Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Вторник, 26 сентября
 
 


Это интересно!

Новости


Обзоры, аналитика


Интервью, презентации

Ранее

ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫЕ МИКРОСХЕМЫ ДЛЯ АУДИОПРИЛОЖЕНИЙ

В статье рассмотрены высококачественные микросхемы (приемопередатчики S/PDIF, SRC-преобразователи, цифровые сигнальные процессоры семейства SHARC, ЦАП и ОУ), ориентированные на применение в аудиоаппаратуре высокого класса различного назначения.

Фундаментальные основы обработки видеоизображений. Часть 1

В статье рассматриваются различные форматы видеоизображений и основные принципы, в соответствии с которыми работают современные системы обработки мультимедийной информации.

ЧИПСЕТЫ NATIONAL SEMICONDUCTOR ДЛЯ SD/HD/3G SDI-ИНТЕРФЕЙСОВ. Часть 1

Разработкой нового семейства чипсетов для поддержки стандарта 3G SDI компания National Semiconductor расширила портфолио продукции «лучший в своем классе», предназначенной для применения в профессиональной и телевещательной видеоаппаратуре. Семейство чипсетов обеспечивает функции передачи и приема цифровых видеосигналов со скоростями передачи до 3Гбит/с по стандартному телевизионному 75-Ом кабелю на расстояния от 100 до 350 м. Новое семейство чипсетов SD/HD/3G SDI предназначено для замещения линейки CLCxxx.

 

12 марта

Платформы VoIP для абонентских шлюзов

Абонентские VoIP-шлюзы все чаще берут на себя передачу сигналов видео и сотовой связи, обеспечению безопасности и выполнению других функций. В статье описываются принципы проектирования платформ, способных решать эти задачи.



Н

овые технологии всегда находят отклик у так называемых «ранних» последователей, энтузиастов, использующих новинки техники просто потому, что увлечены новыми, поражающими воображение продуктами. Именно этой категории пользователей обязаны своим первоначальным успехом провайдеры, специализирующиеся на услугах голосовой связи по протоколу IP (Voice-over-Internet Protocol, VoIP). Однако в настоящее время рынок становится все разнообразнее с приходом новых игроков, новых технологий и новых сочетаний функциональности, привлекающих основную массу потребителей вслед за энтузиастами передовых технологий. Новая динамика, действующая на рынке, оказывает несомненное влияние на архитектуры, применяемые в абонентских системах VoIP.

 

Замена телефонных сетей общего пользования

До сих пор большинство услуг VoIP позиционировались на рынке как прямая замена традиционной службы голосовой связи через коммутируемые телефонные сети общего пользования (ТСОП). Другими словами, раньше сервис VoIP представлялся провайдерами как одна из услуг голосовой связи, отличающаяся лучшим тарифом.
Теперь ситуация изменилась. Дей­ствующие провайдеры и сетевые операторы вышли на рынок VoIP и объединили возможности платформы с дополнительными сервисами. Например, если не все, то большинство крупных кабельных операторов мультисистемных сетей предлагают услуги VoIP в сочетании с телевизионным вещанием и широкополосным доступом в интернет. Более того, большинство провайдеров услуг связи и сетевых операторов в настоящее время предлагают пакеты из трех или четырех сервисов, включающих в себя передачу голоса, данных, видео, а также беспроводную связь.
Провайдеры предлагают различные дополнительные функции VoIP. Управление деловыми контактами, потоковая музыка, онлайн-доступ к голосовой почте, речь высокого качества (HD voice) и другие функции становятся все более и более привлекательными для провайдеров, поскольку открывают новые пути получения прибыли. Речь высокого качества, например, возможна при полностью цифровом канале. Это позволяет провайдерам обеспечить качество аудиосигнала выше, чем то, которое могут предложить традиционные операторы ТСОП и некоторые специализированные провайдеры услуг связи VoIP.
Новые компании, использующие преимущественно IP-технологии, также оказались вовлечены в рынок IP-услуг, частью которого является VoIP. Причина в том, что эти поставщики услуг меньше всего хотят, чтобы предлагаемые ими продукты ассоциировались с традиционной телефонной сетью. В результате разные компании стремятся выделиться творческим подходом к построению конечных точек IP-телефонии и систем IP-шлюзов.

