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.

Нажатие PTT

PTT= Push to talk   TBF= Temporary block flow   TBS= Talk burst status

Декодирование речи

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).