Лекция: Передача речи в пакетном режиме

Растущая популярность пакетной передачи речи в сетях Интернета VoIP (IP телефония) стимулировала разработку аналогичных пакетных технологий в сетях мобильной связи. Так в рамках ОМА была предложена специфическая для сотовых сетей технология Push-to-talk over Cellular (PoC). Одновременно операторы обсуждают возможности пакетной передачи речи по протоколам IP телефонии. Необходимость использования IP телефонии в сотовых сетях обусловлена переходом к единой телекоммуникационной среде, где мобильные оконечные устройства (UE) взаимодействуют с оконечными устройствами сетей Интернет и беспроводного доступа, в которых VoIP является базовой технологией.

Технические сложности при внедрении IP телефонии в сотовых сетях состоят в выполнении весьма жестких требований QoS (задержки и надежность передачи). Существуют и проблемы, связанные с биллингом. Вместе с тем технология VoIP весьма привлекательна для голосового сопровождения мультимедиа или видео, которое один абонент может транслировать другому (Video sharing).

Смысл услуги PoC состоит в том, чтобы предложить альтернативу SMS, когда вместо короткого текста или изображения корреспондент получает речевое сообщение, которое он может сохранить в своем аппарате, многократно прослушать и ответить на него сразу или спустя некоторое время. На мобильном телефоне устанавливают специальную кнопку вызова РоС (как на военном радиотелефоне), после нажатия которой абонент получает возможность наговорить текст, который далее в пакетном режиме он отправляет вызываемому корреспонденту. Пакеты короткие, обычно длиной от нескольких до десятков секунд, связь симплексная (передача идет в одну сторону с возможным последующим ответом принимающей стороны). Речевое сообщение можно передавать как одному, так и группе абонентов (вариант диспетчерской связи). В процессе передачи обязательно участвует промежуточный (proxy) сервер, называемый РоС сервером (рис. 11.17). Отдельные фазы выполнения алгоритма приведены на рис.11.18 [45].

Для выполнения услуги оба клиента должны иметь активизированный PDP контекст. Сигнализация идет по интерактивному классу, а речевые пакетыпопотоковому или интерактивному классу, так что их передают поверх протоколов RTP/UDP/IP [51]. Следовательно, для эффективной работы PoC требуется установка двух PDP контекстов в пользовательских аппаратах.

Для эффективной реализации услуг пакетной телефонии, передачи мультимедийной информации и взаимодействия мобильных станций с терминалами IP сетей (компьютерами) нужно организовать логические соединения по протоколу IP между оконечными устройствами. Современный подход решения этой задачи для существующих и будущих услуг обеспечивает внедрение технологии IMS (IP Multimedia Subsystem). IMS можно реализовать в любой сети: GPRS, WLAN, кабельных сетях поколения Next (NGN – Next Generation Network).

Сейчас идет волна публикаций, посвященных описанию IMS и ее применению. В качестве вводной литературы по использованию IMS в сетях мобильной связи можно указать на [52] и [58]. Для более серьезного изучения следует обратиться к спецификациям [53].

IMS обеспечивает:

— возможность использования различной сетевой инфраструктуры,

— мобильность терминалов при реализации услуг,

— универсальный подход к реализации услуг.

Рис. 11.18. Алгоритм Push to talk over Cellular

В основе последнего лежит переход от вертикальной структуры реализации услуг (когда для каждой услуги разрабатывают индивидуальный стек протоколов) к горизонтальной многоуровневой структуре (рис. 11.19) [52].. Универсализация уровня управления позволяет стандартизировать соединения IP сети с мобильными сетями (PLMN) и телефонной сетью общего пользования (PSTN). Выход трафика и сигнализации осуществляют через мультимедийные шлюзы (MGW – Multimedia Gateway). Главные задачи уровня управления выполняет CSCF (Call Session Control Function) – управление сеансом связи и маршрутизации. Этот узел обеспечивает организацию сеанса связи, вызовы, предоставление услуг с требуемым качеством (QoS), обслуживание услуг и биллинга. CSCF с одной стороны связан с универсальными серверами баз данных абонентов HSS (Home Subscriber Server) в домашней сети, а с другой, с MGW через шлюз сигнализации SG ( Signaling Gateway), выполняющий функции управления MGCF (Media Gateway Control Function) мультимедийным шлюзом.

Предоставление мультимедийных услуг обеспечивает контроллер мультимедийных ресурсов MRFC (Multimedia Resource Function Controller). Реализацию конкретных услуг (пользовательских приложений AP – Application Service) осуществляют на основе универсального стандартного программного обеспечения, обрабатывающего информационные сообщения с серверов контента.

Рис. 11.19. Многоуровневая архитектура IMS.

IMS технология ориентирована на использование на прикладном уровне SIP протокола инициирования сеансов связи (Session Initiation Protocol) [54]. SIP поддерживает следующие возможности при организации сеансов связи:

— определение местоположения пользователя,

— определение готовности пользователя,

— определение функциональных возможностей терминалов,

— Установление сеанса связи и управление им.

Приведем один из вариантов ступени 2 реализации услуги РоС с использованием IMS (рис. 11.20), где рассмотрен вариант доставки PoC пакета с автоматическим ответом [51].

Рис. 11.20. Алгоритм организации сеанса PoC

На рис. 11.20 буквой (А) помечены функциональные устройства в сети, где находится отправитель PoC сообщения, а буквой (В) аналогичные устройства в сети получателя. Рассмотрим пооперационный алгоритм услуги. Вначале происходит включение UE (1), подсоединение к пакетной сети соответствующего оператора (2) и активизация PDP контекста (3). Каждый абонент получает активный индивидуальный IP адрес, а UE регистрируют в ядре IMS (4).

Отправитель сообщения наживает кнопку РоС услуги (5). Заметим, что это может происходить в любой момент после выполнения пп. 1 — 4. UE инициирует сеанс связи, направляя в ядро IMS запрос SIP протокола INVITE (6). Ядро IMS оценивает возможность предоставления услуги (7) и посылает запрос на услугу на сервер РоС (8). После подтверждения с сервера РоС AS (A) соответствующий запрос следует в ядро IMS сети (В) (!0).

IMS (В) оценивает свои возможности в организации услуги (11), активизирует сервер РоС (В) (12), откуда следует подтверждение (13а) и команда INVITE (13b) для запуска процедуры активизации абонентской станции UE (B).

После сообщения из ядра IMS (B) (14a) и подтверждения с сервера РоС (А) о возможности предоставлении услуги с требуемым QoS (16а), UE получает разрешения на запуск услуги (17а), (19b) с установленным QoS (подтверждение QoS при использовании SBLP – Service Based Local Policy в ядре IMS – 18а).

Отправив подтверждение в ядро IMS (20a) и далее на сервер РоС (23а) UE (А) предоставляет услугу своему абоненту и информационный пакет РоС следует на сервер РоС (А) (21а), где его буферизируют (24а). Абонент станции UE (A) далее может передавать корреспонденту цепочку пакетов, как речевых, так и другого класса (25а), для чего устанавливают соответствующий PDP контекст (22а).

Одновременно на приемной стороне ядро IMS (B) организует сеанс связи с получателем, обеспечивая требуемый QoS (14b). После процедуры пейджинга и выделения UE (B) канального ресурса на стороне получателя устанавливают соответствующий PDP контекст (17b) и UE (B) получает с сервера РоС (В) уведомление о начале передачи информационных пакетов (26). После обмена соответствующими подтверждениями происходит сброс информации, вначале с сервера РоС (А) на сервер РоС (В) (32), а далее на UE (B) (33).