CVoDSL - новейшая технология передачи голоса поверх DSL линии

На главную > DSL Технологии > CVoDSL

Развитие и распространение сетей передачи данных, стали мощным движущим фактором для появления разработок различных технологий передачи голоса, используя сети передачи данных, как на магистральном уровне, так и на уровне сети доступа. Очевидна привлекательность передачи голоса поверх IP или ATM. Протокол VoIP активно продвигается компаниями-производителями, которые уже не раз предрекали скорое исчезновение факсимильной связи и традиционной телефонии. Многие известные компании всерьез уверовали в то, что все способы коммуникаций будут основаны на передаче данных. Однако ничего подобного не произошло, VoIP активно применяется в корпоративных сетях, а на сетях операторов связи по-прежнему используются традиционные услуги телефонии и ISDN. Операторы предпочитают использовать аналоговый телефон, который обеспечивает значительно более высокое качество передачи голоса, особенно важное для наиболее прибыльного и перспективного сектора бизнес-абонентов.

Появление АТМ стало настоящей сенсацией, многие операторы связи вложили огромные средства в построение магистральных сетей ATM. Позднее оказалось, что сети функционируют незагруженными, и операторы стали вкладывать дополнительные средства для того, чтобы загрузить свои сети и оправдать свои инвестиции. Для сети доступа разработчики АТМ предложили технологию ADSL, получившую сегодня всемирное распространение. На начало 2004 года во всем мире насчитывалось 48 520 000 DSL-линий (Point Topic 2004). Безусловным лидером является ADSL, затем следуют SDSL, HDSL, VDSL технологии. Такая популярность ADSL связана с ее использованием в секторе частных абонентов, с другой стороны, массовый рынок привел к значительному росту объемов производства и, соответственно, снижению стоимости услуг ADSL. С технической стороны ADSL обеспечивает уровень качества и скорость передачи, вполне удовлетворяющие потребностям частных пользователей. Кроме того, есть возможность организации высокоскоростного доступа в Интернет по существующей телефонной линии с сохранением телефона при помощи сплиттеров. Многие операторы также предлагают ADSL для бизнес-абонентов, однако сдерживающим фактором является ограничение количества телефонных каналов и их низкое качество. Другая проблема, это асимметричная передача, которая затрудняет использование Web-ресурсов, что становится все более актуальным. В связи с этим для бизнес-абонентов была разработана технология передачи голоса поверх SDSL линии на базе АТМ. Технология получившая название VoDSL предполагает передачу голоса ячейками АТМ, что обеспечивает несколько лучшие показатели качества, чем в VoIP. Однако и эту технологию нельзя назвать совершенной для передачи голоса. Применение АТМ на магистралях и в сети доступа для передачи данных можно назвать оправданным. Что касается передачи голоса, использование АТМ выглядит не совсем корректным, 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. Очевидно, что из-за этого избежать потерь качества и возникновения задержек невозможно, кроме того, возникает дополнительное снижение качества, поскольку передача голосовых ячеек попадает в прямую зависимость от общей загрузки сети. Еще одним недостатком является необходимость стыковки DSLAMов с сетью общего пользования через голосовые шлюзы.

Сегодня уже очевидно, что бум АТМ уже в прошлом, и тенденции операторов связи, разработчиков и производителей оборудования устремлены в направлении построения сетей IP, Gigabit Ethernet, IP-MPLS. Однако и теперь производители АТМ DSLAMов пытаются предложить операторам, не имеющим магистральных сетей АТМ, использование этого оборудования в сетях IP, путем дополнительного преобразования ATM в протокол IP. Если рассмотреть интегрированную передачу данных и голоса VoDSL на базе АТМ, операторами построившими магистральную сеть IP, то здесь потребуется использовать шлюзы не только для голоса, но и дополнительные конверторы для преобразования АТМ в IP. Такая архитектура сети будет сложной, дорогостоящей и неэффективной, особенно при наличии более простых и производительных решений для интегрированной передачи голоса и данных поверх DSL.

Самой новейшей технологией интегрированной передачи голоса и данных поверх DSL линии, можно назвать технологию CVoDSL (Channalized Voice Over DSL). Принципиальным отличием CVoDSL от VoIP или VoDSL на базе ATM, является принцип отдельной передачи голосовых каналов в DSL линии. Передача голоса осуществляется на одном уровне напрямую от оператора к абоненту. На станционной стороне оборудование подключается к телефонной сети напрямую в V5.x интерфейс телефонной станции, без каких-либо дополнительных шлюзов. Передача данных также осуществляется напрямую, абонент получает "чистый" Ethernet, а на станционной стороне подключение происходит прямо сеть передачи данных через сервер широкополосного доступа. В качестве среды передачи используется одна медная пара и новейший стандарт G.SHDSL, что обеспечивает максимальную дальность и помехозащищенность сигнала по сравнению с SDSL или ADSL.

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 ATM или IP (Ethernet). Этот режим получил название режима двойного несущего канала, а технология передачи голоса по абонентской линии связи - CVoDSL. В рамках стандарта выделяют три разновидности таких режимов, наиболее интересным из которых разработчикам платформ доступа представляется возможность передачи широкополосного трафика данных и синхронной передачи до шести ISDN BRA.

