Н.323 протокол IP-телефонии

Современное развитие технологий связи, рост всемирной сети Интернет и увеличение полосы пропускания каналов создают хорошую базу для организации видеоконференций не только в локальных сетях, но и через Интернет.

В 1990 году был одобрен первый международный стандарт в области технологий видеоконференций - спецификация H.320 для поддержки видеоконференций по ISDN. Затем ITU-Т одобрил еще целую серию рекомендаций, относящихся к видеоконференциям. Эта серия рекомендаций, часто называемая H.32x, помимо H.320, включает в себя стандарты H.321-H.324, которые предназначены для различных типов сетей.

Во второй половине 90-х годов интенсивное развитие получили IP сети и Интернет. Они превратились в экономичную среду передачи данных и стали практически повсеместными. Однако, в отличие от ISDN, IP сети плохо приспособлены для передачи аудио и видеопотоков. Стремление использовать сложившуюся структуру IP сетей привело к появлению в 1996 году стандарта H.323 (Visual Telephone Systems and Terminal Equipment for Local Area Networks which Provide a Non-Guaranteed Quality of Service, Видеотелефоны и терминальное оборудование для локальных сетей с негарантированным качеством обслуживания). В 1998 году была одобрена вторая версия этого стандарта H.323 v.2 (Packet-based multimedia communication systems, Мультимедийные системы связи для сетей с коммутаций пакетов), в сентябре 1999 года была одобрена третья версия рекомендаций, 17 ноября 2001 года была одобрена четвертая версия стандарта H.323, в конце июля 2003 года была одобрена пятая (на данный момент последняя) версия протокола. Сейчас H.323 - один из важнейших стандартов из этой серии. H.323 - это рекомендации ITU-T для мультимедийных приложений в вычислительных сетях, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (QoS). Такие сети включают в себя сети пакетной коммутации IP и IPX на базе Ethernet, Fast Ethernet и Token Ring.

Рекомендации H.323 предусматривают:

– Управление полосой пропускания

– Возможность взаимодействия сетей

– Платформенную независимость

– Поддержку многоточечных конференций

– Поддержку многоадресной передачи

– Стандарты для кодеков

– Поддержку групповой адресации

Рекомендация Н.323 специфицирует системы мультимедийной связи, которые ориентированы на работу в сетях с коммутацией пакетов, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания.

Рекомендация Н.323 является зонтичной спецификацией, в рекомендациях, входящих в семейство Н.323, определены протоколы, методы и сетевые элементы, необходимые для организации мультимедийной связи между двумя или более пользователями. Ниже приведен список нормативных документов, входящих в стандарт Н.323 и использовавшихся при его разработке.

– ITU-T Recommendation H.225.0 (1999), Call signalling protocols and media stream packetization for packet based multimedia communication systems.

– ITU-T Recommendation H.245 (2000), Control protocol for multimedia communication.

– CCITT Recommendation G.711 (1988), Pulse Code Modulation (PCM) of voice frequencies.

– CCITT Recommendation G.722 (1988), 7 kHz audio-coding within 64 kbit/s.

– ITU-T Recommendation G.723.1 (1996), Speech coders: Dual rate speech coder for multimedia communications transmitting at 5.3 and 6.3 kbit/s.

– CCITT Recommendation G.728 (1992), Coding of speech at 16 kbit/s using low-delay code excited linear prediction.

– ITU-T Recommendation G.729 (1996), Coding of speech at 8 kbit/s using Conjugate Structure Algebraic-Code-Excited Linear-Prediction (CS-ACELP).

– ITU-T Recommendation H.261 (1993), Video codec for audiovisual services at p ´ 64 kbit/s.

– ITU-T Recommendation H.263 (1996), Video coding for low bit rate communication.

– ITU-T Recommendation T.120 (1996), Data protocols for multimedia conferencing.

– ITU-T Recommendation H.320 (1997), Narrow-band visual telephone systems and terminal equipment.

– ITU-T Recommendation H.321 (1996), Adaptation of H.320 visual telephone terminals to B-ISDN environments.

– ITU-T Recommendation H.322 (1996), Visual telephone systems and terminal equipment for local area networks which provide a guaranteed quality of service.

– ITU-T Recommendation H.324 (1996), Terminal for low bit rate multimedia communication.

– ITU-T Recommendation H.310 (1996), Broadband audiovisual communication systems and terminals.

– ITU-T Recommendation Q.931 (1998), ISDN user-network interface layer 3 specification for basic call control.

– ITU-T Recommendation Q.932 (1998), Generic procedures for the control of ISDN supplementary services.

– ITU-T Recommendation Q.950 (1997), Supplementary services protocols, structure and general principles.

– ISO/IEC 10646-1:1993, Information technology – Universal Multiple-Octet Coded Character Set (USC) – Part 1: Architecture and Basic Multilingual Plane.

– ITU-T Recommendation E.164 (1997), The international public telecommunication numbering plan.

– ITU-T Recommendation H.246 (1998), Interworking of H-Series multimedia terminals with H-Series multimedia terminals and voice/voiceband terminals on GSTN and ISDN.

– ITU-T Recommendation H.235 (1998), Security and encryption for H-Series (H.323 and other H.245 based) multimedia terminals.

– ITU-T Recommendation H.332 (1998), H.323 extended for loosely-coupled conferences.

– ITU-T Recommendation H.450.1 (1998), Generic functional protocol for the support of supplementary services in H.323.

– ITU-T Recommendation I.363.5 (1996), B-ISDN ATM adaptation layer specification: Type 5 AAL.

– ITU-T Recommendation Q.2931 (1995), Digital subscriber signalling system No. 2 (DSS 2) – User-network interface (UNI) – Layer 3 specification for basic call/connection control.

– ITU-T Recommendation I.356 (1996), B-ISDN ATM layer cell transfer performance.

– ITU-T Recommendation I.371 (1996), Traffic control and congestion control in B-ISDN.

– ITU-T Recommendation I.371.1 (1997), Traffic control and congestion control in B-ISDN: Conformance definitions for ABT and ABR.

