Távközlő Hálózatok 19. előadás 7. Beszédátvitel IP felett Németh Krisztián BME TMIT 2006. nov. 15.

Az előadások a következő témára: "Távközlő Hálózatok 19. előadás 7. Beszédátvitel IP felett Németh Krisztián BME TMIT 2006. nov. 15."— Előadás másolata:

1 Távközlő Hálózatok 19. előadás 7. Beszédátvitel IP felett Németh Krisztián BME TMIT 2006. nov. 15.

2 2 7. Beszédátvitel IP felett VoIP bevezetés VoIP adatátvitel Kódolók Jelzésprotokollok:  H.323  SIP Egy különlegesség: a Skype

3 3 Beszédkódolók

4 4 Beszéd digitalizálása: kodek (KÓdoló, DEKódoló), codec (COder, DECoder)  Megj.: általában a kodek A/D -D/A átalakító, lehet pl. filmhez is  Mi most csak beszédkódolókkal foglalkozunk Ugyanaz a kódoló mindkét oldalon, vagy hálózaton belüli konverzió Kodek: főleg fekete doboz (black box) szemlélet most  Bővebb pl. Beszédinformációs rendszerek c. tárgy Beszédkódolók

5 5 Négyhuzalos rendszer:  két érpár  egy érpáron egyirányú jeláramlás Kéthuzalos rendszer  ugyanazon az érpáron kétirányú jeláramlás Kodek mindig négyhuzalos (felépítése miatt) Kézibeszélő négyhuzalos (értelemszerű) Előfizetői hurok kéthuzalos (így olcsóbb) Központon belüli feldolgozás manapság négyhuzalos (így egyszerűbb) 2/4 huzalos rendszerek (ismétlés)

6 6 Kodek jellemzők bitsebesség  2,4 -- 64 kb/s beszédhangminőség  nehéz objektíven mérni  MOS (Mean Opinion Score, átlagolt véleménypontok): 15-40 ember pontoz több mintát, az egészet átlagolják 1: elfogadhatatlan, 2: gyenge, 3: közepes, 4: jó, 5: tökéletes 4 felett: nagyon jónak számít kódolási késleltetés  minél nagyobb időszeletet dolgozunk fel egyszerre, annál jobban tömöríthetünk -- nagyobb késleltetés árán  0,125 – 80 ms komplexitás  főleg mozgó eszközök esetében fontos  mértékegység: MIPS (Million Instructions Per Second, millió utasítás másodpercenként)

7 7 Kodek jellemzők robosztusság  hiba esetén nincs idő újraadásra  rádiós átvitel hibaaránya kb. 10 -3  hibajavító kódolás, FEC (Forward Error Correction, előremenő hibajavítás tandemezhetőség és átkódolhatóság  önmagával vagy más kodekkel egymás után csatolása:  hogyan tűri? átlátszóság  DTMF (Dual Tone MultiFrequency, kéthangú többfrekvenciás jelzésátviteli rendszer), adatátvitel lehetséges? adaptivitás  terhelés esetén kisebb jelsebesség  de: hálózat nehezebben tervezhető

8 8 Kódoló típusok Hullámforma kódoló  analóg jel alakjának a megőrzése  jó minőség  nagy sebesség  átlátszóság Vokóder  adó oldalon: beszédből jellemző paraméterek kiszűrése  vevő oldalon: ezek alapján beszéd szintetizálás  kis sebesség  eredetire nem nagyon hasonlító hang Hibrid kódoló  előbbiek keveréke

9 9 Kódoló típusok log!