 

Пространство для видео и других приложений

Абонентские шлюзы и другие устройства, поддерживающие VoIP, все чаще используются и для обработки видео. Пропускная способность IP-сетей была значительно увеличена для обеспечения функционирования IPTV, видеосервиса по запросу, приложений потокового видео, видеоконференций и других инновационных приложений в области видео. Для реализации всех этих сервисов системы IP-шлюзов должны быть спроектированы таким образом, чтобы исключить любые внутренние узкие места, которые могут внести задержку в передаваемые в реальном времени голосовые и видеосигналы.
Особенно важным развивающимся приложением для IP-шлюзов является видеонаблюдение. В настоящее время системы видеонаблюдения существуют отдельно от домашнего телевидения, приложений передачи голоса или данных, но в будущем все эти службы будут объединены в одном и том же устройстве. Это открывает замечательные перспективы: например, со временем можно будет присматривать за своим домом из любой точки земного шара. Более сложные приложения, такие, как обнаружение вторжения и алгоритмы слежения, также будут доступны за счет использования возросших возможнос­тей обработки в реальном времени домашнего IP-шлюза.
Помимо видео, технологии сотовой и распределенной беспроводной связи также окажут большое влияние на особенности архитектуры и форм-факторы, применяемые в абонентских IP-системах. Хорошим примером служат приложения на основе конвергенции фиксированной и мобильной связи, которые уже сейчас начинают появляться, обеспечивая больший комфорт и экономичность. В частности, на рынке доступны двухрежимные телефоны, которые автоматически и незаметно для пользователя переключаются между домашней беспроводной локальной сетью Wi-Fi (WLAN) и сотовой сетью провайдера услуг связи. При подключении к сети Wi-Fi телефон использует возможности телефонной связи VoIP через домашнюю систему VoIP-шлюза, чтобы избежать расходов на сотовую связь. В других приложениях мобильный телефон может действовать в качестве дополнительного расширения абонентского номера домашнего телефона, повышая гибкость и расширяя возможности доступа к домашней системе телефонной связи.
Одним из вопросов, возникающих в таких приложениях, является транскодирование сигналов для домашних телефонов сети ТСОП. Для минимизации эффектов транскодирования в шлюзы VoIP будет добавлена поддержка кодеков сотовой связи, например GSM и EVRC. Также будет возможно завершать вызов по беспроводной сети в абонентском шлюзе, так что один и тот же номер будет доступен для использования через «домашний» и через мобильный телефон. Таким образом, разграничение между телефонными номерами и ассоциированными устройствами становится еще менее четким.
Удобство и простота применения критически важны при выведении новых технологий на массовый рынок. Стараясь развеять опасения, недоверие и сомнения, окружающие технологию VoIP, провайдеры услуг связи стараются сделать переход к VoIP практически незаметным и столь же простым, как замена одного оператора ТСОП другим. Один из способов — интеграция VoIP в устройства сопряжения с сетью, органично подключаемые к имеющейся в доме телефонной сети. В таком варианте переход от услуг аналоговой телефонной сети к высокоскоростным широкополосным и основанным на IP сервисам может быть постепенным и безболезненным.

 

Проектирование архитектуры платформ

VoIP станет лишь одним из множества приложений, работающих на платформе домашнего IP-шлюза. Это, по всей вероятности, породит массу различных конфигураций IP-шлюзов. В одних домах будет установлено одно устройство централизованного абонентского IP-шлюза. В других может применяться гибридная конфигурация, состоящая из IP-шлюза, соединенного по сети с абонентскими IP-системами или другими зависящими от приложения устройствами IP-доступа. Независимо от того, какую форму примут эти платформы, для работающих на них приложений потребуются некоторые общие особенности архитектуры.
В первую очередь архитектура IP-платформы должна иметь достаточную вычислительную мощность для обеспечения обработки сигналов в реальном времени, а также высокоскоростную систему ввода/вывода для поддержки широкополосных приложений. Наличие множества приложений реального времени, работающих параллельно, подразумевает архитектуру с несколькими процессорными подсистемами. Чтобы удовлетворить эти разнообразные вычислительные потребности, лучшим подходом будет комбинирование возможностей обработки в реальном времени, предоставляемых цифровым сигнальным процессором, с ресурсами RISC-процессора общего назначения.
В рамках архитектуры на базе только одного RISC-процессора трудно обеспечить требуемое количество операций в секунду для таких приложений цифровой обработки сигналов реального времени, как VoIP, кодирование/декодирование и транскодирование видеоданных. Это связано с тем, что для исполнения DSP-алгоритмов RISC-процессоры обычно требуют в 2—3 раза больше операций, чем процессоры цифровой обработки сигналов. Разумеется, можно просто значительно повысить тактовую частоту RISC-процессора. Однако при этом он будет потреблять больше энергии и выделять больше тепла, а значит, может потребовать сложных систем охлаждения.