– ITU-T Recommendation Q.2961.2 (1997), Digital Subscriber Signalling System No. 2 – Additional traffic parameters: Support of ATM Transfer capability in the broadband bearer capability information element.

– ITU-T Recommendation H.282 (1999), Remote Device Control Protocol for Multimedia Applications.

– ITU-T Recommendation H.283 (1999), Remote Device Control Logical Channel Transport.

– ATM Forum Technical Committee, AF-SAA-0124.000, Gateway for H.323 Media Transport Over ATM, 1999.

– ITU-T Recommendation Q.2941.2 (1999), Digital Subscriber Signalling System No. 2 – Generic Identifier Transport Extensions.

– ITU-T Recommendation H.450.2 (1998), Call transfer supplementary service for H.323.

– ITU-T Recommendation H.450.4 (1999), Call Hold Supplementary Service for H.323.

– ITU-T Recommendation H.248 (2000), Gateway Control Protocol.

– ITU-T Recommendation Q.951 (1993), Stage 3 Description for Number Identification Supplementary Services using DSS1.

– ITU-T Recommendation H.450.3 (1998), Call diversion supplementary service for H.323.

– ITU-T Recommendation H.450.5 (1999), Call Park and Call Pickup Supplementary Services for H.323.

– ITU-T Recommendation H.450.6 (1999), Call Waiting Supplementary Service for H.323.

– ITU-T Recommendation H.450.7 (1999), Message Waiting Indication Supplementary Service for H.323.

– ITU-T Recommendation H.450.8 (2000), Name Identification Supplementary Service For H.323.

– ISO/IEC 11572:1997, Information technology – Telecommunications and information exchange between systems – Private Integrated Services Network (PISN) – Circuit Mode Bearer Services – Inter-Exchange Signalling Procedures and Protocol.

– ITU-T Recommendation H.222.0 (1995), Generic coding of moving pictures an associated audio information: systems.

– ITU-T Recommendation H.223 (1996), Multiplexing protocol for low bit rate multimedia communication.

– ISOC/IETF RFC 2068, Hypertext Transfer Protocol – HTTP/1.1, January 1999.

– ISOC/IETF RFC 2045, Multipurpose Internet Mail Extensions (MIME) Part One: Format of Internet Message Bodies, November 1996.

– ITU-T Recommendation Z.100 (1999), Languages for telecommunications applications – Specification and description language.

– ISOC/IETF RFC 1738, Uniform Resource Locators (URL), December 1994.

– ISOC/IETF RFC 2234, Augmented BNF for Syntax Specifications: ABNF, 1997.

– ISO 4217:1995, Codes for the representation of currencies and funds.

– ITU-T Recommendation V.21 (1988), 300 bits per second duplex modem standardized for use in the general switched telephone network.

– ITU-T Recommendation T.30 (1996), Procedures for document facsimile transmission in the general switched telephone network.

– ITU-T Recommendation T.38 (1998), Procedures for real-time Group 3 facsimile communication over IP networks.

– ISO/IEC 10646-1:1993/Amd.2:1996, Information technology – Universal Multiple-Octet Coded Character Set (UCS) – Part 1: Architecture and Basic Multilingual Plane – Amendment 2: UCS Transformation Format 8 (UTF-8).

– ISOC/IETF RFC 2833, RTP Payload for DTMF Digits, Telephony Tones and Telephony Signals, May 2000.

1. Описание протокола Н.323

1.1. Архитектура системы на базе стандарта Н.323

Основными устройствами сети являются: терминал, привратник, шлюз и устройство управления конференциями. Все перечисленные компоненты организованы в так называемые зоны Н.323. Одна зона состоит из привратника и нескольких оконечных точек, причем привратник управляет всеми оконечными точками своей зоны. Зоной может быть и вся сеть поставщика услуг IP-телефонии или ее часть, охватывающая отдельный регион. Деление на зоны Н.323 не зависит от топологии пакетной сети, но может быть использовано для организации наложенной сети Н.323 поверх пакетной сети, используемой исключительно в качестве транспорта.

На рис. 1.1. изображена архитектура сети, построенной на базе рекомендации Н.323.

Рис.1.1 Архитектура сети Н.323

1.1.1. Терминал Н.323

Терминал Н.323 представляет собой оконечное устройство пользователя сети IP-телефонии, способное передавать и принимать трафик в масштабе реального времени, взаимодействуя с другими терминалами Н.323, шлюзом или устройством управления конференциями.

Для обеспечения этих функций терминал включает в себя:

- элементы аудио (микрофон, акустические системы, телефонный микшер, система акустического эхоподавления);

- элементы видео (монитор, видеокамера);

- элементы сетевого интерфейса;

- интерфейс пользователя.

Н.323-терминал должен поддерживать протоколы Н.245, Q.931, RAS, RTP/RTCP и семейство протоколов Н.450, а также включать в себя аудиокодек G.711. Также немаловажна поддержка протокола совместной работы над документами Т.120.

1.1.2. Привратник

Привратник выполняет функции управления зоной сети IP-телефонии, в которую входят терминалы, шлюзы и устройства управления конференциями, зарегистрированные у этого привратника.

Функции, выполняемые привратником:

- регистрация оконечных и других устройств;

- преобразование alias-адреса (имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др.) в транспортный адрес сети с маршрутизацией пакетов IP (IP адрес и номер порта TCP);

- контроль доступа пользователей системы к услугам IP-телефонии;

- контроль, управление и резервирование пропускной способности сети;

- определение местоположения оконечного оборудования в сети;

- маршрутизация сигнальных сообщений между терминалами, расположенными в одной зоне;

- опрос и индикация текущего состояния оконечного оборудования.

Привратник упрощает процесс вызова, позволяя использовать легко запоминающиеся alias-адреса.

Функции привратника могут быть встроены в шлюзы, устройства управления конференциями, а также в терминалы Н.323.

1.1.3. Шлюз

Технология передачи речи по IP-сети вместо классической сети с коммутацией каналов предусматривает конфигурацию с установкой шлюзов. Шлюз обеспечивает сжатие информации (голоса), конвертирование ее в IP-пакеты и направление в IP-сеть. С противоположной стороны шлюз осуществляет обратные действия: расшифровку и расформирование пакетов вызовов. В результате обычные телефонные аппараты без проблем принимают эти вызовы.

