IP-телефон
IP-телефон (исп. central telefónica IP) — это телефонное устройство, предназначенное для предоставления услуг связи с использованием базы данных, которая обычно размещается в главном офисе и выступает в роли основного управляющего центра (так называемый «Mother system» — отвечает за маршрутизацию всех совершаемых звонков). Эта технология известна как голосовая связь по протоколу интернета (VoIP, от англ. Voice over Internet Protocol), при которой IP-адрес (англ. Internet Protocol address) используется для идентификации устройств в Интернете. При наличии необходимых компонентов возможно управление неограниченным количеством внутренних абонентов (как локальных, так и удалённых через Интернет), добавление видеосвязи, подключение цифровых транков или сервисов IP-телефонии (SIP-транкинг) для обеспечения международной связи по низкой цене. Аппараты, используемые для этих целей, называются IP-телефонами или SIP-телефонами, и они подключаются к компьютерной сети. Через специализированные порты устройства также могут подключаться к обычным телефонным сетям общего пользования и поддерживать аналоговые подключения для стандартных телефонов (факсы, беспроводные аппараты, автоответчики и др.)[1].
Для международных корпораций, применяющих современные технологии, IP-централи стали неотъемлемым оборудованием.
Развитие открытых операционных систем и бесплатного программного обеспечения привело к появлению множества IP-централей, некоторые из которых способны работать на обычных ПК в качестве аппаратной платформы. Однако вопрос безопасности остаётся важной проблемой для подобных устройств, ведь их подключение к Интернету делает их уязвимыми для атак со стороны злоумышленников, вирусов, червей и других угроз.
Применение этой технологии постоянно развивается, что облегчает создание и развертывание целого спектра телефонных приложений и сервисов, включающих, в том числе, функции автоматических телефонных станций (АТС) с различными VoIP-шлюзами. Многие решения распространяются по лицензии GNU General Public License (GPL), и доступны для бесплатной загрузки.
Ожидается, что в будущем, после решения ряда технических проблем, средние и малые предприятия смогут без опасений внедрять данную технологию, получая при этом высокое качество звука. Благодаря программам с открытым исходным кодом (англ. Open Source), не требуется приобретать лицензии — обычный ПК способен превратиться в полноценную телефонную станцию, то есть защищённый и надёжный сервер для коммуникаций.
Ещё одним преимуществом IP-централей является отсутствие необходимости в отдельной телефонной проводке: IP-телефоны (или SIP-телефоны — по протоколу SIP, англ. Session Initiation Protocol) используют существующую локальную сеть передачи данных, легко устанавливаются и настраиваются с помощью веб-интерфейса. В таких системах имеется встроенная голосовая почта с автоответчиками, приветствиями и различными меню для автоматической маршрутизации звонков; пользователи могут получать голосовые сообщения в виде вложений к электронным письмам. Кроме того, многие решения интегрируются с административными программами или, например, с Outlook Express от Microsoft, что позволяет автоматически набирать корпоративные контакты.
Сотрудники могут менять рабочие места без необходимости перекоммутации кабелей и без перенастройки центрального оборудования; поддерживается широкий выбор SIP-телефонов различных производителей, поэтому нет привязки к одному бренду или поставщику. Можно принимать и совершать звонки через стандартную телефонную сеть общего пользования (PSTN), сотовую связь с помощью соответствующих VoIP-шлюзов, а также существенно сокращать расходы на международные вызовы, используя любые VoIP или SIP/WAN сервисы.
Оцифровка и сжатие
Оцифровка основана на технологиях, которые уже успешно применяются для передачи голоса и видео. Традиционная стационарная и мобильная телефония используют подобные технологии, но с собственными кодеками. Как известно, наилучшее качество звука обеспечивается в классической телефонной связи, тогда как в мобильной сети восприятие речи требует определённых усилий — поэтому, например, не рекомендуется одновременно вести разговор по мобильному телефону и управлять автомобилем.