 

Рис. 1. Функциональные компоненты шлюза для голосовой связи


Более эффективный подход показан на рисунке 1. Приложения разделяются на задачи, назначаемые для выполнения процессорной подсистеме, обладающей наилучшей производительностью для данных задач. Задачи реального времени обычно выполняются на цифровом сигнальном процессоре, тогда как задачи общего назначения, оперативные задачи и задачи пользовательского интерфейса выполняются RISC-процессорным ядром.
Ресурсы DSP также оказывают огромное влияние на обработку сигналов в системе VoIP. Очень важно, разумеется, чтобы цифровой сигнальный процессор имел достаточную исходную производительность, но другим важным показателем является объем внутрикристальной памяти процессора. Доступ к внутренней памяти осуществляется с меньшей задержкой, что уменьшает возможность образования узких мест из-за ожидания данных процессорным ядром. Кроме того, при доступе к внутрикристальной памяти потребляется меньше энергии, что увеличивает срок работы резервного аккумулятора в системе.
Еще одним критически важным фактором является управление электропитанием. Процессорные ядра цифрового сигнального процессора и процессора RISC должны быть совместимы с различными методами управления электропитанием, которые могут переводить отдельные сегменты системы в режим пониженного энергопотребления, когда эти сегменты не используются, либо выключать их полностью. Выключение или перевод в режим пониженного энергопотребления различных компонентов микросхемы или системы станет в дальнейшем ключевой функцией.
На основе этой высокопроизводительной аппаратной архитектуры должна быть построена гибкая и модульная инфраструктура программного обеспечения. Приложение VoIP будет лишь одним из ряда приложений, работающих в системе. Программное обеспечение должно быть масштабируемым для адаптации ко всем имеющимся приложениям, выбираемым потребителями.
Гибкость конфигурации необходима даже внутри таких приложений, как VoIP, поскольку каждый экземпляр приложения может конфигурироваться различным образом в зависимости от вида услуг, заказанных обитателями дома. Например, кому-то может потребоваться поддержка расширенного кодека (кодер/декодер) для применяемого приложения VoIP. Это может означать развертывание нескольких кодеков VoIP: один широкополосный кодек для передачи высококачественного звука, узкополосный кодек для передачи звука стандартного качества, а также беспроводной кодек для приложений фиксированной и мобильной связи.
В набор программного обеспечения могут быть добавлены также другие функции, например поддержка факсимильных аппаратов традиционного стандарта T.38. Более того, программное обеспечение VoIP должно реализовывать выборочные или дополнительные функции, например поддержку модема для более ранних домашних систем обеспечения безопасности либо функции улучшения качества, такие, как алгоритмы подавления эхо-сигналов. Поддержка модема и функций обеспечения безопасности становится особенно важной, поскольку производители оборудования стремятся модернизировать семейства изделий для малого бизнеса и домашнего применения.
На самом верхнем уровне этой иерархической архитектуры программного обеспечения потребуется операционная система высокого уровня, чтобы технические специалисты и/или пользователи могли работать с системой и администрировать операции ее рутинного обслуживания. Такая ОС лучше всего приспособлена к возможностям RISC-процессора, оставляя для ядра DSP требующие большого объема вычислений задачи реального времени и обработки сигналов.