Такое преобразование информации не должно значительно исказить исходный речевой сигнал, а режим передачи обязан сохранить обмен информацией между абонентами в реальном масштабе времени.

Более полно функции, выполняемые шлюзом, состоят в следующем:

- реализация физического интерфейса с телефонной и IP-сетью;

- детектирование и генерация сигналов абонентской сигнализации;

- преобразование сигналов абонентской сигнализации в пакеты данных и обратно;

- преобразование речевого сигнала в пакеты данных и обратно;

- соединение абонентов;

- передача по сети сигнализационных и речевых пакетов;

- разъединение связи.

Большая часть функций шлюза в рамках архитектуры TCP/IP реализуется в процессах прикладного уровня.

При отсутствии в сети привратника должна быть реализована еще одна функция шлюза – преобразование номера ТфОП в транспортный адрес IP-сети.

В случае, когда терминал Н.323 связывается с другим терминалом Н.323, расположенным в той же самой IP-сети, шлюз в этом соединении не участвует.

1.1.4. Устройство управления конференциями

Устройство управления конференциями обеспечивает связь трех и более терминалов Н.323. Все терминалы, участвующие в конференции, устанавливают соединение с устройством управления конференциями (MCU). Устройство управляет ресурсами конференции, согласовывает возможности терминалов по обработке звука и видео, определяет аудио- и видеопотоки, которые необходимо направлять по многим адресам.

Рекомендация Н.323 предусматривает три вида конференций:

1. Централизованная конференция, в которой оконечные устройства соединяются в режиме точка-точка с устройством управления конференциями (Multipoint Control Unit – MCU), контролирующим процесс создания и завершения конференции, а также обрабатывающим потоки пользовательской информации.

2. Децентрализованная конференция, в которой каждый ее участник соединяется с остальными участниками в режиме точка-группа точек, и оконечные устройства сами обрабатывают (переключают или смешивают) потоки информации, поступающие от других участников конференции.

3. Смешанная конференция, т.е. комбинация двух предыдущих видов.

Устройство управления конференциями содержит один обязательный элемент – контролер многоточечных соединений – Multipoint controller (MC). Кроме того, MCU может содержать один или более процессоров для обработки информации пользователей при многоточечных соединениях – Multipoint processor (MP). Контроллер МС и процессор МР являются самостоятельными логическими устройствами Н.323, и контролер может существовать независимо от процессора. Контролер может быть физически совмещен с привратником, со шлюзом или с MCU, а MCU, в свою очередь, может быть совмещено со шлюзом или с привратником.

Контролер конференций должен использоваться для организации конференций любого вида. Он определяет режим конференции, который может быть общим для всех участников конференции или отдельным для каждого из них.

1.2. Сигнализация по стандарту Н.323

Семейство протоколов Н.323 включает в себя три основных протокола: протокол взаимодействия оконечного оборудования с привратником – RAS, протокол управления соединениями – Н.225 и протокол управления логическими каналами – Н.245.

1.2.1. Протокол RAS

Протокол RAS (Registration, Admission and Status) обеспечивает взаимодействие оконечных устройств и других устройств сети Н.323 с привратником.

Основными процедурами, выполняемыми оконечным оборудованием и привратником с помощью протокола RAS, являются:

1. Обнаружение привратника.

2. Регистрация оконечного оборудования у привратника.

3. Контроль доступа оконечного оборудования к сетевым ресурсам.

4. Определение местоположения оконечного оборудования в сети.

6. Опрос и индикация текущего состояния оконечного оборудования.

7. Оповещение привратника об освобождении полосы пропускания, ранее занимавшейся оборудованием.

Выполнение первых трех процедур, предусмотренных протоколом RAS, является начальной фазой установления соединения с использованием сигнализации Н.323. Далее следуют фаза сигнализации Н.225.0 (Q.931) и обмен управляющими сообщениями Н.245. Разъединение происходит в обратной последовательности: в первую очередь закрывается управляющий канал Н.245 и сигнальный канал Н.225.0, после чего по каналу RAS привратник оповещается об освобождении ранее занимавшейся оконечным оборудованием полосы пропускания.

Для переноса сообщений протокола RAS используется протокол негарантированной доставки информации UDP.

Нахождение привратника осуществляется с помощью широковещательного запроса GRQ (Gatekeeper Request), передаваемого оконечным оборудованием на UDP порт 1719. Если привратник найден, и он готов обслужить запрос от оконечного оборудования, в ответ оно должно получить сообщение GCF (Gatekeeper Confirm). Если оконечное оборудование получило ответ от нескольких привратников, выбор одного из них осуществляется оконечным оборудованием произвольным образом. Если привратник не может обслужить запрос от оконечного оборудования, то в ответ он должен передать сообщение GRJ (Gatekeeper Reject), в котором сообщается причина отказа, и может содержаться адрес альтернативного привратника. При нахождении привратника между ним и оконечным оборудованием осуществляется установление логического канала сигнализации, по которому будут передаваться остальные сообщения RAS.

После нахождения привратника оконечное оборудование в сообщении RRQ (Registration Request) должно сообщить привратнику свою адресную информацию: список alias-адресов и транспортных адресов. В ответ привратник передает сообщение RCF (Registration Confirm) для подтверждения регистрации оконечного оборудования, либо RRJ (Registration Reject) в случае отказа в регистрации. Для отмены регистрации используют сообщения URQ (Unregister Request), передаваемое оконечным оборудованием, и UCF (Unregister Confirm), URJ (Unregister Reject), передаваемое привратником оконечному оборудованию.

Регистрация оконечного оборудования у привратника может осуществляться один раз и не повторяться при включении оконечного оборудования. В этом случае привратник должен определять состояние оконечного оборудования. Для этого привратник периодически передает сообщение IRQ (Information Request). Интервал определяется производителем оборудования и должен быть не менее 10 секунд. В ответ на сообщение IRQ оконечное оборудование должно передать запрашиваемую информацию в сообщении IRR (Information Request Response).

