VoIP A jövő telefonja

Babes-Bolyai Tudományegyetem - Matematika-informatika Kar VoIP A jövő telefonja Készítette: Leveles József Informatika Kolozsvár 2004

Tartalomjegyzék 1. BEVEZETÉS 3 2. A VOIP HÁLÓZATOK ARCHITEKTÚRÁJA 3 3. VOIP ARCHITEKTÚRA 5 4. VOIP PROTOKOLLOK 8 T.120 8 H.323 8 Session Initiation Protocol (SIP) 8 5. A SZOLGÁLTATÁS MINŐSÉGE (QOS) 9 2

1. Bevezetés Napjainkban kétféle hálózatot használnak hangátvitelre: a hagyományos vonalkapcsolt hálózatot (PSTN, public circuit switched network) és a csomagkapcsolt hálózatot az Internetet. Az első esetben minden híváshoz hozzá van rendelve egy kapcsolat, viszont a VoIP hálózaton a hangot digitalizálják, tömörítik és csomagok formájában dinamikusan és hatékonyan továbbküldik. Ennek eredményeképp a VoIP lesz a következő generációs hálózatok érdeke, amely IP alapú lesz és várhatóan új innovatív multimédiás szolgáltatásokat fog nyújtani, eltérően hagyományos telefon hálózattól. 2. A VoIP hálózatok architektúrája A telekommunikációs hálózatokon az analóg hang és fax kapcsolatok egyre inkább átfedésbe kerülnek a digitális adatkapcsolatokkal. Ez egy speciális mikroprocesszor segítségével valósul meg amelynek speciális utasításai vannak a hang és adat különböző formákban való digitalizálásához. A processzor nem más mint a DSP (Digital Signal Processor). A DSP-n keresztül a került közös alapra a telekommunikáció és az adatkommunikáció. A megfelelő szoftverrel a DSP képes konvertálni az analóg hangot digitális adattá ami szállítható az adathálózatokon. A DSP-k árának csökkenése lehetővé tette új hibrid - hang/adat integrált - hálózatok fejlesztését. 1. Az általános VoIP architektúra 3

Az adathálózatok arra lettek tervezve hogy adatokat szállítsanak egyik helyről a másikra. Az adathálózat lehet helyi (LAN, Local Area Networking) vagy nagy kiterjedésű (WAN, Wide Area Networking). Hang/adat integrációval a hang és fax digitális adattá konvertálódik és felkerül a WAN hálózatra továbbítás céljából. A hang/fax forgalom szabadon száguld az adathálózaton, amiért már egyszer fizettek és általában van akkora sávszélessége hogy alkalmazkodjon a hang/fax forgalomhoz plusz költség nélkül. Így a távolsági hang/fax hívás gyakorlatilag ingyenes. A sok standardizált adathálózati technológiák - X.25, SNA, Frame Relay, ATM (Asynchronous Transfer Mode), TCP/IP, Novell IPX, és TDM (Time Division Multiplexing) közül, csak a Frame Relay, ATM, TCP/IP és TDM képesek szállítani a hangot. Adathálózatokon a hang forgalom szempontjából kulcsfontosságú az alacsony késleltetés, a hang információk előrelátható kézbesítése, a hang forgalom előnyben részesítése és hatékonyság nagyobb forgalom esetén. Hálózatok tulajdonságai A hatékonyság, habár csak közvetetten vonatkozik a hang szállításra, annyira fontos, hogy általában figyelembe veszik amikor a hang integrációról van szó. Magas hatékonyság nélkül, plusz sávszélességre van szükség a hang szállításához. A plusz sávszélesség plusz költséget jelent, aminek eredményeként kevés megtakarításhoz jutunk. Az alacsony hatékonyság végett a TDM kiesik a hang/fax integrációból. A TDM nem hatékony mert az adatokat konstans sebeséggel küldi, még akkor is ha nincs amit küldeni. Hogy a konstans áramot fenntartsa üres adatokat küld, jelentős hatékonyság romlást idézve elő. A megmaradt szóba jöhető technológiák - Frame Relay, ATM, TCP/IP és tulajdonosai a hatékonyságot úgy valósítják meg, hogy az adatokat csomagok formájában küldik tovább. Üres csomagokat nem küldve a veszteség minimális. 4