 

Защищенные архитектуры

Постоянная угроза со стороны хакеров, спамеров, а также атаки, приводящие к отказу в обслуживании (denial-of-service, DoS), стали жизненной реальностью. В то же время отработка многих широко применяемых современных защитных алгоритмов может быть трудоемкой и требующей больших затрат времени. Для столь зависимого от времени приложения, как VoIP, даже небольшая задержка в потоке данных может существенно снизить качество обслуживания и, соответственно, степень удовлетворенности подписчика. Вследствие этого абонентская архитектура VoIP должна уметь отрабатывать мощные защитные алгоритмы таким образом, чтобы это было совершенно незаметно для подписчиков.

 

Рис. 2. Инфраструктура обеспечения безопасности на базе VoIP


Защита приложения VoIP требует защищенной передачи полезной нагрузки пакета голосовых данных за счет шифрования и аутентификации. Одновременно должны быть развернуты механизмы фильтрации и мониторинга для защиты от атак, приводящих к отказу в обслуживании (см. рис. 2). Для защиты полезной нагрузки голосового пакета развертывается защищенный вариант транспортного протокола реального времени (SRTP), тогда как протокол безопасности транспортного уровня (TLS) и протокол IP Security (IPSEC) реализуются для защиты телефонных вызовов в сети.
Аппаратные ускорители представляют собой эффективный способ обеспечения процессов защиты, например шифрования, генерации ключей и аутентификации. Аппаратная реализация этих процессов позволяет получить меньшее время задержки и более высокую надежность, чем это возможно при программной реализации. Обычно ускорители процессов защиты оптимизировались для пакетов, содержащих большую полезную нагрузку, например пакетов Ethernet. Пакеты VoIP намного меньше, поэтому разработчики полупроводниковых компонентов, ориентированных на приложения VoIP, стремятся включить в их состав аппаратные ускорители для небольших пакетов размером 160 байт.

 

Рис. 3. Предотвращение DoS-атаки: пакет DoS можно маршрутизировать без взаимодействия с процессором


Для предотвращения DoS-атак требуется, чтобы абонентские IP-шлюзы или IP-телефоны были способны производить мониторинг входящих пакетов, обнаруживать закономерности, указывающие на DoS-атаку, и предпринимать действия для блокирования этих пакетов (см. рис. 3). Если поток опасных пакетов не блокировать до того, как он достигнет процессора приложения VoIP, то он парализует работу процессора, монополизировав процессорные ресурсы. Аппаратные статические фильтры представляют собой лучший способ остановить DoS-атаки, поскольку они выполняют задачу, не взаимодействуя с процессорной подсистемой VoIP.

 

Администрирование как составная часть системы

При появлении новых технологий акцент сначала делается на отладке базовой технологии. Лишь после этого выясняются новые требования. Технология VoIP не была исключением из этого правила. Сама технология была тщательно испытана в реальных условиях, но запаздывает проверка других аспектов ее развертывания, например в плане оперативного управления и управления качеством. Эти задачи требуют решения. Провайдеры услуг связи и сетевые операторы должны поддерживать разум­ный уровень прибыльности в условиях возрастания стоимости обеспечения IP-сервисов, технической поддержки и текущих эксплуатационных расходов.
Основным препятствием для преодоления этих трудностей является недостаточная видимость. За абонентским IP-шлюзом сетевые операторы не могут осуществлять удаленное администрирование, диагностику и устранение неполадок в IP-телефонах и других подключенных к сети устройствах. Это оставляет разработчикам IP-шлюзов два варианта выбора. Либо сделать архитектуры открытыми для более высоких сетевых уровней, либо сделать VoIP-телефоны и шлюзы способными осуществлять мониторинг собственных рабочих параметров и передавать отчеты по результатам на более высокий сетевой уровень.
Если провайдеры хотят поддерживать высокое качество голосовой связи и уровень надежности сети приблизительно 99,999% — наилучший стандарт телефонии «пять девяток» — то единственным выходом для них станет разработка систем, в которых обеспечивается видимость на каждом уровне IP-сети.

 

Развитие продолжается

Потребовалось сравнительно немного времени от появления технологии VoIP и начала ее распространения до зрелости рынка. Поскольку этот рынок продолжает развиваться, архитектура платформ, поддерживающих VoIP, меняется, отражая новые воззрения и отвечая новым требованиям.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Рави Кодаварти, Дэвид Лайд (Ravi Kodavarti, David Lide), компания Texas Instruments



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2017 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты