Hlas, který se původně přenášel po analogových okruzích, se v 70. letech začal digitalizovat a začalo se realizovat více hovorů souběžně na jednom vedení. Vzhledem k rozšíření IP sítí v 90. letech a jejich kapacitě nevyužité shlukovým datovým přenosem se hlas stále častěji přesouvá do těchto původně datových sítí.


Hlas po IP (VoIP, Voice over IP) je hitem posledních několika let, zejména v souvislosti se snahou o úsporu stále rostoucích provozních nákladů na komunikační služby. IP telefonie (kam VoIP patří) obecně označuje poskytování telefonních služeb přes IP síť, zatímco internetová telefonie má užší význam, kde se přenos hlasu realizuje přímo přes veřejný internet.

VoIP patří k technologiím, o nichž se hodně hovoří už několik let jako o zásadní aplikaci pro podnikové IP sítě. Protože však s sebou nese určitá rizika a nezanedbatelné pořizovací náklady, nerozšířila se tak rychle, jak zněly předpovědi před dvěma či třemi lety. Nicméně zájem o VoIP neutuchá, protože technologie už vyrostla z dětských nemocí a je cenově stále příznivější, takže si ji může pořídit nejen velká a bohatá společnost, ale může být zajímavé i pro menší organizaci s několika desítkami uživatelů.

VoIP znamená digitalizaci hlasového signálu, jeho převod do paketového formátu IP a přenos po IP síti. Proto se někdy používá pojem „paketizovaný“ hlas. Místo samostatné telefonní sítě, veřejné nebo podnikové (pomocí pobočkové ústředny), se tak hlasový provoz realizuje spolu s ostatními daty po IP síti.

VoIP díky tomu, že využívá stejnou síť jako data a nepotřebuje oddělenou telefonní síť, umožňuje uspořit část nákladů na podnikovou komunikaci. Navíc rozšiřuje komunikační možnosti o sjednocené předávání zpráv (unified messaging) a další kombinované datové a hlasové služby (např. call centrum).

Infrastruktura pro VoIP
VoIP potřebuje komunikační server, který plní funkci pobočkové ústředny (IP PBX), a IP telefony. Zatímco klasické ústředny pracují s přepínáním okruhů o pevné šířce pásma, IP PBX je založena na přepínání paketů, které mohou nést jak hlas, tak obsah jiného datového typu. IP ústředna využívá maximálně stávající infrastruktury lokálních sítí a připojených PC, proto je výrazně levnější než tradiční pobočková ústředna.

Zatímco klasické telefony komunikují pouze s telefonní ústřednou a nepotřebují samostatné napájení z elektrické sítě, IP telefony komunikují s ústřednou a s aplikacemi na IP síti, takže plní funkci hlasové komunikace a komunikace s aplikačními servery v datové síti. Pro IP telefony je však potřeba zajistit napájení z elektrické sítě. Pro zjednodušení lze využít napájení přes Ethernet podle nové normy IEEE 802.1af, kdy IP telefon lze připojit k lokální síti, a tím mu zajistit nejen síťovou komunikaci, ale i potřebné napájení ze sítě touto jedinou přípojkou.

IP telefony mohou být řešeny nejen jako pevné, ale i jako bezšňůrové telefony. V druhém případě se ještě zvyšuje efektivnost hlasové podnikové komunikace, protože řada studií ukazuje, že 75 % všech příchozích volání se na první pokus nedostane k volané osobě a musí se přesměrovat například do hlasové schránky. Kombinace pevných a bezšňůrových IP telefonů pak zvyšuje účinnost volání až na 80 % a využívá jak pevné podnikové sítě, tak bezdrátových LAN.