IP-централи применяют иные кодеки для работы в Интернете, так как им необходимо минимизировать используемую пропускную способность. Первый этап соединения VoIP, как правило, — оцифровка: преобразование аналогового сигнала в поток цифровых пакетов. Сделать это можно разными способами; наиболее прямой — дискретизация сигнала с фиксированной частотой и достаточной частотой квантования, чтобы охватить весь диапазон голосовых частот, а далее — деление амплитуды сигнала на некоторое количество уровней. Например, частота дискретизации 8000 Гц и 256 уровней квантования — типичная конфигурация, используемая в телефонии. Таким образом, сигнал сканируется и цифруется с помощью аналого-цифрового преобразователя (ADC), который формирует выборки с частотой 8000 раз в секунду и глубиной 8 бит. При передаче некомпрессированных данных для обратной трансляции используется цифро-аналоговый преобразователь (DAC). Такой режим (8 кГц, 8 бит разрядности) обеспечивает качество, сравнимое с обычной телефонной связью, поскольку речевые сигналы размещаются в частотном диапазоне от примерно 500 до 3500 Гц. Этого вполне достаточно для передачи разборчивого звука.
Однако при VoIP высокая скорость передачи некомпрессированного потока — 8 Кбайт/с — на практике может быть чрезмерной для медленных соединений, особенно в странах с невысоким качеством Интернета или при работе через мобильные сети. Для решения этой задачи были разработаны различные методы снижения требуемой пропускной способности при сохранении приемлемого качества звука.
Во-первых, можно уменьшить частоту дискретизации, но это ведёт к фильтрации высоких частот, деформациям и потере разборчивости, особенно в женских и детских голосах. Согласно теореме Найквиста—Шеннона, частота дискретизации должна быть не менее двухкратной максимальной требуемой частоты аналогового сигнала. Сильное сокращение частоты дискретизации, например до 4000 Гц, не позволяет полно передать особенности человеческой речи. Таким образом, этот метод даёт лишь небольшой выигрыш.
Другая возможность — сократить разрядность, то есть число бит, необходимых для хранения каждой выборки. При 8 битах достигается хорошее качество; при уменьшении до 4 бит поток уменьшается на 50 %, но увеличивается уровень искажений: число уровней снижается до 16, и при слабых сигналах данная дискретизация становится почти двоичной, ухудшая естественность звучания и разборчивость речи.
Решением служит нелинейное квантование — деление интенсивности сигнала на большее количество уровней вблизи нуля и меньшее при высоких амплитудах по логарифмической шкале, более адекватной слуху человека.
Дополнительно используются алгоритмы адаптивного квантования: они автоматически увеличивают усиление для слабых сигналов, чтобы сохранить относительную точность передачи даже при сниженной разрядности. Минус этого подхода — возможное усиление фонового шума.
Наиболее эффективный способ снижения требуемой полосы пропускания для VoIP — применение специализированных алгоритмов сжатия с минимальными потерями (англ. low-loss compression). Подобная сжатие напоминает хорошо известные архиваторы (например, ZIP), где данные анализируются и перекодируются по специальным таблицам с занятием меньшего объёма, причём для речи используются специальные алгоритмы, оптимизированные под специфические закономерности звуковых потоков. Некоторые методы допускают незначительные потери информации ради существенного выигрыша в скорости передачи («сжатие с потерями», англ. lossy compression), примером чего могут служить алгоритмы обработки изображений типа JPG. Для голоса были созданы специальные узкополосные речевые кодеки с низкими потерями и высокой степенью компрессии, что особенно актуально для сотовой связи.
Кодек — рабочая лошадка VoIP-компрессии
Поскольку существует множество способов кодирования цифровой речи для передачи по цифровым каналам, приложения VoIP должны согласовывать используемые методы, чтобы установление связи было успешным. Для этого разработаны стандартные аппаратные и программные кодеки — модули, осуществляющие кодирование и декодирование. Кодеки применяются и для передачи видео, но ниже рассматриваются только речевые кодеки, используемые в IP-телефонии.