После регистрации оконечного оборудования у привратника оно может установить соединение с вызываемым оконечным оборудованием. Для этого вызывающее оконечное оборудование должно передать сообщение ARQ (Admission Request) и установить логический канал для передачи сообщений Q.931. В сообщении ARQ обязательно содержится идентификатор оборудования, пославшего сообщение ARQ, и контактная информация того оборудования, с которым желает связаться оборудование, пославшее сообщение ARQ. В сообщении ARQ указывается также верхний предел суммарной скорости передачи и приема пользовательской информации по всем речевым и видеоканалам без учета заголовков RTP/UDP/IP и другой служебной информации. Если сеть может обеспечить требуемые параметры, то привратник передает подтверждение ACF (Admission Confirm), в противном случае передается сообщение ARJ(Admission Reject) с указанием причины отказа.

После получения подтверждения оконечное оборудование устанавливает соединение с вызываемым оконечным оборудованием с использованием сигнализации Q.931 (в соответствии с Н.225.0). Сообщения сигнализации Q.931 могут передаваться по логическому каналу через привратник или непосредственно между двумя оконечными устройствами. Выбор способа осуществляет привратник и сообщает об этом оконечному оборудованию в сообщении ACF.

В процессе обслуживания вызова оконечное оборудование или привратник могут предпринять попытку изменить в ту или иную сторону суммарную скорость передачи информации. Оконечное оборудование, которому нужно превысить предел суммарной скорости, определенный при получении доступа к сетевым ресурсам, должно передать привратнику запрос BRQ (Bandwidth Change Request), но до получения ответа средняя скорость должна быть не выше этого предела. Если привратник может выделить требуемую полосу пропускания, он отвечает сообщением BCF (Bandwidth Change Confirm), далее речевые и видеоканалы закрываются, а затем открываются каналы с новой скоростью передачи и приема информации. Если привратник не может удовлетворить требование оконечного оборудования, он отклоняет это требование и передает сообщение BRJ (Bandwidth Change Reject).

После завершения сеанса оконечное оборудование извещает привратник об освобождении ранее занимавшейся полосы пропускания. Для этого оконечное оборудование передает своему привратнику сообщение DRQ (Disengage Request), на которое тот должен ответить подтверждением DCF (Disengage Confirm).

1.2.2. Сигнальный канал Н.225.0

В рекомендации Н.225.0 специфицированы процедуры управления соединениями в сетях Н.323. Данные процедуры предусматривают использование в базовом процессе обслуживания вызова ряда сигнальных сообщений Q.931, причем должен быть реализован симметричный обмен сигнальными сообщениями. Это требование не распространяется на взаимодействие шлюза с сетью коммутации каналов.

Наиболее часто используемые сигнальные сообщения:

- Сообщение Setup передается вызывающим оборудованием с целью установить соединение. Это сообщение передается на общеизвестный TCP порт 1720 вызываемого оборудования.

- Сообщение Call Proceeding передается вызывающему оборудованию, чтобы известить его о том, что вызов принят к обслуживанию.

- Сообщение Alerting передается вызывающему оборудованию и информирует его о том, что вызываемое оборудование не занято, и что пользователю подается сигнал о входящем вызове.

- Сообщение Connect передается вызывающему оборудованию и информирует его о том, что вызываемый пользователь принял входящий вызов. Сообщение Connect может содержать транспортный адрес управляющего канала Н.245.

- Сообщение Release Complete передается вызывающим или вызываемым оборудованием с целью завершить соединение. Это сообщение передается только в том случае, когда открыт сигнальный канал.

- Сообщение Q.932 Facility используется для обращения к дополнительным услугам в соответствии с Рекомендациями ITU Н.450.х.

Транспортировку сигнальных сообщений обеспечивает протокол с установлением соединения и с гарантированной доставкой информации – ТСР.

Один сигнальный канал Н.225.0 может переносить сообщения, относящиеся к разным вызовам и имеющие разные метки соединения.

В сетях, не имеющих привратника, открывается сигнальный канал Н.225.0, непосредственно связывающий вызывающее оконечное оборудование с вызываемым. В сетях с привратником вызывающее оборудование передает по транспортному адресу канала RAS привратника сообщение ARQ с указанием alias-адреса вызываемого пользователя. Если сигнальные сообщения будет маршрутизировать привратник, то в ответном сообщении он передает транспортный адрес своего сигнального канала. Если же сигнальный канал будет устанавливаться непосредственно между вызывающим и вызываемым оборудованием, то передается транспортный адрес сигнального канала вызываемого оборудования. Выбор варианта передачи сигнальных сообщений оставлен за привратником. Хотя оконечное оборудование может указывать, какой вариант для него предпочтителен.

После обмена с привратником сообщениями ARQ и ACF по каналу RAS вызывающее оборудование передает запрос соединения Setup либо по транспортному адресу сигнального канала привратника, либо по транспортному адресу сигнального канала вызываемого оборудования. В ответ на сообщение Setup вызываемое оборудование может передать сообщение Call Proceeding, означающее, что вся информация, необходимая для установления соединения, получена, и вызов принят к обслуживанию. Далее от вызываемого оборудования может поступить сообщение Alerting, означающее, что вызываемому пользователю подается вызывной сигнал. После того как пользователь принимает вызов, вызывающему оборудованию передается сообщение Connect с транспортным адресом управляющего канала Н.245 вызываемого оборудования или транспортный адрес канала Н.245 привратника. В некоторых случаях транспортных адрес управляющего канала Н.245 включается в сообщения Call Proceeding и Alerting.

1.2.3. Управляющий канал Н.245

В рекомендации Н.245 определен ряд независимых процедур, которые должны выполняться для управления информационными каналами. К ним относятся процедуры:

- Определения ведущего и ведомого устройств (Master/slave determination);

- Обмена данными о функциональных возможностях (Capability Exchange);

- Открытия и закрытия однонаправленных логических каналов (Logical Channel Signaling);

- Открытия и закрытия двунаправленных логических каналов (Bidirectional Logical Channel Signaling);

- Закрытия логических каналов (Close Logical Channel Signaling);

- Определения задержки, возникающей при передаче информации от источника к приемнику и в обратном направлении (Round Trip Delay Determination);

- Выбора режима обработки информации (Mode Request);

- Сигнализация по петле, создаваемая для целей технического обслуживания оборудования (Maintenance Loop Signaling).