VoIP nabízí řadu moderních služeb, které jsou v klasické telefonní síti realizovatelné pouze obtížně, nebo vůbec ne:

Přenos hlasu a signalizace v síti
Z hlediska sítě je hlas pouze další aplikace, nicméně pro její úspěšnou podporu jsou potřeba jak transportní protokoly (RTP a RTCP pro přenos samotného hlasového signálu v IP paketech), tak signalizační protokoly (pro navázání a ukončení volání, případně pro manipulaci s existujícím voláním jako přesměrování, zapojení do konference). Po dobu trvání volání (na základě úspěšné signalizace) je potřeba volání řídit a k tomu slouží řídicí protokoly.

VoIP není aplikací náročnou na šířku pásma (s vhodným kompresním mechanismem vystačí i s 8 kb/s), ale vyžaduje tuto šířku pásma konstantně, tedy s minimální latencí, aby kvalita hovoru nebyla negativně ovlivněna. Aby se zamezilo nepříjemnému kolísání zpoždění hlasových paketů, musí se pakety u příjemce ukládat do vyrovnávací paměti, aby se mohly přehrávat konstantní rychlostí. K tomu slouží dva transportní protokoly: RTP (Real-time Transport Protocol) přenáší digitalizované části informací v reálném čase, zatímco RTCP (Real-time Transport Control Protocol) poskytuje zpětnou vazbu, co se týče kvality přenosového spoje. Oba protokoly ale neredukují celkové zpoždění dat, ani negarantují QoS (Quality of Service).

Signalizace je v telefonní systémech klíčový mechanismus pro navázání spojení a jeho ukončení. Signalizace také umožňuje služby s přidanou hodnotou, jako služby pobočkových ústředen apod. Přenos hlasu po IP sítích vyžaduje, aby se IP síť s přepojováním paketů chovala podobně (ale pouze pro přenos hlasových paketů), jako tradiční telefonní síť s přepojováním okruhů. Pro signalizaci je třeba zajistit dostatečnou šířku pásma a pásmo pro hlasové konverzace dobře dimenzovat, protože podcenění v tomto směru vede vždy ke snížení hlasové kvality. Požadavky na šířku pásma pro signalizaci se liší podle rychlosti generování volání a podle použitého protokolu signalizace. Jako hrubý odhad se uvádí maximální požadavek na šířku pásma do 3 % hlavního provozu.

Právě signalizace umožňuje potřebnou kvalitu komunikace mezi koncovými terminály a sítí a ověřuje potřebu bezpečného spojení s garantovanou úrovní kvality služeb (QoS). Problémem je nejednotnost signalizačních protokolů pro VoIP, mezi něž patří Session Initiation Protocol (SIP, specifikace internetové komunity) a H.323 (doporučení ITU-T).

Konvergence hlasové a datové sítě
Konvergence sítí lze chápat jako integraci různého typu provozu, tj. dat, hlasu, obrazu, a internetového provozu do jediné sítě. Konvergovaná síť nečiní rozdíly mezi jednotlivými typy provozu nebo médií (obr. 2).

Imitace telefonní sítě IP sítí ale není triviální záležitostí. Běžná telekomunikační síť musí být optimalizovaná, aby zajistila vysokou dostupnost (99,999%). IP síť s aplikací VoIP musí zajistit totéž, ale navíc jako konvergovaná síť musí současně přenášet ještě data v různé požadované kvalitě. Datová síť a všechny její složky musí poskytovat dostatečnou kvalitu a spolehlivost tolik potřebnou pro přenos hlasu.

Nové služby, které nabízejí IP sítě příští generace, jsou do určité míry emulací tradičních telefonních služeb, ale navíc přinášejí mnoho moderního a užitečného s ohledem na současné potřeby komunikace. Jednodušší, efektivnější a sjednocená komunikace může pro mnohé podniky znamenat hlavní plus při rozhodování o zavedení VoIP.