В индустрии насчитываются десятки разных кодеков, и наиболее продвинутые из них часто являются коммерческими и менее распространены, однако есть и общедоступные стандарты, к которым относятся следующие четыре наиболее популярных в VoIP:
| Название | Алгоритм сжатия | Битрейт (Кбит/с) | Применение |
|---|---|---|---|
| G.711 | A-law и μ-law | 64 | Общая телефония |
| G.726 | ADPCM | 16, 24, 32, 40 | DECT, международная телефония |
| GSM 06.10 FR | ADPCM | 13,2 | Исходный кодек GSM |
| G.729 | CS-ACELP | 8 | VoIP при низкой скорости соединения |
Стандарты ITU-T G.711, G.726 и G.729
Стандартизация критически важна для совместимости VoIP-приложений. В сфере телекоммуникаций этим занимается Международный союз электросвязи — англ. International Telecommunication Union (ITU, ранее Международный телеграфный союз, основан в 1865 г., с 1947 г. — агентство ООН), чьё подразделение ITU-T (ранее CCITT) разрабатывает стандарты передачи данных, включая алгоритмы сжатия голоса, применяемые в национальных и международных телефонных сетях. Стандарты получают обозначения G.xxx, при этом большие номера обычно соответствуют более сложным и требующим большего вычислительного ресурса, но обеспечивающим лучшее соотношение качества речи к занимаемой полосе пропускания.
A-law и μ-law PCM
Стандарт G.711 определяет два вида сжатия речевого сигнала: A-law и μ-law (миу-ло). Оба используют основной принцип PCM (импульсно-кодовая модуляция), предполагающий периодическое дискретное отслеживание амплитуды сигнала. Для PCM по G.711 используется частота дискретизации 8 кГц (8000 отсчётов в секунду), с глубиной квантования 13 бит (A-law) и 14 бит (μ-law). Оба варианта обеспечивают высокое качество передачи речи при минимальных искажениях. В Северной Америке и Японии чаще применяют μ-law, в остальных регионах — A-law. Кроме того, A-law немного проще в реализации с точки зрения вычислительных ресурсов.
Функции
Набор функций зависит от конкретной реализованной системы; часть опций требует приобретения лицензий, дополнительного программного обеспечения или модулей:
| {{{col1}}} | {{{col2}}} |
- Неограниченное количество абонентских номеров (добавочных)
- Многоуровневые автоответчики с меню
- Несколько ящиков голосовой почты
- Интеграция с мобильными телефонами
- Громкая связь через систему громкоговорителей
- Поддержка удалённых телефонов по всему миру
- Пользовательский интерфейс (переадресация, унифицированная почта, запись сообщений в голосовую почту)
- Группы добавочных номеров
- Автоматическая установка абонентов
- Гибкий диапазон внутренних номеров
- Определитель номера
- Прямая внутренняя маршрутизация (DID)
- Маршрутизация вызовов
- Запись звонков
- Запись в реальном времени
- Обратный вызов по пропущенным
- Голосовая почта на электронную почту
- SMS-уведомления о голосовой почте
- Доступ к голосовой почте через веб
- Система телемаркетинга
- Интеграция с Outlook Express (Exchange) (Microsoft)
- Перехват вызова
- Диагностика системы
- Возможность использования любого IP-телефона
- Поддержка аналоговых телефонов
- Ожидание вызова
- Прослушка звонка
- Набор по имени из телефонного справочника
- Формирование отчётов
- Интеграция с CRM
- Связанные удалённые серверы
- Панель оператора
- Виртуальные конференц-залы
- Быстрый набор (память)
- Каналы поддержки
- Множественная музыка на удержании
- Аналоговые и цифровые транки T1/E1
- Продвинутая маршрутизация (IVR)
- Оповещение о статусе вызова
- Уведомление о вызове
- Автоматическая переадресация вызова
- Унифицированная система сообщений
- Фильтрация вызовов
- Автоматизация ANI и маршрутизации
- Идентификация DNIS
- Повышенная мобильность
- Персонализация поставщика VoIP
- Интеграция с корпоративными программами
- Поддержка факса на email
- Поддержка факса в PDF
- Автоматическое распределение вызовов (ACD)
- Виртуальные телефоны на ПК (softphone)
- Передача звонка
- Конференц-связь
- Мониторинг в режиме реального времени