Wdrażanie sieci VoIP

0

Przygotowując firmową sieć LAN i WAN do transmisji głosu, trzeba uwzględnić wiele czynników. Wymaga to odpowiedniego planowania oraz znajomości specyfiki sieci IP i uwarunkowań związanych z transmisją głosu. W tym artykule przedstawiamy informacje pomocne przy planowaniu wdrożenia VoIP.

Użytkownicy korzystający z sieci telefonicznej przyzwyczaili się do szybkiego nawiązywania połączeń oraz niezawodności. Te doświadczenia przekładają się na ich oczekiwania w stosunku do telefonii IP. Jeśli wdrożenie VoIP nie spełni oczekiwań użytkowników, trudno uznać je za udane. Jednak jest wiele czynników, które decydują o jakości połączeń VoIP, m.in. dostępna przepustowość łączy, obciążenie sieci, opóźnienia, itd. Przygotowując się do wdrożenia VoIP, należy uwzględnić te czynniki oraz szereg innych.

Wyzwania związane z VoIP

Budowa konwergentnej sieci wiąże się z wyzwaniami, które wynikają z zasadniczych różnic pomiędzy sieciami do transmisji danych i głosu. Przesyłanie danych nie wymaga zestawiania połączenia, podczas gdy sieci głosowe są zorientowane na połączenia. Ta różnica przekłada się na dwa różne podejścia do przesyłania informacji. Przykładowo, sieci głosowe były projektowane z zamierzeniem osiągnięcia niezawodności na poziomie 99,999 %. W przypadku sieci z przełączeniem pakietów taka niezawodność jest bardzo trudna do osiągnięcia.

Kolejna różnica dotyczy usług transportowych. Komunikacja głosowa jest wrażliwa na opóźnienia oraz na zmienność opóźnień (tzw. jitter). Dlatego w sieciach głosowych w momencie zestawiania połączenia są rezerwowane odpowiednie zasoby (m.in. przepustowość) w celu redukcji opóźnień. Natomiast w sieciach z przełączeniem pakietów nie jest rezerwowana stała ścieżka, lecz dla każdego pakietu jest wybierana najlepsza dostępna trasa. Opóźnienia nie są tak istotne, ponieważ informacje są prezentowane użytkownikowi dopiero po odebraniu wszystkich przekazujących ją pakietów. Dlatego nie ma problemu, gdy jakiś pakiet zostanie utracony i musi zostać ponownie przesłany.

Wybór architektury
Przed wdrożeniem VoIP trzeba wybrać architekturę i producenta systemów VoIP. Są dwa podstawowe typy architektury oraz kilka hybrydowych wariacji. Pierwsza architektura bazuje na systemie przełączania głosu znanym jako PBX (Private Branch Exchange). Ta architektura ma swoje korzenie w sieciach transmisji głosu i umożliwia połączenie użytkowników znajdujących się w jednej lokalizacji lub połączenie poprzez łącza trunk oddziałów firmy z centralą.

Druga architektura bazuje na routerach i jej koncepcja wywodzi się z sieci IP. Routery są umieszczane w centralnych miejscach sieci, gdzie ruch sieciowy jest agregowany i przesyłany do innych lokalizacji. Routery są połączone ze sobą dzierżawionymi liniami, a poza tym korzysta się z dodatkowych połączeń z innymi sieciami, jak Internet czy PSTN. Jeśli dźwięk zostanie przekształcony do postaci cyfrowej, może być przesyłany przez taką sieć wraz wiadomościami e-mail, plikami czy stronami WWW.

Zwróć uwagę, że sieć wykorzystująca centralki IP-PBX jest bardziej scentralizowana, natomiast sieć z routerami ma bardziej rozproszony charakter. Oba podejścia mają swoje wady i zalety. W przypadku IP-PBX’ów rekonfiguracja obejmuje mniejszą liczbę urządzeń i wymaga mniejszych przygotowań. Z kolei w sieciach z routerami poszczególne lokalizacje można migrować indywidualnie, z mniejszym negatywnym wpływem na bieżące działanie całej sieci. Poza tym w przypadku obu architektur występuje ten sam problem: czy nowy system będzie zgodny z używanymi dotychczas rozwiązaniami?

