Integrácia hlasu v produktoch Cisco Systems

Poznejte způsob přenosu hlasu po síti TCP/IP. Tentokráte od Cisco Systems.

Tento článok si kladie za ciež stručne oboznámiť čitatežov s jednoduchými produktami spoločnosti Cisco Systems, ktoré sú použitežné na prenos telefonátov (hlasu a faxu) cez sieť postavenú na protokoloch TCP/IP (samozrejme aj Internet). Tieto zariadenia patria do podobnej kategórie, čo sa týka určenia a ceny, ako nedávno recenzovaný produkt Multitech VoIP200, ale spracovanie hlasu je integrované priamo v routeri. Integrácia do routera má nezanedbatežné výhody. Okrem použitia akéhokožvek typu siete a pripojenia je možné pakety s hlasovou informáciou uprednostniť a rôznymi metódami zabezpečovať potrebné prenosové pásmo a oneskorenie, aby bola zabezpečená kvalita hlasu.

Nebudeme sa zaoberať zariadeniami ako AS5300, ktoré je určené pre poskytovatežov služieb vo vežkom. Takýto prístupový server pracoval pre slovenský Globtel na zabezpečenie medzinárodnej linky G1, predpokladám že aj Radiomobil realizuje Paegas Internet Call pomocou tohoto zariadenia.

Ďalšie zariadenie firmy na prenos hlasu cez dátové siete je koncentrátor MC3810. Toto zariadenie je určené na prenos hlasu cez siete, ktoré umožňujú priamo v špecifikácii zabezpečovať pre dátové spojenia požadované parametre ako priepustnosť a oneskorenie (Frame Relay, ATM). Nie je určený na prenos VoIP (Voice over IP), ale funguje ako router a okrem hlasu dokáže cez WAN prepojiť aj vaše počítače.

Na prepojenie pobočkových ústrední prípadne vzdialených klapiek cez dátovú sieť sú vhodné modulárne routery, ktoré je možné osadiť modulmi NM-1V alebo NM-2V (Voice/Fax Network Modules). Tieto moduly obsahujú signálne procesory na 2 alebo 4 hlasové kanály. Do nich sa inštalujú moduly rozhraní VIC (Voice Interface Card) podža potreby. Tieto obsahujú po dve zásuvky určené na koncové zariadenie (telefón, ústredňa, fax) a sú k dispozícii v prevedeniach:

• FXS: na pripojenie telefónu
• FXO: na pripojenie k ústredni ako pobočka, prípadne na pripojenie k verejnej telefónnej sieti
• E&M: na pripojenie k pobočkovej ústredni. Tento spôsob je najvhodnejší (ak ústredňa obsahuje príslušné rozhranie). Na prenos sa fyzicky využíva viac vodičov (4, prípadne 6) a je presne definovaný spôsob, ako si jednotlivé zariadenia oznamujú stavové informácie (napr. ukončenie hovoru).
• BRI: Pripojenie k verejnej sieti. Na využitie všetkých štyroch kanálov sa musí inštalovať do modulu NM-2V na pripojenie telefónu
• FXO: na pripojenie k ústredni ako pobočka, prípadne na pripojenie k verejnej telefónnej sieti
• E&M:na pripojenie k pobočkovej ústredni. Tento spôsob je najvhodnejší (ak ústredňa obsahuje príslušné rozhranie). Na prenos sa fyzicky využíva viac vodičov (4, prípadne 6) a je presne definovaný spôsob, ako si jednotlivé zariadenia oznamujú stavové informácie (napr. ukončenie hovoru).
• BRI: Pripojenie k verejnej sieti. Na využitie všetkých štyroch kanálov sa musí inštalovať do modulu NM-2V

Tieto hlasové moduly sa môžu použiť v routeroch typu Cisco 2600 a 3600. Maximálny počet hlasových portov v jednom chassis je 4, v prípade Cisco 3640 až 12. Nemá zmysel tu menovať ďalšie detaily, podporu štandardov a technické špecifikácie, tie sú popísané v katalógu na těchto stránkách. Snáď jediná vec, ktorá v katalógu chýba, je zapojenie portov na moduloch FXS a FXO. Port 0 je zapojený tak, že má vyvedený na konektore aj port1, aby sa dal použiť iba jeden kábel pri pripojení niektorých typov ústrední alebo dvojlinkový telefón. Pri pripojení najobyčajnejšieho telefónu Tesla pomocou štvorvodičového kábla do portu 0 sa prepojí aj to, čo by sa nemalo a vec nefunguje. V zásade treba zapájať iba dva vodiče v strede konektora.

