VoIP rendszerek (elméleti kérdések)

1. VoIP rendszerek(elméleti kérdések) Infoklub Sopron 2003-05-29 Szabó Péter szapet21@777westel.hu

2. A hang tulajdonságai • A hang jellemzői: • Realtime hiranyag • A minőség jellemzője az érthetőség ! • Folyamatos átvitel szükséges

3. A hang tulajdonságai • Frekvenciasáv • Hallható hang: 20-20000 Hz • A megfelelő érthetőség eléréshez mekkora sávszélességre van szükség ? • 300-3400 Hz (0-4000 Hz) • Miért pont ennyi ?

4. Digitális hangátvitel • Az átviteli csatornáink ma szinte kivétel nélkül digitálisak, ezért szükséges a hanginformáció digitalizálása • Hogyan oldható meg ?

5. Digitális hangátvitel (PCM) • Adott egy folyamatos, sávkorlátozott jelfolyam • Milyen időközönként kell mintátvenni a jelből ahhoz, hogy a mintákat „egymás mellé téve” visszaállítható legyen az eredeti jel ? • Tétel: a sávszélesség kétszeresével, vagyis 4 Khz esetén 8 kHz-cel ! 8000 minta / sec

6. Digitális hangátvitel • A mintáink már megvannak, alakítsuk ezeket a digitáliscsatornának megfelelő alakra ! • Probléma: a digitális világban csak diszkrét értékeket tudunk értelmezni, vagyis nem vihetjük át a minták pontos értékét ! • Megoldás: kvantálás

7. Digitális hangátvitel • Tehát: nem a korrekt értéket állapítjuk meg, hanem az ahhoz legközelebb eső kvantálásilépcső értékét rögzítjük ! • Következmény: kvantálási torzitás, zaj !

8. Digitális hangátvitel • Már csak egy lépés: • Adottak a rögzitett kvantálási lépcsők, feleltessünk meg mindegyiknek egy bináris kódot, és azt vigyük át… • Hány ilyen lépcsőre van szükségünk ? • Beszéd esetén: 256 lépcsőt használunk, amit 8 bittel kódolhatunk • (Nem lineárisak a lépcsők méretei, ez a hang dinamika tulajdonságaiból ered…) • A law, μ law

9. Digitális hangátvitel • Számoljunk: • Másodpercenként 8000 minta, mintánként 8 bit, vagyis • A távközlésben használatos 4 kHz-re sávkorlátozott jel átviteléhez szükséges sebesség: 8×8000=64000 bit/s • (A ma használt távközlési (adatátviteli) rendszerekben ez az alapegység.) • (Legalábbis a legtöbben…)

10. Digitális hangátvitel • Az elektronika lehetővé teszi, hogy kisebb, akár sokkal kisebb bitidőket használjunk. A jel visszaállításához CSAK az a fontos, hogy az egyes hangcsatornához tartozó bitek ~15μsec-onként érkezzenek • Ha a bitidőt le tudjuk csökkenteni, akkor pl. 2 egy csatornához tartozó bit között átvihetjük egy másik csatorna információ-bitjét. • (Miért ne tudnánk lecsökkenteni…) • Multiplexálás • Primer, Szekunder, Tercier, Quarter PCM rendszerek

11. Digitális hangátvitel • Bármilyen digitális hangátviteli rendszert alkalmazunk az alapproblémák: • Lecsökkenthető-e a 64 kbit/s ? • Hogyan ültessük át a hangátvitelt az általunk adatátvitelre használt protokollra, pl. az IP-re ? • Hogyan biztosítsuk a hangátvitel minőségi paramétereit ? • Ezekre keressük a választ !

12. Hangtömörítés • A hangtömörités lehetőségei: • Ismerünk olyan kódolásieljárásokat, amelyek használatával a bináris átvitelhez szükséges sebesség csökkenthető • Pl. a változások átvitele • Dinamika kompresszió stb. • VAD: Voice Activity Detection • A hangátviteli kapcsolatban, az időnek kb. 60%-ában csend van irányonként (vagy az egyik fél beszél, vagy a másik, vagy egyik sem). Ezekben az időszakokban nem érdemes az átvitelt folyamatossá tenni, elegendő csak jelölni a csend kezdetét és végét

13. Hangtömörítés • A fizikai megvalósítás: kodekek • Szabványos kodekek:(Ezek az ajánlások csak a hang jelfolyam sávszélességét mutatják, zárójelben a fejlécekkel (IP stb. HEADER) kiegészített sávszélesség…) • G.711: PCM1 kódolás: 64 kbit/s (~80 kbit/s) • G.721: ADPCM2 kódolás: 32 kbits (~40 kbit/s) 1: PCM: Pulzus Code Modulation 2: ADPCM: Differenciális PCM