Planowanie wdrożenia VoIP
Sieć konwergentna musi obsługiwać transmisję danych i głosu, o czym trzeba pamiętać już podczas planowania. Proces ten powinien składać się z poniższych etapów:

  1. Zdefiniowanie zadań, które będzie realizować sieć konwergentna, w tym uwzględnienie aplikacji, jak wideokonferencje. Mając taką listę, warto ją skrócić do krótkiego opisu wskazującego najważniejsze cele. Poza tym trzeba udokumentować inne czynniki mające wpływ na projekt, np. zaplanowane terminy upgrade’ów używanych w firmie PBX’ów. To pozwoli wybrać właściwy moment na rozpoczęcie projektu. Dobrym pretekstem jest też konieczność używania nowej aplikacji, której istniejąca infrastruktura nie jest w stanie obsługiwać.
  2. Ocena istniejących sieci do transmisji danych i głosu. Chodzi przede wszystkim o analizę obciążenia segmentów LAN i WAN oraz ocenę wymagań odnośnie przepustowości dla każdej nowej aplikacji. Należy też sprawdzić liczbę realizowanych połączeń głosowych oraz ustalić, jak wysokie są momenty szczytowego obciążenia.
  3. Przygotowanie dokumentu opisującego funkcje, które sieć będzie realizować, oraz zawierającego wytyczne odnośnie wymagań technicznych, jak opóźnienia między punktami końcowymi, nadmiarowość, itd. Istotny jest wybór protokołu nawiązywania połączenia: SIP czy H.323. Pamiętaj też o innych czynnikach, które mogą mieć wpływ na użytkownika końcowego, jak podział na podsieci czy łącza WAN.
  4. Ocena, czy pozostałe systemy, jak zarządzanie siecią, zabezpieczenia, wsparcie techniczne są przygotowane do obsługi nowego środowiska.
  5. Konsultacje z producentami w celu ustalenia wymagań oferowanych rozwiązań. Warto uzyskać informacje także od innych klientów danego producenta czy administratorów sieci pracujących w firmach z tej samej branży.
  6. Opracowanie planów testowania zgodności różnych komponentów. Należy również zweryfikować, czy wszystkie protokoły sygnalizacyjne pomiędzy różnymi sieciami są kompatybilne.
  7. Faza instalacji powinna rozpocząć się od pilotażowego wdrożenia małej sieci w środowisku testowym lub w wybranym segmencie sieci. W tym czasie należy przeprowadzić testy działania tej sieci oraz aplikacji. W szczególności należy sprawdzić, czy w nowym środowisku prawidłowo działa wybieranie numerów oraz przydzielanie adresów sieciowych.
  8. Rozszerzając wdrożenie na całą sieci produkcyjną, należy sprawdzić działanie wszystkich komponentów sieciowych, włączając w to zgodność pomiędzy systemami różnych producentów. Należy także przeprowadzić szkolenia użytkowników końcowych i pracowników działu IT.

Pomiary QoS w sieci VoIP
Decydując się na wdrożenie sieci VoIP, nie można oczekiwać, że użytkownik, przyzwyczajony do wysokiej niezawodności tradycyjnej telefonii, zgodzi się na pogorszenie jakości komunikacji. Na początek przyjrzyjmy się, jakie czynniki decydują o jakości przesyłanego głosu. Zaliczają się do nich: utrata pakietów, opóźnienia pakietów, dostępna przepustowość, wydajność używanych protokołów WAN, wstrzymywanie transmisji w okresach ciszy w celu ograniczenia wykorzystania łączy i wiele innych.