Možnosti hardware

Najčastejšie používané rozhrania FXS a FXO fungujú bez problémov aj bez konfigurácie. FXS akceptuje tónovú aj pulznú vožbu, FXO generuje vožbu podža nastavenia. V prípade potreby sa dá modifikovať množstvo parametrov, napr. frekvencia zvonenia, typ oznamovacieho tónu, počet zvonení (FXO), úroveň hudobného doprovodu počas prepájania (aby sa zbytočne neprenášal cez sieť), generovanie šumu (aby nezostalo v telefóne neprirodzené ticho, keď z druhej strany neprichádzajú dáta). Na hlasovom porte sa dajú ďalej špecifikovať parametre ako zisk na vstupe, útlm na výstupe, potlačenie ozveny, doby čakania na vožbu čísla, časy medzi číslami a pod. Posledné parametre v praxi nie je potrebné nastavovať, pretože počiatočné hodnoty sú vyhovujúce pre takmer všetky aplikácie.

Rozhrania E&M sa na druhej strane musia vždy konfigurovať, aby obidve zariadenia spolu komunikovali. Druhov tohoto rozhrania je vežmi veža a v praxi sme ešte nenarazili na ústredňu, s ktorou by Cisco odmietlo komunikovať.

Možnosti software

Na úrovni software je v routri implementovaný číslovací plán. Pomocou prefixov sa dajú špecifikovať partneri (dial peer), ktorým sa bude smerovať hovor. Pri smerovaní je možné volené číslo rôzne upravovať, napríklad pridať kódy na prestup medzi ústredňami, odstraňovať predvožby a pod. Táto vlastnosť umožňuje používatežom maximálne zjednodušiť vožbu čísel. Ak je podobná inteligencia aj v pripojenej pobočkovej ústredni, prenos hlasu cez IP sieť môže byť pre užívatežov úplne transparentný. Ak je ústredňa jednoduchšia, je pred volaním cez dátovú sieť potrebné si ručne vybrať výstup, kam je router pripojený.

Pri definovaní partnera je možné určiť rôzne parametre. Okrem úpravy volaného čisla to môže byť druh kódovania hlasu (štandartne je G729, 8k CSA-CELP, ale pri spojení s programom ako Microsoft NetMeeting treba špecifikovať G.711 64,000 bps.), potlačenie odosielania dát, keď sa nehovorí, maximálna rýchlosť prenosu faxu a pod.

Pri každej aplikácii nie je nutné zavádzať smerovanie hovorov podža voleného čísla. Ak sa IP sieť použije len na pripojenie vzdialenej klapky k ústredni, príslušné porty sa môžu prepojiť pevne. Ak takto spojíme dva telefóny, dostaneme horúcu linku, keď zdvihnutie na jednej strane spôsobí zvonenie na druhej strane. Častejšie sa ale takto prepájajú navzájom porty typu FXS a FXO. Potom sa v telefóne ozve okamžite po zodvihnutí tón zo vzdialenej ústredne. Ak ústredňa vygeneruje zvonenie na takýto port, okamžite začne zvoniť vzdialený telefón.

Na evidovanie hovorov a rozšírené možnosti je možné použiť software Cisco Voice Manager. Ide o pomerne rozsiahly produkt, ktorý potrebujete, ak chcete poskytovať služby a spoplatňovať hovory. Pri použítí popisovaných malých zariadení ide väčšinou iba o prepojenie.

Dokáže súčasne robiť firewall, zabezpečí šifrovaný kanál na centrálnu vnútropodnikovú sieť, pevne pripojí vaše POS terminály na jedinú prípojku X25 (v centre), nakonfiguruje vaše Windows stanice cez DHCP, a telefonické a faxové spojenie budete mať zadarmo.

Problematika dátového prenosu

Na prevádzkovanie aplikácie tak náročnej na oneskorenie ako je VoIP je potrebné zabezpečiť spoluprácu sieťového prostredia na celej prenosovej trase. Ideálne je, ak sa ide o vlastnú sieť WAN. Pri využití Internetu býva zvyčajne potrebné spolupracovať s Vašim ISP na doladení vášho pripojenia. Maximálne prípustné oneskorenie hlasových paketov je asi 200ms. Aby sme dosiahli takéto hodnoty, je možné použiť niektorú z možností:

• Priorita Potrebujeme zabezpečiť, aby pri cestovaní po sieti bol paket uprednostnený pri vysielaní do liniek. V konfigurácii druhej strany hlasového spojenia (dial peer) môžeme špecifikovať hodnotu IP precedence. Tá sa uloží v IP hlavičke a zariadenia, cez ktoré dáta prechádzajú budú vedieť, že ide o dôležitejšie dáta. V zariadeniach Cisco, ktoré používa väčšina poskytovatežov Internetu sa štandartne používa algoritmus radenia paketov na výstupe, ktorý zohžadňuje hodnoty IP precedence.
• RTP (Real Time Protocol) umožňuje komprimovať IP hlavičky pri prenose. Prenos hlasu cez IP je pomerne neefektívny, pretože na 20 bajtov informácie sa musí preniesť 40 bajtov IP hlavičky. Na pomalých linkách je preto možné ušetriť kapacitu pomocou komprimovania hlavičiek. RTP protokol zmenší hlavičku asi desaťnásobne s využitím informácii z minulých paketov. Dá sa teda konfigurovať iba na dvoch stranách jednej linky (takto komprimovaný paket sa nedá prenášať ďalej, musí sa na druhej strane okamžite obnoviť).
• Prekladanie (interleaving) Pri rýchlostiach linky pod 64kb/s trvá prenos najdlhších paketov (1500b) tak dlho, že sa nedá dodržať maximálne oneskorenie než sa taký paket už začne prenášať. Fragmentovanie na úrovni IP protokolu je vežmi neefektívne, pretože spájanie takýchto fragmentov robí až ciežová stanica. Zariadenia Cisco umožňujú na linke s protokolom ppp zapnúť funkciu multilink ppp, ktorá je určená hlavne na prepojenie paralelnými cestami. Pritom sa data na linkovej úrovni fragmentujú, aby sa mohli prenášať dáta z jedného paketu súčasne. Ak aktivujeme túto fragmentáciu na jednej linke, dostaneme na nej menšie pakety, medzi ktoré sa dajú vložiť dáta náročné na oneskorenie.
• RSVP (Resource Reservation Protocol) umožňuje na celej trase vyhradiť prenosovú kapacitu počas nadviazaného spojenia. Tento protokol musia podporovať všetky routery na trase, čo nie je bežné pri využití Internetu.

Praktické skúsenosti: Ak máte vlastnú sieť a chcete do nej integrovať dáta, nie je problém aktivovať protokoly RTP a multilink ppp. Ak chcete využiť Internet, väčšinou sa dá s poskytovatežom dohodnúť na aktivovaní týchto protokolov na vašej pevnej linke. Priorita by mala fungovať automaticky a medzi jednotlivými prípojnými miestami sa používajú vyššie rýchlosti ako 64kb/s, takže inde nie je nutné komprimovať hlavičky alebo prekladať dlhé pakety. V prípade použitia dial-up pripojenia vám asi žiadny ISP nevytvorí konfiguráciu prípojného miesta na použitie multilink ppp a RTP. Ak sa modem spojí rýchlosťou min. 24000 bps a zabezpečíte, že po linke súčasne nepôjdu iné dáta, je spojenie použitežné.

Priznávam, že skúšký sme robili na vlastnej sieti, nie v reálnom Internete. Ale skúsili sme využiť jednu dial-up linku na telefonovanie a prepojenie sietí súčasne, s multilink ppp a RTP sa dosiahne výborná kvalita. Prakticky sa dajú používať dva kanály VoIP súčasne s IP na linke, kde sa modemy spojili iba na rýchlosti 19200 b/s (synchrónne). Keď sú aktívne obidva hlasové kanály, na dáta toho veža neostane, ale terminálové aplikácie fungujú.

Najviac praktických problémov sa vyskytuje pri prepojení portov FXO-FXO. Na tomto porte routery emulujú telefónny prístroj, takže keď detekuje zvonenie, zodvihne na obidvoch stranách. Problém nastane, keď dohovoríte. Nie je presne špecifikované ako zistiť, že hovor skončil a emulovaný telefón treba položiť. Niektoré ústredne signalizujú koniec hovoru pomocou odpojenia (alebo zmenou polarity) napájacieho napätia. Vo všeobecnosti stačí, ak táto detekcia funguje iba na jednej strane. V centrách firiem bývajú väčšie pobočkové ústredne, ktoré dokážu spolupracovať, alebo sú vybavené rozhraním E&M, kde takýto problém nebýva. V krajnom prípade sa dá použiť obmedzenie dĺžky spojenia.

Routery Cisco štandartne používajú operačný systém IOS. Pretože hlasové služby majú vežký rozsah, ak ich chceme používať treba použiť špeciálnu sadu funkcií (IP Plus). Z toho vyplývajú väčšie nároky na pamäť routera. Nevýhoda je, že táto verzia software má vyššiu cenu. Na rozdiel od externých riešení IP telefonie umožňuje využiť jedno zariadenie takmer na všetky funkcie ktoré môžete potrebovať. Predstavte si, že takýto router zapojíte na vašu pobočku a pripojíte na Internet. Dokáže súčasne robiť firewall, zabezpečí šifrovaný kanál na centrálnu vnútropodnikovú sieť, pevne pripojí vaše POS terminály na jedinú prípojku X25 (v centre), telefonické a faxové spojenie budete mať zadarmo.

Dostupnosť

Všetky spomínané produkty sú dostupné u partnerov Cisco Systems.

Približné ceny: Cisco 2610 (1 Ethernet, 1 Serial, NM-1V, 1 VIC (2 porty), IP Plus Sw): 5 295,- USD
Cisco 2610 (1 Ethernet, 1 Serial, NM-2V, 2 VIC (4 porty), IP Plus Sw): 6 395,- USD
Cisco 3640 (2 Ethernet, 4 Serial, 2 NM-2V, 4 VIC (8 portov), IP Plus Sw): 14 200,- USD
Pre slovenský trh platí dovozná prirážka 7%.