14. Hangtömörítés • A fizikai megvalósítás: kodekek • Szabványos kodekek:G.728: ELP3 kódolás: 16 kbit/s (~20 kbit/s) • G.729: CS-ACELP4 kódolás: 8 kbit/s (~12 kbit/s) • G.723.1: (spec. eljárások)5: 5,3/6,3 kbit/s(~8-12 kbit/s) 3: ELP: Excited Linear Prediction 4: Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited-Linear Prediction 5: pl.: VAD (Voice Activity Detection), minta/csomag szabályozása stb.)

15. VoIP • A folyamatot leíró ajánlás: • ITU-T H sorozatú ajánlások • Ebből az ismerős: H.323: Packet-Based-Multimedia Communications SystemsVagyis nem csak (nem elsősorban) hangátvitelről szól, hanem minden multimédiáscsomagmódú rendszerről ! • Ajánlás, amely az alapokat írja le, és mellékletek külön kiadásban, pl.: • H.323 Annex M1: Tunneling of Signalling Protocol QSIG in H.323 • H.323 Annex Q: Far End Camera Control and H.281/H224 • H.510: Mobility for H.323 Multimedia Systems & Services

16. Audio kodekek (video stream transport Adatkonferencia protokollok RTP: Real-time Transport P. RTCP: Real-time Transport Control P. RAS: Registration, Admission, (engedélyezés) Status Mellékszolgáltatások: hivás átadás, -átirányitás Csatornahasználat szabályozása H.323 (umbrella recommendation) www.protocols.com

17. Minőségi kérdések • A hangminőséget meghatározza: • Kodek: nagyobb tömörítés – gyengébb minőség, pl.: • Business Class • Service Class • Az átviteli rendszer egésze: • Hiszen a hang a VoIP rendszerben CSOMAG formájában halad és IP felett alaphelyzetben minden CSOMAG egyenrangú, de a hang ún. Real-Time jellegű szolgáltatás, vagyis nem engedhető meg: • Bizonyos értéknél nagyobb késleltetés (Delay) • Bizonyos értéknél nagyobb késleltetés-változás (Delay-Variation)

18. Minőségi kérdések • A megoldás: • A hang- (és más Real-Time, - pl. video - információt hordozó) csomagokat jelöljük meg, • Ezeknek a megjelölt csomagoknak adjunk a rendszerben prioritást, vagyis az átvitel során engedjükelőre őket a nem megjelölt csomagokkal szemben. • Erre az IP-headerben rendelkezésre áll 3 bit.

19. PSTN/ISDN PBX PBX PBX PBX Minőségi kérdések • Egy fontos szempont: QoS implemetálásának CSAK abban az esetben van értelme, ha azt a teljes rendszerben értelmezzük !!!

20. Összefoglalás • A digitális átviteli rendszerek alkalmasak a hang átvitelére • A hang átvitele IPprotokoll felett is lehetséges • A megoldások szabványokon és ajánlásokon alapulnak

21. PSTN PSTN WAN Rendszerek a gyakorlatban • Ma:

22. Rendszerek a gyakorlatban • Hogyan integrálható az • adat • hang • videó • stb. • forgalom egyetlen átviteli rendszerben ? • Erről lesz szó legközelebb ! Köszönöm a figyelmet !

23. VoIP rendszerek Infoklub Sopron 2003-06-26 Szabó Péter szapet21@777westel.hu

24. Rendszerek a gyakorlatban • Hogyan integrálható az • adat • hang • videó • stb. • forgalom egyetlen átviteli rendszerben ?