Najważniejszym z tych czynników są opóźnienia. Standard G.114 opracowany przez ITU-T zaleca opóźnienia nie dłuższe niż 150 ms w jednym kierunku transmisji. Jeśli opóźnienia są znacząco dłuższe, prowadzenie rozmowy staje się trudne dla rozmówców. W oszacowaniu na etapie planowania, z jakimi opóźnieniami należy się liczyć, pomogą poniższe wartości:

  • Algorytmy kodujące i dekodujące dźwięk opóźniają transmisję o 15 do 37,5 ms po obu stronach połączenia.
  • Przetwarzanie protokołów (m.in. UDP, RTP, IP) oraz usuwanie echa zajmują z reguły mniej niż 5 ms.
  • W zależności od dostępnej przepustowości i jej wykorzystania może wystąpić kolejkowanie pakietów, a w konsekwencji pakiety będą opóźnione o 5 do 25 ms.
  • Opóźnienia routingu, kolejkowania i propagacji przez łącza WAN, w zależności od medium transmisyjnego i odległości, z reguły wynoszą 10 do 40 ms.

Również zmienność opóźnień (jitter) pogarsza jakość strumieniowanego dźwięku czy obrazu wideo. Ponieważ głos w sieci IP jest przesyłany w pakietach, które mogą docierać do celu różnymi ścieżkami, różne też będą opóźnienia dla poszczególnych pakietów. Aby uniknąć zniekształceń dźwięku wynikających z tego zjawiska, odbiorca buforuje pakiety.

Cześć z wymienionych czynników, jak propagacja przez łącza WAN, przyjmuje stałe wartości i nie da się ich poprawić. Na inne, jak wybór kodeków dźwięku, mamy wpływ, a ich dobór wpływa na wydajność sieci. Jest wiele kodeków, niektóre nawet zatwierdzone jako standard ITU-T. Wykorzystują one różne techniki kompresji głosu w celu ograniczenia zapotrzebowania na przepustowość. Przykładowo, kodek G.711, będący standardem ITU-T, wykorzystuje modulację PCM (Pulse Code Modulation) i transmituje dźwięk z szybkością 64 Kbps przy nieznacznych opóźnień kodowania. Z kolei kodek G.723.1 (również standard ITU-T) wykorzystuje dwie techniki: ACELP (Algebraic Code Excited Linear Prediction) przy szybkości 6,3 Kbps oraz MP-MLQ (Multipulse Maximum Likelihood Quantization) przy szybkości 5,3 Kbps, ale odbywa się to kosztem opóźnień kodowania wynoszących 37,5 ms. Trzeci standard kodowania, G.729, wykorzystuje technikę CS-ACELP (Conjugate Structure Algebraic Code Excited Linear Prediction), która przesyła dźwięk z szybkością 8 Kbps, a opóźnienie kodowania wynosi 15 ms.

Dlatego osoby odpowiedzialne za utrzymanie sieci muszą wybierać między przepustowością a opóźnieniami i balansować między kosztami szybszych łączy a niższą jakością dźwięku. Te problemy można czasem rozwiązać, stosując kodek G.711 (mniejsze opóźnienia) dla połączeń w obrębie sieci lokalnej, natomiast kodek G.729 (mniejsze zużycie przepustowości) w przypadku rozmów wykorzystujących kosztowne łącza WAN.

Na szczęście jest wiele standardów oceny wydajności sieci przesyłających głos. Od wielu lat przemysł telefoniczny stosował bardzo subiektywny system, znany jako MOS (Mean Opinion Score), służący do ceny jakości połączeń telefonicznych. Ta metoda pomiaru bazuje na opiniach wielu wolontariuszy, którzy odsłuchują próbki głosu i oceniają ich jakość. Najbardziej znany test tego typu jest opisany w dokumencie ITU-T P.800 aneks A i jest znany jako Conversation Opinion Test. Zadaniem wolontariuszy jest ocena realizowanych połączeń głosowych w pięciostopniowej skali.

Ponieważ oceny dokonują ludzie, wynik testu jest subiektywny i należy się liczyć z rozbieżnościami w otrzymanych wynikach. Z tego powodu do testów angażuje się liczne grono testerów, a ich oceny są uśredniane. W pięciostopniowej skali MOS akceptowany jest wyniki na poziomie 4 (lub wyższy) i jest to wynik akceptowany również w przypadku sieci VoIP.