Mnoho implementací VoIP selhává na nedostatečnosti infrastruktury sítě pro hlas. Před nasazením IP telefonie je potřeba zhodnotit , zda je síť schopná přenášet hlas v dostatečné kvalitě vnímané uživatelem. Požadovaná kvalita musí být dopředu známá, protože stávající síť může podporovat telefonní hovory v omezené kvalitě, pokud to pro podnikové využití bude stačit, nebo může potřebovat určitou modernizaci (a vyšší náklady) pro kvalitu hovorů odpovídající běžné telefonní síti. Uživatelé obvykle očekávají nezměněnou kvalitu telefonních hovorů, ale tato kvalita na datové síti není garantovaná.

Nasazení VoIP musí předcházet dobrý plán zahrnující získání potřebných informací o telefonním provozu v podniku, rozhodnutí o metodě digitalizace a komprese hlasových signálů a následně specifikaci potřebných nákladů. Nesmí se zapomenout na pilotní ověření, a to zejména propojení VoIP s telekomunikační sítí. Lokální a rozlehlé sítě (LAN a WAN) je třeba z hlediska dopadu nasazení VoIP hodnotit zvlášť, protože WAN je obvykle pomalejší a její šířka pásma je navíc dražší.

Šířku pásma pro hlasové služby je třeba v konvergované hlasové a datové síti pečlivě naplánovat a dát hlasu přednost před ostatním IP provozem. Ani v lokálních sítích, jejichž kapacita v posledních letech vzrostla na 1 až 10 Gb/s nelze předpokládat, že hlas bude mít vždy šanci dostat se k posluchači včas, protože může být zdržen velkými datovými soubory.

Převedení hlasového provozu do konvergované sítě je složitý úkol, který má vliv na schopnost organizace komunikovat s okolním světem a v důsledku udržet se v konkurenčním prostředí. Proto jej nelze brát na lehkou váhu. Vybudovat novou, konvergovanou síť je přitom nesporně jednodušší než provést kroky vedoucí ke konvergenci stávajících, živých sítí používaných v podniku.

Doporučené zdroje:
2003 VoIP State of the Market Report, Steven Taylor, Distributed Networking Associates, Inc, srpen 2003
http://www.webtorials.com/main/resource/papers/taylor/paper3.htm (vyžaduje registraci)
IT Business Case Template: Voice over Internet Protocol (VoIP) Solutions, ZDNet
http://www.itpapers.com/abstract.aspx?docid=41965;
Network Readiness Assessment For Voice and Video over IP, Wainhouse Research, LLC, 2003
http://www.wainhouse.com/files/papers/wr-net-assess-ip.pdf;
Managing IP Telephony: Operational Considerations for VoIP-Based Services, META Group, červen 2003;
H.323 versus SIP: A Comparison, Packetizer
http://www.packetizer.com/iptel/h323_vs_sip/
Voice over IP Bandwidth Calculator, Gary Zielke
http://www.webtorials.com/main/eduweb/voice/VoIPcalc/index.htm

Ing. Rita Pužmanová, CSc., MBA, je nezávislá specialistka v oblasti komunikačních sítí, školitelka a autorka.

---

Cisco IP telefonie

---

Bez nadsázky mohu konstatovat, že Cisco jako první nabralo správný vítr do plachet a tomu vděčí za to, že dnes je na prvním místě v poskytování technologií IP telefonie na světě a také je firmou, která celosvětově přešla ve všech svých působištích na IP telefonii prakticky.