25. A hang tulajdonságai Digitális hangátvitel Audio kodekek (video stream transport Audio kodekek (video stream transport PSTN/ISDN PSTN/ISDN • A hang jellemzői: • Realtime hiranyag • A minőség jellemzője az érthetőség ! • Folyamatos átvitel szükséges • Bármilyen digitális hangátviteli rendszert alkalmazunk az alapproblémák: • Lecsökkenthető-e a 64 kbit/s ? • Hogyan ültessük át a hangátvitelt az általunk adatátvitelre használt protokollra, pl. az IP-re ? • Hogyan biztosítsuk a hangátvitel minőségi paramétereit ? Adatkonferencia protokollok Adatkonferencia protokollok PBX PBX Hangtömörítés RTP: Real-time Transport P. RTCP: Real-time Transport Control P. RAS: Registration, Admission, (engedélyezés) Status RTP: Real-time Transport P. RTCP: Real-time Transport Control P. RAS: Registration, Admission, (engedélyezés) Status H.323 • A hangtömörités lehetőségei: • Ismerünk olyan kódolásieljárásokat, amelyek használatával a bináris átvitelhez szükséges sebesség csökkenthető • Pl. a változások átvitele • Dinamika kompresszió stb. • VAD: Voice Activity Detection PBX PBX Minőségi kérdések Mellékszolgáltatások: hivás átadás, -átirányitás Mellékszolgáltatások: hivás átadás, -átirányitás • Egy fontos szempont: QoS implemetálásának CSAK abban az esetben van értelme, ha azt a teljes rendszerben értelmezzük !!! PBX PBX www.protocols.com PBX PBX Csatornahasználat szabályozása Csatornahasználat szabályozása Ami eddig volt… A hang tulajdonságai Digitális hangátvitel • A hang jellemzői: • Realtime hiranyag • A minőség jellemzője az érthetőség ! • Folyamatos átvitel szükséges • Bármilyen digitális hangátviteli rendszert alkalmazunk az alapproblémák: • Lecsökkenthető-e a 64 kbit/s ? • Hogyan ültessük át a hangátvitelt az általunk adatátvitelre használt protokollra, pl. az IP-re ? • Hogyan biztosítsuk a hangátvitel minőségi paramétereit ? Hangtömörítés H.323 • A hangtömörités lehetőségei: • Ismerünk olyan kódolásieljárásokat, amelyek használatával a bináris átvitelhez szükséges sebesség csökkenthető • Pl. a változások átvitele • Dinamika kompresszió stb. • VAD: Voice Activity Detection Minőségi kérdések • Egy fontos szempont: QoS implemetálásának CSAK abban az esetben van értelme, ha azt a teljes rendszerben értelmezzük !!! www.protocols.com

26. A hang tulajdonságai Digitális hangátvitel Audio kodekek (video stream transport PSTN/ISDN • A hang jellemzői: • Realtime hiranyag • A minőség jellemzője az érthetőség ! • Folyamatos átvitel szükséges • Bármilyen digitális hangátviteli rendszert alkalmazunk az alapproblémák: • Lecsökkenthető-e a 64 kbit/s ? • Hogyan ültessük át a hangátvitelt az általunk adatátvitelre használt protokollra, pl. az IP-re ? • Hogyan biztosítsuk a hangátvitel minőségi paramétereit ? Adatkonferencia protokollok PBX Hangtömörítés RTP: Real-time Transport P. RTCP: Real-time Transport Control P. RAS: Registration, Admission, (engedélyezés) Status H.323 • A hangtömörités lehetőségei: • Ismerünk olyan kódolásieljárásokat, amelyek használatával a bináris átvitelhez szükséges sebesség csökkenthető • Pl. a változások átvitele • Dinamika kompresszió stb. • VAD: Voice Activity Detection PBX Minőségi kérdések Mellékszolgáltatások: hivás átadás, -átirányitás • Egy fontos szempont: QoS implemetálásának CSAK abban az esetben van értelme, ha azt a teljes rendszerben értelmezzük !!! PBX www.protocols.com PBX Csatornahasználat szabályozása

27. PSTN PSTN WAN Rendszerek a gyakorlatban • Ma:

28. Lehetőségek az integrációra • Cél: az adat, hang és mindenegyéb forgalom (híranyag) átvitele egyetlen összeköttetésen (egyetlen protokoll felhasználásával) • Melyik ez a protokoll ? • Természetesen az IP

29. WAN PSTN Példa… • Vegyünk egy többtelephelyes vállalatot

30. Jellemzők: • Különálló számítógép- és telefonhálózat • Külön üzemeltető csapat • Különböző gyártói platform és támogatás • A telephelyek közötti beszédátvitelt a szolgáltató díjazza

31. PBX PBX IP, FR, ATM WAN Router/GW Router/GW PSTN Megoldási lehetőségek: • 1. „Toll bypass” megoldás Hagyo-mányos alkp. Voice képes router

32. Jellemzők: • Különálló számítógép- és telefonhálózat • Külön üzemeltető csapat • Különböző gyártói platform és támogatás • A telephelyek közötti beszédátvitel az IP hálózaton („ingyen”) zajlik

33. CallManager CallManager IP WAN Router/GW Router/GW PSTN IP telefónia Megoldási lehetőségek: • 2. IP telefónia IP telefo-nok Voice képes router

34. Jellemzők: • Egységes számítógép- és telefonhálózat • Egységes üzemeltető csapat • Egységes gyártói platform és támogatás • A telephelyek közötti beszédátvitel az IP hálózaton („ingyen”) zajlik