10 10 ADPCM ADPCM: adaptív differenciális PCM (Adaptive Differential PCM)  egymás utáni minták különbségének a kódolása 8 bites mintákból 2, 3, 4 vagy 5 biten  2: 16 kbps  3: 24 kbps  4: 32 kbps  5: 40 kbps Leggyakoribb a 32 kbps-os Egy IP csomag 20 ms-i mintát hordoz, ami 40-100 byte

11 11 Kódoló típusok FR: Full Rate, teljes sebességű HR: Half Rate, félsebességű EFR: Enhanced Full Rate, javított teljes sebességű AMR: Adaptive Multirate, adaptív többsebességű

12 12 Beszéddetektor (angolul: Voice Activity Detector, VAD) Ha az adott fél épp nem beszél, akkor nem küldünk jelet  csökkenthető a kodek teljesítményfelvétele (mozgó készüléknél jó)  sávszélesség spórolható ha van statisztikus nyalábolás, VoIP pl. ilyen Vevő oldalon komfortzaj, hogy ne legyen zavaró a csend Alkalmazás, pl.:  mozgó távbeszélő rendszerek  műholdas rendszerek  VoIP rendszerek  telefon kihangosítók

13 13 Jelzésprotokollok H.323

14 14 ITU-T H.32x H.320 H.321 H.322 H.323 V1/V2/V3/V4/V5 H.324 Év 1990 1995 ‘96/’98/’99/’00/’03 1996 Hordozó- közeg Narrowband switched digital ISDN Broadband ISDN ATM LAN Guaranteed bandwidth packet switched networks Non- guaranteed bandwidth packet switched networks PSTN or POTS, the analog phone system Picture telephony Multimedia A H.323 egy multimédia konferenciaprotokoll nem minőségbiztosított, csomagkapcsolt hálózatokra, beleértve a valós idejű hangátvitelt, videoátvitelt, adatátvitelt ITU: telefónia világa

15 15 H.323 protokollok A H.323 ún. Umbrella standard – esernyőszabvány, azaz sok másik szabvány összefogása  Híváskezelési jelzések: H.225, H.245  Audió kodekek: pl. G.711, G.722, G.723.1, G.728, G.729,...  Videó kodekek: H.261, H.263  Adatátvitel: T.120, Felhasználás például: közös rajzasztal (whiteboard) alkalmazásmegosztás közös dokumentumszerkesztés  Média átvitele: RTP/RTCP (IETF)  Biztonság: H.235  Kiegészítő szolgáltatások H.450.1 általában, plusz pl.: H.450.2: hívásátadás H.450.3: hívásátirányítás H.450.4: hívástartás stb.

16 16 A H.323 hálózat elemei (1) Végberendezés (Terminal)  beszéd, adat, videó, vagy ezek kombinációja Zónavezérlő (Gatekeeper)  címfordítás: telefonszám – IP cím  sávszélesség-gazdálkozás (hívásengedélyezés)  végberendezés azonosítása  menedzsment képesség pl. hívások felépítése, bontása, hívásátirányítás  biztonsági funkciók  sok esetben a VoIP rendszer „intelligenciája”

17 17 A H.323 hálózat elemei (2) Átjáró (Gateway)  hálózatok közötti kapcsolat pl. ISDN, PSTN, SIP rendszerek felé  tolmácsolás különböző ITU szabványok között vezérlő üzenetek átviteli protokollok audio/video kodekek MCU (Multipoint Control Unit, konferenciavezérlő)  három vagy több résztvevő közötti multimédia konferencia Határoló elem (Border element)  telefonkönyv szolgáltatások  adminisztratív tartományok közötti kommunikáció

18 18 H.323 architektúra A H.323 hálózat felépítése és komponensei

19 19 H.323 hálózat – Zóna A zóna egy zónavezérlőből és a hozzá kapcsolódó eszközökből áll A zónavezérlő fizikai elhelyezkedése lényegtelen Lehetséges az is, hogy több fizikai eszközből áll össze az egy logikai zónavezérlő GK GW MCU T

20 20 H.323 hálózat – Adminisztratív tartomány Zónák összessége, amelyeknek az adminisztratív felügyelete közös  pl. egy szolgáltató hálózatába tartoznak

