентов.

VODSL ПОВЕРХ АТМ

В свое время настоящей сенсацией стало появление АТМ, многие операторы связи вложили огромные средства в построение магистральных сетей ATM. Позднее оказалось, что сети остаются незагруженными, тогда, чтобы оправдать инвестиции, в них стали вкладывать дополнительные средства с целью увеличения загрузки.

В частности, для «последней мили» разработчики АТМ предложили технологию ADSL. На начало 2004 г., по данным Point Topic, во всем мире насчитывалось 48 520 000 линий DSL. Такая популярность ADSL связана с ее использованием в секторе частных абонентов. Выход на массовый рынок привел к значительному росту объемов производства и, соответственно, снижению стоимости оборудования и услуг ADSL. С технической стороны обеспечиваемый ADSL уровень качества и скорость передачи вполне удовлетворяют потребностям частных пользователей. Кроме того, организация высокоскоростного доступа в Internet по существующей телефонной линии не препятствует использованию телефона благодаря разнесению частот и применению сплиттеров.

Многие операторы предлагают ADSL и бизнес-абонентам, однако в этом секторе рынка технология не столь востребована — асимметричная передача затрудняет использование сервисов Web и других приложений, где необходима высокая скорость как входящего, так и исходящего потоков. Таким образом, ADSL не в состоянии удовлетворить потребности предприятий малого и среднего бизнеса даже в отношении передачи данных.

Для передачи голоса поверх линии DSL на базе АТМ была разработана технология, получившая название VoDSL поверх ATM. Однако правильнее было бы назвать ее VoATM, так как она предполагает передачу голоса в ячейках АТМ, а линия DSL служит всего лишь средой передачи. VoATM обеспечивает несколько лучшие показатели качества, чем VoIP. Однако и эту технологию нельзя назвать вполне подходящей для передачи голоса. Если применение АТМ на магистралях и в сети доступа для приложений передачи данных вполне оправдано, то использование АТМ для передачи голоса выглядит не совсем корректно, поскольку голосовой канал должен проходить все те же уровни адаптации, конвертации и транспортировки, что и ячейки данных, как на стороне оператора связи, так и на стороне абонента (см. Рисунок 1). Таким образом, избежать потерь качества и возникновения задержек невозможно, кроме того, качество еще более снижается из-за прямой зависимости передачи голосовых ячеек от общей загруженности сети. Еще один недостаток — необходимость стыковки DSLAM с сетью общего пользования через голосовые шлюзы (см. Рисунок 2 ).

Сегодня уже очевидно, что бум АТМ остался в прошлом, и усилия операторов связи, разработчиков и производителей оборудования направлены на построение сетей IP, Gigabit Ethernet, IP MPLS. Однако производители АТМ DSLAM пытаются предложить операторам, не имеющим магистральных сетей АТМ, использовать это оборудование в сетях IP путем дополнительного преобразования ATM в протокол IP. В результате при интегрированной передаче данных и голоса VoDSL на базе АТМ операторам магистральных сетей IP придется использовать не только шлюзы для голоса, но и дополнительные конвертеры для преобразования АТМ в IP. Такая архитектура сети сложна, дорога и неэффективна, особенно ввиду наличия более простых и производительных решений для интегрированной передачи голоса и данных поверх DSL.

ТЕХНОЛОГИЯ CVoDSL

Новейшей технологией интегрированной передачи голоса и данных по линии DSL является технология Channelized Voice over DSL (CVoDSL). Ее принципиальное отличие от VoIP или VoDSL на базе ATM состоит в отдельной передаче голосовых каналов по линии DSL. Голос передается на одном уровне (см. Рисунок 3), напрямую от оператора к абоненту. На станционной стороне оборудование подключается к телефонной сети через интерфейс V5.x телефонной станции без каких-либо дополнительных шлюзов. Передача данных также осуществляется напрямую, абонент получает «чистый» Ethernet, а на станционной стороне подключение происходит непосредственно в сеть передачи данных через сервер широкополосного доступа (см. Рисунок 4). В качестве среды передачи достаточно одной медной пары, использование же стандарта G.SHDSL обеспечивает максимальную дальность и помехозащищенность сигнала по сравнению с SDSL или ADSL.

Рисунок 3. Передача голоса CVoDSL.

В стандарте G.SHDSL (ITU G.991.2, ETSI TS-101524) определен такой формат кадра, в котором возможно разместить временные интервалы для голоса, а также временные интервалы, предназначенные для IP (Ethernet). Этот режим назвали режимом двойного несущего канала, а соответствующую технологию передачи голоса по абонентской линии связи — CVoDSL. В рамках стандарта выделяют три разновидности такого режима. Наиболее интересен с точки зрения применения в платформах доступа режим с возможностью передачи широкополосного трафика данных и синхронной передачи до шести ISDN BRI.

CVoDSL предполагает выделение временных интервалов в зависимости от потребности в голосовых каналах. Голос может быть передан как PCM DS0, без дополнительных преобразований на более высоких уровнях. Поэтому ему гарантируется абсолютная минимальная задержка и фиксированная пропускная способность. Таким способом в CVoDSL обеспечивается реальное качество услуг (QoS), в отличие от VoATM и VoIP, где оно часто не достигается (особенно в случае VoIP). Разделив голос и данные по различным каналам, разработчики устранили конкуренцию между этими услугами. Более того, это деление позволяет предъявлять для каждого из потоков отдельно требования к задержке сигнала, вероятности битовой ошибки и устойчивости к импульсному шуму.

Голосовые каналы не используются постоянно, поэтому они могут быть включены или выключены. Временны?е интервалы выделяются из общей пропускной способности, в пределах которой передаются и данные. Если телефонное соединение не задействуется, то соответствующий интервал отводится под передачу данных.

Для передачи одного голосового канала требуется 64 Кбит/с (PCM). Кроме того, для экономии пропускной способности можно воспользоваться методами сжатия, как ADPCM (ITU G.726) и LD CELP (ITU G.728). Теоретические преимущества VoATM — подавление пауз и статистическое мультиплексирование (увеличение пропускной способности) — реализуются только при одновременном телефонном разговоре более десяти абонентов по одной и той же линии SDSL. При использовании любого разрешенного метода сжатия CVoDSL превосходит по этому показателю VoATM и все другие технологии передачи голоса через DSL и в этом, почти не реализуемом на практике, случае. Эффективность CVoDSL составляет 100%, так как в отличие от VoATM никакой служебной информации дополнительно передавать не требуется.

Как уже отмечалось, функциональные возможности передачи голоса по технологии CVoDSL устраняют потребность в дополнительных голосовых шлюзах для подключения оборудования доступа и телефонной станции. Наиболее эффективно применение протокола V5.2 (ETSI 300347-1), поскольку с его помощью можно осуществить концентрацию голоса в концентраторе DSL и разгрузить телефонную станцию. Вдобавок при задействовании двух или более потоков E-1 протокол V5.2 позволяет реализовать механизм защиты. В качестве альтернативы можно использовать протокол V5.1 (ETSI 300324-1), но он не предлагает возможностей концентрации голоса и защиты и потому считается устаревшим. Современные станции уже имеют встроенную поддержку протоколов V5.2/V5.1, операторам необходимо лишь правильно включить и сконфигурировать V5.2.

ФАКТОРЫ ВЛИЯНИЯ

Передача голоса на физическом уровне (CVoDSL) позволяет избежать проблем влияния на качество голоса основных факторов, возникающих при использовании VoATM, — речь идет о задержке кодирования, задержке формирования голосового пакета и задержке буферизации. Под задержкой кодирования понимают время, которое цифровому сигнальному процессору голосового шлюза требуется для преобразования голосового сигнала в цифровую форму и для его последующего сжатия. Задержка формирования голосового пакета или ячейки, в зависимости от применяемой технологии, равна промежутку между пакетами от одного источника в период активного разговора и определяется как время сбора одного пакета на входе голосового шлюза. Время постановки в исходящую очередь и пребывания в ней оценивается задержкой буферизации и зависит от загрузки канала и размера отправляемых пакетов.

Соответственно, на принимающей стороне при использовании оборудования VoATM для восстановления сообщения осуществляются обратные процедуры декодирования голосового трафика, обработки на голосовом шлюзе и буферизации.

Следующим фактором, оказывающим влияние на качество голоса, передаваемого через DSL на базе АТМ, является разность во времени прохождения в сети последовательных пакетов одного соединения, так называемая флуктуация задержки из-за очередей и маршрутизации пакетов одного сегмента речи по разным путям. Флуктуация подавляется путем введения в принимающую часть оборудования специального буфера. Треск и щелчки в динамике устраняются методом запоминания дискретных составляющих речевого сигнала и их последующей передачи с требуемыми интервалами времени, если те из-за переполнения не попали в приемный буфер.

Необходимость эхокомпенсации вызвана тем, что на передающую сторону возвращается голосовой сигнал, отраженный от гибридной схемы или любой точки канала, в которой не согласованы импедансы входного и выходного участков, причем абонент различает его уже при 20 мс.

При использовании VoATM на качество голоса влияет еще один фактор — применение алгоритмов сжатия, а также, в некоторых случаях, механизма подавления пауз в речи. В попытках минимизации имеющейся пропускной способности канала связи производители оборудования пытаются найти оптимальную пропорцию между качеством передаваемого голоса (оно определяется выбором конкретного алгоритма кодирования), загрузкой процессора и, естественно, вносимой задержкой (см. Таблицу 1).

Из таблицы видно, что из-за отсутствия флуктуации задержки в CVoDSL компенсирующий буфер не требуется, минимальный уровень задержки организации циклов позволяет обойтись без эхокомпенсации, а эффективность использования пропускной способности составляет 100%. Таким образом можно утверждать, что CVoDSL представляет собой производительное решение, превосходящее любые другие технологии передачи голоса поверх DSL. В то же время оно позволяет экономно и безболезненно провести интеграцию в существующие сети передачи данных и телефонии. CVoDSL можно рассматривать как серьезную основу для качественной конвергенции голоса и данных, обеспечивающую плавный переход к сетям связи следующего поколения.

Владимир Угрюмов — директор «Шмид Телеком», Сергей Сметанин — менеджер проектов «Шмид Телеком». С ними можно связаться по адресу: http://www.schmid-telecom.ru.