Je to celkem logické u firmy, jejíž síťové stavební prvky tvoří nemalé procento světového internetu, protože přechod na volání po IP představuje klíč ke snižování nákladů. Vždyť investiční náklady na vybavení páteří systémy internetového typu jsou ve srovnání s tradičními systémy pouze desetinové. Stále se také zvyšuje podíl tak zvaných „home workers“, tedy pracovníků, kteří pro firmu pracují z domova, a mění se tak geografické uspořádání firem. Požadavek na mobilitu uživatelů tak zcela mění celou firemní komunikaci a přechod z klasické na IP telefonii vykazuje od roku 2001 s výhledem do roku 2006 exponenciální nárůst počtu systémů s IP telefony na úkor systémů s telefony klasickými. Když se prováděl letos v lednu průzkum, které technologie budou zvyšovat produktivitu zaměstnanců firem, umístila se IP telefonie na druhém místě, když pořadí od prvního místa bylo následující: Virtuální privátní sítě 60 %, IP telefonie 54 %, bezdrátové sítě 47 %, bezdrátové poštovní zprávy 30 %, mobilní technologie 26 %, okamžité zprávy (Instant Messaging – Windows Messenger, ICQ apod.) 18 % a ostatní 2 %.

Podle zdroje Synergy Research Group tvořil v roce 2002 podíl Cisca v IPT podle obratu v EMEA více jak polovinu, konkrétně 52 %. Dále se umístily společnosti Nortel (16 %), Alcatel (11 %), Siemens (9 %), 3Com (5 %) a o zbylých 7 % se podělily ostatní společnosti.

Protože teorii IP najdete v předchozím článku, pojďme se podívat na dva praktické příklady řešení a začněme v eBance, kterou jistě znáte alespoň z vlezlé televizní reklamy „...ale nemusí, nemusí!“.

eBanka se od samého počátku své existence vybavovala nejmodernějšími technologiemi, sama mnohé vyvíjela a získávala za ně oprávněné vavříny v duelu s ostatními bankami. Už od počátku bylo požadavkem banky, aby mohla integrovat hlas a data do jediné infrastruktury. Hlavními požadavky takového řešení byly spolehlivost, škálovatelnost, flexibilita, snadná spravovatelnost z centra a také hospodárnost. Také tu byl ze strany banky požadavek na integraci se stávajícími telefonními ústřednami ve dvou hlavních centrech (Praha a Olomouc) a možnost migrace k IP telefonii v existujících pobočkách.

Cisco nabídlo ucelený rámec řešení, který zahrnoval multiservisní směrovače Cisco 3600/2600, přepínače s integrovaným napájením telefonů Catalyst 4000 a 3500, telefonní server Call Manager (CM) a IP telefonní terminály 7960 a 7910. Hlavními důvody pro výběr Cisco technologie ze strany vedení eBanky byla kompetence, záruka end-to-end funkcionality postavené na architektuře AVVID a jasný plán jejího dalšího rozvoje.

Topologie sítě vychází ze dvou hlavních center pro Čechy a Moravu, spojených ATM páteří (viz obr.). Každá z poboček je připojena vždy dvěma nezávislými operátory linkami FR a FR/ATM o kapacitě 64–256 kb/s na dva různé centrální uzly. Na multiservisních směrovačích byly implementovány nástroje Quality of Services pro provoz IP telefonů ve WAN síti. Ve dvou centrálních lokalitách v Praze je umístěn cluster serverů Call Manager. Ve všech pobočkách jsou lokální hlasové brány ISDN-BRI do JTS. V obou centrech jsou brány se signalizací Q-Sig pro komunikaci se stávajícími ústřednami Alcatel a Lucent. v celé síti byl vytvořen jednotný skrytý očíslovací plán pro obě části, tj. klasické a IP telefonie. Uživatelům je k dispozici volba nejlevnější cesty s optimalizací výstupu do JTS v lokalitách, kde to kapacita připojení k JTS dovoluje. Použitá topologie poskytuje ochranu proti výpadku CM a WAN linky. V současné době je dokončeno 10 poboček s výhledem na 25.

eBanka výhledově také plánuje další rozšíření sítě svých regionálních klientských center, možné posílení rozhraní podle reálného provozního zatížení, integraci platebních systémů, pilotní ověření bezdrátových IP telefonů a nového rysu IOS Survailable Remote Site Telephony. eBanka bude rovněž sledovat vývoj v oblastech Unified messaging, Intelligent Call Distribution a aplikací pro IP telefony využívajících XML rozhraní.