Для выполнения этих процедур между оконечными устройствами или между оконечным оборудованием и устройством управления конференциями или привратником организуется управляющий канал Н.245. При этом оконечное оборудование должно открывать один (и только один) управляющий канал для каждого соединения, в котором оно участвует. Терминалы, устройства управления конференциями, шлюзы и привратники могут участвовать одновременно в нескольких соединениях и, следовательно, открывать несколько управляющих каналов.

Перенос управляющей информации Н.245 осуществляется протоколом ТСР по нулевому логическому каналу, который должен быть постоянно открытым с момента организации канала Н.245 и вплоть до его ликвидации.

Определение ведущего и ведомого оборудования используется для разрешения конфликтов, возникающих между двумя устройствами при организации конференции, когда ведущим в ней может быть любое из этих устройств, или между двумя устройствами, которые одновременно пытаются открыть двунаправленный логический канал.

Оборудование стандарта Н.323, в общем случае, способно принимать и передавать речь, видеоинформацию и данные. Как правило, устройства поддерживают несколько алгоритмов кодирования и декодирования информации каждого вида. Для согласования режимов работы передающей и принимающей сторон используется процедура, называемая обменом данными о функциональных возможностях оборудования.

Информация, передаваемая источником к одному или более приемникам в сетях, базирующихся на рекомендации Н.323, переносится по логическим каналам, которые идентифицируются уникальным для каждого направления передачи номером канала.

Рекомендацией Н.245 предусмотрена возможность открытия логических каналов двух видов: однонаправленных, т.е. открывающихся в направлении от источника к приемнику информации, и двунаправленных, открывающихся сразу в двух направлениях – от источника к приемнику информации и в обратном направлении.

1.3. Алгоритмы установления, поддержания и разрушения соединения

В общем случае алгоритмы установления, поддержания и разрушения соединений по рекомендации Н.323 включают в себя следующие фазы:

- Фаза А. Установление соединения;

- Фаза В. Определение ведущего/ведомого оборудования и обмен данными о функциональных возможностях;

- Фаза С. Установление аудиовизуальной связи между вызывающим и вызываемым оборудованием;

- Фаза D. Изменение полосы пропускания, запрос текущего состояния оборудования, создание конференций и обращение к дополнительным услугам;

- Фаза Е. Завершение соединения.

1.3.1. Пример базового соединения с участием привратника

Сценарий соединения с участием привратника приведен на рис. 1.2. Вызывающее оборудование передает сообщение ARQ с alias-адресом вызываемого абонента, в ответ на которое привратник передает сообщение ACF с уведомлением, что именно он будет маршрутизировать сигнальные сообщения, и с указанием транспортного адреса своего сигнального канала. Далее вызывающее оборудование передает на этот транспортный адрес запрос соединения Setup. Привратник пересылает сообщение Setup вызываемому оборудованию и передает вызывающему оборудованию сообщение Call Proceeding, означающее, что полученной информации достаточно для обслуживания поступившего вызова. Вызываемое оборудование имеет возможность принять вызов, оно передает запрос допуска к ресурсам сети ARQ, на который привратник может ответить подтверждением ACF или отказом ARJ. В первом случае вызываемое оборудование передает сообщение Alerting, и привратник маршрутизирует его к вызывающему оборудованию. Вызываемому пользователю подается сигнал о входящем вызове, а вызывающему дается индикация того, что вызываемый пользователь не занят и ему подается вызывной сигнал. При отказе в допуске к ресурсам сети вызываемое оборудование закрывает сигнальный канал путем передачи сообщения Release Complete.

Рис. 1.2. Пример соединения с участием привратника

После того как вызываемый пользователь примет входящий вызов, привратнику передается сообщение Connect с транспортным адресом управляющего канала Н.245 вызываемого оборудования. Привратник заменяет этот адрес транспортным адресом своего управляющего канала Н.245 и пересылает сообщение Connect вызывающему оборудованию, после чего открывается управляющий канал Н.245.

После открытия управляющего канала Н.245 начинается обмен данными о функциональных возможностях оборудования. Затем инициируется процедура определения ведущего/ведомого оборудования, необходимая для разрешения конфликтов, возникающих между двумя устройствами при организации конференций, когда оба они могут быть активными контроллерами конференций, или между двумя устройствами, пытающимися одновременно открыть двунаправленные логические каналы.

После обмена данными о функциональных возможностях и определения ведущего и ведомого оборудования может выполняться процедура открытия однонаправленных логических каналов.

Далее открывается разговорная сессия. Оборудование вызывающего пользователя передает речевую информацию, упакованную в пакеты RTP/UDP/IP, на транспортный адрес RTP-канала оборудования вызванного пользователя, а вызванный пользователь передает пакетированную речевую информацию на транспортный адрес RTP-канала оборудования вызывающего пользователя. При помощи канала RTCP ведется контроль передачи информации по RTP каналам.

После окончания разговорной фазы начинается фаза разрушения соединения. Оборудование пользователя, инициирующего разъединение, должно прекратить передачу речевой информации, закрыть логические каналы и передать по управляющему каналу Н.245 сообщение о желании завершить соединение. Далее от встречного оборудования ожидается ответное сообщение, после приема которого управляющий канал Н.245 закрывается. Далее, если сигнальный канал еще открыт, передается сообщение Release Complete, и сигнальный канал закрывается.

После вышеописанных действий оконечное оборудование извещает привратник об освобождении зарезервированной полосы пропускания. С этой целью каждый из участников соединения передает по каналу RAS запрос выхода из соединения DRQ, на который привратник должен ответить подтверждением DCF, после чего обслуживание вызова считается завершенным.