A megszokott telefonhálózatok, IP alapú hálózatokba való illesztése, minimum egy telefonközpontot, vagy másképp PBX-t (Private Branch Exchange), gyakran több, földrajzilag szétszórt PBX-t igényel. A PBX-k hálózata egy saját speciális hálózati protokollt is használhat a különböző PBX-k összeillesztésére. Ha a hang üzenés része a telefonhálózatnak, a hang üzenő rendszer a PBX-hez van kapcsolva a protokollt és a hardver interfészt használva. Ha több hang üzenő rendszer van a hálózaton akkor össze lehet csatolni, úgy hogy a felhasználó csak egy rendszerként látja. Általában a hálózat és hang üzenő rendszer összekapcsolására használt protokollok sajátosak. Amikor az IP alapú hálózat bekerül ebbe a környezetbe, az IP hálózat felhasználói általában használhatják a hálózat sajátosságait más IP hálózat használóinak a hívásakor. Hasonlóan a PBX felhasználók használhatják a PBX sajátosságait más PBX felhasználó hívásakor. Ugyanakkor az IP és PBX felhasználók közötti hívás esetén csak egy részét használhatják a sajátosságoknak, ezeket pedig az IP és PBX hálózat közötti hang interfész komplexitásától függ. Hasonlóan az IP felhasználók elérhetik a PBX hang üzenő rendszerét, de általában kevés a lehetőség. A sajátosságok szintje azon protokollok és interfészek által határozódik meg amelyekkel az IP alapú hálózat hagyományos telefonhálózathoz kapcsolható. 3. Voip Architektúra A 2. kép ábrázolja a potenciális VoIP architektúrát. Ez az architektúra rugalmasságot biztosít a kiterjeszthetőséget illetően, VoIP szolgáltatásokat nyújtó széles adathálózatok fejlesztésében. Ebben az architektúrában az átjárók a hálózat szélén helyezkednek el. A hívás kezelés és menedzselés egy más eszközre került át (Call Agents/ Media Gateway Controllers), amelyek felelősek a hanghívások irányításáért. Ha egy Call Agent/Media gateway felmondja a szolgálatot valamilyen okból kifolyólag, akkor egy másik átveheti a helyét. Továbbá a hívás irányításhoz szükséges intelligencia a hardverről egy számítógépre. 5

Sokféle átjáró típus van, amelyeket SOHO-nak neveznek, lakó-, távbeszélő-, és irányítóátjárók. A SOHO (small offices and home offices) business nagyobb sávszélességet igényel. Internet hozzáférés olyan szolgáltatásokhoz mint a hang, videó és adat, olyan applikációkhoz mint a videó-streaming, webböngészés, e-mail, VoIP, digitális fotók, Video-on-Demand, Mp3 fájlok, online játékok és online vásárlás. A SOHO routerek internet hozzáférést biztosítanak többféle információs eszköznek, mint a többféle személyi számítógépek, nyomtatók, szkennerek, VoIP telefonok, és multifunkcionális perifériák. A személyi számítógépek és intelligens eszközök használata (IP telefonok, szorakoztató és elektronikus eszközök) folyamatosan nő, ahogy szükség van rá a hálózaton, úgy szükség van egy kontrolált és biztonságos Internet hozzáférésre. Ennek az igénynek vezető szerepe lett SOHO piacon levő új átjárók fejlesztésében. Ezek a SOHO átjárók hidat képeznek a belső hálózat és WAN között, olyan technológiákat alkalmazva mint az ISDN, xdsl, FWA. A SOHO átjárók összekötik a belső hálózaton levő eszközöket az Internettel. A SOHO router tartalmaz egy szélessávú modemet és olyan jellemzői vannak mint, többszörös csatorna kontroll, NAT (Network Address Translation), DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) és tömörítési algoritmusok a jobb teljesítmény eléréséhez. A routerek nyújtanak még biztonságot, kriptálást és magán tűzfalat a biztonságos e-kereskedelem tranzakcióihoz, 6

hozzáférést az engedélyezett szolgáltatónak és létrehoznak egy biztonságos környezetet a publikus szolgáltatások kézbesítésére. Dicsekedhet még távolsági menedzseléssel. A routerek általában nem függnek a személyi számítógépektől és olyan platformjuk van amelyek lehetővé teszik létező PBX-el való összekapcsolásukat és hívásokat lebonyolítani az Interneten. A VoIP átjárót arra használják hogy a VoIP eszközöket a PBX-hez kapcsolja ezzel hang kapcsolatot biztosítva a külső világgal vagy egy VoIP-t használni létrehozni WAN kapcsolaton keresztül. A következő képek ezt illusztrálják. 7

