VoIP rendszerek (elméleti kérdések) Infoklub Sopron 2003-05-29 Szabó Péter

Az előadások a következő témára: "VoIP rendszerek (elméleti kérdések) Infoklub Sopron 2003-05-29 Szabó Péter"— Előadás másolata:

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

2 A hang tulajdonságai  A hang jellemzői: Real time hiranyagReal time hiranyag A minőség jellemzője az érthetőség !A minőség jellemzője az érthetőség ! Folyamatos átvitel szükségesFolyamatos átvitel szükséges

3 A hang tulajdonságai  Frekvenciasáv Hallható hang: 20-20000 HzHallható hang: 20-20000 Hz A megfelelő érthetőség eléréshez mekkora sávszélességre van szükség ?A megfelelő érthetőség eléréshez mekkora sávszélességre van szükség ? 300-3400 Hz (0-4000 Hz)300-3400 Hz (0-4000 Hz) Miért pont ennyi ?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 mintát venni 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 digitális csatornának 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 kvantálási lépcső 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…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 lawA law, μ law

9 Digitális hangátvitel  Számoljunk: Másodpercenként 8000 minta, mintánként 8 bit, vagyisMásodpercenként 8000 minta, mintánként 8 bit, vagyis A távközlésben használatos 4 kHz-re sávkorlátozott jel átviteléhez szükséges sebesség: 8×8000=64000 bit/sA távközlésben használatos 4 kHz-re sávkorlátozott jel átviteléhez szükséges sebesség: 8×8000=64000 bit/s (A ma használt távközlési (adatátviteli) rendszerekben ez az alapegység.)(A ma használt távközlési (adatátviteli) rendszerekben ez az alapegység.) (Legalábbis a legtöbben…)(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 ?Lecsökkenthető-e a 64 kbit/s ? Hogyan ültessük át a hangátvitelt az általunk adatátvitelre használt protokollra, pl. az IP-re ?Hogyan ültessük át a hangátvitelt az általunk adatátvitelre használt protokollra, pl. az IP-re ? Hogyan biztosítsuk a hangátvitel minőségi paramétereit ?Hogyan biztosítsuk a hangátvitel minőségi paramétereit ?  Ezekre keressük a választ !

12 Hangtömörítés  A hangtömörités lehetőségei: Ismerünk olyan kódolási eljárásokat, amelyek használatával a bináris átvitelhez szükséges sebesség csökkenthetőIsmerünk olyan kódolási eljárásokat, amelyek használatával a bináris átvitelhez szükséges sebesség csökkenthető  Pl. a változások átvitele  Dinamika kompresszió stb. VAD: Voice Activity DetectionVAD: 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: PCM 1 kódolás: 64 kbit/s(~80 kbit/s) G.721: ADPCM 2 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: ELP 3 kódolás: 16 kbit/s(~20 kbit/s) G.729: CS-ACELP 4 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 Systems Vagyis nem csak (nem elsősorban) hangátvitelről szól, hanem minden multimédiás csomagmódú 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 H.323 (umbrella recommendation) Adatkonferencia protokollok Mellékszolgáltatások: hivás átadás, -átirányitás Csatornahasználat szabályozása Audio kodekek (video stream transport RTP: Real-time Transport P. RTCP: Real-time Transport Control P. RAS: Registration, Admission, (engedélyezés) Status 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 engedjük előre őket a nem megjelölt csomagokkal szemben. Erre az IP-headerben rendelkezésre áll 3 bit.

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

20 Összefoglalás  A digitális átviteli rendszerek alkalmasak a hang átvitelére  A hang átvitele IP protokoll felett is lehetséges  A megoldások szabványokon és ajánlásokon alapulnak

21 Rendszerek a gyakorlatban  Ma: PSTN WAN PSTN

22 Rendszerek a gyakorlatban  Hogyan integrálható az adatadat hanghang videóvideó stb.stb.  forgalom egyetlen átviteli rendszerben ?  Erről lesz szó legközelebb !

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

24 Rendszerek a gyakorlatban  Hogyan integrálható az adatadat hanghang videóvideó stb.stb.  forgalom egyetlen átviteli rendszerben ?

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

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

27 Rendszerek a gyakorlatban  Ma: PSTN WAN PSTN

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

29 Példa…  Vegyünk egy többtelephelyes vállalatot WAN PSTN

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

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

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

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

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 alközpontHagyományos alközpont „Egyszerű” LAN eszközök„Egyszerű” LAN eszközök Voice átvitelre (IP hangátvitelre) képes routerek (voice gateway-ek)Voice átvitelre (IP hangátvitelre) képes routerek (voice gateway-ek)  Jellemzők: InterfészekInterfészek ProtokollokProtokollok TeljesitőképességTeljesitőképesség

36 Voice Gateway-ek  Általában a WAN kapcsolatot (is) biztosító routerekben kerül implementálásra InterfészekInterfészek  Analóg (FXO, FXS, E&M)  ISDN (BRI, PRI) Protokollok (speciális -> társközponti)Protokollok (speciális -> társközponti)  QSIG  Euro-ISDN TeljesitőképességTeljesitőképesség  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 IP telefónia LAN switch Switching Call processing Line cards Trunk cards Hagyományos alközpont Router/Gateway modul IP telefon Gatekeeper CallManager

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 UUUUgyanazok, mint a „Toll Bypass” megoldásnál, dddde itt a cél nem a vállalati hálózat illesztése az IP rendszerhez, hhhhanem a PSTN illesztése az IP telefonrendszerhez ----> magasabb rendelkezésreállás !

42 LAN switchek  Miért kell erre figyelmet fordítanunk ? QoS biztosításaQoS biztosítása TápellátásTápellátás Egy CAT5 végpont 1 Soft Phone 3 Két CAT5 végpont 2

43 SoftPhone IP telefonok

44 Rendszerek  Nézzük ismét a többtelephelyes vállalatunkat ! WAN PSTN

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

46 Összehasonlitva egy hagyományos alközponti rendszerrel – Call Center funkciók – Üzenetrögzítő, egységes üzenetkezelő funkciók – Nyílt API, fejleszthetőségi lehetőség – Távoli, web alapú menedzsment és konfigurálhatóság lehetősége – Több vállalati telephelyhez egy IP PBX rendszer kell csak – Telefonvásárlással szinte korlátlan bővíthetőség –…–… Jellemzők

47 Piaci kitekintés  Gyártók: CiscoCisco 3com3com AvayaAvaya SiemensSiemens Tenovis (Bosch)Tenovis (Bosch) Ki-ki döntse el melyik a szimpatikusabb (én nem foglalnék állást… ) Ők az informatika felől közelítették meg a problémát… Ők meglévő alközponti rendszereikre fejlesztettek IP-s elérési lehetőséget

48 Miért szeretjük…  a Cisco-t ? Cisco AVVID technológia fejlesztéseCisco 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 rendszerbenCisco Systems: 34000 IP telefon egy rendszerben  Az EMEA régió rendszerét 4 (négy) ember üzemelteti !  Rendszerek Magyarországon Démász: 2200 IP telefonDémász: 2200 IP telefon Csemege-Match: 500 IP telefonCsemege-Match: 500 IP telefon KSH: 135 IP telefonKSH: 135 IP telefon AxeleroAxelero

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

51 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET ! Ha valaki a jelenlévők közül IP telefon rendszer bevezetésére gondol, TUDOK EGY JÓ CÉGET…