Dwa inne standardy ITU-T są bardziej obiektywne. Pierwsza metoda jest znana pod nazwą PSQM (Perceptual Speech Quality Measurement) i opisana w dokumencie P.861. Te pomiary są używane do oceny jakości kodowania głosu w paśmie telefonicznym (300–3,400 Hz). Druga metoda to PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality), opisana w dokumencie P.862. PESQ uwzględnia efekt filtrowania, zmiennych opóźnień, zniekształceń kodowania i dlatego tę metodą można stosować do oceny jakości kodeków, jak również jakości komunikacji między punktami końcowymi.

Testowanie zgodności urządzeń
Sprawdzanie, jak pracują ze sobą urządzenia różnych producentów, jest poważnym problemem dla administratorów sieci. W sieci konwergentnej procedury testowe są jeszcze ważniejsze, ale też stają się bardziej skomplikowane.

Tu z pomocą przychodzi International Multimedia Teleconferencing Consortium (IMTC), organizacja, która opracowała szereg testów interoperacyjności. IMTC jest podzielona na wiele grup roboczych, które zajmują się poszczególnymi protokołami i zagadnieniami, m.in. H.323, H.248/MEGACO, SIP, QoS, bezpieczeństwo i inne.

Jednym z pierwszych osiągnięć IMTC było opublikowanie Voice over IP Implementation Agreement (IA), czyli wytycznych dla producentów odnośnie implementacji algorytmów kodowania dźwięku. Dzięki temu jest większa szansa, że rozwiązania producentów stosujących się do zaleceń IA będą ze sobą współpracować. IMTC opracowała też zalecenia dotyczące bramek VoIP oraz systemów wykorzystujących protokół H.323.

Dobre praktyki
Rozwiązania VoIP są już na rynku od wielu lat i w tym czasie udało się wypracować szereg dobrych praktyk, do których warto się stosować. Oto lista najważniejszych z nich:

  • Upewnij się, że osoby odpowiedzialne za sieci głosowe i transmisji danych znają koncepcję sieci konwergentnych. Osoby odpowiedzialne dotychczas za głos muszą rozumieć sieci IP, a osoby odpowiedzialne za transmisję danych muszą rozumieć sygnalizację telefoniczną, żeby oba te systemy mogły współdziałać.
  • Rodzaj działalności firmy ma wpływa na projektowanie sieci VoIP. Przykładowo, jeśli firma prowadzi call center, celem będzie jak najlepsza jakość głosu. Jeśli jednak chodzi o komunikację między oddziałami firmy, uwaga będzie się koncentrować na ograniczeniu wykorzystania przepustowości przez połączenia VoIP.
  • Wybór między protokołami H.323 i SIP może mieć przełożenie na wybór rozwiązania określonego producenta. Dlatego warto samemu przyjrzeć się wadom i zaletom tych protokołów.
  • Zbalansuj jakość rozmów z kosztami wdrożenia. Wielu menedżerów IT opiera się na kosztach w celu określenia, jakiej przepustowości łącza wykupić, zaczynając od najtańszej opcji i zwiększając przepustowość aż do osiągnięcia akceptowanego poziomo jakości. Ponieważ użytkownicy raczej nie będą zadowoleni z takich eksperymentów, testy należy przeprowadzić jeszcze w ramach pilotażowego wdrożenia.
  • Wybór kodeka ma wpływ zarówno na inżynierię sieci, jak i kwestie relacji z klientami. Koniecznością jest wybór pomiędzy jakością a przepustowością. Przykładowo, kodek o stosunkowo niskiej jakości dźwięku (na poziomie jakości dźwięku w telefonach komórkowych) będzie odpowiedni do wewnętrznych połączeń, natomiast do rozmów z klientami powinno się wykorzystywać kodeki zapewniające lepszą jakość głosu.
  • Zwróć uwagę, że lokalizacja serwerów aplikacyjnych może mieć wpływ na świadczone przez nie usługi. Przykładowo, serwer poczty głosowej zlokalizowany daleko od użytkownika może dostarczać głos niskiej jakości z dodatkowo pojawiającymi się różnymi zakłóceniami wynikającymi z konieczności transmisji głosu na dużą odległość.
  • W sieci pilotażowej starannie oszacuj parametry operacyjne, jak wielkość buforów, czy przerywanie transmisji w okresach ciszy.
PODZIEL SIĘ

BRAK KOMENTARZY

ZOSTAW ODPOWIEDŹ