4. VoIP protokollok T.120 A T.120 standard tartalmaz egy sor kommunikációs és alkalmazási protokollt és olyan szolgáltatásokat amelyek biztosítják valós idejű többpontú adat kommunikációt. Ezek a lehetőségek fontos építőkövei az összes új kollaboráló applikációknál, beleértve a konferenciát, többfelhasználós alkalmazásokat, multiplayer játékokat. H.323 Az ITU (International Telecommunications Union) ajánlása a H.323 standard, amely leírja, a csomagkapcsolt hálózatokon, beleértve az internetet, a multimédiás kommunikációhoz használt rendszert és berendezést. A H.323 nem rendelkezik a szolgáltatás minőségevel (QoS). Eredetileg a vállalatok helyi hálózataihoz volt fejlesztve, de mára kiterjedt minden csomagkapcsolt hálózatra (beleértve az Internetet is). Be vannak véve a megszokott telefon hálózaton vagy ISDN-n használt Dial-up vagy point-to-point kapcsolatok is, egy csomagkapcsolt szállítási protokolt használva alapul. Session Initiation Protocol (SIP) A Session Initiation Protocol (SIP) egy alkalmazás-rétegi protokoll, amely létrehozza és kezeli a multimédiás kapcsolatokat vagy telefonhívásokat. Ezek a multimédiás kapcsolatok lehetnek multimédia konferenciák, távtanulás, internetes telefonálás vagy hasonló alkalmazások. A SIP akár unicast vagy multicast sessionre meg tud invitálni egy személyt; a kezdeményező nem kell a session tagja legyen amelybe meghívják. SIP-et lehet használni személy vagy robot hívására is, például meg lehet hívni egy multimédiás tárolót hogy felvegye a konferenciát, vagy meg lehet hívni egy video-on-demand szervert hogy vetítsen le egy filmet a konferencián. 8

5. A szolgáltatás minősége (QoS) Számos fejlett módszert alkalmaznak arra, hogy felülkerekedjenek az IP hálózat barátságtalan környezetén és elfogadható szolgáltatás minőséget biztosítsanak. Ilyen módszer például: a késleltetés, a vibrálás, a visszhang, a torlódás, a csomagvesztés és a rossz sorrendű csomagok érkezése. Minthogy a VoIP késésre érzékeny alkalmazás, hatékony használatához szükség van egy jól megtervezett end-to-end hálózatra. Az átlagos vélemény eredmény (Mean Opinion Score) egyike azon legfontosabb paramétereknek, amelyek meghatározzák a QoS-t. Jónéhány módszert és kifinomult algoritmust fejlesztettek ki a QoS kiértékelésére: PSQM (ITU P.861), PAMS (BT) és PESQ. Minden KODEK biztosít egy meghatározott szolgálat minőséget. A továbbított beszéd minősége a vevő (emberi vagy mesterséges értelemben) egyéni válasza. Az egyes KODEK-ek által produkált hangminőség meghatározásához egy közös tesztelést, az átlagos vélemény 9

eredményt (MOS) alkalmaznak. A MOS segítségével széles körből kiválasztott vevők bírálják egy (a bizonyos KODEK-hez tartozó)hangminta minőségét 1-től (rossz) 5-ig (kiváló). Biblográfia 1. Kerekes Tibor, VoIP hálózatok más szemszögből, http://www.voip.iif.hu/hbonetabor-031104/voip_halozatok_mas_szemszogbol_lnx_kt-2.pdf 2. Makai József, A VoIP (Voice-over-IP) protokoll http://www.cab.u-szeged.hu/~bohus/03nap/h938194.rtf 3. RakesH Arora, Voice over IP : Protocols and Standards http://www.cis.ohio-state.edu/~jain/cis788-99/ftp/voip_protocols.pdf 4. VoIP Technologies and Services, http://www.fokus.gmd.de/research/cc/mobis/publ/doc/2002/wp2_deliverable_final.pdf 10