35. Épitőelemek: • 1. „Toll bypass” megoldás • Hagyományos alközpont • „Egyszerű” LAN eszközök • Voice átvitelre (IP hangátvitelre) képes routerek (voice gateway-ek) • Jellemzők: • Interfészek • Protokollok • Teljesitőképesség

36. Voice Gateway-ek • Általában a WAN kapcsolatot (is) biztosító routerekben kerül implementálásra • Interfészek • Analóg (FXO, FXS, E&M) • ISDN (BRI, PRI) • Protokollok (speciális -> társközponti) • QSIG • Euro-ISDN • Teljesitőképesség • Hány hangcsatorna lekezelésére képes…

37. Cisco Voice Gateway-ek • Cisco 1751-V, 1760-V • 4 analóg csatorna • 8 ISDN csatorna (4 BRI) • ~20 ISDN csatorna (1 PRI) • A teljesítőképességet a DSP modulok száma határozza meg (a választott kodeknek megfelelően) • Cisco 26xxXM routerek • Teljes PRI jelfolyam biztosítása (30 csatorna) • Cisco 37xx routerek • Több PRI is • …

38. Cisco Voice Gateway-ek A rendszerek tervezésének kritikus pontja az alközpont és a router együttműködésének kérdése Protokoll illesztés !

39. Hagyományos alközpont Gatekeeper CallManager Call processing Router/Gateway modul Trunk cards Switching Line cards IP telefon LAN switch IP telefónia

40. CallManager • Szoftver termék • Hagyományos szerver hardveren fut • Szabad fejlesztési lehetőségek • Windows/Unix (Solaris) platform • A rendszer intelligenciájának hordozója (meglepően nagy teljesítőképesség, sok kliens lekezelése)

41. Voice Gateway • Ugyanazok, mint a „Toll Bypass” megoldásnál, • de itt a cél nem a vállalati hálózat illesztése az IP rendszerhez, • hanem a PSTN illesztése az IP telefonrendszerhez • -> magasabb rendelkezésreállás !

42. Egy CAT5 végpont 1 Két CAT5 végpont 2 Soft Phone 3 LAN switchek • Miért kell erre figyelmet fordítanunk ? • QoS biztosítása • Tápellátás

43. SoftPhone IP telefonok

44. WAN PSTN Rendszerek • Nézzük ismét a többtelephelyes vállalatunkat !

45. Jellemzők • Egyetlen CallManager a teljes hálózatban • Mi történik, ha megszakad a kapcsolat a CallManager és a távoli telephely között ? • -> SRST szoftvermodul (Survivable Remote Site Telephony) • Széleskörű irányítási lehetőségek ! • A telefonrendszer a számitógéphálózat, az informatikai rendszer része -> egységes menedzsment

46. Jellemzők • Összehasonlitva egy hagyományos alközponti rendszerrel • Call Centerfunkciók • Üzenetrögzítő,egységes üzenetkezelő funkciók • NyíltAPI,fejleszthetőségi lehetőség • Távoli, web alapú menedzsment és konfigurálhatóság lehetősége • Többvállalati telephelyhezegyIP PBX rendszer kell csak • Telefonvásárlással szintekorlátlanbővíthetőség • …

47. Ők az informatika felől közelítették meg a problémát… Ők meglévő alközponti rendszereikre fejlesztettek IP-s elérési lehetőséget Piaci kitekintés • Gyártók: • Cisco • 3com • Avaya • Siemens • Tenovis (Bosch) Ki-ki döntse el melyik a szimpatikusabb (én nem foglalnék állást… )

48. Miért szeretjük… • a Cisco-t ? • Cisco AVVID technológia fejlesztése (Audio Voice Video & Integrated Data) www.cisco.com/go/avvid

49. Piaci kitekintés • Rendszerek a világban • Cisco Systems: 34000 IP telefon egy rendszerben • Az EMEA régió rendszerét 4 (négy) ember üzemelteti ! • Rendszerek Magyarországon • Démász: 2200 IP telefon • Csemege-Match: 5 00 IP telefon • KSH: 135 IP telefon • Axelero

50. Piaci kitekintés • Mennyire elfogadott ez a technológia ? • Egyre jobban, ma már a költségvetési szektorban is egyre több rendszer működik… • Világméretekben jövőre több IP telefon rendszer lesz, mint hagyományos… • („független” kutatások szerint) • Magyarországon is egyre elfogadottabb • Az új és előremutató technológiák irányában nyitottak között • Zöldmezős beruházások esetében