1.3.2. Пример базового соединения без участия привратника

Рассмотрим случай, когда вызываемое и вызывающее оборудование взаимодействуют непосредственно друг с другом, привратник в сети отсутствует (рис.1.3). Вызывающее оборудование посылает запрос соединения Setup на известный транспортный адрес сигнального канала вызываемого оборудования. Вызываемое оборудование отвечает на Setup сообщением Call Proceeding, а затем - Alerting. Вызываемому пользователю дается визуальный или акустический сигнал о входящем вызове, а вызывающему - индикация того, что вызываемый пользователь не занят и получает вызывной сигнал.

Как только вызываемый пользователь примет входящий вызов, передается сообщение Connect с указанием транспортного адреса управляющего канала Н.245 вызываемого оборудования, после чего открывается управляющий канал Н.245.

И здесь, чтобы ускорить открытие разговорной сессии, управляющий канал тоже может быть открыт вызываемым оборудованием после получения сообщения Setup с транспортным адресом управляющего канала Н.245 вызывающего оборудования, или вызывающим пользователем после получения сообщения Call Proceeding или Alerting, в котором содержится транспортный адрес управляющего канала Н.245 вызываемого оборудования.

После открытия управляющего канала выполняются все процедуры, описанные в первом случае: обмен данными о функциональных возможностях, определение ведущего/ведомого оборудования, открытие однонаправленных логических каналов.

Далее открывается разговорная сессия. Оборудование вызывающего пользователя передает речевую информацию, упакованную в пакеты RTP/UDP/IP, на транспортный адрес RTP-канала оборудования вызываемого пользователя, а оно, в свою очередь, передает пакетированную речевую информацию на транспортный адрес RTP-канала оборудования вызывающего пользователя.

Рис. 1.3 Пример соединения без участия привратника

После окончания разговорной фазы начинается фаза разрушения соединения. Оборудование пользователя, инициирующего разъединение, прекращает передачу речевой информации, закрывает логические каналы и передает по управляющему каналу сообщение Н.245 endSessionCommand, означающее, что пользователь хочет завершить соединение. Ожидается сообщение endSessionCommand от встречного оборудования, после чего управляющий канал Н.245 закрывается. Следующим шагом передается сообщение Release Complete, и сигнальный канал закрывается.

Пользователь, получивший команду endSessionCommand от пользователя, инициировавшего разъединение, должен прекратить передачу речевой информации, закрыть логические каналы и передать сообщение endSessionCommand. Далее, если сигнальный канал остался открытым, передается сообщение Release Complete, сигнальный канал закрывается, и обслуживание вызова считается завершенным.

1.3.2. Установление соединения с участием шлюза

Участие шлюза предполагается в трех сценариях соединения. Первый вариант – это случай, когда абонент ТфОП вызывает пользователя IP-сети, второй – когда пользователь IP-сети вызывает абонента ТфОП, а в третьем варианте абонент ТфОП вызывает абонента ТфОП, но соединение проходит через IP-сеть.

В первом варианте с точки зрения протокола Н.323 соединение устанавливается так же, как соединение участников, включенных в сеть маршрутизации пакетов IP. Рассмотрим ситуацию с точки зрения ТфОП. Существуют два способа набора номера вызываемого абонента: одноступенчатый и двухступенчатый.

При одноступенчатом способе вызывающий абонент сразу набирает номер вызываемого абонента, и шлюз устанавливает с ним соединение. Пока устанавливается соединение в IP-сети, шлюз может передать вызывающему абоненту ТфОП сообщение Call Proceeding, чтобы перезапустить таймеры. Данный способ может использоваться в корпоративной сети для организации связи между абонентами учрежденческих телефонных станций.

В сетях связи общего пользования применяется двухступенчатый способ, при котором вызывающий абонент сначала набирает телефонный номер шлюза и устанавливает с ним соединение. Затем абонент вводит свой персональный код для идентификации и номер вызываемого абонента; эта информация передается по проключенному разговорному тракту сигналами DTMF. Следует отметить, что необходимость в наборе персонального кода возникает не всегда, так как номер вызывающего абонента может содержаться в сигнальных сообщениях систем сигнализации DSS1 и ОКС7, а при использовании систем сигнализации 2ВСК или аналоговых систем сигнализации – определяется при помощи АОН.

Существует несколько способов идентификации абонентов. В первом случае alias-адрес абонента (PIN-код или телефонный номер) шлюз передает привратнику в сообщении ARQ. Во втором случае идентификационный номер вызывающего абонента, набранный с помощью DTMF, передается специальному серверу. Кроме того, в ТфОП вызов может обрабатываться системой обработки телефонных карт, которая отвечает за идентификацию пользователей и начисление платы.

Во втором сценарии, когда пользователь IP-сети вызывает абонента ТфОП при помощи шлюза, с точки зрения протокола Н.323 соединение устанавливается так же, как описанное соединение участников, включенных в сеть с маршрутизацией пакетов IP. Вызываемое оборудование организует сигнальный канал Н.225.0 со шлюзом (при участии или без участия привратника). Далее передается требование на установление соединения Setup, которое содержит телефонный номер вызываемого абонента в формате Е.164. Пока устанавливается соединение в ТфОП, шлюз может передавать вызывающему абоненту IP-сети сообщение Call Proceeding.

Рассмотрим, как происходит передача сигналов DTMF через сеть IP-телефонии.

Существует два основных метода:

- Обязательный метод. Специальное сообщение протокола Н.245 (UserInputIndication) может содержать символы цифр и «*», «#». В данном случае используется надежное TCP-соединение, так что информация не может быть потеряна. Однако из-за особенностей TCP могут иметь место значительные задержки;

- Нестандартный метод. Он может быть применен в терминалах Н.323 при использовании процедуры FastStart и отсутствии канала Н.245. Для передачи сигналов DTMF открывается специальная RTP-сессия, в которой передаются кодированные значения принятых цифр, а также данные об амплитуде и длительности сигналов. Может быть использована та же сессия, что и для речи, но со специальным типом полезной нагрузки. Использование RTP позволяет привязать DTMF-сигналы к реальному времени, что является важным преимуществом данного метода.

Первый метод более предпочтителен, однако в случае международных вызовов и при использовании удаленных систем, требующих жесткой привязки ввода пользователя ко времени, может оказаться необходимым применить второй метод.

1.4. Тенденции развития рекомендаций H.323

В рекомендации Н.323 представлен первый в истории подход к построению сетей IP-телефонии на стандартизованной основе предложенный Международным союзом электросвязи (ITU). Сети на базе протоколов Н.323 ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как сети ISDN, наложенные на сети передачи данных. Рекомендация Н.323 предусматривает довольно сложный набор протоколов, который предназначен не просто для передачи речевой информации по IP-сетям с коммутацией пакетов. Его цель – обеспечить работу мультимедийных приложений в сетях с негарантированным качеством обслуживания. Речевой трафик – это только одно из приложений Н.323, наряду с видеоинформацией и данными.

H.323v.2

Во второй версии H.323 v.2 рекомендаций были устранены недостатки предыдущей версии. Были усовершенствованы существующие протоколы: Q.931, H.245 и H.225, а также введен ряд новых. Основные преимущества новой версии стандарта заключаются в добавлении функций безопасности, установки быстрого вызова, некоторых дополнительных сервисов и интеграции протоколов H.323 и T.120.

- Функции безопасности (H.235) включают в себя обеспечение аутентификации (механизм, который подтверждает то, что участники конференции именно те, за которых они себя выдают), целостности (механизм, подтверждающий то, что переданные пакеты не были искажены), криптографическую защиту передаваемой информации от несанкционированного доступа.

- Функция Fast Call Setup решает имевшуюся в первой версии проблему, когда после прохождения звонка одного абонента другому могла быть задержка в прохождении аудио и видеопотоков.

- Протокол T.120 был интегрирован и в первую версию рекомендаций H.323, однако сценарии установки звонка были довольно сложны. Во второй версии рекомендаций H.323 эта проблема решается следующим образом: стандарт требует, чтобы оборудование конечных пользователей, поддерживающее одновременно и T.120, и H.323, управлялось звонками по H.323. Более того, согласно второй версии рекомендаций T.120 является опциональной частью конференции H.323 и возможности действий по T.120 отдаются на усмотрение каждого устройства в H.323 конференции по отдельности.

H.323 v.3

В третьей версии H.323 v.3 рекомендаций было введено несколько новых возможностей. Прежде всего они касаются дополнений к основному документу и рекомендациям H.225.0, внося усовершенствования в архитектуру стандарта. Среди них можно выделить:

- Более эффективное использование ранее установленных сигнальных соединений, в частности, между мультимедиа шлюзом и контроллером зоны

- Возможность переадресации вызова при установленном соединении

- Повышено удобство получения информации об абонентах (Caller ID).

- Сигнальная информация включает в себя информацию о языке абонента, что расширяет возможности обработки вызова.

- Предложен механизм, облегчающий добавление новых кодеков.

- Механизм сигнализации может теперь использовать UDP транспорт, вместо TCP, что существенно для конференций с большим числом участников.

- Введено понятие упрощенного терминала (Simple Endpoint Type - SET). Такие терминалы могут поддерживать только незначительную часть рекомендаций H. 323, тем не менее обеспечивая проведение аудиосвязи с другими H.323 терминалами.

- Введена возможность SNMP - управления оборудованием видеоконференцсвязи.

- Информационная база управления (MIB) описывается документом H.341.

H.323 v.4

Четвертая версия рекомендаций H.323 v.4 принята 17 ноября 2000 года. Туда внесено много изменений с целью повышения надежности, мобильности и гибкости систем видеоконференций. Новые возможности, касающиеся мультимедиа шлюзов и устройств многоточечной конференции, направлены на повышение качества организации и проведения конференции с большим числом участников. Перечислим некоторые из нововведений.

- Новые механизмы повышения устойчивости работы H.323 конференции.

- Декомпозиция структуры мультимедиа шлюза с целью отделения модуля управления от исполнительных устройств.

- Возможность мультиплексирования аудио и видео в одном RTP потоке.

- Модификация процесса регистрации на контроллере зоны с целью облегчить регистрацию большого числа участников конференции.

- Совершенствование механизмов распределения нагрузки и повышения устойчивости работы контроллеров зоны

- Для терминалов H.323 предусматриваются способы выделения реально необходимой полосы пропускания как для обычной, так и для групповой адресации.

H.323 v.5

В пятую версию протокола, принятую в конце июля 2003 года, внесены умеренные изменения. Было добавлено несколько новых полей и только один тип сообщений.

2. Реализация оборудования Н.323

В 2000 г. успешно прошел сертификацию комплекс оборудования IP-телефонии компании Lucent Technologies типа Packet-Star IP 1000. В состав этого комплекса входят шлюз, привратник и устройство управления сетью (Manager). Шлюз Packet-Star IP Gateway 1000 поддерживает до 3360 одновременных соединений и может, совместно с привратником, обслуживать до нескольких миллионов телефонных соединений и факсимильных сессий в день. Основные особенности оборудования состоят в том, что со стороны опорной АТС принимается множество потоков речевой информации со скоростью 2 048 Кбит/с (Е1), речь кодируется при помощи алгоритмов G.729a и G.723.1, поддерживаются все распространенные системы сигнализации, внутренняя шина системы функционирует на базе технологии ATM со скоростью 5 Гбит/с, вносимая шлюзом задержка при использовании алгоритма кодирования речи G.729a составляет до 80 мс. Помимо поддержки протокола Н.323, обеспечена совместимость с оборудованием других фирм-производителей по профилю iNOW! В минимальной комплектации стоимость комплекса составляет несколько сотен тысяч долларов. Близкий по функциям комплекс оборудования IP-телефонии, рассчитанный на поддержку до 2000 одновременных разговорных соединений, разработала фирма Nokia. Масштабы и стоимость этой аппаратуры ориентированны на крупных операторов связи.

Lucent Technologies выпускает также платы IP-телефонии для учрежденческих АТС Definity. Они позволяют направлять телефонные вызовы по сети Интернет или Intranet с помощью функции маршрутизации в IP-сетях - DEFINITY World Class Routing. Модуль IP-Trunk представляет собой встроенный шлюз IP-телефонии, принимающий речевой сигнал из ТфОП и преобразующий его в пакетную форму. Одна плата IP-Trunk может обработать 30 речевых каналов, то есть полный цифровой поток Е1. Отдельный системный вход в модуль IP-Trunk позволяет администратору АТС устанавливать соответствие между номерами телефонной сети и IP-адресами, задавать правила маршрутизации и параметры обслуживания. Аналогичный по функциям модуль IP-card поддерживает подключение 24 IP-телефонов (серия 6600), работающих по протоколу Н.323.

Lucent Technologies выпускает также программный продукт Definity Soft Phone, который работает совместно с широко распространенным приложением Microsoft NetMeeting и позволяет, подсоединившись к АТС Definity через Интернет как к серверу, стать ее внутренним абонентом. Качество связи при этом будет, разумеется, зависеть от скорости передачи пакетов по сети Интернет. Кроме того, компания Lucent Technologies предлагает отдельное решение в области IР-УАТС под названием IP ExchangeComm, по структуре и компонентам сходное с решением CCN компании Cisco. Отдельно поставляется инструментарий разработчика программ (Software Developer's Kit) для TAPI 2.1 – 3.0, позволяющий создавать новые приложения для IP-сети и добавлять новые функции к уже существующим продуктам. Компания Lucent начала выпуск и IP-телефонов - IP Exchange. Аппаратное и программное обеспечение телефонов IP Exchange совместимо со стандартом Н.323 и поддерживает алгоритмы компрессии речи G.711, G.723 и G.729.

Интерес представляет решение компании Cisco - использовать сервера доступа и маршрутизаторы, например, Cisco 5300 и 3600, в которые добавлены речевые модули. Маршрутизаторы играют роль шлюзов, упаковывая речевую информацию в IP-пакеты. В этом направлении, кроме Cisco, активно работают фирмы Nortel и Ericsson (аппаратура IРТС). Фирмой OKI Network Technologies разработана аппаратура BS 1200 Internet Voice Gateway, предназначенная для установки непосредственно на АТС (УАТС). Помимо сокращения объема оборудования такое решение упрощает синхронизацию и сигнализацию. Программное обеспечение Cisco CallManager, работающее под операционной системой Windows NT, предназначено для управления соединениями между IP-телефонами Cisco и телефонными аппаратами ТфОП. Внешне IP-телефоны фирмы Cisco выглядят как цифровые телефонные аппараты с жидкокристаллическим экраном и встроенным 2-х портовым Ethernet-концентратором, позволяющим не занимать для телефона отдельную розетку RJ-45. Поддерживается компрессия речи G.711 или G.723.1, в зависимости от выбора ПО CallManager. IP-адрес может присваиваться телефону статически или динамически, в последнем случае используется протокол DHCP.

Продукт IP-телефонии компании Ericsson состоит из следующих компонентов: шлюза, преобразующего формат речевой информации и сигнализацию, Sitekeeper - системы управления, выполняющей все функции управления, такие как маршрутизация, сбор информации о вызовах и т.д. В систему входит база данных, которая хранит информацию о вызовах, а также биллинговую информацию и, при необходимости, информацию об абонентах сети (пароль, тип услуги, текущее состояние). Сервер управления выполняет функции глобального управления всей сетью IP-телефонии, хранит информацию о топологии и конфигурации этой сети, а также таблицы маршрутизации. Следуя общим принципам технологии IP-телефонии, продукт Ericsson имеет, в то же время, некоторые особенности. Применено дополнительное технологическое решение - Phone Doubler, позволяющее создавать в Интернет вторую виртуальную телефонную линию. Точнее, оператор получает возможность предоставить клиентам новую услугу: работать в Интернет и разговаривать по телефону одновременно, занимая всего лишь одну аналоговую линию. Обычно для этого нужна либо вторая аналоговая линия, либо линия ISDN. В данном случае вызывающий абонент набирает номер вызываемого абонента, и если этот номер занят, то вызов переадресуется телефонной станцией к шлюзу. В свою очередь, шлюз передает запрос установления соединения вызываемому абоненту через IP-сеть. У этого абонента на экране появляется сообщение о входящем вызове. Далее устанавливается телефонное соединение. Кроме того, воспользовавшись продуктом Phone Doubler, пользователь Интернет может, например, произвести телефонный вызов, не прерывая своей Интернет - сессии, используя клиентское ПО.

Nortel Networks анонсировала целую серию новых продуктов IP-телефонии под общим названием Inca. Семейство Inca предоставляет потребителям портфель открытых решений на базе стандарта Н.323 для объединения сетей IP и телефонных сетей общего пользования. I2004 Internet Telephone - первый из этой серии Интернет-телефонов - совместим со стандартом Н.323 и использует алгоритмы сжатия речи G.711, G.723.1 и G.729A перед ее упаковкой в IP-пакеты. Еще в 1999 года корпорация Nortel Networks создала платы IP-телефонии для своей базовой модели АТС Meridian. Плата, называемая Meridian Integrated IP Telephony Gateway, способна обрабатывать и упаковывать в IP-пакеты 8 речевых каналов. Она устанавливается в периферийный модуль АТС, поддерживающий интерфейс 10Base-T с корпоративной сетью. Поддерживаются стандарты сжатия речи G.711 (64 Кбит/с), G.723 (до 5.3 Кбит/с) и G.729 (8 Кбит/с).

IP-АТС RC3000 и IP-телефон LP 5100 IP, выпускаемые фирмой Siemens с начала 1999 года, относятся к сетевому оборудованию HiNet. Система рассчитана максимум на 50 абонентов. HiNet LP 5100 IP поддерживает стандарт Н.323, алгоритмы сжатия речи G.711 (64 Кбит/с) и G.723.1 (6.3 или 5.3 Кбит/с), а также функцию подавления эха.

Литература

Гольдштейн Б.С., Пинчук А.В., Суховицкий А.Л. IP-телефония. – М.: Радио и связь, 2001, 336 с.
Росляков А.В., Самсонов М.Ю., Шибаева И.В. IP-телефония. – М.: Эко-Трендз, 2003, 252 с.
www.packetizer.com
www.cconvergence.com
www.iptel.org

Н.323 протокол IP-телефонии

Н.323 протокол IP-телефонии

Похожие работы на - Н.323 протокол IP-телефонии