21 21 Berendezések: végberendezés Végberendezés (terminal)  Telefonok  Videotelefonok  IVR* eszközök  Voicemail rendszerek  “Soft phone”-ok (pl. NetMeeting®) *Interactive Voice Response, pl. banki automata telefonos ügyfélszolgálat

22 22 H.323 virtuális terminál (az ábra csak a megértést hivatott segíteni, megtanulni nem kell)

23 23 Berendezések: átjáró Átjáró (gateway)  Átjárást biztosít a H.323 tartomány és egy másik hálózat között  Hívásfelépítés és lebontás  A hang tömörítése és csomagolása Az átjáró egy „Media Gateway Controller”-ből (MGC) és egy „Media Gateway”-ből (MG) áll  Elhelyezkedhetnek egyben vagy külön  Az MGC kezeli a hívásjelzést és más, a médiával nem kapcsolatos funkciókat  A MG kezeli a médiát

24 24 Berendezések: zónavezérlő Zónavezérlő (gatekeeper)  A zónavezérlő opcionális elem a H.323 hálózatban  Hozzáférésvezérlésre és címfeloldásra használják  A rendszer intelligens eleme  A zónavezérlő engedélyezheti a hívások közvetlen felépítését a végberendezések között vagy vezetheti a hívásvezérlést önmagán keresztül, támogatva ezáltal olyan funkciókat, mint a hívásátirányítás, a foglaltság esetén történő átirányítást, stb.

25 25 Berendezések: zónavezérlő (folyt.) Zónát vezérel  Zónánként egy  (Egy másik tartalékként) Tipikusan szoftverként valósítják meg...  egy PC-ben  integrálva egy átjáróba vagy végberendezésbe Egy példa H.323 zóna (az ábra csak a megértést hivatott segíteni, megtanulni nem kell)

26 26 Berendezések: határoló elem Határoló elem (Border Element) Gyakran együtt a zónavezérlővel Címzési információt cserél és részt vesz az adminisztratív tartományok közötti híváshitelesítésben

27 27 Berendezések: MCU Konferenciavezérlő (Multipoint Control Unit)  Három vagy több végpont közötti konferencia létrehozását támogatja  Megvalósítás: Önálló eszköz – PC Integrálva egy átjáróba, zónavezérlőbe vagy terminálba Két részből áll:  multi-point controller (MC) és a konferencia vezérlését és jelzéseit kezeli  multi-point processor (MP) médiafolyamokat kap a konferenciában résztvevő végpontoktól, feldolgozza és médiafolyamokat küld vissza

28 28 Centralizált, elosztott és vegyes konferenciák Központosított:  MCU kezeli a jelzést és a médiafolyamok feldolgozását Elosztott:  Csak jelzés, a médiafolyamok közvetlenül a végpontok között Vegyes A F BCD E Multicast audió, videó Unicast audió, videó Elosztott oldalKözpontosított oldal MCU

29 29 H.323 kapcsolatfelépítés Nincs idő a részletes tárgyalására

30 30 Jelzésprotokollok SIP

31 31 Mi a SIP, honnan ered? A SIP-et az IETF MMUSIC (Multiparty MUltimedia SessIon Control) munkacsoportja dolgozta ki. RFC 2543 (1999. március)  RFC 3261-3265 (2002. július 3.) A SIP jelzési protokoll  Nem foglalkozik a médiaátvitellel  Sem a minőségbiztosítással

32 32 Fő funkciók Multimédiás (MM) összeköttetések kezdeményezése és lezárása a felhasználók között Felhasználók megkeresése (mobilitás és proxy-támogatás)

33 33 SIP berendezések SIP felhasználói ügynök (SIP User Agent  SUA)  A SIP kapcsolat létrehozására képes  Végberendezés vagy szoftver  A SIP legfontosabb célja az, hogy két ilyen ügynök között kapcsolat kiépítését