Jiným příkladem konkrétního řešení nasazení IP telefonie s technologiemi Cisco v ČR může být NISA Business Centrum v Liberci (obr. 2). Cílem instalace bylo vyřešení telefonní a internetové konektivity kancelářské budovy s více oddělenými firmami. Budova je připojena datovým spojem 512 kb/s. Tento spoj se využívá jak pro přístup k internetu, tak pro přenos hlasu. Velkokapacitní hlasové brány jsou umístěny u poskytovatele. Hlas je v rámci celé sítě i samotného spoje priorizován pomocí vhodných QoS nástrojů. Pro případ výpadku datové linky jsou využívány dvě ISDN linky. Při výpadku se ovšem zákazníci dovolají jen ven.

Pro přenos hlasu k poskytovateli se používá kodek G.729 pro IP telefony, G.723 pro ATA adaptéry a G.711 v případě detekce faxového nebo modemového přenosu. V rámci místní sítě se využívá kodek G.711.

Vnitřní síť je založena na VLAN, přepínače jsou umístěny v jednom místě a rozvod je proveden strukturovanou kabeláží. Pro VOIP subsystém je vyhrazena jedna VLAN a každý zákazník má k dispozici svoji VLAN. IP adresy jsou z neveřejného rozsahu a jsou PATovány na routeru. Pro zákaznické servery se na vyžádání provádí statický NAT a veškerá komunikace je filtrována.

Zákazníci mají možnost si vybrat telefonní přístroj. K dispozici jsou IP telefony řady 7900 a analogové adaptéry ATA 186 a 188 pro připojení analogových telefonů. Faxové přístroje jsou vždy připojeny přes ATA port se zapnutým fax passthru na základě ECN tónu. Modemové připojení je možné, ale obecně nevyužívané.

Pokud si zákazník vybral analogový telefon (obvykle proto, že ho již měl a nic ho nestál), je tento telefon připojen do portu ATA adaptéru. Podle přání zákazníka je adaptér umístěn přímo v kanceláři nebo ve služební místnosti. Pomocí ATA 188 je možné pak propojit i jedno zákaznické PC nebo HUB a neplýtvat tak linkami strukturované kabeláže a porty na přepínačích.

Protože celé řešení bylo navrženo a instalováno ještě před dostupností “přenositelnosti čísla mezi poskytovateli“, nechali si někteří zákazníci přeložit své původní linky do nové budovy. Pro zachování jednotnosti řešení (dveřník, recepce, závora u parkoviště apod.) bylo třeba tyto linky také zavést do systému přes hlasovou bránu. Zákazník pak přijímá hovory přes své původní linky, ale ven volá přes společnou linku (má výhodnější tarif).

Z důvodů firemní bezpečností politiky si někteří zákazníci přivedli i vlastní datové spoje a jsou zcela odděleni od celého řešení (využívají jen strukturovanou kabeláž). Bohužel se tak připravili o možnost integrace aplikací pro jejich IP telefony s firemními adresáři a dalšími službami.

Konfigurace CallManageru je provedena rozdělením zákazníků do oddílů a každý zákazník má vlastní očíslovací plán. Jednotlivé očíslovací plány se překrývají a zákazníci mezi sebou volají přes čísla v národním formátu. Pro každý telefon je možné nastavit příslušná oprávnění (místní, meziměstská, mezistátní,... volání).

Protože CallManager neumožňuje delegaci správy jednotlivých zařízení různým uživatelům, provádí se správa centrálně na žádost zákazníků. Uživatelé sice mají možnost si nastavovat svůj telefon skrz WWW rozhraní, ale nevyužívají ji.

V souvislosti s úspěšnými instalacemi Cisco technologií pro IP telefonii by se daly uvést ještě další příklady, z České republiky i ze zahraničí. Nicméně by to bylo nošením dříví do lesa či sov do Athén.