CVoDSL предполагает резервирование временных интервалов в зависимости от потребности в голосовых каналах. Голос может быть передан как PCM DS0, без лишних дальнейших путешествий по более высоким слоям. Поэтому для голоса достигается абсолютная минимальная задержка и гарантируется фиксированная полоса пропускания. Таким образом, этим способом в CVoDSL соблюдается качество обслуживания (QoS), в отличие от VoATM и VoIP, которые, несомненно, тоже обязаны обеспечивать меры QoS, но, практически, часто не в состоянии этого сделать (особенно VoIP). Разделив голос и данные по различным каналам, разработчики добились желаемого отсутствия конкуренции между этими услугами. Более того, это деление позволяет отдельно предъявлять для каждого из этих потоков требования по задержке сигнала, вероятности битовой ошибки и устойчивости к импульсному шуму.

Так как голосовые каналы не используются постоянно, они могут быть включены или выключены. Полоса пропускания берется из временных интервалов, по которым передаются данные. Если запрос закончен, то соответствующий интервал переключается под передачу данных. Существующие на сегодняшний день концентраторы DSL уже задействуют эти функциональные возможности, используя CVoDSL. Для голоса требуется 64 кбит/сек на канал (PCM). Кроме того, для экономии полосы пропускания могут использоваться методы сжатия типа ADPCM (ITU G.726) и LD CELP (ITU G.728). Теоретическое преимущество VoATM, подавление тишины и статистическое мультиплексирование (увеличение полосы пропускания), являются преимуществом только при одновременном телефонном разговоре более десяти абонентов по единственной SHDSL линии. CVoDSL может аналогично достигать этого с одним из методов сжатия. CVoDSL имеет практически 100% эффективность, так как, в отличии от VoATM, в ее случае не требуется дополнительно передавать никакой служебной информации.

Немаловажную роль в конкуренции технологий передачи голоса по DSL играет более низкая стоимость разработки аппаратуры для СVoDSL, так как в нашем случае достаточно единственной дополнительной микросхемы для проектирования модема, в то время как в случае VoATM заказчику придется оплатить немало дополнительных элементов для пакетизации, компрессии, обработки AAL2 и эхокомпенсации.

Вышеописанные функциональные возможности голоса, передаваемого по DSL таким методом, объединены в оборудовании доступа, устраняя потребность в приобретении дополнительных голосовых шлюзов, ведь СVoDSL может предложить прямое соединение к телефонной станции без каких-либо шлюзов. Наиболее предпочтимый протокол V5.2 (ETSI 300347-1), который позволяет концентрацию голоса в DSLAM и разгружает телефонную станцию. В дополнение к этому, при использовании двух или более потоков E1, V5.2 позволяет реализовать механизм защиты. Протокол V5.1 (ETSI 300324-1) представлен, как альтернатива, но не предлагает возможностей концентрации голоса или защиты, и поэтому считается устаревшим. Сравнимый протокол для американского рынка - GR 303. Современные станции имеют уже встроенные V5.2/V5.1 протоколы. Главная работа, которая должна быть сделана, правильно включить и конфигурировать ее.

Передавая голос на физическом уровне, CVoDSL наиболее успешно решает проблемы влияния на качество голоса таких основных факторов, как время задержки кодирования, задержки формирования голосового пакета и задержки буферизации. Под задержкой кодирования понимают время, необходимое DSP голосового шлюза для преобразования голосового сигнала в цифровую форму и его последующего сжатия. Задержка формирования голосового пакета или ячейки, в зависимости от применяемой технологии, равная межпакетному времени между пакетами одного источника во время периодов активного разговора, определяется как время, необходимое на входе голосового шлюза для сбора одного пакета. Время постановки и нахождения в исходящей очереди оценивается задержкой буферизации, которая определяется загрузкой канала и размером отправляемых пакетов.

Соответственно, на приемной стороне для восстановления переданного сообщения осуществляются обратные процедуры декодирования голосового трафика, обработки на голосовом шлюзе и буферизации.

Следующим фактором, оказывающим влияние на качество голоса, передаваемого через DSL, является разность во времени прохождения в сети последовательных пакетов одного соединения, получившая название джиттер или флуктуация задержки, которая возникает из-за очередей и маршрутизации пакетов одного сегмента речи по разным путям. Джиттер подавляется внесением в приемную часть оборудования специального буфера, устраняющего слышимые абонентом треск и щелчки методом запоминания дискретных составляющих речевого сигнала, которые не попали в приемный буфер из-за его переполнения, и их последующей передачи с требуемыми интервалами времени.

Необходимость эхокомпенсации является следствием возврата на передающую сторону отраженного голосового сигнала, различимого абонентом уже при 20 мс, от гибридной схемы или любой точки канала, в которой не согласованы импедансы входного и выходного участков.

Последний рассматриваемым нами фактором, который оказывает влияние на качество голоса, является использование алгоритмов сжатия, а также, в некоторых случаях, механизма подавления речевых пауз. В попытках минимизации используемой полосы пропускания канала связи производители аппаратуры пытаются найти оптимальное решение между качеством передаваемого голоса, обусловленного выбором конкретного алгоритма, загрузкой процессора и, естественно, вносимой задержкой.

Сравнение технологий CVoDSL, VoATM, VoIP

Таким образом, CVoDSL представляет собой производительное, но в то же время экономичное решение для передачи голоса по линиям DSL, которое позволяет безболезненно осуществить интеграцию в существующую сеть, но, в то же время, делает возможным плавный переход к платформам следующего поколения.