34 34 SIP berendezések SIP átjárók (gateway)  Felületet biztosítanak SIP hálózatok és más jelzésprotokollt használó hálózatok között  Egy speciális típusú felhasználói ügynök  Másik protokoll képviseletében működik  Végződteti a SIP jelzésutat  Egyben a multimédia út vége is lehet  Akár több ezer felhasználót is kiszolgálhat

35 35 SIP berendezések SIP szerverek  Alkalmazások, amelyek képesek SIP kéréseket elfogadni, és válaszolni azokra  A valóságban a SIP szerver megvalósítások több típust tartalmaznak egyszerre  Különböző körülmények között eltérő típusú szerverként viselkedhetnek  SIP proxy szerver (Proxy) vagy ügynökként viselkedve továbbít egy SIP kérést vagy pedig válaszol  Átirányító SIP szerverek (Redirect) megmondják, hogy merre kell a kérést továbbítani de a felhasználói ügynök végzi a továbbítást  Regisztrációs szerver (Registrar) regisztrációs mechanizmusnak nincs megfelelője a hagyományos telefonos világban hasonló a mobiltelefon bekapcsolásakor lezajló folyamatra amikor az továbbítja az aktuális pozícióját (Location Server)

36 36 SIP architektúra 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 SIP Client SIP Redirect Server SIP Proxy SIP Client (User Agent Server) Location Service Request Response

37 37 SIP - összefoglalás Internet-barát jelzési protokoll Jól illeszkedik az Internet protokolljaihoz Rugalmas Skálázható Integrálása a távközlés egyéb területeihez

38 38 Egy különlegesség: a Skype

39 39 Skype Az első bétaváltozat 2003. szeptemberétől A KaZaA készítőitől Terjedésének üteme annál is nagyobb Már több mint 100 millió letöltés P2P multimédia összeköttetés

40 40 Miért jobb, mint a „hagyományos” VoIP? A jelentős árcsökkenés és az elfogadható minőség nem jár együtt a VoIP esetén A VoIP hívások nagy része nem jön létre a tűzfalak és a NAT miatt A telepítés után a konfigurálás komoly technikai tudást kíván NEM H.323 és NEM SIP

41 41 Skype előnyök Áthatol a tűzfalakon, NAT-okon (Network Address Translation, címfordítás) Globális, decentralizált címtár Végpontok közötti titkosítás Egyszerű felhasználói felület Jó beszédhangminőség Multiplatform  Windows, MAC OS X, Linux, Pocket PC

42 42 Hogy is néz ki? Fájl átvitel: Tetszőleges méret Kódolás: Nem csak 300 és 3400 Hz között Globális címtár (Global User Directory) Azonnali üzenetküldés (csevegés) Kimenő TCP tetszőleges célporttal az 1024-es port felett, de legalább a 80-as és 443-as. Végső esetben: HTTPS/SSL proxy Kimenő UDP az 1024-es fölött és erre a válaszok Minimálisan 33,6 kbps-os modem

43 43 SkypeOut/SkypeIn SkypeOut  Hagyományos telefont hívhatunk a Skype-pal  Kedvező árak, még a VoIP-hoz képest is  Prepaid rendszer  Két Skype között természetesen ingyenes, csak különszolgáltatásokért kell fizetni, pl hangpostafiók SkypeIn  Hagyományos telefonszámmal rendelkező IP-telefon  Telefonszám: USA, Egyesült Királyság, Franciaország, Hongkong, Dánia, Finnország, Svédország, Lengyelország, Németország, Svájc, Észtország

44 44 Skype sávszélesség Hívás közben 3-16 kbps Ha nincs hívás 0-0.5 kbps Videohívás (2.0-tól)

45 45 Skype részletek Bejelentkezés  Login szerver tárolja a felhasználóneveket, jelszavakat  Az on-line, off-line információk decentralizáltan (peer-to- peer) tárolódnak aktuális IP cím, port is Szállítás  Jelzés: TCP  Adat UDP, de ha az nem megy, TCP Kontaktok listája helyi gépen tárolva